DIPLOMADO EN SISMOLOGÍA PARA PROFESORES DE BACHILLERATO 1 Módulo IV. Sismología IV.1 Ondas Sísmicas Juan Arturo Juárez Canul ENP 3 Justo Sierra.

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1 DIPLOMADO EN SISMOLOGÍA PARA PROFESORES DE BACHILLERATO 1 Módulo IV. Sismología IV.1 Ondas Sísmicas Juan Arturo Juárez Canul ENP 3 Justo Sierra

2  Objetivo:  Identificar las características del ciclo sísmico ¿Qué es y cómo se produce un terremoto?  Un sismo o terremoto es un movimiento vibratorio de la superficie terrestre debido al choque de las placas tectónicas y a la liberación de energías en el curso de una reorganización brusca de materiales de la corteza terrestre al superar el estado de equilibrio mecánico.  Un terremoto es una vibración que viaja por el interior y por la superficie de la Tierra y está causado por la liberación instantánea de la energía en forma de ondas sísmicas.  La liberación de energía que da lugar al terremoto se produce por la rotura a lo largo de una falla, que es una fractura en la corteza terrestre donde los bloques a lado y lado de la falla se mueven uno respecto al otro. La falla ha ido acumulando esta energía a lo largo de un periodo de tiempo a causa del movimiento de las placas tectónicas. Lo que sucede con el paso del tiempo es que los bloques a ambos lados de una falla, y en zonas relativamente alejadas de esta, se van deformando poco a poco por el movimiento relativo entre ellos, mientras que la zona de la falla permanece boqueada, no se desliza. Este bloqueo hace que la falla vaya acumulando la energía de ese movimiento relativo. Pero llega un momento que la energía acumulada en la falla supera la energía que la mantiene bloqueada y la falla se mueve repentinamente liberando toda la energía acumulada. Es en este momento cuando se produce el terremoto. A este tipo de comportamiento se le llama rebote elástico. 1. El ciclo sísmico.

3  El ciclo sísmico explica que existe una caída en la tensión elástica después de un terremoto y una acumulación de tensión antes del siguiente, por lo tanto los terremotos se repetirán de forma cíclica.  El ciclo sísmico tiene cuatro fases:  1.-No hay tensión elástica : es un largo período de inactividad sin terremotos a lo largo de una falla  2.- Comienza la tensión elástica acumulada produce pequeños terremotos;  3.-La tensión se acumula y las rocas ceden, causa sacudidas unos días o tan solo unas horas antes del gran terremoto  4.-Se produce la rotura (Terremoto), la roca rebota y la tensión se libera,causando el sismo o terremoto principal y sus réplicas, que son terremotos más pequeños y que pueden ocurrir desde unos minutos hasta un año después. El ciclo sísmico.

4 El ciclo sísmico

5  2 Esponjas de poliuretano de 5cm de espesor  Pintura verde, roja, amarilla y azul  Arboles de plástico y algunas casas con cercas de plástico Materiales

6  Marca con colores la unión de las esponjas y las capas de la corteza terrestre, coloca los árboles, las casas y la cerca distribuidos en la esponja  El modelo terminado te debió de haber quedado similar al que se encuentra en la figura  Con ayuda de un compañero sostengan cada uno una esponja y muévanla hacia el sentido contrario de su compañero,simulando una falla de transformación Construcción del modelo

7  Copia y pega en el buscador el siguiente link  La liberación de energía que da lugar a los terremoto se produce por la rotura a lo largo de una falla, que es una fractura en la corteza terrestre donde los bloques a lado y lado de la falla se mueven uno respecto al otro. La falla ha ido acumulando esta energía a lo largo de un periodo de tiempo a causa del movimiento de las placas tectónicas. Lo que sucede con el paso del tiempo es que los bloques a ambos lados de una falla, y en zonas relativamente alejadas de esta, se van deformando poco a poco por el movimiento relativo entre ellos, mientras que la zona de la falla permanece boqueada, no se desliza. Este bloqueo hace que la falla vaya acumulando la energía de ese movimiento relativo. Pero llega un momento que la energía acumulada en la falla supera la energía que la mantiene bloqueada y la falla se mueve repentinamente liberando toda la energía acumulada. Es en este momento cuando se produce el terremoto. A este tipo de comportamiento se le llama rebote elástico. Video de la maqueta de ciclo sísmico. https://youtu.be/zC-GTCjF3Q4youtu.be/zC-GTCjF3Q4

