La Sismología es ……………. muy BACANA !! (Fascículo2)

Estos fascículos tienen como intención, exponer algunas ideas 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 al trabajo de este grupo tan importante y vital para cualquier Observatorio.

Introducción:

Desde los inicios del Observatorio Vulcanológico de Manizales (años 1986 y 1987), era

conocida una sismicidad en el Nevado del Ruiz, que se presenta con alguna frecuencia en horas

de la noche y la cual era registrada solamente en los sismógrafos relativamente cercanos al

cráter del volcán (OLLE, REF3 y RECI, Figura 1), con la característica que en la estación de

referencia OLLE, siempre aparecían de baja frecuencia y como tal eran clasificados. En la

estación RECI, la más cercana al glaciar en aquella época, generalmente dicha sismicidad en su

mayoría era de alta frecuencia y algunos sismos (los más grandes) de muy alta frecuencia,

incluso la mayor frecuencia registrada (Figura 2).

Fig. 1._ Red de estaciones sismológicas telemétricas, volcán Nevado del Ruiz. En color negro, las estaciones en

funcionamiento en 1986. En gris, las instaladas a principios de los 90. Todas estas estaciones son componentes

verticales únicamente

Esta sismicidad era clasificada como volcánica y de Baja frecuencia, aunque por parte del

grupo de sismología era sabida su ocurrencia nocturna. El 28 de Febrero de 1990 se instaló la

estación BIS1 por parte de los sismólogos Olga Patricia Bohórquez y Fernando Gil. La primera

noche de registro (Figura 3) mostró una sismicidad muy abundante y de muy alta frecuencia,

con algunos sismos relativamente muy grandes en dicha estación pero muy pequeños o

imperceptibles en la estación REF3, separada solamente por un poco más de 1 km de distancia,

por lo que inmediatamente se asoció con un origen muy superficial y relacionado con el

Glaciar.

Fig. 2_ El intervalo de tiempo en los 3 casos abarca desde un poco más de la 01:00 a.m. hasta las 04:00 a.m. del día 3 de Marzo

de 1987. Los sismos de interés, aparecen en OLLE clasificados como de Baja Frecuencia (pepas amarillas). Nótese que el sismo

grande en RECI, de muy alta frecuencia (encerrado en un círculo), NO se observa en las otras estaciones cuya distancia con dicha

estación es de unos 6 km. En la estación OLLE se registran solo los sismos más grandes que aparecen en REF3, aunque las

magnificaciones son muy similares, como puede verse de los sismos regionales y distantes, los cuales muestran una amplitud

comparable en los 3 sismogramas. Nótese la gran cantidad de sismos y su alta frecuencia en RECI, la cual era la estación más

cercana al glaciar en aquella época.

OLLE Marzo 3 1987 Estación de Referencia

REF3 Marzo 3 1987

RECI Marzo 3 1987

02:00 a.m.

02:00 a.m.

02:00 a.m.

Sismo Regional Sismo Distante

Sismo Regional 10 segundos

1

1

2

2

3

3

4

4

Fig. 3_ La estación BIS1 se instaló el 28 de

Febrero de 1990 (ver figura 1). Los

sismogramas a la izquierda corresponden a

la primera noche de registro. Nótese la gran

cantidad de sismos, los cuales aparecen

hacia las 10 P.M. del 28 de Febrero y

desaparecen hacia las 07:00 A.M. del 1 de

Marzo de 1990. Los sismos de mayor

tamaño son de muy alta frecuencia.

En la figura inferior se muestra un detalle de

las estaciones BIS1 y REF3 correspondiente

al mismo intervalo de tiempo, en el cual se

ha señalado 4 casos: Los sismos 1 y 3 en

BIS1 son grandes y de muy alta frecuencia,

mientras que en REF3 son muy pequeños y

de una frecuencia relativamente baja, lo

que es indicio de una fuente muy superficial

y muy cercana a BIS1 (la distancia entre

ambas estaciones es ligeramente superior a

1 Km). Los ejemplos 2 y 4, por el contrario,

son de amplitudes semejantes y frecuencias

intermedias en ambas estaciones, por lo

que la fuente presumiblemente se

encuentra a una distancia comparable de

ambas estaciones.

