Sismología

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La sismología (del otro griego σεισμός  - terremoto y λόγος  - enseñanza ) es una ciencia que estudia la propagación de las ondas sísmicas en las entrañas de la Tierra , los fenómenos sísmicos, sus causas, sus fenómenos asociados y la estructura de la Tierra. Las ondas sísmicas son el principal portador de información en sismología. Se registran en estaciones sísmicas. Las ondas sísmicas caracterizan no solo el foco de un terremoto, sino también el medio a través del cual se propagan [1] .

Se encuentra en la intersección de muchas ciencias: geología , geofísica , física , química [2] , biología [3] , historia y otras. A principios del siglo XX surgió la sismología de ingeniería, rama de la sismología que estudia los procesos del impacto de los terremotos en las estructuras de ingeniería y los suelos en sus cimientos [1] .

Direcciones científicas en sismología

La sismología realiza investigaciones en las siguientes áreas principales:

  1. El estudio de la naturaleza de los fenómenos sísmicos, en otras palabras, busca una respuesta a la pregunta: por qué, cómo y dónde ocurren.
  2. Aplicación de los conocimientos sobre los fenómenos sísmicos y para la protección contra los mismos mediante la predicción de posibles choques sísmicos en un lugar determinado con el fin de construir estructuras y estructuras resistentes a sus efectos y otros objetos y procesos tecnológicos
  3. El estudio de la estructura interna de la Tierra y las propiedades elásticas de sus capas constituyentes.

Valor práctico

Gracias a la sismología, se reveló la estructura de la Tierra y se establecieron las principales interfaces en sus entrañas: la corteza , el manto y el núcleo . Se encontró que además de los datos sobre las fuentes de los fenómenos sísmicos, las ondas sísmicas llevan información sobre el medio a través del cual se propagan.

La sismología ha permitido comprender la naturaleza de los fenómenos sísmicos, desarrollar nuevas tecnologías para la construcción de estructuras resistentes a los choques subterráneos y mucho más. Fueron necesarios más de cien años para relacionar la naturaleza de los terremotos con las ondas sísmicas provocadas por ellos, y unos cincuenta años para tener una idea general de la estructura interna de la Tierra y la naturaleza de la propagación de las ondas sísmicas en su interior. entrañas [4] .

Historia

Etapa inicial

Incluso en la antigüedad se realizaban las más simples observaciones sismológicas, que se reducían principalmente a una descripción de las consecuencias de los terremotos [1] .

Los terremotos han sido explicados por causas sobrenaturales desde la antigüedad en muchas civilizaciones. Por ejemplo, los antiguos japoneses creían que se trataba de columpios de bagre , sobre los que, según sus ideas, descansaban las islas japonesas. Una explicación temprana, que luego se usó durante muchos siglos, la dio Aristóteles , quien sugirió que los vientos eran los culpables de los terremotos, buscando una salida de las cuevas en las entrañas de la Tierra, donde previamente habían penetrado desde la atmósfera . 5] . El antiguo erudito chino Zhang Heng en Xi'an en 132 EC mi. inventó un dispositivo para detectar terremotos [6] .

En el siglo XVIII , John Michell sugirió que los terremotos eran causados ​​por el paso de ondas elásticas a través de la corteza terrestre [7] . Tratando de explicar los terremotos en términos de la mecánica newtoniana, analizó el testimonio de testigos oculares y publicó en 1760 el libro "Supuestos sobre las causas de los terremotos y observaciones de este fenómeno". Mitchell concluyó acertadamente que los terremotos son "ondas causadas por el movimiento de rocas a millas por debajo de la superficie de la tierra". Según relatos de testigos presenciales del terremoto de Lisboa en 1755, Mitchel estimó la velocidad de las ondas sísmicas en 1930 km/h. También sugirió que la ubicación del centro de un terremoto en la superficie terrestre (lo que ahora se llama epicentro) puede determinarse comparando datos sobre el tiempo de llegada de las vibraciones en un lugar u otro. Este método se ha convertido en la base de los métodos modernos para determinar el epicentro, aunque Mitchell usó el truco equivocado para calcular el epicentro del terremoto de Lisboa basándose en la evidencia de la dirección del tsunami [4] .

