El Observatorio del Ebro: una institución con más de 110 años de registro sísmico

La primera estación sísmica de Cataluña fue instalada en 1904 en el Observatorio del Ebro. Pese a que en un principio se pensaba que los movimientos sísmicos estaban relacionados con la actividad solar, pronto la comunidad científica comprendió que era la consecuencia de la propia dinámica de la corteza terrestre.

Mucho han cambiado los equipos de detección de ondas sísmicas. En origen, se basaban en una serie de masas de gran tamaño suspendidas en una columna anclada al sustrato rocoso, que al producirse un terremoto oscilaban en unas dirección determinadas o componentes (N-S, E-W y vertical), caracterizando de este modo cualquier movimiento que se registrase.

Sismómetro Mainka modificado, que estuvo operativo entre 1942 y 1965 en el Observatorio. Tanto los sensores N-S como E-W tienen un peso de 1500kg, sin embargo el sensor de la componente vertical (al fondo a la izquierda) pesa tan solo 635kg.

Sismómetro Mainka modificado, que estuvo operativo entre 1942 y 1965 en el Observatorio. Tanto los sensores N-S como E-W tienen un peso de 1500kg, sin embargo el sensor de la componente vertical (al fondo a la izquierda) pesa tan solo 635kg.

Afortunadamente en la actualidad, el avance en la tecnología ha permitido reducir considerablemente el tamaño de los equipos, aunque en esencia, el fundamento físico de una masa que oscila al recibir una onda sísmica sigue vigente.

Sismómetro con las tres componentes de registro en la estación de Alcalà de Xivert (Castellón)

Sismómetro con las tres componentes de registro en la estación de Alcalà de Xivert (Castellón)

Igualmente, la forma en que se registran los terremotos también ha cambiado mucho en el tiempo.

Izquierda: sistema de adquisición mediante una plumilla que registraba sobre papel. Derecha: registro sísmico del terremoto de San Francisco de magnitud 7.8 el 18 de abril de 1906 detectado en el Observatorio sobre banda de papel ahumado.

Izquierda: sistema de adquisición mediante una plumilla que registraba sobre papel. Derecha: registro sísmico del terremoto de San Francisco de magnitud 7.8 el 18 de abril de 1906 detectado en el Observatorio sobre banda de papel ahumado.

Mediante el uso de ordenadores, los eventos sísmicos son mucho mejor caracterizados y gracias al uso de softwares especializados, los distintos tipos de ondas son mejor identificadas y catalogadas.

Terremoto de M6.8 ocurrido en Hoshu, Japón el 16 de febrero de 2015. Las estaciones que lo registraron en orden descendente fueron: Poblet, Horta de Sant Joan, Escorca (Mallorca), Ebro y Mosqueruela (Teruel).

Terremoto de M6.8 ocurrido en Hoshu, Japón el 16 de febrero de 2015. Las estaciones que lo registraron en orden descendente fueron: Poblet, Horta de Sant Joan, Escorca (Mallorca), Ebro y Mosqueruela (Teruel).

 

… Pero, ¿y qué son las ondas sísmicas?

Cuando se produce un terremoto en la Tierra se generan distintos tipos de ondas: unas viajan por la superficie (que son las que se sienten normalmente en un terremoto) y otras lo hacen hacia el interior del planeta, donde sufren una serie de reflexiones y refracciones al atravesar las distintas capas.

Hoy en día se sabe que la Tierra está divida en capas de naturaleza distinta, corteza, manto y núcleo, y a su vez, éstas se pueden subdividir en manto superior e inferior y núcleo externo e interno. La característica más llamativa de todas estas capas es que el núcleo externo es fluido, pero ¿cómo se ha podido saber esto si nadie ha perforado jamás hasta esas profundidades? La respuesta es gracias a observaciones indirectas a partir de las ondas sísmicas.

Primero veamos un poco qué tipo de ondas sísmicas hay y cómo se propagan.

Durante un terremoto se generan diversas ondas sísmicas, unas viajan por el interior de la Tierra: son las primarias P y secundarias S, y otras lo hacen por la superficie como las ondas Rayleigh y Love.

 

Ondas internas
Las ondas internas viajan a través del interior, son las más rápidas. Siguen caminos curvos debido a la variada densidad y composición del interior de la Tierra. Este efecto es similar al de refracción de ondas de luz.