BIS1 Febrero 28 – Marzo 01 de 1990

BIS1

REF3

22:00

07:00

10 Segundos

Sismos de Hielo

La gran mayoría de estudios sobre sismos relacionados con los glaciares, interpretan dicha

sismicidad como la fricción de la base del Glaciar con asperezas del lecho de la roca, o bien

como la abertura de grietas transversales en su superficie por cambios pronunciados en la

pendiente o bien a desprendimientos de bloques, especialmente en el frente del Glaciar. En los

dos primeros casos puede verse que dicha sismicidad está relacionada con el movimiento

propiamente del Glaciar. Dichos estudios se relacionan esencialmente con glaciares de las altas

latitudes, como los Alpes, la Antártida, Groenlandia, Canadá, Alaska, etc. Estos glaciares están

sometidos a unas estaciones muy pronunciadas. En la Internet se puede conseguir mucha

literatura al respecto. Entre otras direcciones, en www.sciencedirect.com se puede encontrar

algunos artículos libremente.

Por el contrario, nuestros glaciares situados muy cerca al ecuador terrestre, oscilan a

temperaturas relativamente cercanas a los cero grados centígrados. Adicionalmente a la

ocurrencia nocturna de esta sismicidad en el Nevado del Ruiz, en el transcurso de los años se

ha notado que sólo sucede, al menos con esa intensidad, en las épocas de verano, cuando el

volcán está desprovisto de nieve y el glaciar está completamente descubierto. Las épocas con

mayor ocurrencia corresponden por lo tanto al fenómeno del Niño.

Algo particular al Nevado del Ruiz, es que su forma no es la típica de un cono volcánico con

pendientes muy fuertes en todos sus flancos. Por el contrario, su cima es relativamente plana

(entre 4 y 5 Km de diámetro aproximadamente) y la mayoría de sus flancos, son relativamente

poco pendientes; es diciente el hecho que el turismo con frecuencia llega con facilidad hasta

su propia cima.

Una hipótesis que podría explicar razonablemente quizás, las características principales de

dicha sismicidad, es la de considerar la fusión de la superficie del glaciar durante el día y la

acumulación de parte del agua en grietas o depresiones superficiales, que al llegar la noche y

la baja de temperatura por debajo del punto fusión, congelaría el agua, que al aumentar su

volumen súbitamente, produciría dicha sismicidad. Nótese que se necesitarían 3 factores: (1)

Calor durante el día que permita la fusión del hielo; (2) Acumulación del agua por ejemplo en

grietas y (3) Descenso de la temperatura por debajo del punto de fusión que permita la

congelación del agua.

Presumiblemente estos 3 factores se encontrarían con facilidad en el Nevado del Ruiz en las

épocas de verano, cuando la temperatura durante el día sube varios grados por encima del

punto de fusión; la relativa débil pendiente permitiría fácilmente la acumulación superficial del

agua de fusión y las noches veraniegas son características como noches despejadas y muy

frías. Lo anterior explicaría la ocurrencia nocturna de dicha sismicidad y su mayor intensidad,

en las épocas de verano. En las épocas de invierno, la temperatura estaría básicamente por

debajo del punto de fusión, por lo que no habría derretimiento del hielo, ni agua líquida que se

pudiera almacenar.

Fenómeno del Niño

Este fenómeno ocurre por el calentamiento del pacífico ecuatorial central y oriental (Colombia,

Ecuador y Perú) debido al debilitamiento de los vientos alisios, cuyo efecto en Colombia es una

sequía y calores muy pronunciados. En la internet se puede conseguir mucha información al

respecto, aquí nos interesa la ocurrencia de este fenómeno durante la existencia de la red de

sismógrafos alrededor del Ruiz, la cual comenzó a mediados de 1985. Los principales períodos

de este fenómeno han sido hasta el 2010:

1986 - 1987

1991 - 1992: Hora Gaviria desde el 02 de Mayo de 1992 hasta el 01 Abril del 1993

1997 - 1998: Especialmente fuerte

2009 - 2010

04:00 A.M.

09:00 A.M.

11:00 A.M.