Un nuevo salto en el desarrollo de la sismología se produjo a mediados del siglo XIX gracias a Robert Mallet . Ha estado recopilando datos sobre terremotos históricos y realizando experimentos de campo durante dos décadas. Mallett compiló un catálogo de sismicidad mundial, que consta de 6831 terremotos. Para cada uno de ellos se dio la fecha, lugar, número de choques, dirección posible, duración de las oscilaciones y sus consecuencias. Mallett usó una nueva técnica fotográfica para documentar la destrucción. Patrocinado por la Royal Society, emprendió una expedición a Italia, como resultado de la cual en 1862 publicó The Great Napolitan Earthquake of 1857: Basic Principles of Seismological Observations [4] [7] , en dos volúmenes . En este trabajo, habiendo dividido el área afectada por el terremoto en 4 zonas según la naturaleza del impacto, Mallett introdujo así la primera escala de intensidad sísmica [7] .

Sismología científica

Una serie de devastadores terremotos de finales del siglo XIX y principios del XX contribuyeron a que en Europa, Rusia, Estados Unidos y Japón se iniciaran observaciones sistemáticas de terremotos. Se compilaron los primeros catálogos de terremotos registrados instrumentalmente, se construyeron mapas de la distribución de sus fuentes. Esto permitió establecer una conexión entre los terremotos y la transformación de la materia en la superficie y en el interior de la Tierra. Las razones de la destrucción de los edificios quedaron claras y se hizo posible, no intuitivamente, sino sobre una base científica, construir estructuras de ingeniería en zonas sísmicamente peligrosas [8] . Los trabajos de O. Cauchy, S. Poisson, J. Rayleigh, G. Kirchhoff y otros sentaron las bases de la teoría de las ondas sísmicas.A finales del siglo XIX se construyeron los sismógrafos. Desde entonces, la sismología se ha formado como una ciencia exacta. Gracias a los sismogramas, fue posible determinar la ubicación de las fuentes de terremotos, construir hodógrafas de ondas sísmicas, que determinan la dependencia del tiempo de llegada de las ondas a la estación de su distancia desde el epicentro del terremoto. Con base en estos datos, se sacaron conclusiones sobre la estructura de la Tierra [1] .

En 1899, el geofísico alemán, sismólogo Emil Wiechert sugirió que las ondas sísmicas longitudinales P y transversales S registradas en el sismograma son de origen profundo. En otras palabras, están conectados con fuentes en las entrañas de la Tierra. Pasaron algunos años más y este punto de vista fue aceptado universalmente. El cuadro general de la excitación y propagación de las ondas sísmicas en las entrañas del planeta quedó claro. En 1906, Wiechert interpretó los grupos intermedios de ondas en el sismograma como reflejadas desde la superficie terrestre, y el inglés Dixon Oldham (Olgrem), basado en la naturaleza de la propagación de las ondas S, sugirió la existencia de un núcleo interno en el planeta [1] . Más tarde se subdividió en un núcleo exterior "líquido" y un núcleo interior "sólido". En el mismo 1906, G. F. Reid , mientras estudiaba el desplazamiento a lo largo de la falla de San Andrés tras el terremoto de 1906 en San Francisco , planteó la hipótesis del retroceso elástico para explicar las causas del terremoto, que se convirtió en teoría , en la que 70 años después, pocos dudaban [9] .

En 1907, el geofísico y sismólogo alemán Karl Zoeppritz demostró que el estudio de las amplitudes de las ondas sísmicas permite juzgar la estructura interna de la Tierra.

En 1909, el geofísico y sismólogo croata Andrej Mohorovicic descubrió el límite entre la corteza terrestre y el manto subyacente [1] .

