La Sismología es ……………. muy INTERESANTE !!

(Fascículo1)

Estos fascículos tienen como intención, exponer algunas ideas utilizando los datos de las bandas analógicas, las cuales

presentan los registros sísmicos más completos y permiten más fácilmente una visión general de la sismicidad. Estas

ideas están concebidas, pensando en los estudiantes asistentes de sismología, quienes son las personas por donde

comienza la vigilancia volcánica y por cuyas manos se han procesado decenas de miles de sismos y quienes gracias a

ellos, los investigadores, además del tiempo, tienen a su disposición una gran cantidad de datos de excelente calidad.

Estos fascículos pretenden dar entonces, una pequeña retribución a este grupo tan importante y vital para cualquier

Observatorio.

El Problema de la escala:

En la historia de la ciencia, el problema de la escala, tanto del espacio como del tiempo ha sido

uno de los más interesantes y difíciles. Las preguntas, que tan grande o pequeño?, cuanto

tiempo?, son especialmente complicadas cuando desbordan las dimensiones de nuestro ‘mundo’

cotidiano. Tal vez sea muy ilustrativo y apasionante leer un poco sobre la historia de cómo los

humanos hemos estimado las dimensiones de nuestro universo o la edad de las rocas y de nuestro

planeta (http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/scienceopticsu/powersof10/ es una dirección, entre

muchas, que muestra la enorme diferencia entre las escalas del espacio).

En una primera instancia es importante responder a esas preguntas al menos de manera relativa y

poder estimar el tamaño, la distancia o el tiempo relativos (mayor o menor, más lejos o más cerca,

más viejo o más nuevo). Los geólogos construyeron la escala estratigráfica, sin tener idea de las

edades absolutas de las rocas, lo cual sólo pudo ser posible mucho después, gracias a los

elementos radioactivos. Necesitamos entonces un Punto de Referencia, pues siempre una cosa es

mayor que o más vieja que algo.

En los Observatorios utilizamos una estación sísmica particular, donde clasificamos y obtenemos

los parámetros sísmicos básicos como amplitudes, codas, etc. Es nuestro punto de referencia.

Para el Nevado del Ruiz, siempre ha sido la estación Olleta. Es aquí donde comparamos el

tamaño de los sismos, realizamos el conteo, medimos las duraciones, las frecuencias, etc. Es claro

que para poder llevar de manera confiable todos estos datos en el tiempo y poder así compararlos,

necesitamos tener siempre el mismo punto de referencia, o sea en lo posible, tener siempre la

misma estación y es por esto que la calibración instrumental de este tipo de estaciones, sea

especialmente importante.

Sabemos muy bien que las magnificaciones no están exentas de problemas: en algunas ocasiones

se nos olvida anotar en las bandas los cambios de ganancias de los registradores ( a todos nos ha

pasado !! ), o a veces hay ciertas dudas en los valores de voltaje de las calibraciones, o problemas

de impedancia con los generadores, o el intervalo de tiempo entre calibraciones es muy largo, etc.

También es posible que para algunos de nosotros, nos cueste un poco el manejo de ciertas

dimensiones o unidades científicas y nos sea más sencillo por ejemplo, cuando nos hablan en

metros que cuando nos hablan en angstroms o años luz. En fin, sería interesante y útil, poder

contar con otro patrón que nos permita por lo menos estimar que la magnificación de nuestra

estación de referencia no haya cambiado significativamente o si es el caso, en que proporción

aproximada lo ha hecho. Si tuviéramos un sismo patrón, el cual siempre tuviera la misma

magnitud y se situara siempre a la misma distancia, deberíamos en principio, registrarlo siempre

con el mismo tamaño y podría servirnos como referencia para comprobar la magnificación en el

transcurso del tiempo, de nuestra estación de referencia.

El nido de Bucaramanga: un calibrador natural?

De nuestro trabajo cotidiano en la sala de sismógrafos, sabemos todos que la sismicidad más

persistente en el tiempo, es la del nido de Bucaramanga. Por lo menos en Manizales, es difícil

encontrar una banda en la que no se encuentre al menos un par de sismos provenientes de esta

fuente. Con la presunción y el ánimo de comprobar que los sismos de igual magnitud

provenientes de esta fuente, siempre se verán de un tamaño semejante en nuestra estación de

referencia y servirnos así como patrones, se seleccionó durante un período de tiempo

relativamente corto (Mayo y Junio de 2007) los sismos localizados por la Red Sísmica Nacional

de Colombia del Ingeominas, entre las latitudes 6.6 y 7.7 grados Norte y 72.8 y 73.2 grados de

longitud Oeste a profundidades entre 145 y 155 Kilómetros. Es de resaltar la excelente calidad,

facilidad y rapidez de la página Web de la RSNC para la selección de localizaciones. Nada que

envidiarle a la página del NEIC !!.

