El enigma del sismo del 19 de Septiembre de 2017 en México

Aron Mirwald, M.Sc., Temblor, Inc.
Citation: Mirwald, A., The riddle of the 19 September 2017 Mexican earthquake, Temblor, http://doi.org/10.32858/temblor.017
 
 

Solo el 16% de la energía que fue liberada por el sismo M = 7 se convirtió en ondas sísmicas, que son responsables por el daño. Sin embargo, el sismo produjo la sacudida de roca madre más fuerte jamás registrada. Si más de su energía se hubiera transformado en ondas, su efecto habría sido mucho mayor.

 

El sismo de magnitud 7.1, que azotó la Ciudad de México el 19 de Septiembre de 2017, causó una gran devastación en la ciudad y sus alrededores. Murieron 369 personas, se derrumbaron 57 edificios y un número mucho mayor resultó gravemente dañado.

Un estudio reciente llevado a cabo por un equipo de sismólogos de la UNAM del cual formé parte, encontró que el sismo del 2017 en México fue muy ‘ineficiente’. ¿Qué significa esto y cómo se relaciona con otros sismos en México?

 

 

Aquí se ven el sismo del 19 de septiembre de 2017 (estrella) y otros eventos similares (puntos verdes), que ocurrieron dentro de la placa que se desliza debajo de México. Las manchas rojas son donde se han producido los principales terremotos costeros. Un ejemplo es el sismo mexicano del 1985, que causó más de 10,000 muertes en la Ciudad de México. La línea punteada morada marca la posición de la sección transversal de abajo.
Grafico: Carlos Villafuerte (mil gracias!).

 

 

¿Qué hace especial al sismo del 19 de Septiembre de 2017?

El sismo de 2017 ha causado la mayor sacudida (técnicamente, la mayor aceleración de suelo) que jamás se haya medido en Ciudad Universitaria (CU), un sitio de roca firme al sur de la Ciudad de México (57 ).

Otra particularidad es que ocurrió muy cerca de la ciudad, a solo 127 kilómetros, mientras que la mayoría de los grandes sismos se originan en la costa del Pacífico, a unos 300 kilómetros de distancia. Por otra parte, la ruptura se presentó a 57 kilómetros de profundidad, bastante más abajo que la mayoría de los grandes sismos en México, que se presentan en los primeros 30 kilómetros.

 

 

Esta sección transversal muestra sismos mexicanos y su relación con las placas tectónicas. Los círculos azul claro y verde claro son terremotos costeros, que ocurren donde las dos placas están en contacto directo. Los terremotos de color verde oscuro y rojo, por otro lado, ocurren dentro de la placa que se desliza debajo de México. Estos terremotos ’intraplaca’ pueden ocurrir muy cerca de las grandes ciudades del centro de México. El sismo del 2017 está a la derecha (1).
Singh et. al (2018)

 

 

Como mostramos en el mapa de arriba, ocurren sismos al interior de la placa tectónica que se está deslizando debajo de México. Estos sismos ‘intraplaca’ han ocurrido a una profundidad de entre 40 y 80 kilómetros. Aunque los sismos intraplaca son menos frecuentes, representan un serio riesgo sísmico en México. Los investigadores han estimado que los sismos intraplaca y los sismos costeros tienen un potencial destructivo similar (Singh et. al., 2015).

Pero hay un problema: Los sismólogos ni siquiera tenemos claro cómo es que pueden ocurrir los sismos a tanta profundidad. Déjame explicar.

 

La roca fluye por debajo de los 30 kilómetros de profundidad

En la superficie de la tierra, las rocas son duras y frágiles. Eso significa que si se aplica suficiente fuerza, se rompen. Así es como se disparan la mayoría de los sismos. Las tensiones se acumulan en la roca hasta que ésta se rompe, y la violencia del deslizamiento de las dos superficies de la falla es la que genera las ondas sísmicas.

A profundidades de más de 30 kilómetros, la roca se comporta de manera diferente, debido a la alta temperatura y a la gran presión que hay allá. Si se aplican tensiones, las rocas se reacomodan mediante una deformación tipo flujo, como le pasa a una goma de mascar cuando la mordemos. Bajo estas condiciones es que es difícil imaginar cómo es que se pueden llegar a producir rupturas y deslizamientos lo suficientemente violentos como para desencadenar sismos desde esas profundidades. Pero los sismos profundos si ocurren, y los sismólogos aún estamos buscando una explicación.

 

 

A la izquierda, hay un ejemplo de deformación frágil. El desplazamiento de las capas se puede explicar por la ruptura de la roca y el deslizamiento a lo largo de la fractura vertical. A la derecha, vemos que la roca ha sufrido una deformación dúctil, o tipo flujo.

 

Simulando el sismo

En nuestro estudio, simulamos el proceso de ruptura y deslizamiento del sismo del 2017.

