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4 Oilfield Review

La ciencia de los tsunamis

Tim BuntingKuala Lumpur, Malasia

Chris ChapmanPhil ChristieCambridge, Inglaterra

Satish C. SinghUniversidad de CambridgeCambridge, Inglaterra

Jim SledzikGatwick, Inglaterra

Por su colaboración en la preparación de este artículo, seagradece a Eric Geist, Servicio Geológico de los EstadosUnidos, Menlo Park, California, EUA; y Robert Stewart,Universidad A&M de Texas, College Station, EUA.Q-Marine es una marca de Schlumberger. DART es unamarca registrada de la Administración Nacional Oceánicay Atmosférica (NOAA) de EUA.

El terremoto de Sumatra-Andamán, acaecido en el año 2004, produjo el tsunami más

devastador que se haya registrado hasta entonces, alertando al mundo entero acerca

del poder destructivo de este fenómeno. Para el estudio de este tsunami, los científicos

están utilizando nuevas herramientas que proveen conocimientos sin precedentes sobre

las causas y los efectos de estos eventos. El conocimiento adquirido a partir de su

trabajo ayudará a mejorar los sistemas de alerta temprana, mitigando las

consecuencias de eventos futuros.

El 26 de diciembre de 2004, el terremoto deSumatra-Andamán, con una magnitud estimadade 9.3 en la escala de Richter, fue uno de los másgrandes que se haya registrado utilizando equi-pos sismográficos modernos. Al azotar la costaoeste de Sumatra, en Indonesia, para luegoseguir su curso a lo largo de una línea de falla enel margen oriental del Océano Índico, el terre-moto generó un tsunami que hizo que la atencióndel mundo se centrara en el poder devastador deeste fenómeno natural. Con estimaciones de másde 232,000 muertes y 2,000,000 de personas des-plazadas en 12 países del Sur de Asia y ÁfricaOriental, el impacto del tsunami fue verdadera-mente global.1

Además de ser uno de los peores desastres na -turales de la historia de la humanidad, el tsunamiresultó único en otros aspectos. Fue el primertsunami global que tuvo lugar desde el estableci-miento de las redes modernas de mo nitoreo delnivel del mar y el primero en ser localizado yregistrado continuamente por un satélite. Noexiste ningún otro evento sísmico de esta magni-tud que se haya producido con tantas fuentes derecolección de datos disponibles. Desde una pers-pectiva científica, el evento proporcionó una grancantidad de información para el análisis. Estainformación será utilizada para comprendermejor y prepararse para incidentes futuros.

El terremoto y el tsunami infligieron una pér-dida física de viviendas, puentes y negocios, quepuede verse comparando las fotos previas y poste -

riores al suceso (próxima página, abajo). Estasimágenes revelan los daños generados por even-tos que comenzaron por debajo de la superficie.No obstante, una comprensión total del terre-moto y del tsunami subsiguiente requiere unenfoque multifacético.

Para desarrollar una apreciación de la mag-nitud de este evento—la energía liberada alterómomentáneamente la rotación de la Tierra—presentamos una revisión básica de la teoría dela tectónica de placas y los terremotos.2 Luegosigue un análisis de la física de las olas oceáni-cas y tsunamis. Además, para comprender mejorel alcance de este evento, examinamos algunasde las herramientas utilizadas, tales como lasredes de monitoreo sísmico y oceánico, los sis -temas de posicionamiento global (GPS) y elsoftware de modelado de tsunamis. Se incluyentambién datos del levantamiento sísmico deltsunami realizado por WesternGeco, además dealgunos resultados preliminares. Este artículoexamina el estado de las gestiones actualmenteen curso para desarrollar un sistema integradode monitoreo y alerta temprana en la región delOcéano Índico.

Bases tectónicas para un tsunamiEn una escala de tiempo geológico, la superficiede la Tierra cambia constantemente; se forman ydesaparecen los océanos, los continentes coli -sionan entre sí, y las montañas ascienden y des-cienden o desaparecen por acción de la erosión.

1. “Indian Ocean Earthquake & Tsunami Emergency UpdateDecember 29, 2005,” Centro de Excelencia en Manejo deDesastres y Asistencia Humanitaria, (Se accedió el 27 deseptiembre de 2007).

2. Nirupama N, Murty TS, Nistor I y Rao AD: “Energetics ofthe Tsunami of 26 December 2004 in the Indian Ocean: ABrief Review,” Marine Geodesy 29, no. 1 (Enero de 2006):39–47.

3. El término tectónica de placas fue acuñado por BryanIsacks, Jack Oliver y Lynn Sykes en un trabajo deinvestigación que data del año 1968. Isacks B, Oliver J y Sykes L: “Seismology and the New Global Tectonics,”Journal of Geophysical Research 73 (15 de septiembrede 1968): 5855–5899.

> Cortesía del Servicio Geológico de EUA (USGS).

Sri Lanka

Islas Andamán

Sumatra

Invierno de 2007/2008 5

Para explicar los procesos que conformaron y conti-núan conformando la superficie de la Tierra, se pro-puso la teoría de la tectónica de placas.3 Esa teoríaestablece que la litosfera de la Tierra, la capa más

externa, se encuentra dividida en placas rígidas quese mueven, unas respecto de las otras, “flotando” enla astenosfera, una capa de mayor temperatura,densidad y movilidad. Por debajo de la astenos-

fera se encuentran el manto superior, el manto, elnúcleo externo y, en el centro de la Tierra, el nú-cleo interno. Las placas principales han sidoidentificadas y, mediante la representación grá-

> Fotografías satelitales de imágenes de alta resolución de Banda Aceh, en Indonesia, antes y después del tsunami. Banda Aceh se encuentra ubicada enel extremo norte de Sumatra. Con una población de 260,000 habitantes, fue la ciudad importante más cercana al epicentro del terremoto de Sumatra-Andamán.(Fotografías, cortesía de DigitalGlobe.)

Antes Después

O c é a n oÍ n d i c oUbicación

de la India hace70 millones de años

Bangladesh

La Indiaen la

actualidad

P L A C A E U R O A S I Á T I C A

Sri Lanka

Ecuador

Himalayas

fica de la actividad sísmica, se han definido susbordes (arriba).4

Las placas tectónicas divergen, convergen ose transforman constantemente. En las zonas

divergentes, las placas se separan unas de lasotras, lo que permite que el magma basáltico seescurra hacia el fondo marino y cree la cortezaoceánica densa en las zonas de hundimientomesoceánicas. El magma se enfría en contactocon el agua de mar y forma una serie de dorsalesmontañosas submarinas, que las placas diver-gentes apartan de la zona de hundimiento.

Las masas terrestres por encima del nivel delmar forman la corteza continental, que es usual-mente de mayor espesor y mucho menos densaque la corteza oceánica. La placa oceánica densase desliza por debajo de la placa cabalgante, enlo que se conoce como una zona de subducción.Finalmente, la placa en subducción se fusiona yretorna a la astenosfera. A medida que el mate-rial en proceso de subducción elimina agua, elfluido migra hacia arriba, mezclándose con elmaterial de la placa cabalgante, lo que reducesu punto de fusión. Esto produce fusiones mag-máticas, ricas en gases disueltos, que ejercenenorme presión ascendente sobre la placa cabal-gante y que pueden erupcionar si se produce undebilitamiento de la corteza (próxima página,arriba).5

Sin embargo, a lo largo de los bordes en losque no se crea ni se destruye la corteza, se pro-ducen cambios que transforman la superficie dela Tierra. Con el tiempo, a medida que las masasterrestres colisionan, un océano que separó lasmasas puede desaparecer mientras el fondo oce-ánico previo se levanta por encima del nivel delmar. Las placas pueden deformarse a lo largo de

sus bordes, formando cordilleras. Las masasterrestres que conforman la corteza continentalpueden deslizarse en sentido horizontal, creandoterremotos a medida que las placas se atascan yse deslizan.

La placa Indo-Australiana, que desempeñó unrol clave en el terremoto de Sumatra-Andamán,comprende tanto la corteza continental como lacorteza oceánica. Las masas terrestres de India yAustralia conforman la mayor parte de la porcióncontinental, mientras que el segmento oceánicoyace por debajo del Océano Índico. Según la teo-ría (y los datos), hace 100 millones de años, Indiaera una isla situada frente a la costa oriental deÁfrica, al sur del ecuador, que ha realizado unviaje inexorable hacia el norte, creando el sistemamontañoso de los Himalayas a lo largo del reco-rrido. Hoy en día, la India está penetrando laplaca Euroasiática a razón de 45 mm/año [1.8 pul-gada/año], mientras rota lentamente en sentidoantihorario.6 El monte Everest, el más alto de lacadena de los Himalayas, crece 4 mm [0.1576 pul-gada] por año debido a este movimiento (iz-quierda).7 La porción cortical oceánica de la placase hunde por debajo de la microplaca de Burma yla placa Euroasiática.

