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Pronóstico de Terremotos
Dr. Tony Phillips
"...las temperaturas estarán entre los 40 y los 50 grados, tiempo agradable y suave brisa -- otro día fresco en el área de la bahía de San Francisco", dice el anunciador del tiempo en la TV.. "La previsión de terremotos por satélite muestra un riesgo normal, sin tensiones críticas en la corteza, ni señales de infrarrojo en las proximidades de la falla de San Andrés..."
ara muchas personas los terremotos son impredecibles. Golpean súbitamente en días normales, y a pesar de todos los avances de la sismología, los científicos aún no pueden informar sobre un terremoto inminente, a diferencia de cómo un meteorólogo predice la aproximación de tormentas.

Aunque los terremotos parecen ocurrir de repente, la furiosa energía que liberan se acumula con meses y años de anticipación, en forma de tensiones de la corteza terrestre. Por el momento, los pronosticadores no tienen una forma directa de observar estas tensiones o de detectar cuando alcanzarán niveles críticos.

Energía Sísmica en 3D
Una visualización tridimensional de la energía sísmica durante el terremoto de 1994 en California. Créditos: Kim Olsen, University of California, Santa Barbara. [más información]
Esto, sin embargo, puede estar cambiando. Las tecnologías con base en satélites que están siendo desarrolladas en la NASA y otros lugares, podrían ser capaces de detectar señales de un terremoto inminente días o semanas antes de ocurra, dando al público y a los servicios de prevención de emergencias tiempo para prepararse.

"Hay varios métodos basados en satélites que parecen prometedores como indicadores de actividad sísmica", dice Jacob Yates, investigador en el Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA. "Uno de estos métodos es el Radar de Apertura Interferométrica-Sintética (Interferometric-Synthetic Aperture Radar, InSAR). Básicamente, InSAR es un proceso en el cual dos imágenes de radar de un área tectónica se combinan en una operación llamada fusión de datos, con lo cual se puede detectar cualquier cambio en el movimiento de la superficie.

Esta técnica es suficientemente sensitiva para detectar lentos movimientos del suelo -- tan pequeños como de sólo 1 mm por año. Esta clase de sensitividad, combinada con la amplitud de la visión que los satélites pueden ofrecer, permite a los científicos observar los pequeños movimientos y contorsiones de los terrenos alrededor de las líneas de falla, en una forma mucho más detallada de lo que lo han experimentado hasta ahora. Observando estos movimientos pueden deducir qué puntos de tensión elevada se están generando.

Mapa de Variaciones de Altura
Una imagen InSAR mostrando el cambio de altura del suelo debido al terremoto Hector Mine de 1999. Los datos de radar fueron adquiridos por el satélite ERS-2 de la Agencia Espacial Europea el 15 de Septiembre y el 20 de Octubre de 1999. [más información]
Un grupo de científicos de la NASA dirigidos por Carol Raymond del JPL estudió recientemente la posibilidad de pronosticar terremotos desde el espacio. Su informe, publicado en Abril, presenta un plan de 20 años para desplegar una red de satélites -- Sistema Global de Satélites para Terremotos, (Global Earthquake Satellite System, GESS) -- que utilizará InSAR para vigilar las zonas de fallas en todo el mundo.

Con algo de práctica, dice Raymond, los científicos podrán eventualmente usar los datos de InSAR para determinar cuando las tensiones de la corteza terrestre alcanzan niveles peligrosos, emitiendo una "evaluación de peligro" mensual para una falla conocida. Los pronosticadores podrían informar que la posibilidad de un gran terremoto en, por ejemplo, la falla de San Andrés durante el mes en curso, es de 2%, o 10% o 50%.

Los métodos actuales son menos exactos. Por ejemplo, el Servicio Geológico de los Estados Unidos ha publicado recientemente una evaluación actualizada del riesgo de terremotos en el área de la bahía de San Francisco, con base en la historia sísmica del área, su geología, y modelos computarizados. El estudio predice que la posibilidad de que se produzca un terremoto fuerte (magnitud 6.7 o superior) en dicha área, en algún momento en los próximos 30 años, es de un 62%, lo que exactamente no nos permite planificar nuestros próximos días.

Nuevos Desarrollos
InSAR es una manera de predecir terremotos, pero quizás no la única. Mientras que los satélites InSAR simplemente mejoran los datos a disposición de la sismología tradicional, hay otras técnicas más revolucionarias.

Una de estas ideas es buscar fuentes de radiación infrarroja (IR). Friedemann Freund, profesor adjunto de física en la Universidad del Estado de San José y científico en el Centro de Investigación Ames de la NASA, explica: "En los años 80s y 90s, científicos rusos y chinos notaron algunas anomalías térmicas asociadas con los terremotos en Asia -- por ejemplo, el terremoto de Zhangbei de 1998 cerca de la Gran Muralla China. Este terremoto ocurrió cuando las temperaturas en la región rondaban los -20 °C. Justo antes del terremoto, los sensores termales detectaron variaciones de temperatura de hasta 6° a 9°, según los documentos chinos".