RECI 09 de Marzo de 1987

07:00 A.M.

Fig. 4_ Fenómeno del niño 1986 – 1987. Sismogramas de la estación RECI ubicada al este del Ruiz. Nótese que la sismicidad de

Hielo desaparece hacia las 07:00 a.m. Hacia las 09:00 a.m. comienza un ruido de fondo el cual se ha correlacionado con el

incremento de las quebradas, debido al agua de la fusión diurna del glaciar.

Sismo Regional

Sismo Regional

Sismo Distante

Características de la sismicidad de Hielo del Ruiz

El diseño de la red sismológica del Ruiz se ha realizado por supuesto, pensando en la

sismicidad volcánica y no en la sismicidad de Hielo, por lo que dichos sismos nunca se han

podido localizar de manera confiable. Para ello sería necesario tener una red muy cerca del

Glaciar y relativamente densa. Por la amplitud y frecuencia de los sismos, se presume una

fuente muy cercana a BIS1, otra también muy cerca de la estación de RECI y al menos una

tercera relativamente cercana de ALF2. Desafortunadamente nunca se ha tenido una estación

en las cabeceras de Nereidas, que muy probablemente hubiera podido mejorar y precisar las

presunciones anteriores. En la figura 7 se muestra la longitud aproximada del Glaciar en el año

1986, en los sectores de Nereidas y Recio.

Fig. 5_ Fenómeno del niño 1991 – 1992. Sismograma de la estación BIS1 ubicada al Oeste del Ruiz, a un poco menos de 2 Km del

cráter. Nótese que existen dos períodos de sismicidad. El primero aparece hacia las 23:00 P.M. y desaparece hacia la 01:A.M. El

segundo comienza hacia las 03:00 A.M y termina hacia las 07:A.M. El segundo presenta un tamaño y frecuencia mayor, sugiriendo

un origen más cercano a la estación BIS1.

22:00 P.M. BIS1 Febrero 13 de 1992

07:00 A.M.

02:00 A.M.

Fig. 6_ Fenómeno del niño 1997 – 1998. Sismograma de la estación BIS1. El intervalo de tiempo abarca desde las 04:00 A.M. hasta

las 09:00 A.M, del día 17 de Enero de 1998.

BIS1 Enero 17 de 1998

08:00 A.M.

De acuerdo a la hipótesis de la congelación del agua (expansión hacia afuera por aumento de

volumen) como origen de esta sismicidad, es de esperar que los primeros arribos en las

estaciones muestren una compresión en las componentes verticales. En general la

confiabilidad en las polaridades de los primeros arribos, siempre ha tenido una gran

incertidumbre. En Marzo del 2007, BIS1 fue reemplazada por una estación nueva de tres

componentes, por lo que presumiblemente, la confiabilidad en las polaridades de los primeros

arribos es mucho mayor.

Fig. 7_ Volcán Nevado del Ruiz. Límites aproximados del Glaciar en los años 1959 y 1986, colocados sobre una fotografía satelital de

la NASA, adquirida en Abril 23 de 2010 (http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=43859&src=eoa-iotd). Los límites

glaciares se tomaron de fotografías aéreas del Instituto Agustín Codazzi. Nótese que en la actualidad (2010), las lenguas glaciares de

Nereidas y Recio han desaparecido. Los rectángulos en negro, corresponden a las estaciones sismológicas de BIS1, RECI y ALF2 que

han sido las estaciones cercanas al Glaciar. La estación RECI funcionó hasta Diciembre de 2007.

Nereidas

Recio

Alfombrales

Olleta

RECI

BIS1

Límite Glaciar 1986

Límite Glaciar 1959

Límite Glaciar 1959 Piraña

ALF2

Límite Glaciar 1959

1 Km

Los espectros de los sismos mayores en BIS1, muestran una riqueza espectral entre 4 y 15 Hz

principalmente (Figura 9), mientras su coda muestra un pico predominante un poco superior a

los 20 Hz, frecuencia que es básicamente el límite superior de la respuesta instrumental de la

telemetría. Es por lo tanto posible la generación de frecuencias en el rango audible. Esta

estación ha funcionado siempre como una componente vertical.

