AGUA Y TERREMOTOS: HIDROSISMICIDAD, PRIMERA Y ÚLTIMA TEORÍA CIENTÍFICA SOBRE SISMICIDAD

PORTADA DE REPORTE INDIGO: EL DESPERTAR DEL GIGANTE

La Tierra es un sistema interactivo complejo. Cuando alteramos el clima, también alteramos la tierra firme. Pocas personas fuera de las ciencias naturales piensan que la Tierra es un sistema interconectado. 

Así que creen que lo que pasa arriba en la atmósfera está completamente desconectado de lo que pasa bajo sus pies.

Bill Mcguire

Las actuales teorías científicas dominantes sobre las causas de los sucesos sísmicos, volcánicos y tectónicos, se han concebido como si el movimiento espacial de la materia mineral fuera el único acontecimiento a tener en cuenta. 

No es de extrañar que ninguna de las teorías, hasta ahora, haya resultado realmente satisfactoria incluso para el pensamiento de orientación más mecanicista.

1. HISTORIA DE LA HIDROSISMICIDAD: PRIMERA TEORÍA CIENTÍFICA SOBRE EL ORIGEN DE LOS TERREMOTOS, THALES DE MILETO

Thales de Mileto, (624-546 a.C.) apuntaba ya hace 2.600 años que cada masa de tierra parece acabar siempre sobre el agua. A partir de ello dedujo que el conjunto de la tierra debería estar como flotando en una cama de agua, de la que además ha surgido. Cuando ocurre algo en ese agua recibimos ondas y temblores. Es la primera teoría científica sobre el origen de la sismicidad. Como veremos, nunca ha sido abandonada y en cada época ha ido acompañando a los paradigmas que han dominado al respecto, desde los castigos divinos hasta la tectónica de placas.

THALES DE MILETO

Thales sentencia hace ya casi tres mil años que esos movimientos del agua sobre el que flotan los continentes los experimentamos como terremotos. Su verdadera importancia radica en el hecho de que él fue el primer pensador conocido en buscar respuestas naturalistas y racionales a las preguntas fundamentales.

Así, Thales en lugar de achacar que los objetos y acontecimientos que atribuyen a los caprichos de los dioses esos eventos naturales, se los adjudica al propio movimiento del mundo físico. En especial al movimiento de uno de los cuatro elementos: el agua.

Al hacerlo, él y los filósofos posteriores de la Escuela de Mileto sentaron las bases del futuro pensamiento científico y filosófico en todo el mundo occidental.

La primera enseñanza sistemática sobre los cuatro constituyentes elementales de la naturaleza, tierra, agua, aire y fuego, aparece en Empédocles en el siglo V a.C. Fue posteriormente elaborada por Aristóteles. Esta manera de mirar al mundo era altamente didáctica y sirvió para orientar la observación natural a través de más de dos mil años, hasta la época de Van Helmont. Durante los cambios en la conciencia del ser humano, está claro que los cuatro términos, "tierra", "agua", "aire", "fuego", deben haber significado cosas diferentes en cada época. 

Hoy el "agua" no significa más que una apariencia física, que en la química moderna se define por la fórmula H2O, ni era el "aire" la mezcla de gases característicos de la atmósfera de la Tierra. El Hombre en aquellos días, en razón de su particular relación con la Naturaleza, se impresionó en primer lugar por las diversas condiciones dinámicas, en número de cuatro, que encontró prevaleciendo tanto en su entorno natural como en su propio organismo. Con esos conceptos elementales trató de expresar, por lo tanto, las cuatro condiciones básicas de lo experimentado en el mundo y por él mismo. Vio sustancias físicas que podían subir y otras que no podían nada más que bajar. Movimientos que tampoco debieron significar nada relacionado con las leyes de Newton.

La sismicidad: algo más que una transferencia de esfuerzos

2. EL GRAN OCÉANO SUBTERRÁNEO: MICHAEL E. WYSESSION

Michael E. Wysession, profesor de la Universidad de Washington de ciencias terrestres y planetarias, en colaboración con el ex-estudiante graduado Jesse Lawrence (ahora en la Universidad de California, San Diego), analizaron 80.000 ondas en más de 600.000 sismogramas y encontraron un gran área en el manto inferior de la Tierra, debajo de Asia oriental, donde el agua es el amortiguador, o atenuante, de las ondas sísmicas de los terremotos.