Al oeste de Sumatra, la fosa de Sunda (oJava) marca el borde de la zona de subducción.La fosa se extiende unos 3,000 km [1,865 millas],desde las Islas de Andamán en el noroeste hastalas Islas Lesser Sunda en el sudeste, y posee unaprofundidad de más de 7,700 m [4.8 millas].8 Lamicroplaca de Burma forma una cuña entre las

6 Oilfield Review

> La India en movimiento. La India era una islasituada frente a la costa oriental de África hace100 millones de años. Forma parte de la placaIndo-Australiana y ha penetrado la placaEuroasiática en su viaje hacia el norte. Duranteeste movi mien to, se formaron las Montañas delHimalaya a lo largo del límite norte de la India.

> Bordes de placas definidos por la actividad sísmica. El mapeo de los eventos sísmicos intermedios a grandes (rojo) ayuda aidentificar los bordes de placas corticales (amarillo). El área conocida como Cinturón de Fuego del Pacífico es la región másactiva del planeta, con un 90% de los eventos sísmicos registrados. Comparativamente, el Océano Índico es más activo a lo largodel margen oriental; especialmente en las proximidades del terremoto de Sumatra-Andamán de diciembre de 2004. [Adaptadode una imagen, cortesía de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) de EUA.]

Bordes de placas corticales Epicentros sísmicos, MW > 5, 1980 a 1990

OcéanoÍndico

Cinturón de Fuego del Pacífico

Terremoto de Sumatra-Andamánacaecido en el año 2004

PlacaEuroasiática

Microplacade Burma

PlacaIndo-Australiana

26 de diciembre de 2004

Islas Andamán

Sumatra

km

millas 1,000

0

0

1,000


placas Indo-Australiana y Euroasiática (derecha).A medida que la placa Indo-australiana se hundepor debajo de estas placas, se desarrollan esfuer-zos cuando las placas se atascan . Dado que lasplacas continúan desplazándose, el tiempo trans-currido entre los terremotos principales y laextensión del área a la que se limitan sus movi-mientos relativos determinan la severidadpotencial del terremoto.

Si bien el Océano Índico es partícipe de losterremotos que ocurren en zonas sísmicamenteactivas, los márgenes del Océano Pacífico son,en realidad, los más activos del mundo, ya que

un 90% de todos los terremotos—80% de los prin-cipales—tiene lugar en la Cuenca del Pacífico. El mecanismo principal de esta actividad sís-mica es el movimiento de la placa en subduccióndescripto precedentemente.9

Dado que la Cuenca del Pacífico es tan activasísmicamente, se ha establecido una red exten-siva de sensores para la detección de terremotosy tsunamis. Si bien hubo planes para desarrollarun sistema modelado según el utilizado en el

4. Oreskes N (ed): Plate Tectonics: An Insider’s History ofthe Modern Theory of the Earth. Boulder, Colorado, EUA:Westview Press, 2001.

5. Los volcanes son el resultado de estos flujos ascendentes,que crean conductos a través de la placa cabalgantepara que el magma fundido llegue a la superficie.

6. Bilham R: “Earthquakes in India and the Himalaya:Tectonics, Geodesy and History,” Annals of Geophysics47, no. 2 (2004): 839–858.

7. http://www.nationalgeographic.com/features/99/everest/roof_content.html (Se accedió el 14 de octubre de 2007).

8. La fosa Sunda se consideró alguna vez el punto másprofundo del Océano Índico hasta que en 1961 sedescubrió la Fosa Diamantina de 8,000 m [26,250 pies].

9. La actividad volcánica en torno a las zonas de subduccióndio lugar al área que se conoce como Cinturón de Fuego delPacífico.

Volcán de escudo

Borde divergente (zona de hundimiento)

Zona de hundimiento continentalBorde de placa convergente

LitosferaCorteza oceánica

Astenosfera

Placa en subducción

Corteza continental

Microplacade Burma

Borde deplaca convergente


Fosa

Indicación de laprofundidad, m

1,0004,000

FosaDorsal de expansión oceánica

> Tectónica del terremoto de Sumatra-Andamán. El borde oriental de la placa Indo-Australiana seestá hundiendo por debajo de la placa Euroasiática y la microplaca de Burma, a razón de 52 mm/año [2.05 pul gadas/año]. La placa Indo-Australiana se desplaza hacia el norte, mientras rota lentamente ensen tido antihorario. El terremoto de Sumatra-Andamán, de diciembre de 2004, se inició en elepicentro (estre lla) y continuó hacia el norte, 1,200 km [745 millas] a lo largo de la línea de falla (azul),termi nan do en las Islas Andamán. Se indican los bordes de las placas (triángulos) y las microplacas(líneas grises).

> La cara de nuestro planeta en constante cambio. Según la teoría de la tectónica de placas, la litosfera está compuesta por placas rígidas de diversostamaños, que divergen, convergen o se transforman a lo largo de los bordes. En las zonas de hundimiento, las placas se separan unas de las otras, dejandoespacios que son llenados con magma basáltico denso que se eleva desde la astenosfera. En los bordes de placas convergentes, se produce elfenómeno de sub ducción a medida que la corteza oceánica densa se sumerge por debajo de la corteza continental más flotante, retornando finalmente ala astenosfe ra. Los terremotos se producen a lo largo de estos bordes a medida que se libera el esfuerzo creado por la fricción entre las placas, amenudo de manera catastrófica. Los movimientos repentinos de las placas sumergidas desempeñan un rol importante en la generación de los tsunamis.Los datos batimétricos (inserto), obtenidos de una sección de la zona del terremoto de diciembre de 2004, muestran la subducción de la placa Indo-Australiana por debajo de la microplaca de Burma. En sus bordes se forma una fosa.

Océano Pacífico, en el momento del tsunami no sehabía implementado ese tipo de red para el OcéanoÍndico. Los eventos tsunamigénicos grandes eraninfrecuentes, habiéndose producido solamente untsunami de consideración en el siglo previo y sólocuatro reportados en la década de 1800. El tsu-nami creado por la conocida erupción de Krakatoaen 1883, y su consecuente colapso, fue uno de esoscuatro. Los datos históricos, combinados con elalto grado de actividad sísmica, indicaban la pro-babilidad de que ocurrieran tsunamis en la región,pero no se anticipaba nada comparable a la escaladel tsunami de 2004.10

Formación de las olas Las olas oceánicas—de las cuales los tsunamisconstituyen una categoría—se clasifican comoolas de gravedad. Si bien los mecanismos que lasgeneran son diferentes, los componentes físicosque describen las olas de gravedad son aplicablesa las olas generadas en una laguna, en el océanoabierto, o después de un impacto significativo,tal como el terremoto de Sumatra-Andamán.Para comprender los tsunamis, es esencial reco-nocer cómo se generan y cómo difieren de lasolas gene radas por el viento.

La mayoría de las olas oceánicas son genera-das fundamentalmente por la turbulencia delviento, que crea fricción a lo largo de la superfi-cie del agua. La turbulencia produce rizos queson olas capilares; olas que viajan entre dos flui-dos. La gravedad y la tensión superficial vuelvena llevar las crestas de los rizos a un estado deequilibrio, pero los rizos sobrepasan rápida-mente el nivel original del agua, haciendo que lasuperficie oscile. Si el viento se detuviera, lasoscilaciones desaparecerían debido a la fricción.Una vez que las oscilaciones poseen una longitudde onda de más de 2 cm [0.8 pulgada], los rizos

inducidos por el viento pueden convertirse enolas de gravedad. Esto se produce en el punto enque los efectos de la gravedad son mayores quelos efectos de la tensión superficial. La dispersióncausada por la gravedad cancela a la dispersióncausada por la tensión superficial del agua, lo queproduce una onda radiante que posee el potencialpara viajar grandes distancias. Conforme el vientocontinúa proveyendo energía a las olas, el perí-odo, la longitud de onda y la velocidad aumentany las olas resultantes pueden viajar aún más rá -pido que el viento que las generó.

Las olas pueden recorrer grandes distancias,adquiriendo a menudo más intensidad y veloci-dad, a través de su combinación con otras olas omediante el agregado de más energía aportadapor el viento. Una ola en Hawaii podría haberseiniciado durante una tormenta acaecida en Alaska,llegando a la playa con poca pérdida de velocidado energía. Si bien la ola se inició a muchas millasde distancia, las moléculas de agua no fueron des-plazadas una distancia muy grande hasta justoantes de que la ola llegara a la costa.

En aguas profundas, si la longitud de onda esmucho más corta que la profundidad del agua, elmovimiento del agua puede describirse comocircular durante el ciclo de valle-pico-valle. Enaguas someras, o cuando la longitud de onda esmayor que la profundidad del agua, el movimientoes más elíptico y la relación entre el movimientohorizontal y el vertical es proporcional a la rela-ción entre la longitud de onda y la profundidad.En el caso del tsunami, debido a su gran longitudde onda, esto sucede aún en el océano profundo,y el movimiento horizontal puede ser muchomayor que el vertical. En la costa, el movimientoelíptico se transforma en movimiento hacia ade-lante, y las moléculas de agua avanzan con la ola(abajo).

