Microsoft Power Point - Taller CNE-JICA(Marino Protti) Small

Observatorio VulcanolObservatorio Vulcanolóógico y Sismolgico y Sismolóógico de Costa Rica gico de Costa Rica -- OVSICORIOVSICORI--UNAUNA

De la Tectónica de Placas a la Brecha Sísmica de Nicoya:

¿Porqué, dónde, qué tan grande y cúando ocurriráel siguiente terremoto de Nicoya?

TALLER INTENSIVO

SOBRE EL POTENCIAL SISMICO

DE LA REGION DE GUANACASTE- COSTA RICA

CNE-JICA

Marino Protti y Víctor González

Observatorio Vulcanológico y Sismológico de Costa Rica,

Universidad Nacional (OVSICORI-UNA)

Agenda��Sismicidad en el mundoSismicidad en el mundo��El modelo global de la TectEl modelo global de la Tectóónica de Placasnica de Placas��TectTectóónica de nica de AmAméérica rica CentralCentral��Marco tMarco tectectóónicnico de Costa Rica o de Costa Rica ��Fuentes sFuentes síísmicas de Costa Ricasmicas de Costa Rica��SegmentaciSegmentacióón de la zona de subduccin de la zona de subduccióónn��La brecha sLa brecha síísmica de Nicoya, monitoreo y smica de Nicoya, monitoreo y

potencialpotencial�� Impacto del prImpacto del próóximo terremoto bajo la ximo terremoto bajo la

penpeníínsula de Nicoyansula de Nicoya

SismicidadSismicidad en el en el MundoMundo (1990(1990--2000)2000)

Placas Tectónicas

El fondo oceánico

Placas Tectónicas

LÍMITES DE PLACAS

��DistensivosDistensivos (las placas se separan una (las placas se separan una de la otra)de la otra)

��Compresivos (las placas chocan una Compresivos (las placas chocan una con la otra)con la otra)

��Laterales (las placas pasan una al lado Laterales (las placas pasan una al lado de la otra)de la otra)

Dorsales medio-oceánicas

Corrientes de convecciónNueva lit ósfera se forma en

los cent ros de expansión

el mat erial se desplaza,se enf ría y se vuelve más denso

magma asciende en los cent ros de expansión

el mat erial que se hunde escalent ado de nuevo en la ast enósfera

mat erial denso penet ra en la ast enósfera

en las zonas de subducción

lit ósf eraoceánica

lit ósf era cont inent al

ZonaZonaWadatiWadati--BenioffBenioff

Fallas de transformación

Zonas de subducciónTRINCHERA

LITOSFERA OCEANICAZONA SISMOGENICA

PRISMA DE ACRESION

CADENA VOLCANICA

SEDIMENTOS PELAGICOS

FUENTE MAGMATICA

ASTENOSFERA

CORTEZACONTINENTAL

C M. Protti

Límites de placasMOVIMIENTO

DE PLACAS

MANIFESTACION GEOMORFICANOMBRE

DISTENSIVO

CONSTRUCTIVO

COMPRESIVO

DESTRUCTIVO

LATERAL

CONSERVATIVO

DORSALES,CERRANIASMEDIO-OCEANICASO CENTROS DEEXPANSION

ZONAS DESUBDUCCIONO SUTURASCONTINENTALES

FALLAS DETRANSFORMACIONO DE CORRIMIENTOLATERAL

OCEANOS CONTINENTES

TRINCHERAS MARINAS

CORDILLERAS SUBMARINAS

ESCARPES Y ALINEAMIENTOS

DEPRESIONES

GRANDES CORDILLERAS

ESCARPES YALINEAMIENTOS

C M. Protti

Zonas de Subducción

��>90% de la energ>90% de la energíía a ssíísmica liberada en smica liberada en el mundo (Pacheco el mundo (Pacheco & & SykesSykes, 1992)., 1992).

��~95 % volcanes ~95 % volcanes activos activos s.n.ms.n.m.. Pacheco y Pacheco y SykesSykes; 1992; 1992..

¿En dónde está temblando?

