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Ciencia

El calor que hace temblar el suelo

Diferencias de temperatura provocan variaciones en el espesor de la litosfera. Esto aclara el origen de los terremotos en Brasil

Hasta ahora resultaba imposible explicar por qué la tierra tiembla algunas veces por año en regiones tan distintas como lo son el oeste de Goiás, el este de Pantanal, el nordeste del estado de São Paulo y la región llamada Triângulo Mineiro [Minas Gerais]. También era difícil entender por qué reina una calma casi eterna a lo largo del río Paraná, en el norte de Minas Gerais, en el este de Goiás o en casi todo el interior de Bahía.

Todas esas áreas se encuentran en el interior de los vastos bloques de roca que forman la superficie terrestre: las placas tectónicas, y deberían ser todos igualmente estables. Ya se sabia que los grandes temblores de tierra brotan únicamente en los lindes de las placas tectónicas: la colisión de una placa contra otra, como un pedazo de mármol que empuja a otro, genera presiones enormes, que deforman y quiebran sus bordes, originando sacudidas, en rigor, solamente cuando son intensos debería denominárselos terremotos.

Se procuró entonces entender los temblores menores en el interior de las placas, mediante señales aparentes que podrían haber dejado, tales como rajaduras, desniveles de bloques de rocas y otras cicatrices visibles a cielo abierto. Pero ninguna explicación saltó a la vista. La razón de esos fenómenos parece estar más abajo, a centenas de kilómetros de la superficie: en la litosfera, la capa más rígida y más fría de rocas que recubre el planeta.

Con base en informaciones recabadas en los últimos 12 años, el geofísico Marcelo Assumpção, del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la Universidad de São Paulo (USP), arribó a la conclusión de que las áreas más sujetas a temblores en el interior de las placas tienen una litosfera más delgada. Por tal motivo, liberan más fácilmente la presión resultante de los movimientos de las placas, el origen de los terremotos.

Contrariamente, en las regiones que poseen una litosfera más gruesa, también en el interior de las placas, la tensión se diluye y sólo raramente provoca temblores. En otras partes del mundo, la fragilidad de la litosfera está directamente relacionada con la frecuencia de los terremotos, como es el caso del valle del Mississipi, Estados Unidos, y también puntos de los Alpes, la extensa cadena montañosa del sur de Europa, y el norte de China.

En Brasil mucha gente cree que no se registran terremotos, pero en sí los hay o, mejor dicho: hay muchos sismos, tal el nombre técnico que se le asigna a los temblores en general. Son entre 80 y 90 por año, la mayoría de magnitud inferior a 4 en una escala que va hasta 9, por tanto son relativamente débiles, sobre todo cuando se los compara con los violentos temblores que se registran en Japón, por ejemplo, donde uno de los terremotos más intensos ya registrados destruyó en 1923 alrededor de 440 mil viviendas y mató a 100 mil personas.

Brasil está ubicado en la parte continental de la placa sudamericana, y es una región considerada estable, aunque sujeta a las presiones de la placa de Nazca al oeste, que constituye el fondo del Pacífico y genera temblores en los Andes, y de la cadena submarina Mesoatlántica al este.Precisamente, la inmersión de la placa de Nazca debajo de la placa Sudamericana causa intensos temblores en Acre. El más reciente, registrado a las 3:24 hs. de la madrugada del 20 de junio del año pasado, alcanzó una magnitud de 7, pero, por haber sido profundo, los habitantes de Cruzeiro do Sul casi no se percataron.

Durante el último siglo, ha habido en la región cinco sismos de una magnitud superior a 7. Los mayores temblores del interior de las placas tectónicas fueron un poco más suaves y alcanzaron una magnitud 6, liberando de cualquier manera una energía equivalente a la de 30 bombas atómicas como la arrojada sobre Hiroshima al final de la Segunda Guerra Mundial. En general estos temblores se producen en las regiones central y sudeste de Brasil, que han sido seguidas por los investigadores desde hace más tiempo que las otras. Esa fue también el área estudiada por el equipo del IAG, en conjunto con científicos de la Universidad de Brasilia (UnB).