8 Oilfield Review

> Fundamentos de la formación de olas. Las marejadas generadas por acción del viento se desplazana lo largo de la su perficie del océano. Las moléculas de agua en general poseen un movimiento cir cu larque se vuelve más elíptico a medida que la ola se aproxima a la costa. La velocidad de una ola se redu -ce a medida que ésta se acerca a la costa, llevando el agua hacia arriba. La punta de la ola continúamoviéndose con más rapidez que la base hasta que llega a la zona de rom piente, donde la cresta dela ola rompe debido a la fuerza de gravedad.

La altura de la ola aumenta Zona de rompiente

Trayecto orbital delas moléculas de agua

Trayecto elíptico

En el océano, con toda su variabilidad, elmovimiento de las olas es más complejo. Lafuerza de gravedad, las mareas, los vientos encontra, los rasgos submarinos y costeros, la pro-fundidad del agua, y las olas que llegan desdediversos ángulos, actúan sobre la ola para incidiren su altura, velocidad y dirección. Debido a laslargas distancias abiertas al viaje de las olas enlos océanos, el tren de olas simple puede conver-tirse en marejadas, que son olas con gran longitudde onda. A medida que las marejadas alcanzan lasprofundidades de aguas someras, se elevan másque lo que se elevaban en aguas profundas y for-man crestas. Estas crestas finalmente rompendebido a la pendiente del frente de onda, a lafuerza de gravedad y al hecho de que la cresta sedesplaza más rápido que la base de la ola.11

Sin importar si el movimiento del agua escreado por el viento, el movimiento repentino delfondo marino durante un terremoto, la fuerzadescendente de un desmoronamiento, o inclusoel impacto de un asteroide, todas estas fuerzasgeneran un movimiento oscilatorio que se tra-duce en olas gravitacionales. Un tsunami difierede las olas producidas por el viento en el hechode que se trata de una ola generada por unimpacto, que obtiene su velocidad y potencia delevento que la generó. Las olas grandes, genera-das por un impacto, también poseen lon gitudesde onda extremadamente grandes. Los tsunamispueden tener longitudes de ondas de más de 100 km [62 millas], mientras que las marejadasgeneradas por el viento poseen longitudes deonda del orden de 150 m [500 pies].

La longitud de onda es una característica deutilidad para clasificar los tipos de olas. Una olagravitacional de agua somera se caracteriza porel hecho de que la relación entre la profundidaddel agua y la longitud de onda es muy pequeña.Estas olas viajan a una velocidad equivalente ala raíz cuadrada del producto de la aceleraciónde la gravedad (9.8 m/s2) [32 pies/s2] por la pro-fundidad del agua. Debido a la gran longitud deonda de un tsunami, éste actúa como una ola deagua somera incluso en aguas profundas y sepuede conocer aproximadamente su velocidad sise conoce la profundidad del agua. Con una pro-fundidad de agua de 7,700 m, la fosa de Sundaera una incubadora perfecta para un tsunamirápido, que alcanzó velocidades de más de 900 km/h[560 millas/h], equiparables a la de un avióncomercial moderno.

Los tsunamis no sólo se desplazan a altasvelocidades, sino que mantienen su altura demarea, o amplitud, a lo largo de grandes distan-cias. Las amplitudes de las olas de agua decaen amedida que éstas se propagan por tres razones:las olas se expanden a lo largo de la superficie


del agua; las olas se dispersan porque las olascon longitudes de onda más grandes viajan másrápido; y la energía es atenuada por el amorti-guamiento viscoso del agua. En el caso de untsunami grande, estos tres efectos son mínimos.Dado que la ener gía para la iniciación se producea lo largo de una falla extendida, las olas se dis-persan en forma lineal en vez de cilíndrica, loque se traduce en escasa propagación. En el casode longitudes de onda extremadamente grandes,las olas no son altamente dispersivas porque lavelocidad es proporcional a la raíz cuadrada de laprofundidad del agua, lo que produce poca dis-persión en el océano abierto. La pérdida deatenuación está inversamente relacionada con lalongitud de onda, y por lo tanto existe poca ate-nuación. Como resultado, un tsunami se propagaa altas velo cidades y recorre grandes distanciascon una pérdida de energía limitada.

A medida que una ola se desplaza hacia lazona de agua somera, la velocidad de propaga-ción desarrollada en aguas más profundas nopuede mantenerse. En el caso de un tsunami quese desplazó originalmente a 900 km/h en aguasprofundas, la velocidad sostenible máxima seríainferior a 50 km/h [31 millas/h] a una profundi-dad de agua de 10 metros [33 pies]. La energía

continúa empujando la ola hacia adelante, de jan dosólo una dirección para que el agua se desplacehacia arriba. En la isla de Sumatra se reportó lapresencia de olas con una altura al llegar a lacosta, o run-up, de 35 m [115 pies] (arriba).

Irónicamente, el tsunami apenas se habríanotado en las proximidades del epicentro delterremoto. Una elevación de los niveles oceánicosse habría sentido como una marejada mayor quela marejada promedio. Por ejemplo, la embarca-ción para adquisición sísmica Geco Topaz deWesternGeco estaba adquiriendo datos sísmicosfrente a la costa de la India, a 1,500 km [930 millas]del epicentro. Cuando el tsunami pasó por debajode la embarcación, entre 2 y 3 horas después deocurrido el sismo inicial, su altura era de sóloalgunas decenas de centímetros en la zona deagua abierta del Océano Índico.

Una llamada de advertenciaEl terremoto de Sumatra-Andamán se inició apro-ximadamente a las 8 de la mañana, hora local, del26 de diciembre de 2004, a lo largo de una mega-falla de cabalgamiento. Los terremotos más gran-des registrados se produjeron a lo largo de fallasde cabalgamiento, en las que las placas en sub-ducción y cabalgante se desplazan repentina-mente para liberar los esfuerzos acumulados.Durante ocho minutos, la ruptura viajó desde elepicentro, frente a la costa de Sumatra, hacia elnorte, a lo largo del plano de falla, recorriendo1,200 km [745 millas] a medida que la placa Indo-Australiana se deslizaba por debajo de la micro -placa de Burma. Esta sección larga de placasinmovilizadas se separó y la placa cabalgante, librede restricciones, se levantó.

No todos los terremotos producen tsunamis; serequiere el conjunto adecuado de circunstancias.En este caso, el plano de falla del terremoto se ex-tendió desde 30 km [19 millas] por debajo de Su-matra hasta el fondo del Océano Índico. Desde elpunto de vista del daño de superficie, un terre-moto centrado en el océano podría parecer for-tuito. No obstante, esta localización facilitó latransferencia directa de energía desde el movi-miento de la placa al agua. Con un plano de fallade 1,200 km de longitud, una zona de subducciónde 500 m [1,640 pies] de espesor, y un desplaza-miento vertical de 5 a 15 m [16 a 50 pies], el le-vantamiento de la placa cabalgante y el descensode la placa en subducción enviaron oscilacionesde agua que partieron desde la fuente de energía,generando un tsunami de dimensiones asombro-sas (abajo).

10. Para acceder a un análisis exhaustivo de la tectónica deplacas, visite el sitio de Schlumberger SEED en la Red:http://www.seed.slb.com/en/scictr/watch/living_planet/index.htm (Se accedió el 18 de agosto de 2007).

11. Stewart RH: Introduction to Physical Oceanography.College Station, Texas: Universidad A&M de Texas, 2005.http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/(Se accedió el 17 de septiembre de 2007).

> Un tsunami que se aproxima a la costa. Cuando el tsunami llega a la costa, su velocidad se reducerápidamente y su altura aumenta y se eleva bien por encima del nivel medio del mar. La ola original,con una gran longitud de onda, se vuelve un poco más corta en la costa. La distancia que recorre laola en la superficie continental—inundación—y la altura de la ola al llegar a la costa—run-up—sondeterminadas por la geometría costera y las características del tsunami en particular. Contrariamentea la creencia popular, un tsunami raramente rompe, sino que se eleva en forma similar a una marea rá -pida. Después que la ola inunda las regiones costeras bajas, el torrente de agua que retorna al océanoacarrea escombros provenientes de tierra adentro. Dado que el tsunami es en realidad una serie de olas,las oleadas subsiguientes devuelven los detritos que actúan como arietes a lo largo de la línea de costa.

Longitud de ondaNivel medio del marCresta

Valle

Amplitudde onda

Run-up(altura de la olaal llegar a la costa)

Longitud de onda

El área atascadaexperimenta un

proceso de ruptura

Comienza el tsunami

Las olas del tsunamise propagan

Placacabalgante

Área deatascamientode las placas

Placa en subducción

> Un terremoto que genera un tsunami. La placaIndo-Australiana se desliza por debajo de la mi -croplaca de Burma a lo largo de una zona desubducción, desarrollando esfuerzos entre lasplacas (extremo superior). La placa cabalgante seatascó y se flexionó hacia arriba. La ruptura liberóel esfuerzo creado por las placas inmo vi lizadas yel curvamiento hacia arriba (línea de guiones) ehizo que la placa cabalgante se des plazara haciaarriba y hacia afuera (centro). Se levantó entre 5 y 15 m, elevando el agua sobre yacente e ini cian -do el tsunami (extremo inferior). La longitud de lazona de ruptura fue de más de 1,200 km.