��Sismicidad mundial Sismicidad mundial úúltimos 5 dltimos 5 dííasas IRISIRIS

��RecentRecent EarthquakeEarthquake MapMap AnimationsAnimations -- U.S.U.S.

Tipos extremos de zonas de subducción

Marco tectónico de América Central

Cordillera de TalamancaTrinchera

Mesoamericana

PacíficoOcéano

Dorsal

de PanamáFracturas

Zona de

de Hess

Escarpe

CaribeMar

de PanamáCinturón Deformado

Nicaragua

Panama

NazcaPlaca

Placa del Coco

Placa del Caribe

Placa deNorteamérica

100 km

19391916

19041941

87 86 85 84 83 82

Limón

Leg 170

Nicaragua-Papagayo

Cobano-Herradura

Quepos-Sierpe

Osa-Burica

Segmento

de Nicoya

Brecha Sísmica

de Nicoya

de PanamáBloque

Marco Tectónico de Costa Rica

Sismicidad y perfiles

sísmicos de Costa Rica

Cordillera de TalamancaTrinchera

Mesoamericana

PacíficoOcéano

Dorsal

de PanamáFracturas

Zona de

de Hess

Escarpe

CaribeMar

de PanamáCinturón Deformado

Nicaragua

Panama

NazcaPlaca

Placa del Coco

Placa del Caribe

Placa deNorteamérica

100 km

19391916

19041941

87 86 85 84 83 82

Limón

Leg 170

Nicaragua-Papagayo

Cobano-Herradura

Quepos-Sierpe

Osa-Burica

Segmento

de Nicoya

Brecha Sísmica

de Nicoya

de PanamáBloque

Segmentación de la zona de subducción

Segmento NICARAGUA-PAPAGAYO

�� AcoplamientoAcoplamiento ddéébilbil. . SismosSismos de de magnitudmagnitudmoderadamoderada muymuy frecuentesfrecuentes ((variosvarios sismossismos porpor aaññoocon Mw con Mw ≥≥ 5.2). Los 5.2). Los sismossismos grandesgrandes aquaquíí tienentienenvelocidadesvelocidades muymuy lentaslentas de de rupturaruptura. .

�� PlacaPlaca oceoceáánicanica relativamenterelativamente viejavieja y de y de batimetrbatimetrííaasuave.suave.

�� Gran Gran áángulongulo de de penetracipenetracióónn de la de la placaplaca del Coco. del Coco. �� SismosSismos de de diferentesdiferentes magnitudes magnitudes hanhan ocurridoocurrido

aquaquíí en 1750, 1840, 1844, 1863, 1881, 1889, en 1750, 1840, 1844, 1863, 1881, 1889, 1901, 1916, 1921, 1956 y 1992. 1901, 1916, 1921, 1956 y 1992.

Segmento de NICOYA

�� PlacaPlaca oceoceáánicanica relativamenterelativamente viejavieja y de y de batimetrbatimetrííaasuave.suave.

�� Gran Gran áángulongulo de de penetracipenetracióónn de la de la placaplaca del Coco.del Coco.�� El peso El peso litostlitostááticotico de la de la penpeníínsulansula de Nicoya de Nicoya

contribuyecontribuye a a incrementarincrementar los los esfuerzosesfuerzos normalesnormales y y porpor lo lo tantotanto el el acoplamientoacoplamiento eleláásticostico entre entre laslasplacasplacas..

�� OcurrenciaOcurrencia de de grandesgrandes sismossismos y y muymuy pocapocasismicidadsismicidad durantedurante el el perperííodoodo intersintersíísmicosmico..

�� GrandesGrandes sismossismos hanhan ocurridoocurrido en en esteeste segmentosegmento en en 1826, 1853, 1900 y 1950.1826, 1853, 1900 y 1950.