8  Observaciones y resultados  1.-Dibuja y describe lo que sucedió al mover las esponjas en sentidos opuestos  2.-Dibuja y describe cada una de las partes del ciclo sísmico  Análisis  Define los siguientes términos  Hipocentro, Falla geológica, epicentro, onda sísmica, sismógrafo, repercusión elástica  Identifica cada una de las partes del ciclo sísmico de la figura Actividad para los alumnos

9 Identifica cada una de las definiciones de la figura

10  ¿Cómo explicarías el ciclo sísmico en las zonas de subducción?  Respuesta: La subducción de placas es el proceso de hundimiento de una de las cortezas de la litosfera bajo un límite convergente o bajo otra placa de carácter continental, esto se da debido a que el encuentro de las dos placas es muy desigual por lo que habitualmente la más pequeña de ellas se introduce bajo la mayor, la subducción provoca recurrentes terremotos de gran magnitud. El ciclo sísmico explica que existe una caída en la tensión elástica después de un terremoto y una acumulación de tensión antes del siguiente, por lo tanto los terremotos se repetirán de forma cíclica.

11  Objetivo Comprender las características de rebote elástico de Harry Fielding Reid  El constante movimiento entre las placas tectónicas produce fricciones y deformaciones que acumulan enormes esfuerzos, cuando esa energía supera el límite elástico de las rocas se produce la fractura de éstas en forma súbita y violenta. Esa liberación brusca de energía se manifiesta principalmente de dos maneras: En forma de calor debido a la fuerte fricción entre las masas rocosas, y mediante ondas sísmicas que se propagan por el interior de la Tierra y se perciben como una vibración; la fractura inicial, es lo que se denomina terremoto o sismo.  A partir de las observaciones realizadas de los efectos del terremoto de San Francisco de 1906, el geofísico norteamericano Harry Fielding Reid, propuso en 1911 la teoría del "rebote elástico", para explicar cómo se libera la energía durante los terremotos. 2. El rebote elástico.

12 El rebote elástico.

13  El mecanismo que produce los terremotos fue explicado de la siguiente manera  1.-Las rocas a ambos lados de una falla son deformadas por la acción de fuerzas tectónicas  2.-Las rocas se flexionan y almacenan energía elástica  3.-La resistencia friccional que mantiene los bloques rocosos juntos es superada a partir de un cierto umbral  4.-Deslizamiento en el punto de mayor debilidad (el hipocentro)  5.-Las vibraciones (o terremotos) se producen como resultado del retorno de las rocas a su geometría primitiva (rebote elástico)  Los terremotos más frecuentes se producen en fallas preexistentes, cuando las fuerzas tectónicas sobrepasan la resistencia friccional de la superficie de la falla El rebote elástico.

14  Materiales  0.5 m de espárragos de ½ “ con 13hilos y tuerca con rondana incluida  0.5m de espárragos de ¼” con 20hilos  8 juegos de tuercas de ¼” con rondana  0.5 m de soportes para bandeja metalica de 1” pulgada barreno de ¼”  1 resorte de 10cm de largo y 1” pulgada de diámetro  1 taco de madera de primera de 15x5x5  Un pliego de lija de lona #36  1/2m de rieles estándar acanalados de soporte eléctrico SPE (estructural) de 40x40 mm  Chinches o tachuelas de clavillo  Pinzas, llave española de 1/4, arco con segueta Materiales