Los satélites equipados con cámaras IR podrían usarse para detectar puntos de temperaturas anormales desde el espacio. De hecho, cuando Freund y su colaborador Dimitar Ouzounov del Centro Goddard de Vuelos Espaciales, (GSFC) examinaron datos de Infrarrojo recogidos por el satélite Terra de la NASA, descubrieron un calentamiento del terreno en la India occidental, justo antes del potente terremoto de Gujarat el 26 de Enero de 2001. "La anomalía térmica llegó hasta los +4 °C", dice Freund.

Anomalías térmicas en sismos
Imagen en infrarrojo de la región circundante a Gujarat, India, el 21 de Enero de 2001. Las áreas amarillo-naranja señalan las anomalías termales que aparecieron días antes del terremoto del 26 de Enero. La estrella marca el epicentro del terremoto. Créditos: Modis a bordo del satélite Terra de la NASA. [más información]
¿Cuál es la causa de que las rocas bajo presión emitan radiaciones infrarrojas? Nadie está seguro. El espectro de frecuencias de las emisiones muestra que el calor interno generado por fricción -- por ejemplo, rocas rozándose entre sí, no es el responsable de la radiación.

En un experimento de laboratorio, Freund y colaboradores sometieron bloques de granito rojo a una presión de 1500 toneladas, imitando de alguna manera lo que pasa millas bajo la superficie de la Tierra. Una cámara sensitiva desarrollada en el JPL y el GSFC vigiló las rocas y detectó emisiones infrarrojas. Además, se generó un voltaje en la superficie de la roca. Esto conduce a Freund a creer que la causa puede ser eléctrica.

Las presiones y las emisiones infrarrojas
Cuando el granito rojo se somete a presiones extremas, como en este experimento llevado a cabo por Freund y sus colaboradores, su superficie emite radiación infrarroja.
[más información]
Las rocas ordinarias son aislantes. Sin embargo, las rocas sometidas a grandes presiones, actúan a veces como semiconductores. Freund cree que antes de un sismo, pares de cargas positivas llamadas 'electrones desertores' o 'agujeros positivos' se separan y emigran a la superficie de las rocas presionadas. Allí se combinan unos con otros, y en el proceso liberan radiación infrarroja. Los experimentos tienden a prestar credibilidad a esta explicación, pero es todavía una teoría nueva que no ha ganado amplia aceptación en la comunidad científica, hace notar.

Las corrientes eléctricas en la roca podrían explicar otra curiosa observación: los científicos que llevaban a cabo experimentos usando magnetómetros justo antes de un gran sismo, recogían accidentalmente pequeñas, lentas fluctuaciones en el campo magnético de la Tierra. Un ejemplo ocurrió durante el terremoto de Loma Prieta que destruyó a San Francisco en 1989. Casi dos semanas antes del sismo las lecturas de las señales magnéticas de baja frecuencia (0.01-0.02 Hz) saltaron hasta 20 veces por encima de los niveles normales, y subieron incluso a niveles más altos el día del terremoto.

La causa de estas señales es desconocida. Complementando la idea de Freund, hay teorías que incluyen el movimiento de aguas profundas, conductoras de iones, dentro de fracturas generadas por la rotura de las rocas; energía electromagnética liberada por electrones desprendidos de rocas cristalinas como el granito, y un efecto piezo-magnético desencadenado por la presión aplicada a cierto tipo de rocas.

Señales magnéticas
Señales magnéticas de baja frecuencia recogidas durante 31 días alrededor del sismo de Loma Prieta [más información]
Una compañía llamada QuakeFinder espera que estas tenues señales magnéticas (normalmente inferiores a una nanotesla) puedan detectarse desde satélites de órbita baja . Los sensores en tierra pueden también detectar estas fluctuaciones, pero los satélites en órbitas polares tienen la ventaja de cubrir casi la totalidad de la superficie de la Tierra, todos los días.

El 30 de Junio de 2003 QuakeFinder lanzó el QuakeSat. Midiendo solo 10 x 10 x 30 cm, este satélite operará durante un año para determinar hasta que punto podría detectar señales magnéticas generadas por actividad tectónica. Los primeros seis meses de la misión se dedicarán a calibrar el satélite y adquirir los datos de referencia. Más tarde, los operadores en Tierra podrían dedicarse en serio a buscar sismos.

Los dos métodos, mediante rayos infrarrojos o magnetismo para detectar sismos, son controvertidos. Por ahora InSAR parece estar en ventaja para la previsión de terremotos. Los tres, sin embargo, ofrecen una posibilidad tentadora: Algún día, el informe meteorológico local podrá pronosticar no sólo las tormentas que se ciernen sobre nosotros, sino también las que se ocultan bajo nuestros pies.