Segmentos de CÓBANO-HERRADURA Y

QUEPOS-SIERPE�� PlacaPlaca ococééanicaanica jovenjoven con con batimetrbatimetrííaa abruptaabrupta compuestacompuesta de de

pequepequeññosos montesmontes submarinossubmarinos queque al al subducirsesubducirse reducenreducen el el áárearea de de acopleacople a a pequepequeññosos parches parches queque rompenrompenfrecuentementefrecuentemente con con sismossismos de de magnitudmagnitud moderadamoderada..

�� El El segmentosegmento CCóóbanobano--HerraduraHerradura ha ha generadogenerado sismossismos con con Mw~7 en 1882, 1939 y 1990. Mw~7 en 1882, 1939 y 1990.

�� El El segmentosegmento QueposQuepos--SierpeSierpe eses el el mmááss ddéébilbil. Genera . Genera sismossismosunicamenteunicamente con Mw<7; con Mw<7; algunosalgunos de de estosestos hanhan ocurridoocurrido en en 1940, 1941, 1952, 1974, 1982, 1990, 1996 y 19991940, 1941, 1952, 1974, 1982, 1990, 1996 y 1999..

�� EstosEstos dos dos segmentossegmentos deslizandeslizan tambitambiéénn cuandocuando ocurrenocurrensismossismos fuertesfuertes (Mw>7.0) en los (Mw>7.0) en los segmentossegmentos de Nicoya, de Nicoya, haciahaciael NW y de el NW y de OsaOsa, , haciahacia el SE. el SE.

�� EstosEstos segmentossegmentos tiendentienden a romper en a romper en dupletasdupletas comocomo laslasúúltimasltimas de de agostoagosto--septiembreseptiembre, 1996 y la de , 1996 y la de agostoagosto de 1999.de 1999.

Segmento de OSA

�� SubducciSubduccióónn de de placaplaca oceoceáánicanica muymuy jovenjoven y y gruesagruesa(cordillera del Coco). (cordillera del Coco).

�� El El efectoefecto flotanteflotante de de litlitóósferasfera jovenjoven y del y del choquechoquede la cordillera del Coco de la cordillera del Coco aumentaaumenta el el acoplamientoacoplamientoentre entre laslas placasplacas; el peso de la ; el peso de la penpeníínsulansula de de OsaOsacontribuyecontribuye tambitambiéénn con con eseese acoplamientoacoplamiento. .

�� PorPor estasestas razonesrazones esteeste segmentosegmento tienetiene capacidadcapacidadparapara generargenerar grandesgrandes (Mw>7) (Mw>7) sismossismos: 1867, 1904, : 1867, 1904, 1941 y 1983.1941 y 1983.

La brecha sísmica de Nicoya

¿Porqué tanto interés en la península de Nicoya?

� Es la región sismogénica que genera los mayores terremotos en Costa Rica.

� Han pasado casi 59 años desde su última ruptura (1853, 1900 y 1950).

� Nicoya está situada justo encima de la la zona sismogénica.

� Ha sido estudiada muchos años con diferentes técnicas (sismicidad marina de alta resolución, perfiles de refracción, mapeo submarino ALVIN, IODP y ODP)

� Las tasas de deformación son muy altas. � Es parte de la zona de estudios de las iniciativas

internacionales de investigación Seismogenic ZoneExperiment (SEIZE) y Subduction Factory (SUBFAC).

KonaKona, , HawaiiHawaii, junio 1997, junio 1997

NicoyaNicoya

NankaiNankai

La La JollaJolla, California, junio 1998, California, junio 1998

Costa Costa RicaRica--NicaraguaNicaragua

IzuIzu--BonBoníínn--MarianasMarianas

NICOYA vs NANKAI

Constelación

��> de 30 > de 30 satsatééliteslites

��ÓÓrbitasrbitas circularescirculares

��AltitudAltitud : 20,000 km: 20,000 km

��PerPerííodoodo : 11hr 58min 02sec: 11hr 58min 02sec

��6 6 planosplanos orbitalesorbitales

�� InclinaciInclinacióónn : 55 : 55 gradosgrados

1988-1991(JPL)

��PrimeraPrimera evidenciaevidenciade de acoplamientoacoplamientoeleláásticostico bajobajo la la penpeníínsulansula de de NicoyaNicoya

Dixon, 1993.