A los 15 minutos del terremoto, el tsunamillegó a la línea de costa de Sumatra. Pocas fueronlas señales de su aproximación, si bien es proba-ble que debido a su proximidad, el terremotohaya sido percibido por los habitantes de laregión. La primera indicación del acercamientode un tsunami fue probablemente un impulsoprevio, una marejada producida por delante delas olas más grandes.12 Precediendo el impulsoseguramente se produjo un torrente repentino deagua, que dejó expuestas grandes secciones delfondo marino del litoral costero. Según los relatosde testigos oculares, este fenómeno extrañoarrastró a las personas a lo largo del fondo marinoexpuesto, colocándolas en el trayecto de la olaque se acercaba.13 Transcurridos varios minutos, ydependiendo de la distancia con respecto a lafuente y la velocidad del tsunami, la primera olainundó la playa expuesta e ingresó tierra adentroinundando las zonas costeras bajas. El peligro nocesa con la primera ola, ya que de la tercera a laoctava, las olas generalmente son aún más grandes.En Sri Lanka, se produjeron oleadas a intervalosde aproximadamente 40 minutos, lo que indicauna longitud de onda de cientos de kilómetros.14

Una medida de la perspectivaPara el público general, los terremotos se clasifi-can a menudo utilizando una magnitud que se basaen la conocida escala de Richter. Los sismólogosutilizan medidas más significativas, tales como laescala sismológica de magnitud de momento. Lamagnitud de Richter y la magnitud de los mo -mentos sísmicos son medidas logarítmicas de laamplitud observada en los sismogramas, y se rela-cionan con la energía liberada en un terremoto.

El Dr. Charles F. Richter desarrolló su escalapara cuantificar la magnitud de los terremotos.Dicha escala se designa con las letras ML, dondeL significa local. Mediante la comparación de losdatos sísmicos correspondientes a numerososterremotos de California, medidos por las ondasde corte registradas en un sismómetro Wood-Anderson, Richter correlacionó la amplitud de laseñal medida con el tamaño del terremoto. La mag -nitud de Richter es el logaritmo de la amplitudmáxima del registro sísmico, con la aplicaciónde una corrección por distancia. Como se tratade una escala logarítmica, cada número enterodel sismómetro de Wood-Anderson representauna amplitud 10 veces mayor que el númeroentero menor. Dado que la energía es propor -cional al cuadrado de la amplitud, y que losterremotos más grandes irradian más energía debaja frecuencia, no registrada con el sismómetrode Wood-Anderson, cada número entero de la

escala de magnitud representa concretamenteun incremento de la energía de aproximadamente30 veces para los terremotos muy grandes.

La magnitud de momento, MW, describe conmayor precisión los atributos físicos de un terre-moto y es utilizada por los sismólogos modernos,especialmente a la hora de clasificar los terre-motos grandes. El momento es una función de laenergía total liberada y es una cantidad físicaproporcional a la distancia de desplazamiento yal área de desplazamiento promedio a lo largode la superficie de falla. Los datos sísmicos seutilizan para estimar el momento y luego se con-vierten, utilizando una fórmula estándar, en unnúmero representativo de otras mediciones sís-micas, tales como la magnitud de Richter.15

Dependiendo de la fuente citada, el terremotode Sumatra-Andamán recibió una clasificaciónde 9.0 a 9.3 MW.

A los pocos minutos del terremoto, comenza-ron a emitirse informes desde las estaciones demonitoreo sísmico de todo el mundo. La primeraestimación de magnitud fue de 6.2 MW, utilizan dolos arribos de las primeras ondas volumétri casmedidas en la estación de información de Hawaii.Se sabe que las magnitudes de las ondas volumé-tricas subestiman los terremotos muy grandes.Un informe sobre la magnitud preliminar (8.5 ML)fue emitido por el Servicio Geológico de EstadosUnidos (USGS) y el Centro de Advertencia de Tsu-namis del Pacífico (PTWC), una hora y 15 minutosdespués del evento, es decir, tan pronto como se

dispuso de suficientes datos de ondas de superfi-cie. Las estimaciones fueron incrementadasluego a 9.1 MW, que es la estimación publicadapor el USGS.16 El análisis posterior al terremotoelevó la cifra a 9.3 MW, pero no existe consensocon respecto a ningún número en particular.17

Gran parte de la dificultad se debe al hecho derelacionar la información sísmica con el volu-men de tierra que se desplazó.

La magnitud de un terremoto es crucial por-que la intensidad del evento iniciador es uncomponente crítico de los programas de mode-lado utilizados para predecir la generación detsunamis. Un terremoto de 6.2 MW no habríagenerado un boletín de tsunami. El informe delPTWC fue mejorado no bien se dispuso de infor-mación, pero la discrepancia observada destacala dificultad inherente a un sistema de alertatemprana.

Existen datos de fuentes ajenas a las estacio-nes de monitoreo sísmico, y un terremoto de estamagnitud nunca ha sido examinado con semejantecolección de herramientas científicas. Gracias auna red de aproximadamente 60 es taciones demonitoreo GPS en las proximidades del terremoto,fue posible cuantificar el movimiento preciso delterreno. La red GPS fue parte de un proyecto decolaboración en curso para el sudeste Asiático,conocido como Dominio de la Investigación delMedio Ambiente mediante la Utilización de Técni-cas Geodésicas Espaciales (SEAMERGES),proviniendo los GPS adicionales de las estacionesde monitoreo del Servicio GPS Internacional.

10 Oilfield Review

> La embarcación Geco Searcher en acción. La embarcación Geco Searcher de WesternGecoadquirió los datos para el levantamiento Sísmico de Reflexión Profunda del Terremoto de Sumatra.Los datos serán puestos a disposición para tareas de investigación académica futuras.


Los datos GPS proporcionaron la informaciónreal sobre el desplazamiento terrestre, queluego se utilizó para estimar la energía liberadaen el terremoto; sin embargo, esto no pudo reali-zarse en tiempo real. La conciliación de losdatos de las estaciones de monitoreo sísmicocon las estaciones GPS hizo que se asignara unamagnitud de 9.3 MW al terremoto de Sumatra-Andamán.18

Observación de mayores profundidadesA los pocos días del terremoto, se llevaron a caboimportantes operaciones de asistencia humani-taria en la región que rodea el Océano Índico.Individuos y organizaciones de todo el mundoofrecieron su ayuda en forma de donaciones yservicios. Schlumberger realizó la triple promesade proveer fondos, voluntarios y tecnología. Losfondos y los voluntarios no se hicieron esperar yabordaron los aspectos humanos de la tragedia.En el plano de la tecnología, pronto surgió unproyecto: realizar un levantamiento sísmico pro-fundo a lo largo de la línea de falla, para mejorarel conocimiento de la compleja tectónica de laregión del terremoto. Los levantamientos pre-vios, que utilizaron embarcaciones para tareasde investigación académica, no pudieron obtenerimágenes de las estructuras situadas a 30 km; laprofundidad inferida a partir de la actividadsísmica histórica. La comprensión de la distribu-ción y la geometría de las fallas que controlan eldesplazamiento del fondo marino es crucial paradeterminar los mecanismos que generaron eltsunami.19

No es la primera vez que Schlumberger parti-cipa activamente en estudios científicos relacio-nados con terremotos. El Proyecto Observatorio dela Falla de San Andrés en Profundidad (SAFOD)incorporó numerosas tecnologías de campos pe-troleros en la evaluación de la Falla de San An-drés, sísmicamente activa.20 La capacidad paradesplegar, adquirir y analizar datos, utilizandoherramientas desarrolladas para actividades deexploración de petróleo y gas, ha sido de incalcu-lable valor para comprender los mecanismos quegeneran los eventos sísmicos en regiones talescomo la zona del terremoto de Sumatra-Andamán.

WesternGeco comprometió recursos para ad -quirir y procesar los datos para el levantamientoSísmico de Reflexión Profunda del Terremoto deSumatra, o “el levantamiento del tsunami.” Se uti-lizó la embarcación Geco Searcher para la adqui-sición de los datos sísmicos (página anterior). Enconjunto con el Centro de Investigaciones deSchlumberger en Cambridge, Inglaterra, y el Ins-tituto de Física del Globo de París, en Francia,WesternGeco donó sus servicios, incluyendo el so-

porte logístico y técnico. El levantamiento se rea-lizó como un esfuerzo de colaboración con la Agen-cia Indonesia para la Evaluación y la Aplicación deTecnologías, que conserva los derechos de losdatos. En el futuro, WesternGeco tiene previstoponer sus datos a disposición de la comunidad aca-démica global para un análisis científico adicional.