Conocíamos solamente el punto de origen del sismo y el movimiento que causó en la superficie y quisimos saber todo el proceso de la ruptura. Para lograr modelar el fenómeno respectando sus leyes físicas, tuvimos que utilizar procedimientos novedosos para resolver las ecuaciones que gobiernan la ruptura, el deslizamiento y la propagación de ondas hacia la superficie de la tierra.

En el video que sigue, se muestra el resultado de una simulación, donde se puede ver cómo se propaga la ruptura a lo largo de la falla.

 

 

Esta animación muestra la velocidad de deslizamiento a lo largo del plano de ruptura. Al principio, solo una pequeña parte de la roca se ha roto. Luego, la roca se va desgarrando a partir del punto inicial, y el consecuente deslizamiento es el que causa las ondas sísmicas.

 

 

Usando modelos como el que se muestra en el video, evaluamos la energía liberada por el sismo. El resultado de este análisis fue una sorpresa: solo el 16% de la energía liberada por el sismo se convirtió en ondas sísmicas. Eso significa que el temblor que se sintió obedeció tan solo a una pequeña parte de la energía total del sismo. ¡Y aun así, fue suficiente para producir la mayor aceleración medida hasta ahora en CU!

 

¿Pero, qué pasó con el restante 84%?

Probablemente, el resto de la energía se convirtió en calor en la zona de falla. Teniendo en cuenta el tipo de rocas que se encuentran en el sitio donde ocurrió el sismo, supusimos que es probable que la roca se podría haberse derritada. Esta posibilidad nos permite formular una explicación de la física de los sismos profundos (Prieto et. al., 2012). Recuerda que no sabemos exactamente cómo es que pueden ocurrir sismos más allá de los 30 kilómetros de profundidad.

La posible explicación es que la roca, a esas profundidades, no se rompe de la misma manera como lo haría en la superficie. En cambio, una capa delgada de roca se derrite repentinamente y permite el deslizamiento violente, causando las ondas sísmicas. Esto puede suceder por la variabilidad local de las condiciones de las rocas. Por ejemplo, si una capa de roca es un poco más débil que su entorno, se deformará más, causando que se caliente y finalmente se derrita. Desde luego, ésta es solo una hipótesis que debe ser probada más a fondo. Por el momento, te puedo decir que es consistente con nuestros resultados

 

¿Qué esperar en el futuro?

Conocer el mecanismo exacto de los sismos intraplaca nos ayudará a evaluar mejor su riesgo. Mientras tanto, tendremos que confiar en la información estadística. El Dr. Singh y sus colaboradores calcularon que el período de retorno de sismos como éste es de alrededor de 150 años (Singh et. al., 2018). Es decir, se puede esperar que un evento intraplaca que cause daños similares en la Ciudad de México ocurra en promedio cada 150 años.

¡Pero no debes bajar la guardia! Recuerda que, hasta hoy, no existe ninguna tecnología que nos permita predecir cuándo o dónde ocurrirá un sismo.

Si deseas saber más sobre el sismo mexicano de 2017, consulta los artículos que se han centrado en los efectos e implicaciones en la Ciudad de México, el daño causado por el sismo, la configuración de las tensiones dentro de la placa tectónica, la relación con otros sismosy la mejor estrategia para sobrevivir.

 

 

Referencias

Mirwald, A., Cruz-Atienza, V. M., Díaz-Mojica, J., Iglesias, A., Singh, S. K., Villafuerte, C., & Tago, J. (2019), The September 19, 2017 (MW 7.1), intermediate-depth Mexican earthquake: a slow and energetically inefficient deadly shock. DOI: 10.1029/2018GL080904, Geophysical Research Letters.

Prieto, G. A., Beroza, G. C., Barrett, S. A., López, G. A., & Florez, M. (2012). Earthquake nests as natural laboratories for the study of intermediate-depth earthquake mechanics. Tectonophysics570, 42-56.

Singh, S. K., Ordaz, M., Pérez-Campos, X., & Iglesias, A. (2015). Intraslab versus interplate earthquakes as recorded in Mexico City: Implications for seismic hazard. Earthquake Spectra31(2), 795-812.

Singh, S. K., Reinoso, E., Arroyo, D., Ordaz, M., Cruz‐Atienza, V., Pérez‐Campos, X., Iglesias, A., Hjörleifsdóttir, V. (2018). Deadly intraslab Mexico earthquake of 19 September 2017 (M w 7.1): Ground motion and damage pattern in Mexico City. Seismological Research Letters89(6), 2193-2203.

http://www.revista.unam.mx/vol.18/num7/art61/index.html

http://temblor.net/earthquake-insights/the-lesson-to-be-learned-from-mexico-citys-building-collapses-5405/

http://temblor.net/earthquake-insights/el-sismo-que-azoto-a-la-ciudad-de-mexico-fue-peculiar-y-podria-pasar-de-nuevo-segun-estudio-6601/

http://52.24.98.51/earthquake-insights/estan-relacionados-los-dos-terremotos-principales-de-mexico-y-que-podria-suceder-despues-5164/

http://temblor.net/earthquake-insights/mexico-city-building-collapses-experts-on-drop-cover-and-hold-on-or-run-5340/