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GEOLOGÍA

Por qué la tierra tiembla en Brasil

Los sismólogos plantean una nueva explicación para los terremotos en el país

Un perfil continental: la ilustración muestra variaciones en el relieve (la línea blanca) y en la corteza de Sudamérica

Pedro HamdanUn perfil continental: la ilustración muestra variaciones en el relieve (la línea blanca) y en la corteza de SudaméricaPedro Hamdan

El 8 de octubre de 2010 la tierra tembló de una forma nunca vista en Mara Rosa, una ciudad con 10 mil habitantes del norte del estado de Goiás. Eran algo más de las 5 de la tarde de aquel viernes y la gente se preparaba para el fin de semana cuando el suelo se movió tan intensamente hasta el punto que era difícil permanecer de pie. Los árboles se sacudieron, las paredes se rajaron y se desprendieron tejas de los techos. Menos de un minuto después, las ondas sísmicas de ese terremoto de magnitud 5, uno de los más fuertes que se hayan registrado en Brasil durante los últimos 30 años, habían recorrido 250 kilómetros y fueron registradas en Brasilia, donde algunos edificios llegaron a ser evacuados. “Muchos en Mara Rosa pensaron que la tierra se abriría y se acabaría el mundo”, relata Lucas Barros, jefe del Observatorio Sismológico de la Universidad de Brasilia (UnB). En las semanas siguientes, Barros y su equipo instalaron sismógrafos en Mara Rosa y en las localidades vecinas para medir las réplicas de aquel temblor. En un lapso de seis meses, se registraron allí 800 sismos de menor intensidad, que contribuyeron a determinar la causa directa de la inestabilidad de la tierra en aquella región. Exactamente debajo de Mara Rosa, a unos tres kilómetros de profundidad, existe una extensa rajadura en la corteza terrestre, la capa más rígida y externa del planeta. Y a lo largo de esa fractura que se extiende por cinco kilómetros, las rocas se habían desplazado, produciendo el temblor. “Tuvimos que convocar a una audiencia pública en Mara Rosa y en Mutunópolis para explicarle a la gente lo que estaba ocurriendo y lo que debían hacer para protegerse”, dice Barros.

La identificación de esa fractura no fue una sorpresa para el grupo de la UnB. Mara Rosa y otros municipios del norte del estado de Goiás y del sur de Tocantins están ubicados en una región geológicamente inestable: la zona sísmica Goiás-Tocantins, que concentra un 10% de los terremotos de Brasil. Un sector de los geólogos atribuye la elevada frecuencia de temblores en esa área ‒una de las nueve zonas sísmicas delimitadas en el país, con 700 kilómetros de largo por 200 de ancho‒ a la proximidad con el Lineamiento Transbrasiliano, una extensa cicatriz en la corteza terrestre que atraviesa Brasil y, al otro lado del Atlántico continúa en África. Se cree que a lo largo del lineamiento, la corteza es más frágil pues concentra bloques rocosos fracturados que, al sufrir compresión, se desplazarían con mayor facilidad, produciendo terremotos.

Pero no todos coinciden. Muchas veces la localización de los temblores no coincide con la de ese conjunto de fallas y, en ciertos tramos del mismo, nunca se registraron sacudidas. Aquéllos que dudan de la influencia directa del lineamiento en los sismos soportados por la región apuestan por causas más profundas, tales como las que acaban de identificar un grupo de investigadores del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la Universidad de São Paulo (USP) a partir del mapeo del espesor de la corteza terrestre en el país, recientemente finalizado.

En un trabajo publicado en febrero de este año en la revista Geophysical Research Letters, el sismólogo Marcelo Assumpção y el geofísico Victor Sacek presentaron una explicación más completa ‒y para muchos, más convincente‒ para la profusión de temblores en Goiás y Tocantins. En algunas áreas de esa zona sísmica la corteza terrestre es más delgada que en buena parte del país y se encuentra bajo tensión debido al peso del manto, la capa geológica más densa que se encuentra debajo de la corteza. Mediciones de la intensidad del campo gravitatorio en esos sectores con corteza estrecha indican que allí ocurre un engrosamiento del manto. Tal combinación hace que esas dos capas de roca ‒la corteza y la región superior del manto, las cuales desde el punto de vista físico se comportan como una misma estructura rígida, denominada litósfera por los geólogos‒ se arquean como una rama a punto de quebrarse. En tal situación, la litósfera puede rajarse como una regla de plástico que se curva cuando se intenta unir sus extremos.

“La litósfera tiende a sumergirse donde es más densa y a emerger donde la densidad es menor”, explica Assumpção. “Estas tendencias producen tensiones que originan fallas y, eventualmente, provocan sismos”, añade el sismólogo del IAG, quien coordina la Red Sismográfica de Brasil, que monitorea los terremotos en el país.