En 1913, los avances en el campo de la investigación geológica y los datos sísmicos instrumentales permitieron al sismólogo estadounidense Beno Guttenberg formular una idea general de la estructura interna de la Tierra [4] .

En 1935, el sismólogo estadounidense C. Richter propuso una escala de magnitud para los terremotos. En 1936, el sismólogo danés I. Leman descubrió la presencia de un núcleo interno sólido en la Tierra. A principios de la década de 1940, el británico G. Jeffreys y el australiano C. Bullen construyeron curvas de tiempo de viaje para ondas sísmicas. En base a ellos se crearon los primeros modelos de la estructura de la Tierra [1] .

En 1969, comenzaron a estudiar la sismología de la luna  - ver Moonquake .

En 1976, el Viking-2 AMS llevó el sismómetro a la superficie de Marte . Se obtuvieron sismogramas de ocho eventos, siete de los cuales fueron causados ​​por ráfagas de viento, y uno - del 6 de noviembre de 1976  - probablemente [10] fue un sismo de Marte de magnitud 2,8 en la escala de Richter [11] . Se planean estudios adicionales de la sismología de Marte con la ayuda de la misión InSight [10] .

Sismología en Rusia

La sismología en muchos sentidos debe su formación en el Imperio Ruso al entusiasta y divulgador de esta ciencia Alexander Petrovich Orlov . Según un artículo del profesor B.K. Polenov publicado en ESBE , A.P. Orlov "durante mucho tiempo fue el único especialista en este campo de la geología en Rusia " [12] . Orlov buscó incansablemente la creación de estaciones sismológicas permanentes para monitorear la actividad sísmica en Rusia, y promovió esta idea durante toda su vida. En gran medida, gracias a sus esfuerzos, en la década de 1880, se creó una comisión sísmica bajo la Sociedad Geográfica Imperial Rusa [13] . Este evento puede considerarse legítimamente el cumpleaños de la sismología rusa.

La información sobre los terremotos que ocurrieron en el territorio de Rusia está contenida en documentos históricos de los siglos XVII y XVIII. El vasto territorio y la diversidad de zonas geográficas estimularon el interés de los científicos por los fenómenos naturales y la geología del país. Incluso Lomonosov entendió que un terremoto no es solo un desastre, sino también una fuente de conocimiento. Los trabajos de los científicos A. P. Orlov , I. V. Mushketov y muchos otros sentaron las bases de la sismología doméstica. En 1893, Mushketov completó y publicó la obra póstuma de Orlov, Catálogo de terremotos en el Imperio Ruso. En 1887 y 1911 hubo terremotos devastadores en la ciudad de Verny (ahora Almaty en Kazajstán). En 1895, hubo un fuerte terremoto en la ciudad de Krasnovodsk (ahora Turkmenbashi en Turkmenistán). En 1902, se produjeron devastadores terremotos en Andijan ( Uzbekistán ) y Shamakhi ( Azerbaiyán ). Las consecuencias de los impactos subterráneos han planteado la tarea de estudiar su naturaleza y los lugares donde se producen. Su puesta en escena está asociada al nombre del académico B. B. Golitsyn . Desarrolló un sistema de registro galvanométrico de vibraciones sísmicas, avanzado para principios del siglo XX. Sentó las bases metodológicas de la sismometría doméstica y mundial. Gracias a los trabajos científicos de Golitsyn, la sismología rusa a principios del siglo XX ocupó un lugar destacado en la ciencia mundial, y sus sismómetros se convirtieron en el prototipo de los equipos modernos para el estudio de terremotos y la exploración sísmica de minerales .

En 1900, se estableció la Comisión Sísmica Permanente (PCSC) en la Academia de Ciencias de Rusia , que incluía a B. B. Golitsyn, y el director del Observatorio de Pulkovo , el académico O. A. Backlund, se convirtió en presidente.