MICHAEL E. WYSESSION

En sismología, el uso de métodos tradicionales para obtener una imagen de la Tierra como es medir la velocidad de las ondas sísmicas, ha venido siendo en los últimos tiempos una de las mejores herramientas. 

Esto proporciona una especie de tomografía de núcleo y el manto de la Tierra. El uso de velocidades de onda por sí sola es un gran problema, sin embargo, no pueden distinguir entre la temperatura y las variaciones en la composición.

"... El agua es como un lubricante, constantemente engrasa la máquina de la convección del manto que luego impulsa la tectónica de placas y hace que los continentes se mueven sobre la superficie de la Tierra...", afirma Wysession: 

"... Mira a nuestro planeta hermano, Venus. Es muy caliente y seco en su interior, y Venus no tiene placas tectónicas. Todo el agua probablemente por ebullición se fue, y sin agua, no hay placas. El sistema está encerrado, como un hombre de hojalata oxidado y sin aceite...".

EL OCÉANO SUBTERRÁNEO

Al analizar los datos, Wysession vio por primera vez grandes patrones asociados con áreas conocidas donde el suelo oceánico se hunde en la tierra. Debajo de Asia, el fondo marino Pacífico se acumula en la base del manto.

Justo encima observó una "... región muy altamente atenuante, que es a la vez de amortiguación y lenta...", decía: "... el agua frena un poco la velocidad de las ondas. Mucha amortiguación y un poco de desaceleración coinciden muy bien con las predicciones para el agua...".

Se trata de la primera evidencia que tenemos de agua presente a gran profundidad en el manto y por ahora siguen analizando las posibilidades que tendría este mar subterráneo de salir a la superficie en lo que han denominado "la Anomalía de Beijing".

3. DESPERTAR AL GIGANTE, BILL MCGUIRE

En Waking The Giant (Despertar al Gigante), Bill McGuire analiza las implicaciones geológicas del calentamiento global con un argumento que va más allá del aumento de temperatura que ha generado. El escenario incluye más terremotos, tsunamis y erupciones volcánicas: "... La Tierra es un sistema interactivo complejo. Cuando alteramos el clima, también alteramos la tierra firme. (…) En realidad, estamos provocando al gigante adormecido bajo nuestros pies. Si continuamos haciendo esto, en algún momento cercano se despertará...".

Bill McGuire es profesor en el University College de Londres y director del Centro Benfield de Investigación del Riesgo, el más grande en su tipo en Europa. Según McGuire, "... el cambio climático no se da solo en la atmósfera y los océanos; la tierra sólida o la geosfera también está involucrada...". Para sostener esta aseveración basta con revisar el número de movimientos sísmicos anuales.

En el año 2000 hubo 1.505 sismos mayores a 5 en la escala de Richter. El año pasado esta cifra llegó a los 2.481. Bill Mcguire advierte que "... pocas personas fuera de las ciencias naturales piensan que la Tierra es un sistema interconectado, así que creen que lo que pasa arriba en la atmósfera está completamente desconectado de lo que pasa bajo sus pies...".

BILL Y FRASER EN EDIMBURGO (NICOLA)

(Entrevista completa en "Reporte Indigo")

Para sustentar sus ideas, McGuire analizó el fin de la última era glacial, período en el que se dio un importante incremento en la temperatura hace aproximadamente 10.000 años. 

"... Hay una gran cantidad de evidencias que demuestran que en el período post-glacial, al derretirse las grandes capas de hielo continental y al aumentar el nivel del mar, se creó una respuesta geológica que incluyó terremotos masivos, tsunamis gigantes provocados por deslizamientos de tierra submarinos y un gran aumento en la actividad volcánica...".

Durante ese período los océanos aumentaron 100 metros su nivel y la temperatura incrementó hasta en 6 grados. La historia geológica demuestra que la corteza terrestre responde a lo que sucede por encima de ella. Existe una conexión innegable entre el aumento de eventos geológicos peligrosos y el incremento dramático de las temperaturas. Con las proyecciones de McGuire, el futuro geológico de nuestro planeta será mucho más peligroso.