El levantamiento formó parte de una iniciativamás grande; el proyecto de Investigación del GranTerremoto de Sumatra-Andamán (SAGER), que

incluyó datos de batimetría del fondo ma rino dealta resolución, y un levantamiento sísmico de re-fracción con sismómetro de fondo oceánico(OBS), desplegado por la embarcación de inves-tigación francesa Marion Dufresne.21 El InstitutPolaire Français puso a disposición la embarca-ción Marion Dufresne para el levantamiento yproveyó el soporte técnico. Los sensores OBS secolocaron en el fondo marino para registrar la ac-tividad sísmica (arriba).

18. Vigny C, Simons WJF, Abu S, Bamphenyu R, Satirapod C,Choosakul N, Subarya C, Socquet A, Omar K, Abidin HZ yAmbrosius BAC: “Insight into the 2004 Sumatra–AndamanEarthquake from GPS Measurements in Southeast Asia,”Nature 436, no. 7048 (2005): 201–206.

19. Singh S: “Seismic Investigation of the Great Sumatra-Andaman Earthquake,” First Break 24, no. 12 (Diciembre de 2006): 37–40.

20. Coates R, Haldorsen JBU, Miller D, Malin P, Shalev E,Taylor ST, Stolte C y Verliac M: “Tecnología de campospetroleros para la ciencia sísmica,” Oilfield Review 18,no. 2 (Otoño de 2006): 26–37.

21. Batimetría es el levantamiento o mapeo de puertos,ensenadas o localizaciones de aguas profundas. Para la medición y estudio de las profundidades del lechomarino se utilizan técnicas de ecosondeo con el objetode crear mapas o cartas del relieve del fondo marinocon fines de navegación.

12. Un impulso previo es una serie de oscilaciones del niveldel agua, que preceden al arribo de las olas tsunamiprincipales.

13. Barber B: Tsunami Relief. Agencia de DesarrolloInternacional de EUA, Dirección de Asuntos Legislativosy Públicos (Abril de 2005): 4. http://www.reliefweb.int/library/documents/2005/usaid-tsunami-30apr.pdf (Se accedió el 31 de octubre de 2007).

14. Cyranoski D: “Get Off the Beach—Now!,” Nature 433,no. 7024 (2005): 354–354.

15. Hanks T y Kanamori H: “A Moment Magnitude Scale,”Journal of Geophysical Research 84, no. B5 (1979):2348–2350.

16. http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/eqinthenews/2004/usslav/#summary (Se accedió el 22 de agosto de 2007).

17. Ishii M, Shearer PM, Houston H y Vidale JE: “Extent,Duration and Speed of the 2004 Sumatra–AndamanEarthquake Imaged by the Hi-Net Array,” Nature 435, no. 7044 (2005): 933–936.

> Despliegue de un OBS. La embarcación para investigación Marion Dufresnedesplegó 56 sismómetros de fondo oceánico a lo largo del trayecto del le -vantamiento sísmico de WesternGeco. Destinados a monitorear la actividadsísmica en el fondo marino, los OBS se utilizaron para registrar las refle xio -nes provenientes de las fuentes utilizadas por WesternGeco. (Fotografía,cortesía de First Break, referencia 19.)

En julio de 2006, la embarcación Geco Searcherregistró tres líneas sísmicas, totalizando 926 km[575 millas] lineales de levantamiento sísmicoprofundo (derecha). El levantamiento sísmicotenía diversos objetivos:• obtener imágenes de las fallas activas a lo

largo de la zona de subducción• cuantificar el volumen de agua que penetró a

lo largo de estas fallas• proveer información para optimizar la localiza-

ción de un pozo futuro para el Programa Inte-grado de Perforación Oceánica.22

La provisión de una imagen de las fallas, auna profundidad de 30 km, requería desplaza-mientos largos.23 En la industria del petróleo y elgas, tales profundidades no se consideran porquetrascienden el alcance de cualquier operaciónde perforación. La embarcación Geco Searcherutilizó el sistema sísmico marino con sensoresunitarios Q-Marine a fin de proveer la tecnologíanecesaria para lograr desplazamientos de 12 km[7.5 millas], en una operación con una solaembarcación. Las profundidades de las fuentes ylos cables sísmicos marinos se maximizaron parala adquisición de datos de baja frecuencia, y des-pués del modelado y el análisis, se tomó ladecisión de remolcar las fuentes y los cables sís-micos marinos a una profundidad de 15 metros.Un cable sísmico adicional, más corto, se re mol -có a 7.5 m [25 pies] de profundidad con el fin deproveer imágenes de alta resolución para la defi-nición de rasgos más cercanos a la superficie. Encomparación con los levantamientos utilizadosen las actividades de exploración de petróleo ygas, el diseño de este levantamiento fue elabo-rado y extensivo: profundidad del cable sísmicotriplicada, longitud del cable sísmico triplicada,fuente de energía triplicada y tiempo de regis-tración triplicado (próxima página, arriba).

Coincidente con el levantamiento sísmico, laembarcación francesa para operaciones de in ves -tigación Marion Dufresne desplegó 56 sismóme-tros de fondo oceánico a lo largo del trayecto dedos de las líneas sísmicas. Los sensores OBS, am-pliamente espaciados, registraron la actividad sís-mica natural pero también pudieron registrardatos sísmicos durante la operación de adquisi-ción de WesternGeco. Utilizando un espacia-miento de 5 a 20 km [3 a 12 millas], los sensoresregistraron los puntos de tiro del levantamiento ylas reflexiones de la capa en subducción. Losdatos sísmicos de reflexión, provenientes de lasoperaciones de WesternGeco, y los datos de re-fracción de los sensores OBS son complementa-rios porque los datos de reflexión proveenimágenes de alta resolución de la corteza, y los

12 Oilfield Review

> El área del levantamiento. En las proximidades del terremoto de Sumatra-Andamán, seregistraron tres líneas sísmicas (WG1, WG2 y WG3), que totalizaron 926 kilómetros linealesde levantamiento sísmico profundo. El procesamiento preliminar proporcionó imágenes dealta resolución hasta profun didades de más de 30 km. El mapa contiene además datosbatimétricos correspondientes al área en estudio.

> Resultados preliminares. A partir de la línea sísmica WG1, la interpretación preliminar revela lapresencia de fallas y bordes a profundidad. La falla de cabalgamiento principal puede verse enesta imagen, junto con otros reflectores. La discontinuidad de Moho, abreviatura de Mohorovicic,es el límite entre la corteza terrestre y el manto, y puede identificarse en esta gráfica.

Cuenca de antearco Simeulue

Meseta de Simeulue

Cuña de acreciónSO

Tiem

po, s

16

14

12

10

8

6

4

2

0

Falla de cabalgamientoprincipal activaCabalgamiento

frontal activo

Moho oceánico

Falla de Andamán Occidental

Retrocabalgamiento

Mohocontinental

NEReflectores de cabalgamiento

WG1

0 millas

0 km 25

25

Prof., m0

442

972

1,354

1,680

1,985

2,616

2,290

2,998

3,528

5,216

Falla deSumatra

Sumatra

Meseta deSimeulue Epicentro del

terremoto del 26 dediciembre de 2004

Simeulue

52 mm/añoW

G1

Frente dedeformación


WG2

Falla de Andamán Occidental

Microplacade Burma

Cuenca de Aceh

Nicobar

1000 millas

0 100km

WG3


datos de refracción OBS proveen imágenes másprofundas de la corteza y del manto superior.24

El volumen de datos adquiridos es masivo. Elprocesamiento y el análisis preliminar de los datosfueron efectuados por el personal de WesternGecoa bordo de la embarcación Geco Searcher, y pos-teriormente en tierra firme, en Indonesia, peroserá necesario un análisis ulterior para identifi-car los rasgos significativos y utilizar los datosen forma exhaustiva (página anterior, abajo).

Los datos sísmicos, junto con los datos derefracción y batimetría SAGER, están siendoutilizados para comprender los rasgos que con-trolan el movimiento de las placas. El análisispreliminar de los datos confirmó que un planode falla, proveniente del epicentro del terremotoa 33 km de profundidad, se extiende hasta el

fondo marino. Las imágenes sísmicas validaron lapremisa de que un gran movimiento ascensionaldel fondo marino contribuyó a la intensidad deltsunami (abajo). El análisis temprano identificóademás una zona inmovilizada muy vasta, de más

de 135 km [85 millas], cuya ruptura contribuyó ala magnitud del terremoto.25

El 12 de septiembre de 2007, tuvo lugar unte rre moto de 8.4 MW en la línea de falla dediciembre de 2004, pero produjo una energía de

22. Para obtener más información sobre el ProgramaIntegrado de Perforación Oceánica, consulte: Brewer T, Endo T, Kamata M, Fox PJ, Goldberg D, Myers G,Kawamura Y, Kuramoto S, Kittredge S, Mrozewski S yRack F: “Perforación de pozos profundos en los océanoscon fines científicos: Revelación de los secretos de laTierra,” Oilfield Review 16, no. 4 (Primavera de 2005): 26–41.