Con su equipo, Assumpção analizó un área de casi 2 millones de kilómetros cuadrados, equivalente a una cuarta parte del territorio nacional, un rectángulo delimitado al norte por las ciudades de Cuiabá, en Mato Grosso, y Milagres, a alrededor de 150 kilómetros de Salvador, Bahía, y al sur por Asunción del Paraguay, hasta un punto ubicado en el océano Atlántico a unos 300 kilómetros de la ciudad paulista de Santos, y a 150 kilómetros de Cabo Frío, litoral de Río de Janeiro (vea en el mapa ). En ese espacio afluyen anualmente alrededor de diez temblores de una magnitud igual o mayor que 3, lo suficiente como para que se los note sin el auxilio de los sismógrafos, que son los aparatos que detectan las ondas sísmicas, tal como se denomina a su vez a las vibraciones ocasionadas por los temblores.

Los investigadores determinaron el espesor de la litosfera de manera indirecta, mediante sismógrafos distribuidos por 59 localidades, que desde 1992 registran las ondas sísmicas. Hay dos tipos de ondas generadas por un sismo, y ambas, al igual que la luz del sol que se sumerge en una piscina, sufren una reflexión y refracción al pasar por rocas más o menos duras: las ondas P (primarias) atraviesan cualquier parte del interior del planeta y llegan primero a la superficie, mientras que las ondas S (secundarias) se propagan a una velocidad menor y solamente en rocas sólidas.

El análisis de los tiempos de llegada de las ondas P y S a la superficie, luego de haber sido generadas por un terremoto surgido del otro lado del mundo, han sido el medio por el cual avanza el estudio de las capas más profundas de la Tierra. Fue mediante estas vibraciones que se dedujo en 1906 cómo sería el centro del planeta, una inmensa y compacta esfera de hierro que permanece líquido, a una temperatura cercana a los 3.500 °C. También con ellas se pueden mapear las regiones sísmicas alrededor del planeta que son más pasibles de sufrir temblores, y que coinciden con los límites de las placas tectónicas, por donde la energía interna de la Tierra escapa más fácilmente.

Y ahora, debidamente interpretadas por el equipo de Assumpção, las ondas P revelan dónde es más probable que la tierra tiemble, son las regiones en coloreadas con amarillo y con rojo en el mapa. “En dichos puntos, los sismos no resultan del encuentro de placas, sino de la fragilidad interna de las placas”, dice Assumpção. En las regiones de litosfera más fina, pero sujetas a la acumulación de tensiones, el punto de origen de los temblores ?el hipocentro? se encuentra a menos de 5 kilómetros de la superficie.

“Los sismos son superficiales, pero sus causas son profundas”. Los investigadores hicieron una tomografía de la litosfera, de la misma manera que los médicos estudian el interior del cuerpo. Analizaron la constitución de las profundidades del planeta de 50 en 50 kilómetros, hasta llegar evidentemente que con una definición menor a los 1.300 kilómetros, casi una quinta parte de la distancia existente hasta el centro de la Tierra.Fue también por medio de la tomografía de las capas más profundas del planeta como Assumpção planteó hace algunos años la hipótesis de que las placas tectónicas no se mueven a la deriva, como una jangada sin vela.

De acuerdo con su modelo, estos inmensos bloques de roca se separan o colisionan, haciendo que los continentes vaguen muy lentamente alrededor del globo y causando ocasionalmente terremotos, como consecuencia de los movimientos de una gran parte del manto: el estrato ubicado debajo de las corteza, a profundidades que en Brasil pueden llegar a los 700 kilómetros. Antes de ese estudio, publicado en Nature en 1995, se imaginaba que solamente la capa superior del manto, situada a 200 kilómetros como máximo, fuera capaz de empujar a las placas (lea en revista Pesquisa FAPESP nº 53 , de mayo de 2000).

