Ondas sismicas
Sismología
La Sismología es la ciencia que estudia los aspectos relacionados con la recurrencia de temblores de tierra, terremotos o sismos, es decir, a través de estos, su distribución espacio temporal, mecanismos en el foco y liberación de energía, pone de manifiesto los procesos dinámicos que están sucediendo en la Tierra. Asimismo, el estudio de la propagación de las ondas producidas por los terremotos nos da información sobre su estructura interior, las regiones que la forman y la distribución de la densidad y de las constantes elásticas que presenta.
La propagación de las ondas producidas por los terremotos está determinada por la mecánica de los medios elásticos y, por tanto, sus velocidades dependen de las características elásticas del medio, cuya distribución puede estudiarse mediante la observación de los tiempos de recorrido y amplitudes de estas ondas. Las soluciones obtenidas para las ondas elásticas representan dos tipos de ondas (llamadas internas o de volumen) que se propagan con distinta velocidad. Las de mayor velocidad, y por tanto las primeras en llegar, son las llamadas ondas P, que corresponden a ondas longitudinales. Las segundas en aparecer, debido a su menor velocidad, son las ondas S, que tienen carácter transversal.
El estudio de estas ondas se realiza mediante las leyes de la reflexión y refracción, ya que la Tierra está formada por capas de distinto material. Sus trayectorias y tiempos de llegada se determinan, bien considerando capas planas, cada una de velocidad constante o aumentando con la profundidad.
Las ondas y el medio elástico
Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto. Las ondas materiales, las cuales son todas exeptuando las electromagnénicas, requieren de un medio elástico para propagarse.
El medio elástico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda. La perturbación comunica una agitación a la primera partícula del medio en que impacta, a este se le denomina como el foco de las ondas y en esa partícula se inicia la onda.
La perturbación se transmite en todas las direcciones por las que se extiende el medio que rodea al foco con una velocidad constante en todas las direcciones, siempre que el medio sea isótropo (de iguales características físico- químicas en todas las direcciones). Todas las partículas del medio son alcanzadas con un cierto retraso respecto a la primera y se ponen a vibra. El movimiento de cada partícula respecto a la posición de equilibrio en que estaba antes de llegarle la perturbación es un movimiento vibratorio armónico simple. Una onda transporta energía y cantidad de movimiento pero no transporta materia. Las partículas vibran alrededor de la posición de equilibrio pero no viajan con la perturbación.
Origen de los terremotos o sismos
Gracias a la sismología se tiene el conocimiento de la estructura interna de la tierra, los cuales son importantes recordar para entender a los terremotos. De forma simplificada, el planeta esta conformado por un núcleo, hecho principalmente de metales como el hierro y el níquel; después, está el manto, compuesto de silicatos base de sodio, calcio y potasio; por último, se tiene a la corteza terrestre, que es la capa de roca más externa de la tierra.
Cierta zona de la tierra, la cual es la corteza terrestre y parte exterior del manto, puede considerarse como un cuerpo rígido "flotando" en el resto del manto en donde pueden ocurrir movimientos como si se tratara de un fluido. Sin embargo, la semejanza a la naturaleza de un fluido solo es correcta cuando se consideran tiempos muy extensos (tiempos geológicos).
La litósfera (el cascarón exterior del planeta) está conformado por varias "placas" que hacen contacto entre sí, lo cual hace que esta parte de la tierra no sea continua sobre su superficie. Las placas se mueven relativamente entre ellas gracias a que, a lo largo de estas, se aplican fuerzas que se cree que se generan por las corrientes de convección dentro del planeta. Este movimiento relativo ocurre cuando surge más litósfera en los margenes de las placas o cuando las placas se enciman unas con otras (esto último de conoce como subducción).
Las corrientes de convección se manifiestan normalmente en fluidos como el agua, pero hay que recordar que parte de la tierra puede ser considerada como un fluido si se toman tiempos extensos.