 
Para saber más...
Predicción Sísmica
F. Ramón Zúñiga (*)

¿Podría alguna vez suceder que, aunado al pronóstico del tiempo, en los noticiarios se incluyeran los pronósticos relativos a la actividad sísmica volcánica de un lugar? ¿Cuáles serían las consecuencias sociales de tales hechos? ¿Tenemos la capacidad científica y tecnológica para lograrlo? ¿Estamos preparados para afrontar este tipo de advertencias?
Aún cuando no podamos responder a todas las preguntas planteadas, tal vez se puedan aclarar algunas dudas en cuanto a la factibilidad de efectuar predicciones sísmicas, así como acerca del estado del arte en este tipo de estudios.
Para poder seguir adelante, es necesario esclarecer qué es lo que entendemos por predicción en un contexto científico. En general, se considera una predicción sísmica formal a aquélla en la que se indica el tiempo de ocurrencia, el sitio de ocurrencia (con la profundidad) y la dimensión (magnitud) del evento por ocurrir, incluyendo con todos estos parámetros una indicación del error o la incertidumbre en cada valor dado; El tiempo de ocurrencia generalmente se proporciona como un intervalo en el que existe una determinada probabilidad de que ocurra el evento. Además, se deben especificar los métodos empleados y la justificación científica de su empleo.

Estudios Determinísticos y Estudios Probabilísticos
Ahora bien, ¿en qué nos podemos basar para emitir una predicción que pueda ser considerada confiable? Los estudios encaminados hacia la posible predicción de un evento pueden concentrarse en el mecanismo físico del evento, tratando de determinar todos y cada uno de los parámetros involucrados en él, de manera que al conocer el fenómeno a fondo se pueda determinar la ocurrencia futura; o bien, pueden enfocar su atención en el comportamiento estadístico y en la probabilidad de ocurrencia de un evento, tratando al fenómeno como una serie de ocurrencias de eventos en el tiempo, con una distribución a determinarse. En muchos casos se hace uso de una combinación de ambas técnicas. Esto último es especialmente importante para aquellos estudios basados en la estadística, ya que el emitir conclusiones sin conocer las causas físicas del proceso de que se trate producirían resultados poco confiables.

Parámetros observables con posible carácter predictivo
En cuanto al proceso físico de un sismo, ciertos fenómenos relacionados con el esfuerzo al que están sometidas las rocas pueden ser observados antes de la ocurrencia del terremoto, y a éstos se les conoce como fenómenos precursores. Muchas de estas manifestaciones han sido exploradas exhaustivamente por diversos grupos de investigación en varios países con resultados variados.
A continuación mencionaremos sólo algunos de los posibles indicadores de la inminencia de un sismo que han tenido éxito en ciertos casos.

Parámetros de carácter físico-químico
Casos que han llamado la atención tanto por su éxito como por sus fracasos se han dado en China, Japón, los Estados Unidos, Grecia e, incluso, México, por nombrar algunos. Uno de éstos es el caso del terremoto de Haicheng, China, en 1975, el cual se ha llegado a considerar un éxito, pues una oportuna evacuación salvó la vida de los habitantes de varias poblaciones cercanas al foco del terremoto. Sin embargo, se ha determinado que la evacuación no fue producto de una predicción acertada, sino de varias coincidencias afortunadas, incluido el hecho de haberse presentado eventos sísmicos precursores de características claras en una zona carente de actividad reciente, hecho que ocasionó una movilización tanto de los habitantes de comunidades cercanas, como del personal del Servicio Sismológico Chino. Sin embargo, por lo anterior este caso no es considerado por muchos un éxito en predicción sísmica.
Ahora bien, las manifestaciones físicas relacionadas con los cambios en el estado de esfuerzos van desde los cambios en el campo eléctrico natural de las rocas, hasta variaciones en el nivel de agua de pozos, pasando por anormalidades en el comportamiento animal, cambios en las emanaciones naturales de diversos gases tales como el radón, deformación de la corteza (medida de varias formas, incluyendo variaciones en la aceleración de la gravedad en la zona), variaciones de temperatura en aguas subterráneas, cambios en la coloración infrarroja, etc.

