Universidad Nacional de Colombia INGENIERÍA SÍSMICA Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín 2013

BREVE HISTORIA DE LA SISMOLOGÍA Antigua Grecia (Siglos V y IV a.c.): Anaxímenes, Demócrito – Los sismos están relacionados con la humedad, el vapor y el agua Tales de Mileto: La Tierra flota sobre el agua. Los terremotos eran como el movimiento de un barco sobre el oleaje. Demócrito: Tormentas en una atmósfera interna del planeta Anaxágoras y Empédocles: Salidas súbitas de aire caliente (Apoyado por Aristóteles)

BREVE HISTORIA DE LA SISMOLOGÍA Siglos XVII a XIX: Alexander Von Himboldt (Siglos XVIII – XIX): Estableció una relación entre fallas geológicas y terremotos – Relación entre terremotos y volcanes. Jean Baptiste Boussingault (Siglo XIX): Los terremotos se deben al “derrumbamiento subterráneo de montañas”. Se intentaron leyes empíricas que asociaban el fenómeno a la rotación de la tierra, las estaciones climáticas, las mareas, la aparición de cometas, etc.

BREVE HISTORIA DE LA SISMOLOGÍA Siglo XX: Terremoto de San Francisco de 1906 Harry Fielding Reid – Andrew Lawson: Modelo del rebote elástico “Los terremotos son consecuencia de una relajación subita de la deformación acumulada en las fallas” Monitoreo sísmico Modelos computacionales Tectónica de placas como teoría integradora

TECTÓNICA DE PLACAS Litosfera terrestre (100–250 km de espesor) - Corteza + manto superior - Rígida - Dividida en varios fragmentos (placas), móviles y que cambian de tamaño y forma

(Capas en el interior de la Tierra)

(Capas en el interior de la Tierra) División según la composición química Resultado de la diferenciación química durante la evolución de la Tierra, 100 Ma después de su formación (~4.5 Ga). Corteza Capa externa, muy delgada, sólida y rígida 0.6% en volumen, 0.47% en masa Oceánica: 3 a 15 km de espesor, densidad = 3 g/cm3, edades menores a 180 Ma, compuesta por basaltos Continental (SiAl): 35 a 70 km de espesor, densidad = 2.7 g/cm3, edades hasta 3.8 Ga, composición muy variable (granitos, rocas metamórficas,...)

(Capas en el interior de la Tierra) División según la composición química Corteza Espesor (km) de la corteza terrestre Composición 1.7 Otros 2.1 Mg 2.6 K 2.8 Na 3.6 Ca 5.0 Fe 8.1 Al 27.7 Si 46.6 O % Elemento

(Capas en el interior de la Tierra) División según la composición química 2. Manto A partir de él evolucionaron la corteza, la atmósfera y la hidrósfera, por procesos de fusión Desde la corteza hasta 2900 km de profundidad Separado de la corteza por la discontinuidad de Mohorovicic, y del núcleo por la discontinuidad de Gutenberg 82% en volumen, 67% en masa Densidad media de 3.3 g/cm3. T entre 600°C y 3000°C. p entre 9E3 kg/cm2 y 1E6 kg/cm2

(Capas en el interior de la Tierra) División según la composición química 2. Manto Capa sólida (alta p impide la fusión) pero plástica(*) (capaz de fluir a una velocidad muy lenta) Manto superior (SiMa): desde la corteza hasta 660 km de profundidad. Silicio y Magnesio Manto inferior o “mesosfera”: desde 660 km hasta 2900 km de profundidad. Óxidos y sulfuros metálicos (*): Sólido bajo algunas condiciones, líquido bajo otras (dependiendo de la duración de la fuerza aplicada)

(Capas en el interior de la Tierra) División según la composición química 3. Núcleo (NiFe) Más de 2900 km de profundidad Compuesto de Hierro y Níquel Densidad entre 11 g/cm3 y 14 g/cm3 T mayores a 4000°C, p de hasta 3E6 kg/cm2 Parte exterior líquida en movimiento, responsable del campo magnético terrestre. Parte interior sólida. Separadas por la discontinuidad de Lehman