Interpretación

East PacificRise Cocos Is.

NicoyaPenínsula

NicoyaGulf Arenal

volcano

San Andrés Is.Middle AmericaTrench

Cocos Plate Caribbean Plate

70 mm/yr

85mm/yr

Liberia

1991-1999(JPL)

DeformaciónVertical

Deformación Horizontal

Lundgren et al., 1999.Lundgren et al., 1999.

Modelo 2D de dislocation(Lundgren et al., 1999)

Vertical

Horizontal

Modelo

Interpretación

East PacificRise

Cocos Is.

NicoyaPenínsula

NicoyaGulf Arenal

volcano

San Andrés Is.Middle AmericaTrench

Cocos PlateCaribbean Plate

70 mm/yr

85mm/yr

Liberia

Playa Guiones (2001)

Sámara, mayo 2008

mojmojóónn

rompeolasrompeolas

hotelhotel

almendrosalmendros

¿¿Drenaje?Drenaje?

CR-SEIZE

DeShone et al., GJI, 2005.

2001-2002

��Transecto de GPS (OVSICORITransecto de GPS (OVSICORI--UNA, JAMSTEC)UNA, JAMSTEC)

��3 CGPS (OVSICORI3 CGPS (OVSICORI--UNA, JAMSTEC, ERIUNA, JAMSTEC, ERI--TU)TU)

El transecto de GPS de Nicoya OVSICORI-JAMSTEC-ERI

Iinuma et al., 2004

Norabuena et al., 2004

RESULTADOS DE CR-SEIZE

Norabuena et al., 2004Norabuena et al., 2004

GPS continuo

LATITUDE

Jul-02 Feb-03 Aug-03 Mar-04 Sep-04 Apr-05

Pacific

CaribbeanPlate

North AmericaPlate

South America

Panama Block

0 500 km

East Pacific

Galapagos Rifta

Is. Galapagos

Cocos Is.

Is. Cliperton

Middle

America Trench

Perú-Chile

Trench

Panama

FractureZone

QRFIT to remove trend, annual and semiannual signalsQRFIT to remove trend, annual and semiannual signals

INDI-LATITUDE RESIDUALS

y = 0.2761x - 552.95

R2 = 0.076

y = 0.2218x - 444.76

R2 = 0.1409-1.5

2002.5 2003 2003.5 2004 2004.5 2005 2005.5

2004-2006

��TUCAN (experimento PASSCALTUCAN (experimento PASSCAL--SUBFAC)SUBFAC)

�� (OVSICORI(OVSICORI--UNA, BOSTON U, BROWN U)UNA, BOSTON U, BROWN U)

TUCAN (SubFac)

insulationinsulation

solar panelssolar panels

MacKenzieMacKenzieet. al., 2008et. al., 2008

From MacKenzieFrom MacKenzie et. al., 2008et. al., 2008

Complementación de resultados de SEIZE y SUBFAC

Hoernle, et al., 2008, ArcHoernle, et al., 2008, Arc--parallel flow in the mantle wedge beneath parallel flow in the mantle wedge beneath Costa Rica and Nicaragua, Costa Rica and Nicaragua, NatureNature 451, 1094451, 1094--1097 (28 1097 (28 February 2008) | doi:10.1038/nature06550; Received 23 February 2008) | doi:10.1038/nature06550; Received 23 July 2007; Accepted 5 December 2007; Published online 27 July 2007; Accepted 5 December 2007; Published online 27 January 2008.January 2008.

GeoquGeoquíímica volcmica volcáánicanicaAnisotropAnisotropíía sa síísmicasmica

Flujo paralelo a la cadena volcánica

C ProttiC Protti

2006-2008

��Proyecto TREMOR (PASSCALProyecto TREMOR (PASSCAL--SEIZE SEIZE registro sregistro síísmico, CGPS e inclinometrsmico, CGPS e inclinometríía)a)

�� (OVSICORI(OVSICORI--UNA, UCSC, UM)UNA, UCSC, UM)

FUTURE CGPS NETWORK

¿Porqué construir una red aquí?