Fenómenos relacionados con la sismicidad
Otros tipos de fenómenos que han sido de gran utilidad para evaluar la posibilidad de una predicción son las variaciones en espacio o en tiempo de algunos fenómenos relacionados con la sismicidad de la zona. Entre éstos se encuentran los llamados patrones de sismicidad. Los patrones de sismicidad se refieren a los cambios que pueden tener lugar en el número y características de los sismos (generalmente pequeños) que normalmente ocurren en una zona, y que se pueden presentar con cierta anterioridad a la ocurrencia de un macro sismo. Sin embargo, el problema en este caso es determinar cuál es el nivel "normal" de actividad sísmica. Esto es un problema debido a que en la mayoría de los casos no se cuenta con una capacidad de detección adecuada, por falta de equipo de detección en la zona. Aún en los casos en los que se cuenta con el equipo suficiente puede ocurrir que la historia de detección sea insuficiente (los aparatos han estado funcionando por un tiempo corto en relación a las posibles variaciones ambientales de sismicidad que se podrían considerar normales). A esto se aúna el problema que causan cambios en la cantidad y localización de los aparatos que forman parte de las redes de detección, así como cambios en las técnicas empleadas en los cálculos. Estos cambios pueden ocasionar que una variación en sismicidad que pudiera atribuirse a un estado de preparación de un macro sismo en realidad se deba a un efecto artificial producto de variaciones en la detección.
De cualquier manera, patrones de sismicidad que se utilizan frecuentemente en estudios de predicción, y que se ha observado que en ocasiones se presentan antes de la ocurrencia de un evento mayor, incluyen:
- Quietud sísmica: disminución en el nivel de la sismicidad que normalmente ocurre en una zona (sismicidad de fondo).
- Patrón de dona: aumento de sismicidad en la periferia de una zona y disminución o ausencia en el centro de ésta.
- Incremento de sismicidad: a nivel muy local.
- Migración de focos sísmicos: se puede observar a veces que los focos (y por ende los epicentros) de los sismos que normalmente ocurren dispersos en una zona parecen ocurrir cada vez más hacia una pequeña parte de dicha zona.

Confiabilidad de los métodos de predicción
Hay varios puntos que deben ser considerados para conocer la confiabilidad tanto del método mismo como de la posible predicción. Dichos puntos son, a saber:
- El número de aciertos logrados (aún cuando sean a posteriori) en el historial sísmico de la zona.
- El número de fallas del método para el mismo historial. Esto es, las veces que se presentó un evento sísmico significativo, sin que el método lo hubiera detectado.
- El número de falsas alarmas. Se debe cuantificar el número de veces que el método emite una advertencia de evento futuro sin que éste se presente en el lapso especificado.

Expectativas a futuro
A la fecha, las técnicas más promisorias con las que se puede atacar el problema de "¿cuándo?", son aquéllas en las que se combina el uso de varias de ellas y se emplean métodos de observación en detalle, ya que otro problema (que puede influir rotundamente en los resultados de los métodos basados en las anomalías precursoras) es el factor de escala, pudiendo presentarse dichas anomalías en zonas muy locales, y perdiendo la resolución cuando se consideran promedios en regiones mayores.
Sin embargo, los avances logrados y el conocimiento adquirido nos permiten aseverar que llegará pronto el día en que la posibilidad de anticipar la ocurrencia de un terremoto sea una realidad cotidiana.

(*) Instituto de Geofísica, UNAM, México.

 
Recursos en la Web
Recursos en la web

Más información (en inglés):
Sistema Global de Detección de Terremotos Vía Satélite (Global Earthquake Satellite System -- GESS) -- Portal.

Reporte Final del GESS -- resultados del estudio de GESS, con un plan a 20 años para el desarrollo de una red de satélites para monitorear señales de terremotos inminentes. "Hay mucha emoción entre la comunidad científica por obtener mediciones reales de alta calidad y resolución temporal sobre la deformación de la superficie", dice Carol Raymond, del JPL, quien dirigió el estudio.

Investigación sobre terremotos de la NASA -- enlaces a varios proyectos de la NASA relacionados con terremotos.

Programa de Advertencia de Terremotos de USGS -- (USGS) Portal.

Estudio de Probabilidades de Terremotos en el 2003 -- para la Bahía de San Francisco, de USGS.

Las observaciones de ULF/ELF predicen terremotos -- (SPIE) Una entrevista con Jack Dea, del Comando Naval y del Centro para el Control y Vigilancia del Océano (Control and Ocean Surveillance Center).

QuakeSat -- (Universidad de Stanford) Portal.

QuakeFinder -- una compañía dedicada a detectar señales de preaviso de terremotos desde el espacio. QuakeFinder acaba de lanzar al espacio el QuakeSat.

Un diseño derivado del Cubesat para una misión única de investigación académica sobre detección de señales características de los terremotos -- (formato pdf) más información sobre el Quakesat.
 
Traducción y adaptación: David Martínez Herrera/Carlos Román
Mendoza, Argentina, 01 de Octubre de 2003.
 
Los trabajos publicados sólo pueden ser reproducidos
con la expresa autorización de sus autores.
Estamos en contacto: betelyuz@yahoo.com
Por cualquier corrección, sugerencia o comentario.
 
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