Assumpção hizo en este caso un seguimiento de 10 mil registros de ondas P, cuya velocidad puede variar entre 6 y 13 kilómetros por segundo, con el propósito de analizar el perfil de la litosfera, la dura cáscara de rocas que comprende a la corteza, la capa de hasta 40 kilómetros que recubre la superficie y una franja más externa del manto, de entre 100 y 200 kilómetros de profundidad. Por último, el científico arribó a la conclusión de que la mayor actividad sísmica ocurre preferentemente en regiones en las cuales estas ondas eran hasta un 2% más lentas, a profundidades de entre 150 y 250 kilómetros.

La menor velocidad fue interpretada como el resultado de temperaturas más altas, ya que las ondas se propagan más lentamente en rocas más calientes. De acuerdo con este abordaje, las regiones más cálidas corresponden a los límites más elevados de la astenosfera, la parte maleable del manto, con temperaturas cercanas a los 1.300 °C, que ocupa los primeros 200 kilómetros debajo de la litosfera. Luego de descubrir en qué sitio la astenosfera estaba más cerca de la superficie, se hizo fácil determinar el espesor de la litosfera: con una temperatura media de 1.000 °C, la extensión de esa capa correspondía a la distancia que faltaba para llegar a la costra. Por tanto, si la astenosfera fuese poco profunda, la litosfera sería más fina.

Nació así un conjunto de mapas que indican que el espesor de la litosfera en Brasil puede variar de unos 100 kilómetros, precisamente donde hay más temblores, a alrededor de 300 kilómetros, donde los sismos son bastante raros. De acuerdo con este estudio, que será publicado en Geophysical Journal International , el punto más fino de la litosfera, con una profundidad de entre 100 y 150 kilómetros, se encuentra en la región de Iporá, localidad ubicada en el oeste de Goiás, donde se registran en promedio dos temblores por año de magnitud igual o mayor que 3. Lo que parece poco es a decir verdad bastante, si se lo confronta con los alrededores de Goiânia, el sur de Goiás y la región de Belo Horizonte, Minas Gerais, donde la litosfera es más gruesa, entre 250 y 300 kilómetros, y hay noticias tan solo de alguno que otro temblor cada 200 años.

Este estudio elucida razones por las cuales ocurrieron algunos de los mayores terremotos en Brasil. Uno de ellos, de magnitud 5,4, se registró en 1964 en la zona de Miranda, este de Pantanal, Mato Grosso do Sul. Assumpção verificó que se trata de otra área donde el espesor de la litosfera no superaría los 150 kilómetros. Habría sido también ése el motivo del temblor de magnitud 6,2 registrado en 1955 en Porto dos Gaúchos, municipio ubicado a 300 kilómetros al norte de Cuiabá, que se encuentra en el limite del área analizada en esta investigación.

Pruebas de superficie
En la región nordeste los temblores son más frecuentes, pero no son tan fuertes, como en la región central del país. Al final de la década de 1980, durante cuatro años, de 1986 a 1989, hubo una sucesión de temblores en João Câmara, Río Grande do Norte. Los más fuertes alcanzaron una magnitud de 5, y destruyeron centenas de casas. Hace dos meses, en junio pasado, en la región de Belo Jardim, a 50 kilómetros de Caruarú, Pernambuco, hubo una serie de temblores pequeños, de magnitud 3. “Aún no contamos con mediciones precisas, pero en las regiones más activas del nordeste de Brasil, en Río Grande do Norte y Ceará, posiblemente la litosfera es también más delgada”, comenta Assumpção.

Aun cuando se centra en el comportamiento de las ondas producidas centenas de kilómetros por debajo de la superficie, su estudio no está desvinculado de los contornos del paisaje, porque las regiones de litosfera más fina, por ser más frágiles, son también aquéllas por puede escapar más fácilmente el magma producido por el calor de la astenosfera. Se originan así las llamadas intrusiones, que son rocas derretidas de la base de la litosfera que suben a la superficie ?es el mismo material que, en cantidades mucho mayores, forma los volcanes.

