Método Integrado de Predicción Sísmica

Introducción

Como ya se ha demostrado en oportunidades anteriores, el estudio ionosférico permitiría una interesante capacidad de predicción sísmica indirecta. El trabajo «Método Estadístico Para el Monitoreo de la Capa F2» (https://clubdeastronomia.wordpress.com/2010/11/26/metodo-estadistico-para-el-monitoreo-de-la-capa-critica-f2/) proporciona un método numérico-estadístico bastante confiable que permitiría reconocer variaciones precursoras de sismos. En este sentido, el análisis permitiría determinar un lapso temporal de riesgo sísmico que va desde los 8 a 15  días antes de un temblor. La pregunta de CUÁNDO un movimiento ha de ocurrir parece ser respondida de manera considerablemente certera. Sin embargo, otro de los grandes dolores de cabeza en el estudio de la predicción sísmica, es aquel que concierne al análisis del área de riesgo sísmico; responder DÓNDE ocurrirá el próximo movimiento ha sido un desafío de la ciencia de predicción sísmica que aun no ha sido superado. El uso de sondas y satélites como DEMETER y COSMOS ha permitido la observación de anomalías electromagnéticas precursoras de sismos en los futuros epicentros con importante precisión, y en este sentido se ha dado importantes avances en los pronósticos, pero el acceso a los datos y la complejidad de las lecturas los hacen poco prácticos.

Bien es sabido que la frecuencia crítica foF2 suele sufrir alteraciones días antes de un sismo. Pero, cuál es el origen de tales anomalías?. Por ahora, las hipótesis son 2: (a) interacción electromagnética procedente de la zona de falla próxima a temblar; (b) el efecto del clima espacial gobernado por el sol. Ambos postulados han sido corroborados plenamente. Los estudios que indican la interacción ionosfera-superficie, integran un coeficiente de supresión de los efectos solares; de esta manera, la data ionosférica evidencia sólo las anomalías relacionadas a la dinámica tectónica. Los estudios que avalan los efectos del clima espacial en tanto, omiten aquellos aspectos que involucran la interacción tectónica, obteniendo con éllo data cien por ciento astrofísica. En ambas lineas de estudio es posible definir los parámetros que permiten concluir de manera aproximada el epicentro de futuros sismos, pero hasta el momento, el proceso de correlación de los resultados ha sido poco fructífero.

El presente trabajo, pretende integrar los diversos mecanismos de pronóstico sísmico basados en data astrofísica, para así modelar un proceso experimental de determinación de futuros epicentros sísmicos.

Zona de Preparación Sísmica

Durante la década de los 70, importantes análisis en la sismogénesis permitieron determinar una serie de procesos que han de llevarse a cabo previamente a un sismo; deformaciones en la corteza terrestre, emanación de gases y cambios en la conductividad eléctrica fueron observados en áreas bastante definidas que tiempo después sufrían terremotos. Los estudios de Dobrovolsky (1979) en particular, acotaron estas áreas pre-sísmicas en lo que se denominó Zona de Preparación Sísmica (EPZ en inglés).  El análisis permitió determinar que el tamaño de estas regiones dependía de la magnitud esperada del sismo a ocurrir.  Tras diversos análisis basados en los niveles de deformación elástica de la corteza terrestre, Dobrovolsky desarrollo el modelo de preparación sísmica que se muestra a continuación:  

Zona de Preparación Sísmica de Dobrovolsky - Ecuación (1)

Donde M es la eventual magnitud del próximo sismo. La zona de preparación sísmica comprenderá un radio sobre la superficie dentro del cual existen anomalías precursoras de un sismo. De esta manera, para distintas posibles magnitudes de un sismo, el radio de preparación sísmica es como sigue a continuación:

 

Relación del Radio de Preparación y la Magnitud asociada al sismo

Los estudios de S. Pulinet (2004) reconocen la correlación proporcional del radio de preparación sísmica con las variaciones porcentuales de la frecuencia foF2. De acuerdo a estas observaciones, la variación de la foF2 puede evidenciar un área equivalente al radio de preparación sísmica dentro del cuál se hallaría el futuro epicentro de un sismo.

Muestra de Datos y Análisis

Para comprobar empíricamente la teoría de Pulinet, se utilizó la información ionosférica de Concepción (Chile) (36º46’22S, 73º03’47O) correspondiente al mes de Mayo de 1960. Durante este periodo dos sendos terremotos (M=7,5 y 7,8Mw) azotaron esta ciudad, destruyendo un 65% de las contrucciones. 12 horas más tarde, un sismo aún mayor (M=9,5Mw) ocurriría frente a la costa de Valdivia (39°48′30″S 73°14′30″O), siendo reconocido como el sismo más grande registrado por la humanidad. La información de las ionosondas de Concepción es proporcionada por el IPS Radio and Space Service World Data Center (www.ips.gov.au). Los datos faltantes o inexistentes (0c) son reconstruídos utilizando regresión lineal, con un porcentaje de error de 5%. Los registros utilizados son los del día 01 de Mayo hasta el día 20 de Mayo de 1960 (los registros del día 21 de Mayo están incompletos, debido que durante el terremoto la estación ionosférica sufrió serios daños que la inhabilitaron hasta Diciembre de 1960). Para detectar anomalías ionosféricas en la capa F2 precursoras de sismos, se procede a generar un análisis de la desviación porcentual superior (Astro 2011), como se propone a continuación:

Porcentaje de Desviación Superior foF2 - Concepción, Mayo 1960. La anomalía en la hora 184-185 (185/24= 7 de Mayo) ocurrió 14 días antes del primer sismo

Para determinar el perímetro circunferencial del futuro sismo, se propone generar un contraste gráfico entre el valor de la variación porcentual de las horas anteriores y posteriores a la anomalía en función de la latitud, tal como se muestra a continuación:

Análisis de la Variación Porcentual de la Frecuencia Crítica foF2 en función de la latitud - Concepción, Mayo 1960

La variación negativa de la foF2 se produce en un rango de aproximadamente 47° de latitud; en otras palabras, dicha variación pudo ser percibida en una distancia linea de 5222,64 kms, o en una circunferencia cuyo radio es de 2611,32 kms. De acuerdo a las observaciones de Pulinets, este valor, al que se le denominará Radio de Preparación Sísmica Experimental (RPSE) es aproximadamente equivalente a la zona de preparación de Dobrovolsky (Ecuación 1).

Radio de Preparación Sísmica Experimental (RPSE) - Concepción Mayo 196

Despejando la magnitud de la Ecuación (1) e intercambiando el RPSE como el radio de preparación de Dobrovolsky se obtiene un valor aproximado de la magnitud del futuro sismo, tal como se muestra a continuación:

Estimación de la Magnitud Teórica de un Sismo basado en el RPSE

Resultados

Utilizando el modelo integrativo propuesto en el siguiente trabajo, se analizó los registros ionosféricos-sísmicos de 3 diversos eventos, Concepción (1960), Huaca Sancos (2010) y Maule (2010). Los resultados obtenidos son los que se presentan a continuación:

Resultados obtenidos con la utilización del método integrativo de predicción

Conclusiones

El estudio de las anomalías ionosféricas precursoras de sismos parece corroborar la hipótesis de la sismogénesis basada en los datos astrofísicos y geofísicos como una totalidad. La observación de las variaciones y desviaciones porcentuales de la frecuencia crítica de la capa F2 (foF2) proporciona una interesante oportunidad de generar un sistema predicción sísmica capaz de responder CUANDO y DONDE ocurrirá el próximo sismo, además de un valor aproximado de la magnitud. El error de los datos bordea el 13%, lo que, desde una visión global, es pequeño. En lo particular, el contraste de la variación porcentual negativa de la foF2 y la latitud parecen ser la clave para la determinación del RPSE; La extensión de la variación es independiente de la magnitud de la misma, por lo que juzgar el futuro sismo dependerá exclusivamente de la correcta medición de los grados en latitud que son influenciados por las variaciones. Por otro lado, el valor teórico del radio de preparación Dobrovolsky y RPSE permitirán establecer si la señal recibida en las estaciones ionosféricas se haya dentro del área de riesgo sísmico, lo que confirmaría la característica genuina de la anomalía precursora. Por ejemplo, el terremoto de Maule (27-02-2010 – 8,8 Mw) establece un área de preparación de 6081 kms, y un radio de 3040 kms, distancia suficiente para cubrir los 2650 kms entre el epicentro de Cobquecura y el radio-observatorio de Jicamarca. Si bien, el área de preparación teórica y experimental aun no establece con la precisión necesaria radios epicentrales con mayor certeza, permiten localizar zonas de riesgo sísmico estimativas que acotarían notablemente el trabajo sismológico y geofísico. Para ajustar las áreas de futuros epicentros, se propone establecer sistemas numéricos como Newton-Raphson, diferenciales, u otros que afinen los radios calculados, y así acotar las regiones de trabajo.

Referencias

1. I. R. Dobrovolsky, N. I. Gershenzon, and M. B. Gokhberg, Phys. Earth Planet. Inter. 57, 144 (1989).

2. I. R. Dobrovolsky, S. I. Zubkov, and V. I. Myachkin, PureAppl. Geophys. 117, 1025 (1979).

3. J. Hao, T. Tang, and D. Li, J. Earthquake Pred. Res.,No. 8, 241 (2000).

4. V. P. Kim, V. V. Khegai, and P. V. Illich-Svitych, Fiz.Zemli, No. 3, 37 (1994).

5. V. G. Kossobokov, V. I. Keilis-Borok, D. L. Turcotte, andB. D. Malamud, Pure Appl. Geophys. 157, 2323 (2000).

6. V. Mjachkin, W. Btace, G. Sobolev, and J. Dietrich, PureAppl. Geophys. 113, 169 (1975).

7. S. A. Pulinets, K. A. Boyarchuk, V. V. Hegai, andA. V. Karelin, in  Seismo-Electromagnetics: Lithosphere–Atmosphere–Ionosphere Coupling, Ed. byM. Hayakawa and O. A. Molchanov (Terra Pub., Tokyo,2002), pp. 353–361.

8. S. A. Pulinets, K. A. Boyarchuk, V. V. Hegai, et al., Adv.Space Res. 26 (8), 1209 (2000).

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