15  Recorta todos los perfiles por la mitad  Recorta los esparrago de ¼” a la mitad, asegúrate que los cortes no queden chuecos o con rebaba, no cortes el esparrago de ½”  Realiza un cuadro que servirá de marco para prensa de sujeción con los dos rieles acanalados y los espárragos de ¼”  En la parte central del extremo inferior fija con tornillos y con el soporte para bandeja metálica de 1” pulgada barreno de ¼” el resorte, asegúrate que este en el centro  En la parte superior contraria al resorte fija la tuerca de ½” con rondana incluida fijando la rondana en la parte contraria del riel acanalado  En la parte superior del marco poner suelto el otro soporte para la bandeja metálica, servirá de guía para la compresión  El taco de madera encuentra la mitad de su longitud y realiza un corte a 45° de inclinación, asegúrate de no desviarte en el corte  Recortar dos tiras de lija de 2cmX4cm  En cada uno de las superficies que cortaste del taco fijar la lija con las chinches por la parte superior  Unir las superficies cortadas del taco de madera con la lija que quedara en medio del taco de madera  Colocar el taco de madera en el marco de la prensa, asegúrate que quede bien apoyado en el resorte y comienza a apretar el esparrago de ½”  Con ayuda de un compañero sostengan uno el marco de la prensa y otra persona que apriete la prensa. Construcción del modelo

16  Copia y pega en el buscador el siguiente link  Https://youtu.be/vU7WzM6-HC8 Https://youtu.be/vU7WzM6-HC8  Las vibraciones percibidas como un terremoto, se producen cuando las rocas deformadas vuelven elásticamente a su forma original, fenómeno conocido con el nombre de rebote elástico. La mayor parte de los terremotos se produce por esta rápida liberación de energía en los bordes de las placas. Video de la maqueta de rebote elástico

17  Observaciones y resultados  1.-Dibuja y describe lo que sucedió al apretar el taco de madera con la prensa   2.-¿Qué tipo de borde representa el taco de madera con el papel de lija?  Respuesta El taco de madera representa un borde convergente y el papel lija representa el contacto entre las "placas" y modela la fricción entre las placas.  3.-¿Qué representa la el marco de la prensa ?  Respuesta Las fuerzas de compresión del borde convergente.  4.-¿Qué representa el resorte ?  Respuesta El resorte representa la naturaleza elástica de la litosfera. Actividad para los alumnos

18  Observa el siguiente video https://www.iris.edu/hq/inclass/uploads/videos/A_4C_eqmachinebasic_2013.mp4https://www.iris.edu/hq/inclass/uploads/videos/A_4C_eqmachinebasic_2013.mp4  En el una persona jala una banda de goma o un resorte que está unido a un bloque de madera, en la superficie de la mesa hay papel de lija y bandas de goma.  1.-¿Qué representa el papel de lija?  Respuesta el papel lija representa el contacto entre las "placas" y modela la fricción entre las placas.  2.-¿Qué representa la banda de goma o el resorte?  Respuesta la banda de goma representa la naturaleza elástica de la litosfera.  3.-Que se busca representan con la gráfica, describe el comportamiento de la línea azul y la línea café de las grafica  Respuesta La línea azul muestra el movimiento del bloque durante el deslizamiento en "terremotos", por lo tanto, los saltos de distancia en el tiempo.  En el gráfico, la línea amarilla muestra el movimiento de la mano a lo largo del tiempo, por lo tanto, una línea constante  La grafica muestra cómo interactúan las "fuerzas, fallas y fricción" cuando la energía elástica se almacena lentamente cuando la parte posterior de goma se estira y luego se libera rápidamente cuando el bloque se sacude durante un "terremoto". La energía se almacena lentamente y se libera de manera impredecible.  4.-Explica la teoría de rebote elástico en una zona de subducción  Esta animación muestra que el GPS puede registrar el movimiento del borde de ataque de la placa continental suprayacente en una zona de subducción. Las placas se bloquean y la placa superpuesta se fuerza hacia atrás. Cuando se supera la fricción y se libera la tensión, el receptor GPS volverá a su posición original. Esta animación es exagerada para representar el movimiento relativo de las placas y el GPS como se vio en el terremoto de magnitud 8.8 de 2010 en Chile, donde la tierra en algunos lugares rebotó 10 metros, aquí se muestra un video