Claramente, las placas no son lisas; cuando dos de ellas entran en contacto tratan de detenerse mutuamente con las fuerzas de fricción, pero a medida que la fuerza de tensión sigue aumentando se libera el movimiento. Este movimiento no es continuo; las placas trataran de detenerse en todo su trayecto y las fuerzas de tensión aumentarán haciendo que vuelvan a moverse. La liberación repentina de esfuerzos impuestos al terreno genera los temblores alrededor de la región. Los planos de deslizamiento entre placas se llaman fallas y el lugar donde comienzan provocando el temblor se llama foco; la proyección de este último en la superficie terrestre se llama epicentro.
La zona donde se tocan las placas se llama zona de Wadati-Benioff.
Tipos de ondas sísmicas y su propagación
Las fallas de las placan liberan un esfuerzo que se manifiesta en ondas que, dependiendo en la zona dónde se transmiten, pueden considerarse como internas o superficiales.
Ondas internas
Son las que se transmiten en el interior de la tierra. Estas ondas se estudian como las que se propagan en cuerpos sólidos (ya que esta zona de la tierra es considerado como un sólido elástico). Se pueden transmitir de dos maneras: a través de ondas P u ondas S. Estas ondas forman curvas en sus trayectorias en el interior de la tierra ya que la densidad de esta es muy variada.
Ondas superficiales
Son las vibraciones internas que llegaron a la superficie de la tierra y se trasnmiten en esa zona. Su velocidad y frecuencia es baja a comparación de las ondas internas pero tienen amplitudes muy grandes y son los que causan los desastres en las construcciones de la superficie. Dos tipos muy importantes de ondas superficiales son las ondas de Rayleigh y las ondas de Love.
Ondas P
Se transmiten a través de perturbaciones y rarefacciones, es decir, las partículas del medio se mueven en la dirección en la que se propaga la onda; también se les conoce como ondas de comprensión. Las ondas P son 1.7 más rápidas que las ondas S; su velocidad esta dada por:
$ v_{p} = \sqrt{{k + {3 \over 4}{\mu}} \over \rho} $
Donde $v_{p}$ es la velocidad de la onda P; $k$ es el módulo de comprensibilidad; $\mu$ es el módulo de rigidez y $\rho$ es la densidad del medio. En este caso, la roca de la tierra es la que sufre las comprensiones y rarefacciones.
Ondas S
Aquí, las partículas del medio se mueven en la dirección en la que se propaga la onda; también se le conocen como ondas de comprensión. Son más lentas que las P; su velocidad está dada por:
$ v_{s} = \sqrt{{\mu} \over \rho} $
Las variables tienen el mismo significado que en las ondas P.
El movimiento transversal lo realiza la sección de roca a la que le llega la perturbación, es decir, la roca se moverá de arriba a abajo o de lado a lado.
Ondas de Rayleigh
Ondas de Love
Son el resultado de muchas ondas S que subieron a la superficie e interfirieron entre sí. Estas ondas son las causantes del movimiento lateral del suelo durante los terremotos; la suma de las ondas S dan movimientos periódicos hacia arriba y abajo, pero también de derecha a izquierda. Son más lentas que las ondas S y P pero más rápidas que las ondas de Rayleigh. Su amplitud y fuerza va bajando conforme a la profundidad de la zona en la que se estudia, en concreto disminuye en la razón:
$1 \over \sqrt{r}$
Donde $r$ representa la distancia que hay desde el el origen del terremoto hasta punto que la onda ha recurrido. A pesar de esta pérdida de fuerza con la distancia, los mayores terremotos han causado ondas de Love que pueden rodear al planeta muchas veces antes de desaparecer. Este tipo de ondas no se amortiguan con facilidad; es por eso que pueden llegar a ser muy destructivos en el epicentro.
Las ondas de Love se llaman así en honor a AuguAstus Edward Hough Love, quien fue quien las predijo matemáticamente en 1991