(Capas en el interior de la Tierra)

(Capas en el interior de la Tierra) División según el comportamiento mecánico 1. Litosfera Parte exterior de la Tierra, rígida y fría Comprende la corteza y parte del manto superior Composiciones químicas diferentes pero comportamiento frágil respecto a la deformación Entre 100 y 250 km de espesor Placas tectónicas Su límite inferior es la isoterma de 1230°C

(Capas en el interior de la Tierra) División según el comportamiento mecánico 2. Astenosfera Por debajo de la litosfera, hasta 660 km de profundidad Capa blanda y plástica Los primeros 150 km tienen de 1% a 5% de roca fundida, lo que permite un movimiento independiente de la litosfera y la astenosfera Corrientes de convección: el material frío y denso desciende y el material caliente y liviano asciende

(Capas en el interior de la Tierra) División según el comportamiento mecánico 2. Astenosfera (corrientes de convección)‏

(Capas en el interior de la Tierra) División según el comportamiento mecánico 3. Mesosfera Entre 660 km y 2900 km de profundidad Más rígida que la astenosfera, pero capaz de fluir lentamente 4. Núcleo exterior Entre 2900 km y 5150 km de profundidad. Líquido 5. Núcleo interior Entre 5150 km y 6370 km de profundidad. Sólido

TECTÓNICA DE PLACAS Litosfera terrestre (100–250 km de espesor) - Corteza + manto superior - Rígida - Dividida en varios fragmentos (placas), móviles y que cambian de tamaño y forma

TECTÓNICA DE PLACAS - Definición “Conjunto de ideas que explican el movimiento observado de la litosfera terrestre a través de los mecanismos de subducción y expansión del fondo oceánico que, a su vez, generan los principales accidentes geológicos de la Tierra, entre ellos los continentes y las cuencas oceánicas”

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Deriva continental 1910: F. Taylor (pocas pruebas) 1915: A. Wegener a. Ajuste de los continentes Las líneas de costa E de Norte y Suramérica parecen encajar con las líneas de costa W de África y Europa 60’s: E. Bullard hace la reconstrucción con las plataformas continentales en vez de las líneas de costa

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Deriva continental b. Evidencias paleontológicas Similitudes fósiles entre Suramérica y África Mesosaurus (250 Ma): limitado sólo a estas regiones...

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Deriva continental c. Evidencias litológicas: tipos de rocas y semejanzas estructurales Rocas ígneas de 2.2 Ga en Brasil, similares a rocas de igual edad en África Cinturones montañosos de edad y estructura similar en Gran Bretaña y Escandinavia

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Deriva continental d. Evidencias paleoclimáticas: entre 220 y 300 Ma Depósitos glaciares en Suramérica y el sur de África Pantanos tropicales en el Hemisferio Norte

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Deriva continental Hace 200 Ma existió un supercontinente único “Pangea”, el cual se fragmentó en continentes más pequeños que derivaron a sus posiciones actuales

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Expansión del fondo oceánico En las dorsales mesooceánicas hay ascenso de material desde el manto. El fondo del océano se expande lateralmente... A medida que el suelo se aleja de la dorsal es reemplazado por materiales cada vez más jóvenes En las fosas oceánicas la corteza oceánica vuelve al interior de la Tierra Suelo oceánico es una especie de “banda” transportadora...

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Expansión del fondo oceánico Suelo oceánico es una especie de “banda” transportadora...

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Expansión del fondo oceánico y magnetismo

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Expansión del fondo oceánico y magnetismo

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Expansión del fondo oceánico y edad de las rocas oceánicas Edad de la corteza oceánica: entre 0 (rojo) y 180 Ma (azul)

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Puntos calientes Concentraciones de calor en el manto capaces de producir magma, el cual asciende a la superficie terrestre

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Puntos calientes

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Asociación con sismos

Asociación con sismos TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Zona de Wadatti–Benioff Los hipocentros de los sismos marcan la zona de subducción (definen el límite entre las placas en profundidad)...