19  Objetivo  Describe los diferentes tipos de ondas sísmicas, incluidas las ondas de cuerpo (P y S) y las ondas superficiales.  Distinguir los diferentes tipos de ondas longitudinales y ondas transversales y relacionarlos con las ondas P,S, Rayleigh y Love   Ondas Sísmicas Las ondas sísmicas son ondas que se propagan hacia el exterior desde lugar en el interior de la Tierra, donde se ha producido el terremoto. Hay dos tipos principales de ondas: las Ondas de Cuerpo u Ondas Internas (P y S) que son las que viajan por el interior de la Tierra y las Ondas Superficiales que lo hacen solamente por la superficie terrestre (Figura 3). 3.-La polarización de las ondas sísmicas P, S, Love y Rayleigh.

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21  Las Ondas de Cuerpo a su vez se dividen en:  Ondas Primarias u Ondas P, son ondas de presión, son las que tienen mayor velocidad respecto a las demás y a su vez pueden atravesar materiales sólidos o líquidos. Su movimiento produce la compresión y dilatación temporal de las rocas en la misma dirección que la propagación de la onda (ver Figura 1).  Ondas Secundarias u Ondas S, son ondas de corte o cizalla, más lentas que las Ondas P, viajan solamente por roca sólida. Producen una deformación temporal perpendicular a la dirección en que se desplaza la onda (ver Figura 1). Las ondas S no atraviesan el núcleo externo terrestre por ser líquido.  A modo de ejemplo, en el granito la velocidad de la Onda P (primaria) es VP = 5,20 km/s y la velocidad de la Onda S (secundaria) es VS = 3 km/s. A mayor distancia de producido el sismo, la diferencia de tiempo “S-P” entre el arribo de la Onda P y el arribo de la Onda S aumenta.  Cuando una onda sísmica se propaga en un medio elástico, hace mover las partículas de la Tierra. La dirección en la cual se mueven estas partículas se llama dirección de polarización; por eso también se conoce a la polarización como movimiento de la partícula. La polarización de una onda P es lineal en una dirección fuente-receptor, es decir en la dirección de propagación, mientras que la polarización de una onda S es lineal en una dirección perpendicular a la dirección fuente-receptor. El movimiento de partícula de la onda S se descompone tradicionalmente en dos direcciones SV y SH (que corresponden a la dirección vertical y horizontal de la onda S). Ondas de Cuerpo

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23  Ondas Superficiales:  Por su parte las Ondas Superficiales (Figura 2) son las más lentas y se desplazan solamente en la superficie de la Tierra; por sus características son las más destructivas, y se dividen en:  Ondas Rayleigh: Denominadas así en honor al físico y matemático inglés Lord Rayleigh (John William Strutt), que en 1885 demostró teóricamente su existencia. Estas ondas resultan de una combinación particular entre los desplazamientos de las partículas debido a las ondas P y S. Las partículas se mueven en forma elipsoidal en el plano vertical que pasa por la dirección de propagación.  Ondas Love, son ondas de cizalla donde las partículas oscilan sólo en la dirección perpendicular al plano de propagación, el movimiento se produce solo en forma horizontal. Estas ondas toman el nombre del matemático británico A. E. H. Love que en 1911 logró crear un modelo matemático de las mismas. La velocidad de las ondas Love es ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh. Ondas Superficiales

24 Las velocidades de las Ondas Internas y Superficiales están relacionadas de la siguiente manera: Vp > Vs > VLove > VRayleigh Mientras que en las amplitudes (A) de las ondas, en muchos casos corresponde el orden inverso: ARayleigh > ALove > As > Ap

25  Espiral de plástico  Marco de plástico  Varillas de soporte  Cinta adhesiva  20 Palitos de madera de 3cm de largo  Cinta dihurex  Banda de colores  Rodillo de plástico  Casas de maqueta de plástico  Cinta para faja Materiales