Durante una charla en su oficina a comienzos de abril, Sacek, coautor del estudio, tomó un libro con tapas flexibles para ilustrar lo que sucede en el segmento de la región sísmica Goiás-Tocantins donde se encuentra Mara Rosa. “Suponiendo que este libro represente la litósfera de la región, un incremento en la carga en el interior de la litósfera, por presentar una mayor proporción de rocas del manto [más densas], provocará que sufra una flexura”, explicó, poniendo el libro en posición horizontal y presionando sus laterales, lo cual lo hace doblarse de manera tal como si un bloque de piedra estuviese adherido a la capa inferior. Como resultado de ello, la parte superior se ve sometida a fuerzas de compresión y la inferior a fuerzas de distensión. “Aunque sea rígida, la litósfera presenta alguna flexibilidad y resiste hasta cierto punto la deformación”, dice Sacek. “Pero a partir de determinado límite puede comenzar a arquearse y romperse”.

047_MapaCrosta_207NOVO_2Años atrás, analizando el mapa de distribución de sismos en Brasil, Assumpção notó que la mayoría de ellos ocurría en el tramo de Goiás y Tocantins en el cual en 2004 el geofísico Jesús Berrocal, ex docente de la USP, había identificado una anomalía gravimétrica. Allí, el campo gravitatorio es anormalmente elevado para una región de la meseta con una altitud promedio de entre 300 y 400 metros. En aquel terreno llano y relativamente bajo ‒por ejemplo, no existen allí cadenas montañosas‒ no hay un exceso de masa sobre la superficie que justifique la flexura de la litósfera. Por consiguiente, concluyó Assumpção, esa masa sólo podría hallarse debajo de la tierra. Probablemente en regiones profundas como las capas más superficiales del manto, toda vez que la corteza sólo tiene 35 kilómetros de espesor.

Pero era necesario comprobar si esa idea tenía sentido y si el engrosamiento del manto podía, de hecho, provocar que la litósfera se curvara. Entonces Assumpção le solicitó a Sacek, un experto en simulaciones computarizadas, que ideara un modelo matemático para representar a las capas geológicas de aquella área de Goiás y Tocantins que tuviera en cuenta todas las fuerzas que actúan sobre ellas. Sacek desarrolló un programa que incluía tanto el efecto de fuerzas locales, originadas a pocas decenas de kilómetros de la región de los sismos por diferencias de relieve (valles, ríos y cerros) y por variaciones en el espesor de la corteza, como el de fuerzas regionales, a escala planetaria, que ocurren a miles de kilómetros de distancia, en los bordes de los bloques en los que se divide la litósfera.

Al unir estos elementos, Sacek identificó una zona de fragilidad en la corteza que coincide con el área de mayor frecuencia de sismos de Goiás y Tocantins. En ese gran bloque, con 200 kilómetros de ancho y 5 de profundidad, las fuerzas son intensas a punto tal de superar el límite de elasticidad de las rocas y fragmentarlas. “Ese modelo explica incluso la profundidad de los sismos, que generalmente ocurren a menos de cinco kilómetros de la superficie”, afirma Sacek.

Assumpção y él consideran que ese mecanismo ‒la flexión en la región más delgada de la corteza‒ puede también ser la causa de la elevada frecuencia de temblores en otras regiones del país, tales como la cuenca del pantanal y la zona sísmica de Porto de Gaúchos, en el estado de Mato Grosso, donde en 1955 se produjo la mayor sacudida sísmica registrada en Brasil, con una magnitud de 6,2 grados en la escala creada por Charles Richter. Los terremotos con magnitud superior a 5 grados son raros en el país; se produce, en promedio, uno cada cinco años. Pero, aunque sean débiles, suelen asustar a la población, poco habituada a convivir con los sismos y escasamente preparada para lidiar con ellos. Más allá de la falta de información acerca de cómo afrontar los temblores, las viviendas más pobres no resisten sacudidas pequeñas, que provocarían pocos daños en una metrópolis. El 9 de diciembre de 2007, un temblor de magnitud 4,9 dañó varias viviendas en el pueblo de Caraíbas, en las cercanías de Itacarambi, en el norte del estado de Minas Gerais, donde el derrumbe de una pared mató a un niño. “Ésa es la única muerte directa causada por un terremoto de la que se tenga noticia en el país”, comenta el geólogo Cristiano Chimpliganond, de la UnB.