El intervalo de tiempo relativamente corto, permite tener cierta confiabilidad en que la

magnificación de OLLE haya sido esencialmente la misma. Los rangos relativamente estrechos

de las localizaciones, permiten suponer razonablemente, parámetros sísmicos aparte de la

OLLE

Sismos

seleccionados

magnitud, relativamente constantes en el origen. Se tuvo cuidado de confirmar en lo posible, la

ganancia normal del registrador de OLLE (90 db). A los sismos , se les leyó la coda y a algunos

visualmente más representativos (mejor calidad del sismograma, etc.), se les ‘escanió’ a una

resolución de 200 ppi. Las horas relacionadas están en tiempo Local, lo cual ha sido la costumbre

en el OVSM. Las imágenes fueron tratadas con el programa libre Gimp 2.2 y el Paint del

Windows.

Magnitud 2.5

Mayo 06 01:50

Mayo 30 19:49

Magnitud 2.9

Junio 04 03:34

Mayo14 19:55

Mayo 15 05:03

Mayo 16 01:29

Magnitud 2.2

10 segundos

Sismo de magnitud 2.0, registrado el día 18 de Mayo de 2007 a las 01:43. Esta es la magnitud

umbral de registro para OLLE a 90 db, donde se puede distinguir la P y la S. Nótese la S-P

cercana a 40 segundos.

P S 10 segundos

Las figuras anteriores muestran parejas de sismos correspondientes a una determinada magnitud.

Puede verse que en general aparecen relativamente similares. En la figura siguiente se presenta un

‘collage’ de las diferentes magnitudes.

Magnitud 3.1

Mayo 01 02:13

Mayo 28 07:04

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

Mayo 15 05:03

Junio 06 22:43

Mayo 30 05:08

Mayo 06 01:50

Mayo 06 00:11

Mayo 16 20:55

Mayo 07 05:02

May 14 19:55

De las figuras anteriores, puede verse que durante el período considerado (mas un sismo de

Marzo y otro de Abril), existe entre el tamaño y la magnitud reportada por la RSNC una

correlación muy aceptable para OLLE a 90 db. Nótese que la S comienza a saturar para

magnitudes cercanas a 3.5 y el sismo aparece completamente saturado para magnitudes cercanas

a 4.2. Tal vez es ilustrativo el comentar que uno de los sismos ‘escaniados’, reportado por la

RSNC de magnitud 4.2, no ‘cazaba’ en el diagrama anterior pues debería aparecer completamente

3.1

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

4.2

Mayo 01 02:13

Marzo 30 20:40

Mayo 22 19:49

Abril 13 10:03

Mayo 05 22:16

Junio 03 01:50

Mayo 20 04:07

saturado, mientras su apariencia correspondía más bien a un sismo de magnitud entre 3.4 y 3.6.

Revisando con atención en la banda respectiva, se observó el cambio de ganancia de 90 a 78 db:

Graficando las codas contra la magnitud reportada por la RSNC se obtienen los siguientes

gráficos:

El sismo de la parte superior derecha (Mayo 31 15:52 hora local),

tiene una magnitud reportada por la RSNC de 4.2 . En la parte

inferior derecha, se presenta un sismo de magnitud 3.6 registrado en

OLLE a 90 db. Nótese en la figura de la izquierda, el cambio de

ganancia a 78 db.

Nótese que la correlación entre Coda y Magnitud de la RSNC es muy aceptable hasta una magnitud

un poco superior a 3.0

De las figuras anteriores puede verse una correlación aceptable entre codas y magnitudes hasta un

poco superiores a 3.0. Podría utilizarse la ecuación lineal y = 65x – 84 para obtener una

estimación de la magnitud (y) entre 2 y 3.5, a partir de la coda (x) para OLLE a 90 db. Es

interesante tener en cuenta que la lectura de codas, es algunas veces un poco subjetiva,

especialmente para sismos grandes donde su final puede tener una incertidumbre de varios

segundos (para un sismo de unos 200 segundos de duración, la lectura de su coda por 4 personas

distintas, tuvo una discrepancia máxima cercana a 40 segundos!). Además de la consideración

anterior, si tenemos en cuenta que para OLLE a 90db, los sismos a partir de magnitudes 4.0

aparecen completamente saturados, surge la posibilidad de correlacionar el tiempo de saturación

y la magnitud reportada por la RSNC.