26  Ondas Primaria  1.-Observa el movimiento de un espiral de plástico y describe la propagación de onda  Ondas secundarias  2.-Para construir la máquina de ondas mide el tamaño de cada palito y haz una marca exactamente en la mitad.  3.- Sobre una superficie plana, extiende la cinta con el pegante hacia arriba. Haz marcas sobre la cinta, cada 5 cm. Deja libres de marcas los últimos 20 cm de la cinta.  4.-Coloca firmemente cada palito sobre cada marca hecha en la cinta. Debe coincidir la marca de la cinta con la mitad de cada  palito. No pegues palitos en los últimos 20 cm de cinta.  5.-Cuando termines, toma uno de los extremos de la cinta y pide a un compañero que sujete el otro extremo. Volteen la cinta de  manera que los palitos queden en la parte inferior de ésta.  6.-Pide a otro compañero que mueva uno de los palitos y después lo suelte.  7.-Observa el movimiento de los palitos y describe lo que sucede en la propagación de onda.   Ondas Love  8.-Coloca amarrando a cada esfera un hilo de 25 cm de longitud y el otro extremo amárralo ala barilla de soporte, dejando una separación de 3cm entre cada hilo amarrado; recuerda que los péndulos deben de quedar a la misma altura  9.-Colo los brazos del soporte en las perforaciones de la base y monta encima de este la barrilla de soporte con los péndulos amarrados  10.-Recorta una cinta dihures del largo de todos los péndulos y pégala por debajo de las esferas, recuerda dejar el espacio de separación entre cada esfera.  11.-Observa el movimiento de las esferas y describe que es lo que sucede  Ondas Rayleigh  12.-Colocar extendida sobre la mesa la banda de colores  13.-Colocar debajo de la banda el rodillo y muévelo en la dirección de la banda  14.-Observa el movimiento del rodillo y describe que es lo que sucede Construcción del modelo

27  Copia y pega en el buscador el siguiente link para ondas primarias  https://youtu.be/5s7PZ54-qp8 https://youtu.be/5s7PZ54-qp8  Copia y pega en el buscador el siguiente link para ondas secumdarias  https://youtu.be/yRX9uyuCBYk https://youtu.be/yRX9uyuCBYk  Copia y pega en el buscador el siguiente link para ondas love y ondas Rayleigh  https://youtu.be/KGQ6b7-hWOM https://youtu.be/KGQ6b7-hWOM

28  1.-Dibuja y describe como se mueven cada una de las ondas, la P,S, Love y Rayleigh  2.-Definan el término sismología.  3.-Expliquen a qué se debe el movimiento en la superficie de la Tierra mientras ocurre un terremoto.  4.-¿Qué fenómeno que ocurre en el interior de la Tierra tiene como desenlace un terremoto?  5.-La energía generada en el centro de la Tierra se desplaza de una forma muy particular.  Desarrollen y expliquen este tema con detalle.  6.-Existen dos tipos de ondas internas, P y S. Describan las características de cada una y obtengan capturas de pantalla para explicar mejor cada onda.  7.-Las ondas externas se propagan en la superficie desde un punto llamado epicentro, que es el punto más próximo al foco del terremoto. ¿Cómo es la velocidad de las ondas externas respecto de las ondas internas?  8.-¿Qué problemas pueden causar las ondas externas en el terreno donde se producen?  9.-Existen dos tipos de ondas superficiales: ondas de Love y ondas de Rayleigh. Expliquen cómo es el movimiento que provocan en la superficie cada una de ellas y los posibles daños colaterales. Actividad para los alumnos

29  Bibliografia  https://post.geoxnet.com/glossary/ondas-sismicas/ https://post.geoxnet.com/glossary/ondas-sismicas/  http://contenidos.inpres.gov.ar/docs/Terremotos.pdf http://contenidos.inpres.gov.ar/docs/Terremotos.pdf  http://ciencia.unam.mx/leer/647/teorias-que- marcaron-el-estudio-cientifico-de-los-sismos http://ciencia.unam.mx/leer/647/teorias-que- marcaron-el-estudio-cientifico-de-los-sismos  https://www.osso.org.co/docu/tesis/2003/evaluacion/s ismologia.pdf https://www.osso.org.co/docu/tesis/2003/evaluacion/s ismologia.pdf