OndaPS

Ondas P
Las ondas P (primarias o primae) son ondas longitudinales o compresionales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección de la propagación. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material líquido o sólido. Velocidades típicas son 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el granito.

Ondas S
Son ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la dirección de propagación. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias. Debido a ello, éstas aparecen en el terreno algo después que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento sísmico y las que producen la mayor parte de los daños. Sólo se trasladan a través de elementos sólidos.

Movimiento compresivo en el sentido de avance de una onda P

Movimiento compresivo en el sentido de avance de una onda P

Movimiento de cizalla en dirección perpendicular a la propagación de la onda

Movimiento de cizalla en dirección perpendicular a la propagación de la onda

 

 

 

 

 

 

 

Ondas Superficiales

Cuando las ondas internas llegan a la superficie, se generan las ondas L (longae), que se propagan por la superficie de discontinuidad de la interfase de la superficie terrestre (tierra-aire y tierra-agua). Son las causantes de los daños producidos por los sismos en las construcciones.

OndasRL

Ondas de Love
Las ondas de Love son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de cizalla en superficie.

Ondas de Rayleigh
Las ondas Rayleigh, también denominadas ground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo, similar al movimiento de una ola del mar.

Cada tipo de onda viaja a diferente velocidad y al cambiar el medio por el que se propagan pueden cambiar esta velocidad y dirección de movimiento.

 

Movimiento de propagación de la onda Rayleigh

Movimiento de propagación de las ondas Rayleigh

Movimiento de propagación de las ondas Love

Movimiento de propagación de las ondas Love

Sismograma donde se aprecia la llegada en primer lugar de las ondas P, luegolas S y por último las superficiales

Sismograma donde se aprecia la llegada en primer lugar de las ondas P, luegolas S y por último las superficiales

Ante un mismo terremoto se vio cómo el registro sísmico en las distintas estaciones era diferente al esperable si se consideraba un planeta homogéneo. Así, el mayor tiempo empleado por las ondas en llegar a la estación sísmica, empezó a levantar la sospecha que la Tierra era un planeta heterogéneo formado por distintas capas. Con el paso de los años, se perfeccionó el sistema de detección, y en función de los tiempos de llegada de las ondas, se pudo precisar que la Tierra estaba formada por corteza, manto y núcleo.

Además, otro fenómeno curioso fue observado. Había unas regiones de la Tierra que nunca recibían la señal directa del terremoto y que siempre se localizaban en la misma posición opuesta al epicentro del sismo. Se recibía la onda directa P pero no a la S. Se empezó a consolidar la posibilidad de que una capa interior de la Tierra fuera fluida, ya que se conocía que las ondas de cizalla o S no se propagaban en medios fluidos, así se llegó a precisar que a partir 2900km de profundidad estaba fundido el núcleo.

Estructura interna de la Tierra y velocidad de propagación de las ondas sísmicas.

Estructura interna de la Tierra y velocidad de propagación de las ondas sísmicas.

Pero de nuevo dentro de esta zona de sombra de la onda S se volvió a ver que había otra región comprendida entre los 105º y los 140º respecto al epicentro del terremoto que tampoco se recibía la onda P directa, la denominada zona de sombra de las ondas P. ¿Podría el núcleo líquido ser heterogéneo? No sólo heterogéneo, sino además sólido en su parte más interna. Las ondas P cuando pasan de un medio de menor velocidad (menos denso) a uno de mayor velocidad (más denso) experimentan fenómenos de reflexión y refracción según predice la ley de Snell. Así partes de las ondas P que atraviesan el núcleo externo líquido experimenta una reflexión en el contacto con el núcleo interno de forma que son propagadas hacia la superficie y son registradas. Este comportamiento inesperado de las ondas al atravesar el planeta, permitió demostrar el estado sólido del núcleo externo, así como localizarlo a 5150km de profundidad.

sombra

Porpagación de las ondas sísmicas configurando la zona de sombra

Todavía se desconoce la naturaleza exacta del núcleo, aunque parece que principalmente es metálica. Pero la importancia de la presencia de un núcleo externo líquido radica en que sus movimientos y dinámica, responsables del campo magnético de nuestro planeta, algo tan primordial, que sin ello no existiría vida, o por lo menos no como la conocemos.

 

Para saber más: Arantza Ugalde (coord.), 2009. Terremotos. Cuando la Tierra tiembla

 

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