Detalle del gráfico anterior hasta una magnitud de 3.5. Se presenta una correlación lineal y la fórmula obtenida

por el Excel.

El sismo superior tiene reportada una magnitud 4.2 y el inferior, registrado el 5 de Mayo a las 23:47 hora Local, presenta

reportada una magnitud de 6.0. Las flechas indican el intervalo de saturación.

La gráfica siguiente, muestra una correlación para sismos mayores de magnitud 4.0, entre el

tiempo de saturación y la magnitud reportada por la RSNC. Es claro que la ocurrencia de sismos

para estas magnitudes es pequeña, por lo que sería necesario tomar un intervalo de tiempo mucho

mayor. A pesar de esto, puede verse que tal vez sea posible encontrar una correlación aceptable

entre estos dos parámetros.

Puede verse que una ecuación lineal ‘grosera’ para estimar la magnitud de la RSNC en función de

la saturación (OLLE a 90db), para sismos del nido de Bucaramanga, al menos aquellos a

profundidades cercanas a 150 Km. sería y = 100x – 370. siendo x el intervalo de saturación y y la

magnitud reportada por la RSNC.

Hacia finales de Agosto de 2007, la estación OLLE de una sola componente (vertical), fue

reemplazada por un sensor de tres componentes. La nueva componente vertical ha sido llamada

OLLZ. En la figura siguiente se compara dos sismos de magnitud 2.9 reportados por la RSNC.

Duración de la saturación en OLLE a 90db contra magnitud superior a 4.0 reportada por la RSNC

Nótese en la figura anterior que ambos sismos se ven semejantes, por lo que es de esperar, que las

magnificaciones en los registros analógicos de ambas estaciones, a sus ganancias respectivas,

sean muy similares; sin embargo, el hecho que la ganancia actual del registrador, sea 4 veces

menor, indicaría que las señales digitalizadas de la estación Olleta, sean 4 veces mayor en la

actualidad!.

En la figura anterior se tomaron 2 sismos de Mayo del 2000, con los mismos criterios de

selección para las magnitudes reportadas por la RSNC. El registrador de OLLE en esa época,

tenía una ganancia normal de 84 decibeles. Los sismos del 2000 aparecen resaltados. Puede verse

que el patrón es muy similar al de Mayo-Junio de 2007, por lo que la magnificación en ambos

registradores analógicos, se encuentra en niveles muy similares.

OLLZ Septiembre 11 09:09

OLLE Junio 4 03:34

Sismos de magnitud 2.9 reportados por la RSNC. El sismo superior corresponde a la estación OLLE y el inferior a OLLZ.

La ganancia normal de OLLE es de 90 db y la de OLLZ de 78 db.

2.9

3.0

3.1

3.2

3.3

OLLE 90db Junio 04 03:34 2007

OLLE 84db Mayo 23 02:19 2000

OLLE 84db May 22 19:132 2000

OLLE 90db Mayo 28 07:04 2007

OLLE 90db Marzo 30 20:40 2007

Correlación con el NEIC

En el diagrama superior se grafica la magnitud reportada por la RSNC y la reportada por el NEIC

para el mismo sismo, durante el período 2006-2007, con los mismos criterios de selección,

aunque para el NEIC las profundidades son en general ligeramente mayores. Nótese que las

mayores divergencias se presentan para las menores magnitudes, especialmente aquellas

inferiores a 4.0 y que las magnitudes del NEIC tienden a ser algo inferiores a las reportadas por la

RSNC. Sólo unos cuantos sismos de los seleccionados, aparecen reportados por el NEIC, pero es

importante resaltar, que al menos visualmente, se presenta una mejor correlación con los datos de

la RSNC que con los del NEIC.

Epílogo

De todo lo anterior, puede verse la importancia de contar con una buena estación de referencia,

como ha sido el caso de OLLETA para el Ruiz. Es posible que utilizando los datos del NEIC, sea

posible comparar la magnificación para aquellos períodos en los que no funcionaba la RSNC. Es

claro que éste método no reemplaza en absoluto las calibraciones instrumentales, pero permite

tener una escala visual comparable en el transcurso del tiempo, lo que seguramente es muy útil en

la vigilancia volcánica. Definitivamente, la Sismología es ….. muy INTERESANTE !!.