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 !!.
Sismos seleccionados OLLE
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
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.
P
S
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.
Mayo 15 05:03 10 segundos Mayo 16 01:29
Magnitud 2.2
Mayo 06 01:50
Mayo 30 19:49
Magnitud 2.5
Junio 04 03:34
Mayo14 19:55
Magnitud 2.9
Mayo 01 02:13
Mayo 28 07:04
Magnitud 3.1 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.
Mayo 15 05:03
2.2 2.3 2.4
Junio 06 22:43
Mayo 30 05:08
Mayo 06 01:50
2.5
Mayo 06 00:11
2.6
Mayo 16 20:55
2.7
Mayo 07 05:02
2.8
May 14 19:55
2.9
Mayo 01 02:13
3.1
Marzo 30 20:40
3.2
Mayo 22 19:49
3.4
Abril 13 10:03
3.6
Mayo 05 22:16
3.8
Junio 03 01:50
4.0
Mayo 20 04:07
4.2
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
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:
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.
Graficando las codas contra la magnitud reportada por la RSNC se obtienen los siguientes gráficos:
Nótese que la correlación entre Coda y Magnitud de la RSNC es muy aceptable hasta una magnitud un poco superior a 3.0
Detalle del gráfico anterior hasta una magnitud de 3.5. Se presenta una correlación lineal y la fórmula obtenida por el Excel.
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.
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.
Duración de la saturación en OLLE a 90db contra magnitud superior a 4.0 reportada por la RSNC
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.
OLLE Junio 4 03:34
OLLZ Septiembre 11 09:09
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.
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!.
OLLE 90db Junio 04 03:34 2007
2.9
OLLE 84db Mayo 23 02:19 2000
3.0
OLLE 90db Mayo 28 07:04 2007
3.1
OLLE 90db Marzo 30 20:40 2007
3.2
OLLE 84db May 22 19:132 2000
3.3
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.
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 !!.