23. Los desplazamientos son la distancia existente entre elarreglo de cañones de aire y los sensores.

24. Singh, referencia 19.25. Singh, referencia 19.

> Imágenes sísmicas provenientes de dos profundidades del cable sísmico marino. La imagen proveniente del cable sísmicoa 7.5 m (extremo supe rior) muestra detalles más finos, más cerca de la superficie. La imagen proveniente del cable sís mi coa 15 m (extremo inferior) utiliza la energía sísmica de penetración más profunda. Los rasgos situados a una profundidadde más de 30 km pueden ser estudiados utilizando estos datos.

Tiem

po, s

1.5

2.0

2.5

3.0

Tiem

po, s

1.5

2.0

2.5

3.0

> Interpretación detallada de los datos sísmicos. El epicentro del terremoto del 26 de diciembre de 2004se situó por debajo de la meseta de Simeulue, ubicada al oeste de Sumatra. El terremoto se produjocuando la placa continental se separó de la placa oceánica a lo largo de la zona de subducción (línearoja). La zona se extiende a lo largo de más de 150 km [93 millas], desde el epicentro hasta el fondooceánico. (Adaptado de Singh, referencia 19.)

Corteza oceánica hundiéndose bajo la continental

Prof

undi

dad,

km

50

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45 500 millas

0 50km

Manto oceánico

Moho oceánico

SedimentosZona sismogénicasuperior

Cuña del manto

Moho continental


Retrocabalgamiento

Cuña de acreción Meseta de SimeulueFalla de Andamán Occidental

Cuenca de antearco SimeuluePlaca Indo-Australiana

Falla de cabalgamiento frontal

Falla decabalgamiento

en la cortezaoceánica

Falla de cabalgamiento principalIndica el

movimiento haciala parte interna

de la página

Indica el movimiento hacia la parte externade la página

BBSRDWPF

WVT

CCMWCI SSPA

HRV

FFC

ANMO

TEIGSUG

SDV

RSSDCOR

TUC HKT

JTS

PFOPASCMB

COLA

KDAKADK

H2O

KIP POHA

MIDWSLBS

JOHN

XMASKANT

AFI

RAP

RAOPTON RPN

PAYG OTAV

NNALPAZ

LCOLVC

PTGASAML

CPUP

TRQA

BDFB

RCBR

SACV

CMLA

MACI

KOWADBIC

ASCNMSKU

BGCAMBAR

SHELTSUM

LSZ

PLCAEFI

PMSA HOPE

TRIS

LBTB

SURBOSA

QSPAVNDA

SBA

CASY

ABPO

KMBO

FURI

DGAR

MSEYPALK

COCO

NWAO

MBWA

BTDF

TAU SNZO

WRAB

KAPIPMG

CTAO MSVF

HNRFUNA

TARA

KWAJDAV

QIZGUMOWAKE

TATO

ERMMAJO

SSEENH

XANINCNBJT

MDJ YSSPET

BILLYAK MA2

HIATLYULNWMQ

NILLSAKMI

CHTOUAE

RAYN

ABKT

AAKMAKZ

KURK

GNI

KIV

BRVKARUNRIL TIXI

OBNKIEV

ANTOGRFO

PAB

BFODPC

LVZKEVKGNO

ESKBORG

KBS

SEJDALEInstaladas Planificadas

Estaciones IRIS/USGSEstaciones IRIS/IDAEstaciones USGS/CUEstaciones GSN afiliadas

14 Oilfield Review

> Dos terremotos de consideración con resulta -dos muy diferentes. El epicentro de un terremotoacaecido el 12 de septiembre de 2007, con unamagnitud de 8.4 MW, se encontraba en las proxi -midades del terremoto de Sumatra-Andamán dediciembre de 2004, con una magnitud de 9.3 MW.Si bien el terremoto del 2007 fue lo suficiente -mente potente como para generar un tsunami, laruptura no se extendió desde el epicentro comolo hizo en el terremoto de 2004 (rojo). El pequeñotsunami producido durante el terremoto de 2007tuvo poco efecto sobre la región.

Placa Euroasiática

Microplacade Burma



Islas de Andamán

Sumatra

km

millas 1,000

0

0

1,000

12 de septiembre de 2007

> Red Sismográfica Global (GSN). Con un gran número de estaciones de monitoreo sísmico, la red GSN comprende una red multidisciplinaria multinacionalde estaciones sismográficas de investigación, que actúan en colaboración, incluyendo las afiliadas a las Instituciones Incorporadas para la InvestigaciónSismológica (IRIS). A abril de 2007, la red incluía las siguientes estaciones: 86 operadas por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), 39 ope -radas por la red de Despliegue Internacional de Acelerómetros (IDA), una red global de sismómetros de banda ancha y período muy largo, y otras estacionesafiliadas. La Universidad de California, San Diego (UCSD), CU en la leyenda, es uno de los participantes principales de la red, y cuenta con fondos de laFundación Nacional de Ciencias. Para obtener más información sobre GSN, IRIS, UCSD e IDA, visite: http://www.iris.edu/. (Adaptado de Global SeismicNetwork, http://www.iris.edu/about/GSN/map_family.html.)

tsunami relativamente escasa (arriba). Los cien-tíficos pueden utilizar las imágenes y los datossísmicos registrados durante ambos terremotospara comprender mejor los mecanismos que ini-ciaron los terremotos y produjeron (o no llegarona producir) un gran tsunami. En última instan-cia, la información puede integrarse en los

programas de modelado para mejorar los pronós-ticos de los tsunamis.

Las zonas de subducción, tipificadas por elárea que creó el terremoto de Sumatra-Andamán,existen en otros lugares del mundo. La tecnolo-gía tal como el sistema Q-Marine puede aplicarseen otros sitios para comprender mejor las regio-nes sísmicamente activas. La colaboración entreel mundo académico y las compañías comoSchlumberger proporcionará a los científicos einvestigadores herramientas de avanzada parapreparar las localizaciones en riesgo.

Los pasos hacia el alerta tempranaA continuación se muestra una línea de tiempo delos primeros eventos que tuvieron lugar el 25 dediciembre de 2004 en el Centro de Advertencia deTsunamis del Pacífico (PTWC) de la Administra-ción Nacional Oceánica y Atmosférica de EUA(NOAA) en Honolulu, Hawaii:• A las 2:59 p.m. hora local, comienza el terremoto

de Sumatra-Andamán• A las 3:07 p.m., se detectan los primeros arribos

sísmicos en el PTWC• A las 3:10 p.m., el PTWC emite un alerta que

informa que ha ocurrido un terremoto de 8.0 MW

cerca de Sumatra, en Indonesia• A las 3:14 p.m., el PTWC emite el boletín 1 en el

que indica que no había amenaza de tsunami en lacuenca del Océano Pacífico. No existía ningún pro-tocolo establecido para contactar otras regiones

• A las 3:15 p.m., la primera ola del tsunami azotaSumatra.

Siguiendo el procedimiento de operaciónestándar, se emitió un mensaje de texto entre losparticipantes del Sistema de Alerta contra losTsunamis (TWS) en el Pacífico, y se envió unanotificación por correo electrónico a 25,000 par-tes interesadas. Se emitieron alertas telefónicasentre diversas agencias, incluyendo el Departa-mento de Defensa Civil y el Centro Internacionalde Información sobre Tsunamis de Hawaii.26

Dado que un 80% de los terremotos más impor-tantes tienen lugar en el Océano Pacífico, es cru-cial contar con un sistema efectivo de alertatemprana de tsunamis que opere como se descri-bió anteriormente. El PTWC es sólo una parte deuna red de colaboración coordinada por la Comi-sión Oceanográfica Inter gubernamental (IOC),que depende de la Organización de las NacionesUnidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura(UNESCO).27 El sistema TWS del Pacífico com-prende cientos de estaciones de monitoreo sís-mico distribuidas en todo el mundo, sofisticadostsunámetros que monitorean las alturas de lasolas en el océano abierto y mareógrafos colocadosestratégicamente (abajo). Diversas organizacio-nes representantes de 26 países de esa región co-laboran para alertar al público toda vez que existeun peligro de tsunami.

Por su misma naturaleza, las redes de alerta,tales como el sistema TWS del Pacífico, son cos-tosas y tienen que cubrir vastas extensiones deaguas abiertas con onerosos equipos de monito-reo en tierra firme y en los océanos, y proveerconstantemente personal calificado a las esta-


ciones de monitoreo. Los eventos de diciembrede 2004 demuestran cuán costosa puede ser lafalta de un sistema de alerta temprana. El Cen-tro de Advertencia de Tsunamis del Pacífico estábien establecido y constituye el modelo para elCentro de Advertencia de Tsunamis del OcéanoÍndico (IOTWC). El PTWC hace uso de cuatroherramientas básicas: el monitoreo sísmico, elmonitoreo oceánico, los programas de modeladorápido y la comunicación.

Prestando atención a la TierraPueden determinarse tres parámetros sísmicosclave a partir de los datos de formas de ondassísmicas a fin de predecir el potencial tsunami-génico de un terremoto:• localización: si el terremoto se sitúa debajo o

cerca del mar• profundidad: si el terremoto se sitúa suficiente-

mente cerca de la superficie de la Tierra comopara crear un desplazamiento significativo

• magnitud: si el tamaño del terremoto es sufi-ciente como para producir un tsunami.