Sin una localización confiable de los sismos es difícil tener certeza sobre los tipos de onda

involucrados en estas señales. Es característico sin embargo, al menos en la estación de BIS de

3 componentes, la menor amplitud en la componente vertical como puede apreciarse en la

figura 10. Nótese también que la alta frecuencia en la coda, sólo se presenta en la componente

vertical y únicamente en los sismos mayores.

Fig. 9_ Sismo digital ocurrido el 18 de Enero del 2003 a las 23:51 P.M. Estación BIS1 (vertical). Este sismo corresponde en los

sismogramas analógicos, a los sismos de mayor tamaño y de muy alta frecuencia. Espectro de 1024 muestras correspondiente

en la señal a la barra de color naranja. En la parte superior el espectro abarca el inicio del sismo. En la parte inferior el espectro

se sitúa esencialmente en la coda. Nótese en este último el pico en 21 Hz, el cual aparece en el espectro superior aunque no es

muy notable. En la parte superior de los espectros, las barras mayores son múltiplos de 5 Hz.

Suponiendo lo anterior, se revisó en dicha

estación, para fechas recientes, las polaridades

para algunos de los sismos mayores. Se encontró

que en general, dicha polaridad es hacia arriba

(ejemplo figura a la derecha), aunque algunos

casos son dudosos, especialmente porque el

arribo muy a menudo es emergente.

Fig. 10_ En la parte superior se puede

observar tanto el mayor tamaño en las

componentes horizontales como el pico

espectral cercano a los 23 Hz (los espectros se

sitúan esencialmente en la coda), sólo en la

componente vertical. En la figura a la derecha

se da un detalle de la coda en las 3

componentes. En la componente vertical

(traza superior) el período es cercano a

0.04Hz. Dicha frecuencia está ausente de las

componentes horizontales.

Para los sismos mayores en BIS, las

primeras oscilaciones, muestran en

general una dirección predominante

NW-SW en las componentes

horizontales. En los cortes verticales

es menos notable una

predominancia.

Fig 11._ Movimiento de partículas. Sismo

ocurrido el 03 de Diciembre del 2009 a las 02:14

a.m. Nótese en la parte superior la mayor

amplitud en las trazas horizontales. En la parte

inferior a la izquierda, correspondiente al corte

horizontal, puede notarse una dirección NW-SE

en las primeras oscilaciones de las

componentes horizontales.

Epílogo

Indudablemente es importante para la sismología de volcanes, el conocimiento de la

sismicidad que no está relacionada directamente con un volcán con el fin de evitar falsas

alarmas y por ende la desconfianza de la comunidad en el trabajo de vigilancia.

Adicionalmente es muy interesante el saber que la sismología puede registrar ciertas

condiciones climáticas en un glaciar y poder realizar un inventario, al menos cualitativo de los

períodos de ablación, simplemente por la presencia o no de dicha sismicidad. Si la presunción

de un origen térmico de esta sismicidad (congelación del agua) resulta correcta, es claro que

no se tiene identificado todavía, los sismos que podrían tener origen en el movimiento del

Glaciar y que estarían siendo clasificados como volcánicos. Al respecto es interesante saber

que tenemos nevados que no se encuentran sobre volcanes, como la sierra Nevada del Cocuy

y la de Santa Marta (probablemente únicos en la zona ecuatorial) y el estudio de su sismicidad

Glaciar tendría la ventaja de NO estar ‘contaminada’ por sismos volcánicos (igualmente la

deformación).

Definitivamente, la sismología es ……….. muy BACANA!!!.

RECI 27 Feb 1987

02:35 a.m.

BIS1 03 Feb 1998

RECI 03 Feb 1998

21:00 p.m.

21:00 p.m.

Fig. 12_ Entre el sismograma superior y los 2 inferiores hay una diferencia de 11 años. Los dos sismogramas

inferiores corresponden al mismo intervalo de tiempo. Nótese que el tipo de sismicidad entre Recio de 1987 y Bis

de 1998, es muy parecido, sin embargo en Recio de 1998 dicha sismicidad es casi inexistente, lo que podría sugerir

el retroceso importante del frente del glaciar y el origen de esta sismicidad sobre su superficie.