La flexura de la corteza también explica los terremotos en otra zona sísmica de Brasil: el borde de la plataforma continental entre los estados de Rio Grande do Sul y Espírito Santo. A una distancia que varía entre 100 y 200 kilómetros de la costa, el lecho marino sufre un declive abrupto. En esa depresión, la profundidad del océano pasa de 50 metros a 2 mil metros. Los sedimentos que transportan los ríos hacia el mar se acumulan en el borde de ese escalón ejerciendo un peso extra sobre la corteza. Assumpção cree que esa sobrecarga provoca los sismos detectados en esa región, mediante mecanismos similares a los que estarían sucediendo en Goiás y Tocantins. La diferencia en este caso radica en que el exceso de masa no se encuentra bajo la corteza, sino sobre ella.

047_MapaCrosta_207NOVO_2En un trabajo de 2011, Assumpção y colaboradores de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), del Instituto de Investigaciones Tecnológicas de São Paulo (IPT) y de Petrobras analizaron un terremoto ocurrido en abril de 2008 con epicentro a 125 kilómetros al sur de la ciudad de São Vicente, en el litoral paulista, que se sintió incluso en la ciudad de São Paulo. El punto origen del temblor se ubicó justamente en los bordes del escalón de la plataforma continental y las características de sus ondas sísmicas parecen confirmar la idea que el desencadenante fue la sobrecarga de sedimentos.

La elaboración de esos modelos sobre la causa de los temblores brasileños sólo fue posible gracias al descubrimiento de variaciones en el espesor de la corteza terrestre del país. Assumpção, junto a colaboradores de la UnB, de la Universidad Federal de Rio Grande do Norte (UFRN) y del Observatorio Nacional (ON) recabaron información sobre el espesor de la corteza en casi mil puntos de América del Sur, tanto en el continente como en el océano, y de ese total, unas 200 mediciones se realizaron en los últimos 20 años con financiación de la FAPESP y del gobierno federal. En el mapa que sintetiza estos datos, publicado en el Journal of South American Earth Sciences, los investigadores llaman la atención sobre las regiones donde la corteza es más espesa o más delgada. “El espesor de la corteza constituye uno de los parámetros más importantes para comprender la tectónica [las fuerzas y los movimientos de las capas geológicas] de una región”, sostiene el sismólogo Jordi Juliá, de la UFRN.

Ésa es la compilación más completa y detallada que se haya realizado con respecto a la corteza brasileña. El espesor en todos esos sitios se obtuvo a partir de la combinación de los datos recabados mediante tres métodos que se valen de las ondas sísmicas para deducir la estructura de las capas geológicas que atraviesan. El más preciso de ellos ‒y también el más caro‒ es el de la refracción sísmica, mediante el cual los investigadores registran a lo largo de centenares de kilómetros los temblores causados por explosiones controladas (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 184). Los otros dos métodos se basan en el monitoreo durante el transcurso de los años de los terremotos que se producen alrededor del globo.

En modo general, la corteza en Brasil presenta un espesor similar a la de otros continentes, con un promedio de 40 kilómetros, medidos a partir del nivel del mar. Sin embargo, hay algunas regiones del país en donde la corteza se reduce a menos de 35 kilómetros. La existencia de una de ellas ‒una franja con casi mil kilómetros que se extiende desde el pantanal, en Mato Grosso do Sul, hasta Goiás y Tocantins‒ aún no se encuentra bien demarcada, porque existe escasa información sísmica disponible sobre esa región. En tanto, en el nordeste, donde el equipo de Reinhardt Fuck, de la UnB, realizó la mayoría de los experimentos de refracción sísmica, la incertidumbre es menor.

Allí se localiza el área más vasta del territorio nacional con una corteza de menor grosor: la provincia de Borborema, el bloque rocoso sobre el cual se asientan casi todos los estados del nordeste, la región del país que registra la mayor frecuencia de temblores. En algunos puntos de esa región, la corteza tiene menos de 30 kilómetros. Ese estrechamiento parece haber acaecido hace entre 136 y 65 millones de años, durante el período en que Sudamérica se separó de África.

Uno de los récords de espesor se encuentra bajo la selva amazónica, en la frontera entre los estados de Roraima, Amazonas y Pará. Con hasta 45 kilómetros de espesor, ésa es una de las parcelas de la corteza más antiguas de Brasil, con más de 2.500 millones de años. “Esas regiones más antiguas tienden a poseer una corteza con mayor espesor”, dice Assumpção.

Pero el segmento de corteza con mayor grosor del país se encuentra en una región relativamente joven, la cuenca del Paraná, que comenzó a formarse hace 460 millones de años. En el interior de São Paulo, cerca del río Paraná, la corteza alcanza los 46 kilómetros de espesor. Assumpção plantea dos posibles razones para ese engrosamiento. La primera, sugerida por diversos estudios, expresa que debajo de la cuenca del Paraná habría un bloque de corteza más antigua, con miles de millones de años de antigüedad, bautizado con el nombre de cratón del Paranapanema. La segunda tiene que ver con la intensa actividad volcánica que hubo allí hace 130 millones de años. Por algún motivo desconocido, el manto debajo de la cuenca del Paraná se tornó anormalmente caliente, en un fenómeno al que los geólogos denominan pluma térmica o punto caliente. Esa pluma habría fundido parcialmente las capas profundas de la Tierra, generando magmas de composición basáltica que se derramaron sobre la superficie y originaron una de las mayores provincias volcánicas del planeta. Esas rocas generaron las franjas de tierra colorada u oxisoles, un suelo bastante fértil. Parte del material originado durante ese proceso permaneció allí abajo y, cuando el manto se enfrió, se soldó a la porción inferior de la corteza, aumentando su espesor.