El monitoreo sísmico se realiza fundamental-mente utilizando estaciones de monitoreo quecuentan con el soporte de diversas agenciasgubernamentales e instituciones educativas. LaRed Sismográfica Global (GSN) es una fuentebásica de datos. Comprende 225 estaciones demonitoreo, distribuidas entre más de 80 países.Además, los centros PTWC y IOTWC reciben datos

de otras redes de monitoreo sísmico, tales como elSistema de Monitoreo Internacional (que formaparte de la Organización del Tratado de Prohibi-ción Completa de los Ensayos Nucleares) y lossistemas coordinados por las Instituciones Incor-poradas para la Investigación Sismológica (IRIS).

Los centros de alerta reciben datos sísmicospor Internet. No obstante, dado que la transmi-sión segura de datos por Internet no está garanti-zada, especialmente en el caso de un terremotoimportante durante o después del cual se produ-cen daños a las infraestructuras, se dispone defuentes de datos adicionales. El Sistema de Arre-glos Sísmicos de Matsushiro, perteneciente al Ob-servatorio Sismológico de Matsushiro (Nagano,Japón) y el Arreglo de Gran Apertura, que com-prenden las redes de observación sismológica deJapón, son ejemplos de las fuentes de datos paraimprevistos de los centros de alerta.

Cuando se produce un evento sísmico, losdatos se procesan en los centros de alerta paraevaluar el potencial de generación de un tsunami.Los centros de alerta utilizan un criterio estable-cido, basado en la magnitud del terremoto, paradecidir qué tipo de boletín emitir (izquierda). Sepuede de terminar una localización confiable utili-zando el método de mínimos cuadrados con lostiempos de arribo de las ondas P y las diversasfases reflejadas, empleadas para proveer estima-ciones de la profundidad del epicentro.28

Los datos sísmicos son la primera pieza delacertijo. Si un terremoto es suficientemente grande,tiene lugar en una porción somera de la cortezaterrestre y ocurre en una localización situadadebajo o cerca del mar, posee el potencial paragenerar un tsunami. El hecho de si efectivamentese ha creado o no un tsunami puede determinarsesólo en la superficie del océano.

El pulso del océanoLa identificación de la formación de un tsunami yel pronóstico preciso de sus tiempos de arribo yamplitudes de onda dependen del monitoreo pre-ciso del nivel del océano. Esto se logra utilizandodos fuentes principales: las boyas de Evaluación yReporte de Tsunamis en el Océano Profundo(DART) de la NOAA, en aguas profundas, y losmareógrafos cercanos a las líneas de costa. Sibien las boyas DART han sido desplegadas glo -balmente, el Océano Pacífico posee la mayorparte, con 28 boyas DART implantadas y cuatromás a ser desplegadas para fines de 2008 (abajo).La boya DART está compuesta por un registradorde presión de fondo (BPR), anclado en el fondomarino, y una boya superficial teleguiada por

26. http://www.noaanews.noaa.gov/stories2004/s2358.htm(Se accedió el 18 de agosto de 2007).

27. http://ioc3.unesco.org/itic/ (Se accedió el 27 deseptiembre de 2007).

28. ICG/IOTWS-II, Communications Plan for the InterimTsunami Advisory Information Service for the IndianOcean Region (Plan de Comunicaciones para el ServicioInformativo Provisional de Asesoramiento sobreTsunamis para la Región del Océano Índico), ver. 15,enero de 2006. http://ioc3.unesco.org/indotsunami/documents/IOTWS_CommunicationPlan_15Jan06.pdf(Se accedió el 25 de octubre de 2007).

> Criterios de emisión de boletines de tsunamis. Los Centros de Advertencia de Tsunamis utilizan lamagnitud, la localización (debajo del mar o debajo de la tierra) y la profundidad del terremoto paradeterminar el potencial para la generación de un tsunami y emiten boletines basados en esos crite -rios. (La fuente de los datos es la referencia 28.)

Profundidaddel terremoto

Localizacióndel terremoto

Magnitud delterremoto, Mw

Descripción del potencial de generación de un tsunami

Tipo deboletín

Muy poco potencial para un tsunami destructivoPotencial para un tsunami local destructivoPotencial para un tsunami regional destructivoPotencial para un tsunami destructivo que abarca todo el océano

Sin potencial para un tsunami

Sin potencial para un tsunami

Información acerca del tsunamiAlerta de tsunamilocalAlerta de tsunamiregionalAlerta de tsunami que abarca todo el océanoInformación acerca del tsunamiInformación acerca del tsunami

Debajo o muy cerca del mar

< 100 km

≥ 100 km

Tierra adentro

Todas laslocalizaciones

≥ 7.9

≥ 6.5

≥ 6.5

7.6 a 7.8

7.1 a 7.5

6.5 a 7.0

Localizaciones DART

4 PlanificadasNOAA34

Otras3

> Red de boyas para el monitoreo de la actividad oceánica. El Océano Pacíficoestá rodeado por las boyas de monitoreo para Evaluación y Reporte deTsunamis en el Océano Profundo (DART), y existen planes para incorporarnuevas boyas. La red provee información al Sistema de Advertencia deTsunamis del Pacífico. La NOAA opera la mayor parte de las boyas, si bienalgunas son mantenidas por otras agencias. A octubre de 2007, existían dosboyas DART activas en el Océano Índico. (Adaptado de NOAA,http://www.ndbc.noaa.gov/dart.shtml.)

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cable que provee comunicaciones en tiempo real(derecha). Un enlace acústico transmite los datosde temperatura y presión desde el BPR hasta lasuperficie, para que luego sean convertidos enuna altura estimada de la superficie del mar. Laprecisión de la medición es de ± 1 mm en 6,000 m[20,000 pies] de profundidad de agua. Estos datosson transmitidos a un satélite comercial Iridiumque transmite la información a las estaciones demonitoreo. El tiempo de ejecución asociado a losdatos es de menos de tres minutos, desde la boyahasta el centro de alerta.29

Los mareógrafos registran las variacionescosteras del nivel del mar utilizando una redinternacional de monitores. El Sistema Globalde Observación del Nivel del Mar (GLOSS) es unared de más de 290 estaciones de monitoreo delnivel del mar, coordinadas bajo el patrocinio dela Comisión Técnica Mixta de Oceanografía yMeteorología Marina (JCOMM) de la OrganizaciónMeteorológica Mundial (WMO), y la ComisiónOceanográfica Intergubernamental (IOC). El sis-tema GLOSS provee datos del nivel del marglobales y regionales de alta calidad, para seraplicados a la investigación climática, oceano-gráfica, y del nivel del mar en la zona costera(próxima página, arriba).30

Un modelo de pronósticoCuando un evento sísmico u otro tipo de eventode magnitud suficiente genera la necesidad demo delar los tsunamis, se pueden utilizar diver-sos programas para estimar la severidadpotencial de un tsunami. La información sísmicaes la fuente inicial; sin embargo, en el modelo seincorporan los datos del nivel del mar en tiemporeal a medida que están disponibles. Estos pro-gramas de modelado proveen el tiempo estimadode arribo de las olas, y los patrones de altura delas olas e inundación. Es crucial que exista unmodelo de simulación que pueda proporcionarpronósticos precisos lo más rápido posible. Los15 minutos transcurridos entre el terremoto y lallegada de la primera ola en Sumatra destacan lanecesidad del factor velocidad en las prediccio-nes de los modelos.

La Administración Oceánica y AtmosféricaNacional (NOAA) de los Estados Unidos hadesarro llado un programa de modelado de van-guardia, conocido como Método de División delTsunami (MOST).31 El programa MOST utilizauna serie de códigos de simulación numérica paracomputar el comportamiento predeterminado delas olas para las tres etapas de un tsunami: gene-ración, propagación y run-up. El programa puede

proveer cuadriculados groseros en aguas profun-das, donde la longitud de onda es grande y senecesitan menos nodos. En aguas so meras, lalongi tud de onda del tsunami se acorta y laamplitud aumenta. Para modelar mejor la ola, elprograma limita su enfoque a las cuadrículas dealta resolución.

El sistema de alerta temprana emite alertas ynotificaciones entre las áreas en riesgo potencia-les en base a las salidas del programa MOST. Elprograma MOST se corre primero en modo deinvestigación para crear escenarios utilizandoentradas predeterminadas; tales como magnitud,direccionalidad y localización del terremoto.