Asociación con sismos TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones La subducción de las placas tectónicas está marcada por la sismicidad

TECTÓNICA DE PLACAS - Teoría 13 placas principales, unas oceánicas y otras continentales, con distintos tipos de fronteras... La corteza oceánica se crea en las dorsales y se destruye en las zonas de subducción

TECTÓNICA DE PLACAS - Observaciones Tasas de movimiento (cm/año) de las principales placas tectónicas

Límites entre placas tectónicas Bordes divergentes Separación de las placas, expansión En las dorsales oceánicas (la mayoría): entre más alejado está el material de la dorsal, más frío y grueso es (corteza oceánica en las dorsales es muy delgada) En algunas zonas continentales (rifts): el ascenso de material desde el manto estira y adelgaza la corteza... finalmente puede producir separación del continente (vulcanismo) África oriental

Límites entre placas tectónicas Bordes divergentes

Límites entre placas tectónicas Bordes divergentes. DORSAL MEDIO ATLÁNTICA - ISLANDIA

Límites entre placas tectónicas Bordes divergentes

Límites entre placas tectónicas Bordes divergentes. ESTE DE ÁFRICA

Límites entre placas tectónicas 2. Bordes convergentes Acercamiento de las placas. El movimiento resultante depende del tipo de placas que convergen Oceánica–oceánica: una placa subduce bajo la otra, se desarrolla actividad volcánica en el fondo del océano y, eventualmente, arcos de islas volcánicos Japón Indonesia Pacifico W

Límites entre placas tectónicas 2. Bordes convergentes Acercamiento de las placas. Oceánica–oceánica: Arcos de islas volcánicas. ANTILLAS MENORES

Límites entre placas tectónicas 2. Bordes convergentes Oceánica–continental: la placa oceánica, más densa, subduce bajo la placa continental. Se desarrolla vulcanismo dependiendo del ángulo de subducción (arco volcánico continental). Engrosamiento de la corteza continental y desarrollo de cinturones orogénicos. Fosas El agua y los gases de la placa oceánica actúan como fundentes y ayudan a la generación del magma Andes Pacifico E

Límites entre placas tectónicas 2. Bordes convergentes Oceánica–continental: la placa oceánica, más densa, subduce bajo la placa continental. CORDILLERA DE LOS ANDES

Límites entre placas tectónicas 2. Bordes convergentes Oceánica–continental: la placa oceánica, más densa, subduce bajo la placa continental. ALTIPLANO BOLIVIANO

Límites entre placas tectónicas 2. Bordes convergentes Continental–continental: ninguna placa subduce a la otra (densidades similares). No hay vulcanismo. Hay colisión, engrosamiento de la corteza y ascenso de los cinturones orogénicos. La placa oceánica que inicialmente hay entre ellas puede subducir, pero luego se separa... Himalayas

Límites entre placas tectónicas 2. Bordes convergentes Continental–continental: ninguna placa subduce a la otra (densidades similares). HIMALAYA

Límites entre placas tectónicas 2. Bordes convergentes Continental–continental: ninguna placa subduce a la otra (densidades similares). PLANICIE DEL TÍBET

Límites entre placas tectónicas 2. Bordes convergentes Continental–continental: ninguna placa subduce a la otra (densidades similares). PLANICIE DEL TÍBET

Límites entre placas tectónicas 3. Fallas transformantes Borde pasivo. Las placas se desplazan unas al lado de las otras sin producir ni destruir litosfera Afectan a las dorsales oceánicas Bordes algunas placas principales Falla San Andrés

Límites entre placas tectónicas 3. Fallas transformantes Borde pasivo. FALLA DE SAN ANDRÉS

TECTÓNICA DE PLACAS - Causas del movimiento La teoría describe el movimiento de las placas y los efectos de dicho movimiento. Las causas de dicho movimiento aun no han sido explicadas por completo Corrientes de convección – calor interno de la Tierra 1. Se desarrollan en todo el manto y transportan la litosfera 2. Confinadas a la astenosfera o “estratificadas” (unas en la astenosfera, otras en la mesosfera) 3. Definidas por plumas ascendentes de material caliente, provenientes de límite manto–núcleo, y por zonas descendentes en las zonas de subducción de las placas oceánicas

TECTÓNICA DE PLACAS - Causas del movimiento