En 1904, la Comisión Sísmica de Rusia pasó a formar parte de la Asociación Sismológica Internacional. El representante de Rusia en la Comisión Permanente de la Asociación Sismológica Internacional fue G. V. Levitsky, Profesor de la Universidad Yuryev.

En 1905, en una reunión del PCSC, a sugerencia de un subcomité encabezado por B. B. Golitsyn, se planeó establecer nuevas estaciones sísmicas permanentes de segunda categoría, incluida una estación sísmica en Ekaterimburgo, que se planeó crear en el observatorio meteorológico magnético. Se abrió una estación sísmica en Derbent.

En 1906, el académico B. B. Golitsyn creó el primer sismógrafo que convierte las vibraciones mecánicas en eléctricas.

En 1917, debido a la devastación general y la falta de material fotográfico, las estaciones sísmicas de Rusia prácticamente paralizaron su trabajo.

En 1946, como resultado de la fusión de SIAN e ITG de la Academia de Ciencias de la URSS, se formó el Instituto Geofísico ( GEOPHIAN ).

Una nueva etapa de la investigación sísmica se asocia con las catastróficas consecuencias del terremoto de Ashgabat (ahora la capital de Turkmenistán) en 1948. En el país se han iniciado trabajos para buscar precursores de terremotos y estudiar el mecanismo de su ocurrencia. En 1965 se creó el Sistema Unificado de Observaciones Sísmicas de la URSS (ESSN) [14] . Para 1990, la ESSN incluía más de 450 estaciones sísmicas pertenecientes a unas 30 instituciones sismológicas de la URSS [15] . Los catálogos de terremotos comenzaron a publicarse anualmente. Se han desarrollado nuevos instrumentos para las observaciones y se han creado sitios de pronóstico en Garm (Tayikistán) y Ashgabat.

Una contribución especial a la investigación sísmica de esa época fue hecha por:

En 1958, se estableció el Servicio de Alerta de Tsunami en la URSS . Sus tareas eran llevar alertas sobre la posibilidad de tsunamis, notificaciones sobre su cancelación a la población y organizaciones de áreas ubicadas en áreas peligrosas de tsunami , así como estudiar el fenómeno de los tsunamis.

En 1962, el Consejo de Sismología de la Academia de Ciencias de la URSS publicó el primer Atlas de Terremotos en la URSS.

En 1964, se desarrolló una escala de 12 puntos MSK - 64 para evaluar la fuerza de la manifestación de vibraciones sísmicas en la superficie terrestre.

Trabajo pionero sobre predicción de terremotos en la URSS en las décadas de 1960 y 1970. reveló la relación entre la ocurrencia de terremotos y las fluctuaciones en las velocidades de las ondas sísmicas para la región de Garm en la RSS de Tayikistán . Como resultado, en particular, se pronosticó con éxito un terremoto de magnitud 7,0, ocurrido el 1 de noviembre de 1978 en esta zona [18] .

En 1997, en el Instituto de Física de la Tierra de la Academia Rusa de Ciencias, bajo la dirección de Valentin Ivanovich Ulomov , se preparó un conjunto de mapas de la zonificación sísmica general del norte de Eurasia .

El Servicio Geofísico de la Academia Rusa de Ciencias (GS RAS) lleva a cabo el monitoreo sísmico del territorio de Rusia y las regiones adyacentes . Fue establecido en 1994 e incluye unas trescientas estaciones sísmicas. Sus tareas incluyen el registro de terremotos y el estudio de su naturaleza. Las estaciones de GS RAS registran los terremotos que ocurren en el planeta y en el territorio de Rusia, compilan sus catálogos, necesarios para la implementación de medidas para reducir las consecuencias de posibles terremotos fuertes. Los resultados del monitoreo de la actividad sísmica se muestran en el sitio web del Servicio de informes urgentes de HS [4] [8] .