16 Oilfield Review

> Sistema DART II de la NOAA. Anclado en el fondo oceánico, el tsunámetro monitorea la tempe ra tu ray la presión. Estos datos son transmitidos a una boya de superficie independiente mediante pulsosacústicos. La boya se comunica con los centros de alerta contra tsunamis, utilizando un enlace sa -telital comercial Iridium. Los sistemas DART de primera generación presentaban un algoritmo dedetección automática y notificación, disparado por un valor umbral de altura de ola. El diseño actualpermite las comunicaciones de dos vías, posibilitando la transmisión de datos a solicitud, indepen -diente del mecanismo de disparo automático. Esto asegura la medición y la notificación de tsunamiscon amplitudes por debajo de los umbrales predeterminados. Cuando se produce un evento sísmico,los centros de alerta contra tsunamis utilizan un software predictivo para modelar la magnitud y laseveridad del tsunami, pero hasta disponer de datos empíricos, tales como la altura de las olas pro -venientes de las boyas DART, los centros sólo pueden pronosticar la probabilidad de un tsunami. Lainformación del sistema DART se utiliza para confirmar y refinar las características de los tsunamis.Con estos datos, es posible un proceso de notificación más preciso, lo que mejora los boletines dealertas, advertencias o evacuación. (Adaptado de NOAA, http://nctr.pmel.noaa.gov/Dart/.)

AntenasIridium y GPS

Sistemas electrónicosy baterías

Transductores acústicos(2 cada uno)

Boya de superficie,2.5 m de diámetro,

4,000 kg de desplazamiento

Comunicación ycontrol bidireccional

Satélite Iridium

Centro deadvertenciasde tsunamis

Tsunámetro

Bandera deseñalización

Flotación deesferas de vidrio

Transductoracústico

Ancla, 325 kgAnclas, 3,100 kg

1,000 a 6,000 m

~ 75 m Telem

etría

acús

tica b

idirec

ciona

l


La ejecución de estas simulaciones puede insu-mir varias horas, lo que sería inapropiado paraun sistema de alerta temprana. Para acelerar elproceso cuando se detecta un terremoto, el soft-ware intenta ajustar los datos en tiempo real aun escenario preexistente para predecir la pro-babilidad y el potencial de un tsunami. A medidaque se dispone de información adicional, talcomo los datos DART y los datos de los mareó-grafos, se ajusta el modelo (derecha).

Otra herramienta utilizada en el análisis deltsunami de 2004, el satélite Jason-1 para obtenciónde imágenes de la Tierra, proveyó, a los responsa-bles del diseño de los modelos, datos precisossobre la altura de las olas durante el transcursodel tsunami. Medida desde el espacio, la resolu-ción estuvo en el rango de los centímetros.

29. http://nctr.pmel.noaa.gov/Dart/dart_home.html (Se accedió el 1° de octubre de 2007).

30. http://www.gloss-sealevel.org/ (Se accedió el 18 de octubre de 2007).

31. Titov VV y Synolakis CE: “Numerical Modeling of TidalWave Run-Up,” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 124, no. 4 (Julio/Agosto de 1998): 157–171. Para obtener más información sobre el mode lado de tsunamis, visite el sitio:http://nctr.pmel.noaa.gov/model.html (Se accedió el 10 de agosto de 2007).

> El Sistema Global de Observación del Nivel del Mar (GLOSS). Con más de 290 estaciones de monitoreo del nivel del mar, el sistema GLOSS opera a nivelmundial monitoreando el cambio climático en el largo plazo y las variaciones oceanográficas del nivel del mar. En caso de producirse un tsunami, estosdatos se incorporan en el software de modelado para refinar los pronósticos y las estimaciones de inundaciones.

Localizaciones de los mareógrafos GLOSS

> Modelo del tsunami del terremoto de Sumatra-Andamán. Utilizando el pro -grama denominado Método de División del Tsunami (MOST) de la NOAA, eltsunami (flecha) fue modelado durante su desplazamiento por el OcéanoÍndico. Mostrada aquí aproximadamente 1 hora después de la iniciación, laola tardará tres horas más en alcanzar la costa marítima de África. (Adaptadode NOAA/PMEL/Center for Tsunami Research, http://nctr.pmel.noaa.gov/model.html.)

En lugar de contar solamente con medicionesentre puntos fijos, tales como las mediciones pro-venientes de los mareógrafos o las boyas DART,las olas pudieron medirse en forma continua condatos satelitales. Lamentablemente, el tiempo deretardo es demasiado prolongado y el área decobertura demasiado esparcida para utilizar losdatos satelitales en tiempo real. No obstante, lainformación satelital puede proveer elementosde validación y mejora para los programas demodelado actuales.

Aún con todos los datos a su disposición, losespecialistas debieron afrontar el desafío de ex -plicar cómo el terremoto de Sumatra-Andamánprodujo un tsunami cuya magnitud excedió laspredicciones iniciales de la altura de las olas. Elpronóstico del tsunami de la NOAA, corriendo elmodelo con los datos sísmicos solamente, en unprincipio subestimó la altura de las olas del tsu-nami en el océano abierto en un orden demagnitud (factor de 10). Si bien la integración delas amplitudes del tsunami, obtenidas de losmareógrafos, mejoró los resultados iterativa-mente, éstos no se consideraron satisfactorios. Losanálisis de las ondas sísmicas intensas del choqueindicaron que la rotura inicial de la falla se pro-pagó hacia el norte desde Sumatra, a unavelocidad de 2.5 km/s [1.6 milla/s]. Los análisistambién pusieron de relieve las áreas de mayordesplazamiento; y, por ende, de mayor genera-ción de olas. El problema para los responsablesdel modelado del tsunami fue que ninguna deestas soluciones sísmicas incluía un grado demovimiento global de la falla suficiente parareproducir las observaciones sa telitales de lasalturas de las olas en el océano abierto o la inun-dación severa de Banda Aceh.

La pieza crítica del acertijo se obtuvo de losdatos de elevación y desplazamiento provistos porlos monitores del sistema de posicionamientoglobal (GPS) terrestre, utilizado para rastrearlos movimientos del terreno. Los sensores GPS,registrando a una velocidad mucho más lentaque los monitores sísmicos, revelaron que lafalla seguía desplazándose mucho tiempo des-pués de haber dejado de emitir energía sísmica.Si bien existe un límite con respecto a la lenti-tud con que puede desplazarse una falla y noobstante generar un tsunami, este fenómeno a me -nudo ignorado, conocido como desplazamientoposterior, fue el responsable de las alturas obser-vadas de las olas del tsunami. La incorporaciónde las lecturas GPS en los programas de mo -delado será un componente importante paramejorar la precisión de los sistemas de alerta

contra tsunamis en el futuro.32 Otro desafío es laintegración de los datos en forma oportuna.

Una desventaja importante en relación conel desarrollo y utilización del software de mode-lado es la existencia de datos empíricos escasospara comparar con el modelo. El 12 de septiem-bre de 2007, se produjo un sismo de 8.4 MW demagnitud en las proximidades del terremoto dediciembre de 2004. Fue el primer evento de con-sideración producido desde el despliegue de unaboya DART en el Océano Índico. El programa MOSTpredijo un aumento de 2 cm [0.75 pulga da] en laaltura de las olas en la localización de la boya,con un tiempo de arribo de 2 horas y 50 minutosaproximadamente. Las alturas de las olas y lostiempos de arribo observados coincidieron conlas predicciones del programa MOST (arriba).33

Los modelos de inundación, es decir las esti-maciones de la distancia que ingresará un tsunamitierra adentro, son otro componente crítico. Loscientíficos utilizan las mediciones registradascerca de la costa, obtenidas de los mareógrafos, o

las estimaciones posteriores al evento, derivadasdel daño ocasionado por el agua para determinarel run-up. Los primeros programas calculaban lasalturas de las olas en la ribera pero tenían dificul-tad para proyectar los efectos sobre la costa en sí.Un tsunami acaecido en Nicaragua en el año 1992,proporcionó a los científicos una oportunidad paraobtener mediciones globales y compararlas con laspredicciones de los modelos.34

Utilizando experimentos de laboratorio engran escala y mediciones de campo, los investi-gadores refinaron sus modelos hasta quepudieron ajustar las mediciones empíricas de lainun dación producida por el tsunami. Utilizandoimágenes terrestres de alta resolución, datosbatimétricos precisos, datos topográficos coste-ros y marinos, información histórica de tsunamisprevios y software para efectuar cálculos rápi-dos, los científicos demostraron que un sistemade alerta temprana podía proveer estimacionesconfiables.

18 Oilfield Review

> Predicciones del programa MOST comparadas con los datos del tsunami.Indicada en el mapa del Océano Índico (extremo superior), la boya DART deTailandia (círculo amarillo) fue instalada en agosto de 2007. El 12 de sep tiem -bre de 2007, se produjo un terremoto de 8.4 MW (estrella roja) con epicentrojusto al sur del terremoto de Sumatra-Andamán de 2004. El evento generóun tsunami mínimo. En una comparación de las alturas de las olas (extremoinferior), la simulación de la altura de las olas MOST (curva roja) despuésde ocho horas se ajusta bastante bien a los datos registrados por la boyaDART de Tailandia (curva azul), tanto en amplitud de onda como en tiempode arribo. (Adaptado de los datos cortesía de NOAA/PMEL/Center forTsunami Research.)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Modelo MOSTDatos DART

Tiempo después del terremoto, h

Ampl

itud,

cm

0

2

4

–2

–4

Boya DART de Tailandia Epicentro del terremoto de 2007

la ciencia de los tsunamis/media/files/resources/oilfield... · 2010-02-03 · quierda).7 la...

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