El pico de Agulhas Negras, ubicado en el Parque Nacional de Itatiaia, en el límite de los estados de São Paulo, Río de Janeiro y Minas Gerais, con sus 2.787 metros de altura, es uno de esos puntos de la litosfera más frágiles, donde la lava encontró por dónde salir hace alrededor de 60 millones de años. En Goiás hay algo más modesto y más antiguo: el Morro do Engenho, de 200 metros, situado en Iporá, constituye un resquicios de intrusiones acaecidas hace 80 millones de años.

Assumpção pretende ampliar el área estudiada y concluir el mapeamiento de la litosfera de todo el país. Este trabajo, llevado a cabo al ritmo posible, cuenta con la colaboración de un conjunto de instituciones nacionales, entre ellas las universidades federales de Mato Grosso do Sul y Río Grande do Norte, además del Instituto de Investigaciones Tecnológicas del Estado de São Paulo y de socios internacionales, como el Instituto de Ciencias de la Tierra de España y la Northwestern University de Estados Unidos. No es fácil: solamente las áreas central y sudeste insumieron casi diez años de trabajo.

Pero Assumpção espera contar también con la participación de empresas, porque este tipo de relevamiento, ya concluido en países como Estados Unidos, Rusia, China y Australia, entre otros, facilita la búsqueda de minerales: es más probable encontrar yacimientos de diamante, por ejemplo, en zonas antiguas, con litosfera de mayor espesor.Y quizás sea más difícil todavía descubrir de dónde viene el calor que hace que la astenosfera se vuelva más delgada; que afina la litosfera y abre brechas para que el magma pase. Los expertos están lejos de arribar a un consenso. Assumpção cree que estos fenómenos pueden estar relacionados con la Pluma de Trindade, una columna de rocas muy calientes del manto y relativamente delgada (de alrededor de 100 kilómetros de ancho).

Esa pluma, sugerida hace 30 años por los geoquímicos, con el objetivo de explicar la ocurrencia de intrusiones como el Morro do Engenho y el pico de Agulhas Negras en Brasil, estaría formada por rocas casi fundidas, provenientes de un punto fijo de la base del manto ubicado en las proximidades del núcleo, a alrededor de 3 mil kilómetros de profundidad, que suben y calientan la litosfera. Hace millones de años, parte de esa pluma que llegó a la superficie puede haber formado la cadena de montes submarinos cercana a Vitória y el archipiélago de Trindade en la costa brasileña.

Como la fuente de calor cercana al núcleo no se habría apagado, la roca caliente sigue subiendo y provoca vulcanismo e intrusiones en la costra, mientras la superficie se desplaza con las placas tectónicas. Si fuera así, he allí el primer problema de esta idea, las decenas de intrusiones atribuidas a la pluma deberían estar de alguna manera alineadas de acuerdo con su edad. Pero no es así: parecen estar mezcladas; las más antiguas y las más recientes están juntas, sin un orden claro.

El segundo problema radica en que la pluma es delgada y lo suficientemente profunda como para escapar a los estudios vía tomografía, y su efecto sobre las ondas sísmicas es casi imperceptible. Algunos prefieren creer que el magma no proviene de regiones tan profundas, sino de porciones más playas, de hasta 700 kilómetros. En este caso, las elevaciones de la astenosfera serían causadas por corrientes de convección, como las que mueven el agua hirviendo en una olla, confinadas en la parte superior del manto. Pero tampoco es fácil probarlo.

El Proyecto
Estructura Crustal y Sismicidad del Sudeste Brasileño
Modalidad
Línea Regular de Auxilio a la Investigación
Coordinador
Marcelo Sousa de Assumpção ? IAG/USP
Inversión
R$ 89.141,42 (FAPESP)

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