Artículo: Inmersos en el gran cambio

4. EL CICLO DE AGUA PROFUNDO DE STEVE JACOBSEN Y BRANDON SCHMANDT 

Estos investigadores de la Universidad de Northwestern y la Universidad de Nuevo México presentaron el descubrimiento de un gran océano de varios kilómetros bajo la superficie de la Tierra. El minerálogo Steve Jacobsen y el sismólogo Brandon Schmandt, han encontrado las bolsas profundas de agua a unos 400 kilómetros por debajo de América del Norte.

"... Los procesos geológicos de la superficie de la Tierra, tales como terremotos o erupciones volcánicas, son una expresión de lo que está sucediendo dentro de la Tierra, fuera de nuestra vista...", afirma Jacobsen. "... Creo que finalmente estamos viendo evidencia de un ciclo del agua de todo el planeta, lo que puede ayudar a explicar la gran cantidad de agua líquida en la superficie de nuestro planeta habitable. Los científicos han estado buscando esta agua profunda que falta desde hace décadas...".

Si los cálculos de los científicos son exactos, la cantidad de agua bajo la superficie de la Tierra podría superar la cantidad de agua de tres veces los océanos de la superficie de nuestro planeta. Los investigadores de Northwestern y Nuevo México han encontrado bolsas llenas de magma situadas a unos 650 kilómetros por debajo de América del Norte, una firma probable de la presencia de agua en estas profundidades. El descubrimiento sugiere que el agua de la superficie de la Tierra puede ser impulsada a tan grandes profundidades por las placas tectónicas, causando finalmente la fusión parcial de las rocas que se encuentran profundamente en el manto.

Durante décadas se ha intentado comprender cómo el agua quedó atrapada en una capa rocosa del manto de la Tierra situada entre el manto inferior y el manto superior, a profundidades de entre 600 y 750 km. Jacobsen y Schmandt son los primeros en proveer evidencia directa de que puede haber agua en esta zona conocida como la "zona de transición". La región estudiada se extiende a través de la mayor parte del interior de los Estados Unidos.

(A) EL COLOR DE FONDO MUESTRA LA VELOCIDAD DE FLUJO VERTICAL EN EL LÍMITE ENTRE LA ZONA DE TRANSICIÓN Y EL MANTO INFERIOR PREDICHO POR UN MODELO DE CIRCULACIÓN DEL MANTO USANDO LA ESTRUCTURA DE DENSIDAD INFERIDA A PARTIR DEL MODELO DE TOMOGRAFÍA SH11-TX. CUADRADOS BLANCOS INDICAN UBICACIONES DONDE LA IMAGEN CCP SÍSMICA DETECTA QUE LA VELOCIDAD DISMINUYE CON LA PROFUNDIDAD, EN EL RANGO DE PROFUNDIDAD DE 670 A 800 km. 

(B) EL COLOR DE FONDO MUESTRA LA VELOCIDAD DE FLUJO VERTICAL PREDICHO USANDO EL MODELO DE LA TOMOGRAFÍA S40-RTS. EN AMBOS MODELOS, LA VELOCIDAD DISMINUYE CERCA DE LA PARTE SUPERIOR DEL MANTO INFERIOR.

Schmandt, profesor asistente de Geofísica, utilizó las ondas sísmicas de los terremotos para investigar la estructura de la corteza y el manto profundo. Jacobsen, profesor asociado de Ciencias Terrestres y Planetarias, utilizó observaciones en el laboratorio para hacer predicciones acerca de los procesos geofísicos que ocurren más allá de nuestra observación directa.

El estudio combinó los experimentos de laboratorio de Jacobsen en el que estudia la roca del manto bajo las altas presiones simuladas de 600 kilómetros debajo de la superficie de la Tierra con las observaciones de Schmandt, utilizando grandes cantidades de datos sísmicos de la red sísmica americana, una densa red de más de 2.000 sismógrafos.

Los hallazgos de Jacobsen y Schmandt convergieron para producir evidencias de un proceso de fusión a unos 600 km de profundidad en la Tierra. El H2O almacenado en las rocas del manto, como la ringwoodita, probablemente es la clave para el proceso, creen los investigadores.

Según Schmandt: "... la fusión de rocas en esta profundidad es notable porque la mayoría de fusión en el manto se produce mucho más superficial, a partir de 75 kilómetros. Si hay una cantidad sustancial de H2O en la zona de transición, parte de la fusión debe realizarse en áreas donde hay un flujo en el manto inferior, que es coherente con lo que hemos encontrado...". Si sólo uno por ciento del peso de la roca del manto situado en la zona de transición es H2O, sería equivalente a casi tres veces la cantidad de agua en los océanos, según los investigadores.