Tareas

Con la ayuda de la sismología, se estudia la estructura interna de la Tierra. Por lo tanto, es muy importante saber cómo las desviaciones de la uniformidad afectan la propagación de las ondas sísmicas. Esencialmente, todos los datos directos sobre la estructura interna de la Tierra que tenemos a nuestra disposición se obtienen a partir de observaciones de la propagación de ondas elásticas excitadas durante los terremotos.

Los terremotos se pueden considerar como movimientos oscilatorios específicos de la corteza terrestre, caracterizados por periodos de corta duración (desde decenas de minutos para las propias oscilaciones de la Tierra hasta fracciones de segundos). La sismicidad se refiere a la distribución geográfica de los terremotos, su conexión con la estructura de la superficie terrestre y la distribución por magnitud (o energía).

También está la sismología de minas, que se ocupa del monitoreo de la sismicidad en el área del yacimiento mineral desarrollado y de la predicción y prevención de estallidos de roca para garantizar la seguridad de las operaciones mineras.

Véase también

Notas

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Yanovskaya, 2015 .
  2. ↑ Batyr Karriev. Aquí viene el terremoto: Hipótesis, Hechos, Causas y Consecuencias… . — SIBIS. — 461 pág. Archivado el 2 de febrero de 2017 en Wayback Machine .
  3. ↑ Nepomniachtchi Nikolai Nikolaevich. Catástrofes y Cataclismos . — Grupo de Medios OLMA, 2010-01-15. — 259 págs. — ISBN 9785373030083 . Archivado el 2 de febrero de 2017 en Wayback Machine .
  4. ↑ 1 2 3 4 5 Desastres en la naturaleza: terremotos - Batyr Karryev - Ridero . ridero.ru Consultado el 10 de marzo de 2016. Archivado desde el original el 24 de julio de 2018.
  5. ↑ Gere, Shah, 1988 , pág. 25
  6. ↑ Gere, Shah, 1988 , pág. 83.
  7. ↑ 1 2 3 Abey, 1982 , pág. once.
  8. ↑ 1 2 Batyr Karriev. Aquí viene el terremoto: Hipótesis, Hechos, Causas y Consecuencias… . — SIBIS. — 461 pág. Archivado el 30 de junio de 2016 en Wayback Machine .
  9. ↑ Abie, 1982 , pág. 98, 102.
  10. ↑ 1 2 terremotos de Marte listos para revelar pistas tentadoras sobre los primeros años del planeta , Nature  (26 de abril de 2018). Archivado desde el original el 27 de abril de 2019. Consultado el 6 de agosto de 2018.
  11. ↑ Galkin I. N. Sismología extraterrestre. - M. : Nauka , 1988. - S. 138-146. — 195 pág. — ( El Planeta Tierra y el Universo ). — 15.000 copias.  — ISBN 502005951X .
  12. ↑ Polenov B.K. Orlov, Alexander Petrovich // Diccionario enciclopédico de Brockhaus y Efron  : en 86 volúmenes (82 volúmenes y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1890-1907.
  13. ↑ Yastrebtsev E. Orlov, Alexander Petrovich // Diccionario biográfico ruso  : en 25 volúmenes. - San Petersburgo. - M. , 1896-1918.
  14. ↑ Resolución del Presidium del 15 de enero de 1965
  15. ↑ Mikhail Alexandrovich Sadovsky: ensayos, memorias, materiales. N. V. Kondorskaya. Recordando a M. A. Sadovsky . - Moscú: Nauka, 2004. - S. 113. - 271 p. - 530 copias.  — ISBN 5-02-033294-1 . Archivado el 19 de junio de 2020 en Wayback Machine .
  16. ↑ E. M. Butovskaya . Fecha de acceso: 20 de diciembre de 2016. Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2016.
  17. ↑ N. A. Vvedenskaya . Fecha de acceso: 20 de diciembre de 2016. Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2016.
  18. ↑ Gere, Shah, 1988 , pág. 114-115.

Literatura

Enlaces

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