�� Sismo lento Sismo lento observado observado Sept 2003Sept 2003

�� DuraciDuracióón 1 n 1 mesmes

�� 1.5 cm total 1.5 cm total deslizamientodeslizamiento

�� Solo 3 Solo 3 estaciones estaciones

El Viejo

Punta Morales

Hatillo: inclinómetro y CGPS

123456

INDI TILT

Resultados anteriores

2 parches de acoplamiento más fuerte

Parche somero: 9 cm/yr, centrado a 14 km

Parche profundo: 4.5 cm/yr, centrado a 39 km

Otro sismo lento en mayo del 2007

�� LLííneas base a MANAneas base a MANA�� Registrado por 12 Registrado por 12

estacionesestaciones

Minutes of tremor recorded by the Nicoya Seismic Network for 2007 time correlated with the North Component of GPS station GRZA

Kim Psencik (UM)(AGU2008)Kim Psencik (UM)(AGU2008)

Inversion results:Max Slip on the fault plane: ~10 cmDepth of Max slip: ~27 km Kim Psencik (UM)(AGU2008)Kim Psencik (UM)(AGU2008)

FUTURE CGPS NETWORK

Es una oportunidad geográfica y temporal de registrar datos en el campo cercano para el

entendimiento de los procesos de subducción y contribuir al desarrollo de la

predicción sísmica.

La red de Nicoya no es solo La red de Nicoya no es solo un esfuerzo para monitorear un esfuerzo para monitorear

una brecha suna brecha síísmicasmica

Perforación de la zona sismogénica

Hay algo más que se puede hacer en Nicoya:

Conclusiones ��GPS continuo estGPS continuo estáá registrando deformaciones registrando deformaciones

corticales muy rcorticales muy ráápidas de la penpidas de la peníínsula de Nicoya nsula de Nicoya consistentes con fuerte acoplamiento intersconsistentes con fuerte acoplamiento intersíísmico en smico en el contacto entre las placas del Coco y Caribe.el contacto entre las placas del Coco y Caribe.

��Sismos lentos han sido registrados dentro de la zona Sismos lentos han sido registrados dentro de la zona sismsismóógenica bajo la pengenica bajo la peníínsula de Nicoya.nsula de Nicoya.

��Estaciones de GPS continuo, estaciones sEstaciones de GPS continuo, estaciones síísmicas y smicas y de inclinometrde inclinometríía esta estáán ayudando a delimitar la zona n ayudando a delimitar la zona sismogsismogéénica y registrar otras fuentes de nica y registrar otras fuentes de deformacideformacióón bajo y alrededor de la penn bajo y alrededor de la peníínsula de nsula de Nicoya.Nicoya.

CONCLUSIONES�� Los esfuerzos de monitoreo tectLos esfuerzos de monitoreo tectóónico en la pennico en la peníínsula nsula

de Nicoya y sus alredeores han contribuido con tres de Nicoya y sus alredeores han contribuido con tres aportes fundamentales para el entendimiento de zonas aportes fundamentales para el entendimiento de zonas de subduccide subduccióón a nivel mundial:n a nivel mundial:

�� 1) El descubrimiento de la ocurrencia de sismos lentos 1) El descubrimiento de la ocurrencia de sismos lentos dentro de la zona sismogdentro de la zona sismogéénica;nica;

�� 2) La no correspondencia del l2) La no correspondencia del líímite superior de la zona mite superior de la zona sismogsismogéénica a partir de resultados snica a partir de resultados síísmicos y smicos y geodgeodéésicos; ysicos; y

�� 3) La documentaci3) La documentacióón de flujo del manto paralelo a la n de flujo del manto paralelo a la cadena volccadena volcáánica a partir de dos metodolognica a partir de dos metodologíías as completamente independientes.completamente independientes.