Este agua no está en una forma familiar para nosotros, no está en forma de líquido, hielo o vapor. Esta cuarta forma es agua atrapada dentro de la estructura molecular de los minerales en la roca del manto. El peso de 600 kilómetros de roca sólida crea una presión tan alta, junto con temperaturas muy altas, que una molécula de agua se divide para formar un radical hidroxilo (OH), que puede unirse a la estructura de cristal de un mineral.

Los hallazgos Schmandt y de Jacobsen se basan en un descubrimiento reportado en marzo en la revista Nature en el que los científicos descubrieron por casualidad un trozo de ringwoodita dentro de un diamante traído desde una profundidad de 650 kilómetros por un volcán en Brasil. Ese pequeño pedazo es la única muestra que existe en la superficie de la Tierra y contenía una sorprendente cantidad de agua unida en forma sólida en el mineral.

STEVE JACOBSEN

Artículo: Dehydration melting at the top of the lower mantle

5. LA HIDROSISMICIDAD: JOHN. K. COSTAIN Y LA FUERZA DEL AGUA

Desde que Costain y otros autores en 1987 acuñaron este concepto que pone en evidencia las relaciones de causa-efecto entre el clima, las precipitaciones (el agua) y los terremotos de poca profundidad y magnitud, ha quedado demostrada en la bibliografía científica de todo el mundo que las lluvias son capaces de desencadenar episodios sísmicos: resultados de más de 30 estudios efectuados en todo el mundo durante el último cuarto de siglo, en los cinco continentes; demuestran así que la hidrosismicidad es una hipótesis viable para explicar la sismicidad en el interor de las placas.

La elevación del nivel del agua en los acuíferos y la difusión de la presión de fluidos, independientemente del régimen tectónico es capaz de disparar fallas. Ya no se puede asumir que las variaciones en el nivel de los acuíferos profundos no tienen repercusiones en el riesgo sísmico de una zona.

La evidencia de que el clima tiene influencia en los movimientos tectónicos va aumentando en cada congreso especializado: el agua de la lluvia, de los ríos, lagos, o mares se cuela por cualquier fisura que encuentra en la corteza porosa, incluyendo las fracturas o fallas. En los sectores corticales que presentan las adecuadas combinaciones de fracturas conectadas/permeables y aguas subterráneas, los incrementos naturales de agua en las zonas de recarga de agua pueden transmitirse a profundidades de hasta 10-20 km y producir terremotos.

La idea de que el cambio climático y las variaciones estacionales del mismo pueden tener influencia en los terremotos no es en absoluto una hipótesis excéntrica. A pesar de que todos sabemos que el poder de la sismicidad proviene de los movimientos de las places a grandes profundidades, incluso estas estructuras masivas pueden verse influenciadas por lo que pasa en la superficie que puede frenar o incrementar la ocurrencia de los terremotos.

Además, cualquier elemento que aumente o disminuya el peso que soporta la corteza genera deformaciones y esfuerzos. Cuando ésto ocurre por encima de una de las muchas fallas existentes donde la corteza ya se encuentra “pretensada”, puede aumentar o disminuir su potencial para deslizarse sísmicamente. Existe una substancia muy pesada cuyos movimientos dependen en gran medida de las condiciones climáticas: el agua (Mcguire, 2012). John K. Costain ha colaborado en varios trabajos relacionados con la sismicidad y el agua con mi compañero Miguel de las Doblas y conmigo, entre otras cosas él mismo nos define lo que piensa al respecto:

JOHN. K. COSTAIN

"... Antonio, gracias por esta dedicación. Como bien sabes, he sugerido que sólo hay dos tipos de sismicidad natural: (1) la relacionada con la dinámica de la tectónica de placas, y (2) la relacionada con la dinámica del ciclo hidrológico ("hidrosismicidad"). 

Esta última incluye cambios transitorios en la superficie que separa la atmósfera de las aguas subterráneas, e incluye cambios en la capa freática, pero también se da en ciclones y temporales. 