Junto con investigadores de Chile y de China, Assumpção expandió el mapeo de la corteza hacia la cordillera de los Andes. Bajo esa cadena montañosa, el espesor de la corteza varía entre 35 kilómetros, en la frontera de Perú con Ecuador, y 75 kilómetros en el altiplano boliviano. Ese espesor máximo es similar al que se registra en otras regiones montañosas relativamente jóvenes como el Himalaya. En general, existe una correlación directa entre la altitud de un terreno y el espesor de la corteza. “Cuanto más alta es la topografía, mayor espesor posee la corteza”, explica Assumpção. “Para alturas superiores a los 3 mil metros, lo habitual es que la corteza llegue a los 70 kilómetros”.

La cordillera de los Andes: región donde la corteza es de mayor espesor en América del Sur y alcanza los 75 kilómetros

Eduardo CesarLa cordillera de los Andes: región donde la corteza es de mayor espesor en América del Sur y alcanza los 75 kilómetrosEduardo Cesar

Pero hay excepciones. En el norte de Argentina, donde los Andes se alzan a más de 4 mil metros de altura, la corteza tiene menos de 55 kilómetros de espesor. Nuevamente, los investigadores esbozan dos explicaciones. O la corteza ya era anormalmente delgada antes de la formación de los Andes o, hace 4 millones de años, ésta se tornó tan gruesa y caliente que perdió parte de sus capas más profundas, en un fenómeno denominado delaminación.

En tanto, en la frontera de Perú con Ecuador, donde la altura supera los 3 mil metros, su espesor es de tan sólo 35 kilómetros. En ese caso, la corteza parece hallarse sostenida por el movimiento de las corrientes de las capas más profundas del manto, que, aunque sean rocas, se comportan como un líquido extremadamente viscoso en el tiempo geológico: fluye algunos centímetros por año. La fuerza de esas corrientes ascendentes es capaz de elevar la corteza, incrementando en uno o dos kilómetros la altura de las montañas. También puede ocurrir lo inverso. El flujo descendiente puede empujar hacia abajo a la corteza en algunas regiones, tal como Sacek y Naomi Ussami, geofísica de la USP, notaron en la cuenca del Marañón, ubicada entre Ecuador, Perú y Colombia.

Pese a acumular dos décadas de trabajo, las investigaciones en el área todavía están atrasadas en América del Sur. Estados Unidos y Europa ya disponían de mapas detallados del espesor de la corteza a finales de los años 1990. “El avance del mapeo de la corteza en el mundo varía según los ingresos per cápita de los países”, dice Assumpção. “Solamente nos hallamos en mejor posición que África”.

En Brasil, las principales instituciones de investigación del área se unieron hace dos años y crearon la Red Sismográfica de Brasil, que dispone de 50 estaciones sismológicas y pretende llegar a 80. De este modo, los investigadores esperan monitorear mejor el país y mejorar la resolución del mapa. Cuantos más terremotos se analicen, más detalles del espesor de la corteza podrán detectarse. Y, al contar con más detalles, es posible elaborar modelos que permitan predecir con mayor precisión las áreas bajo riesgo de temblores de mayor magnitud. “La sismología no logra prevenir terremotos, y aun cuando si lo lograse, no podría evitarlos”, dice Barros. “Por eso, debemos aprender a convivir con ellos y protegernos”

Proyecto
Evolución tectónica, climática y erosiva en extremos convergentes: un abordaje numérico (nº 2011/10400-0); Modalidad Beca de posdoctorado; Coord. Victor Sacek – IAG/ USP; Inversión R$ 153.896,91 (FAPESP).

Artículos científicos
ASSUMPÇÃO, M. y SACEK, V. Intra-plate seismicity and flexural stresses in central Brazil. Geophysical Research Letters. v. 40 (3), p. 487-91. 16 feb. 2013.
ASSUMPÇÃO, M. et al. Crustal thickness map of Brazil: Data compilation and main features. Journal of South American Earth Sciences. v. 43, p. 74-85. abr. 2013.
ASSUMPÇÃO, M. et al. Models of crustal thickness for South America from seismic refraction, receiver functions and surface wave dispersion. Tectonophysics. 2013 (online).

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