Entre Sámara y Garza

El tamaño de la falla y cuánto deslizamiento ocurra en la

falla durante el sismo

La magnitud de un sismo depende de:

Momento sísmico (Mo)Mo = A x d x u

Magnitud de momento sísmico (Mw)

Mw = ( (log Mo) / 1.5 ) - 10.7

Modelo 2D de dislocation(Lundgren et al., 1999)

Vertical

Horizontal

Modelo

Si se considera el sismo de Nicoya de 1950 como un sismo característico de esta zona, con un área de ruptura de alrededor de 6500 km2 y

una magnitud de momento de 7.8 el deslizamiento sísmico de ese evento sería de

2.04 m. Si entre 1900 y 1950 no ocurriódeslizamiento sísmico importante, a la fecha de ocurrencia del sismo de 1950 habrían cerca de 4.5 m acumulados y por lo tanto se tendría que la componente de deslizamiento sísmico en el segmento de Nicoya durante el terremoto de

1950, sería de 45%.

Magnitud de momento sísmico vs fecha

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

Mw small arealow coupling

Mw large areahigh coupling

Patrón de deformación

Potencial de Tsunami

Potencial de licuefacción

Número de segundos de alerta a San José para el arrivo de las

ondas P

100 km87 m

87 86 85 84 oooo

San José

Número de segundos de alerta a San José para el arrivo de las

ondas S

35"30"

100 km87 m

87 86 85 84 oooo

San José

ESCENARIOS DE IMPACTO

�� LicuefacciLicuefaccióón de suelosn de suelos�� Infraestructura de gobierno (hospitales, escuelas, Infraestructura de gobierno (hospitales, escuelas,

puentes y carreteras)puentes y carreteras)�� Infraestructura turInfraestructura turíísticastica�� Abatimiento de pozos de agua en la costa oeste de Abatimiento de pozos de agua en la costa oeste de

la penla peníínsula y contaminacinsula y contaminacióón de pozos en la costa n de pozos en la costa esteeste

�� ActivaciActivacióón de fallas locales al interior del pan de fallas locales al interior del paííss�� Impacto en la legislaciImpacto en la legislacióón costeran costera

Educación e impacto social(tan solo algunos ejemplos)

�� Charlas en comunidades, municipalidades y otras Charlas en comunidades, municipalidades y otras instituciones.instituciones.

�� No se niega informaciNo se niega informacióón a los medios de n a los medios de comunicacicomunicacióón; mn; máás bien se aprovecha para informar s bien se aprovecha para informar a la poblacia la poblacióón.n.

�� Resultados incluidos en libros de texto de primaria Resultados incluidos en libros de texto de primaria (proyecto MARGINS(proyecto MARGINS--SEIZE).SEIZE).

�� Todo lo anterior retroalimenta a la investigaciTodo lo anterior retroalimenta a la investigacióón y n y ayuda a que la gente en el campo estayuda a que la gente en el campo estéé dispuesta a dispuesta a colaborar permitiendo la instalacicolaborar permitiendo la instalacióón de instrumentos n de instrumentos en sus propiedades.en sus propiedades.

La red de Nicoya no es solo un esfuerzo para monitorear la brecha sísmica de Nicoya.

Es una oportunidad geográfica y temporal de registrar en el campo cercano y poder contribuir

mundialmente al entendimiento de los procesos de subducción (por ejemplo: localización y factores que controlan los límites superior e inferior de la

zona sismogénica, registro y estudio de la deformación presísmica, cuantificar el

acoplamiento elástico, registro de sismos lentos y contestar otras preguntas fundamentales que aún

tenemos sobre zonas de subducción).

¿Que sigue?

��Registro y estudio de la deformaciRegistro y estudio de la deformacióón n postspostsíísmica una vez que ocurra el prsmica una vez que ocurra el próóximo ximo sismo de Nicoya.sismo de Nicoya.

�� Instrumentar la penInstrumentar la peníínsula de Osa (1904, nsula de Osa (1904, 1941, 1983, 20211941, 1983, 2021--4?) (no me pensiono sin4?) (no me pensiono sinóóhasta el 2025!)hasta el 2025!)

MUCHAS GRACIAS

PAZ SOBRE LA TIERRA

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