Los resultados de los más de 30 estudios en todo el mundo (Costain y Bollinger, 2010) de las correlaciones entre la lluvia y los terremotos, que hemos publicado durante los últimos 25 años, se llevaron a cabo en ambos ambientes, tanto en los intraplaca como en ambientes marginales de placa, en los cinco continentes; en conjunto proporcionan un fuerte apoyo para la hipótesis de la hidrosismicidad como una explicación satisfactoria para los terremotos intraplaca; produciéndose a través de la variación de la presión de poros, independientemente del régimen tectónico.

Son nuestras hipótesis de trabajo, debemos reconocer que todos vivimos en un área frágil entre la atmósfera y la Tierra. Tiene mucho sentido el intentar entender qué es lo que provoca los terremotos intraplaca en ambientes de todo el mundo. Comprendemos mejor los terremotos interplaca, como la falla de San Andrés en mi país, pero aún no hay un acuerdo general sobre lo que provoca los terremotos intraplaca. En pocas palabras, creo que es el clima, o tal vez mejor dicho: el ciclo hidrológico.

El público en general ha aceptado el hecho de que no podemos hacer nada frente a los terremotos asociados con la tectónica de placas. Además, creo que el público aceptará siempre la realidad de que no podemos hacer nada tampoco con respecto al clima. Pero en mi país hemos respondido bien, estableciendo normas de construcción sismorresistente en ambientes interplaca. 

Sin embargo, no hemos tomado las mismas precauciones en ambientes intraplaca. Tenemos que pensarlo cuanto antes y planificar en consecuencia. Ya no podemos asumir más que no se derivará daño alguno con la reducción y cambios de la capa freática, pensando de esa manera seguir con esas prácticas sin tomar medidas que se incluyan en las normas de construcción.

Espero que con el tiempo los gobiernos reconozcan que el daño antropogénico puede convertirse en una realidad; y peor si seguimos evitando aportar fondos de investigación que deberíamos dedicar a la comprensión de la frágil interfaz en la que vivimos. Gracias por tus traducciones al español, especialmete la palabra "hidrosismicidad". De un "perro verde" a otro..."

John K. Costain

Artículo sobre hidrosismicidad (Miguel Doblas y A. Aretxabala)

6. CONCLUSIÓN: AGUA Y TERREMOTOS ESTÁN ÍNTIMAMENTE LIGADOS, INCLUSO 2.600 AÑOS DESPUÉS DE THALES

Las actuales teorías científicas dominantes sobre las causas de los sucesos sísmicos, volcánicos y tectónicos, se han concebido como si el movimiento espacial de la materia mineral fuera el único acontecimiento a tener en cuenta. No es de extrañar que ninguna de las teorías, hasta ahora, haya resultado realmente satisfactoria incluso para el pensamiento de orientación más mecanicista. En realidad, lo que sucede por ejemplo en Solfatara no son fenómenos de un tipo muy diferente al relacionado con la actividad sísmica de la Tierra, y éstos deberían ser tomados en cuenta por igual.

En la imagen que nos hacemos los científicos en cada época de las actividades sísmicas de la Tierra, y que implica la existencia de fenómenos de este tipo, los efectos volcánicos o tectónicos no pueden atribuirse hoy a causas puramente locales y exclusivamente a la transferencia de esfuerzos. El ámbito meteorológico está también involucrado, los seres vivos, incluidos los seres humanos, reaccionan a veces antes de que sucedan. Es evidente que debemos buscar el origen de las perturbaciones totales no sólo en el interior de la Tierra, sino en la expansión y la dinámica del espacio circundante.

Del mismo modo, la hidrosismicidad, cada día más considerada por la comunidad científica, explica no pocos de los enjambres sísmicos debidos a cambios en la presión de poros del agua entre las rocas. Recientemente National Geographic ha publicado un estudio sobre las fuertes lluvias, capaces de provocar grandes terremotos. Muchos son ya los estudios sobre el tema.

Cierto es que las fuerzas isostáticas, la erosión o el levantamiento cortical juegan un papel fundamental, y tarde o temprano la transferencia de esfuerzos de Coulomb se reparte entre las piezas del sistema, pero no es menos verdad que un pequeño cambio en la presión de poros de agua, debida a cambios meteorológicos, puede modificar esa transferencia de esfuerzos, lo cual supone que el agua juega un papel primordial en la configuración espacial y temporal de la sismicidad como ya apuntó Thales hace 2.600 años.