Informacion Sismica

Orígenes de los océanos, los continentes, los temblores y los geofísicos

Cinna Lomnitz

Afortunadamente (o quizás desafortunadamente) no tengo mayores correcciones que aportar a este artículo. Los hallazgos de la tectónica de placas, que entonces tenían apenas tres años desde su publicación en el Journal of Geophysical Research, hoy son venerables verdades. La oposición ha sido acallada y sus escasos sobrevivientes se deslizan cabizbajos por los pasillos de oscuras universidades.

En 1910 Beno Gutenberg era un delgaducho y diminuto estudiante de física en la Universidad de Gottingen, donde vendía jabón de puerta en puerta para costearse los estudios. Einstein había publicado su teoría de la relatividad, pero la geofísica no existía ni de hecho ni de palabra.

Un año después, Gutenberg calculaba la profundidad del núcleo de la Tierra. Su resultado ( = 2 900 km) sigue intacto después de décadas de intensos estudios y comprobaciones cada vez más refinadas. Luego empezaron a precipitarse los acontecimientos: en 1915 el servio A Mohorovic probó la existencia de la corteza terrestre, una capa delgada (5 a 70 km) de roca que recubre el interior de la Tierra como la cáscara envuelve el fruto. En 1920 el inglés Turner demostró que existen temblores de origen profundo, a centenas de kilómetros bajo la corteza. En 1925 Gutenberg editó el "Handbuch der Geophysik" , en que se define la geofísica como la rama de la física experimental que se ocupa de la Tierra: su interior, sus mares, su atmósfera, su campo magnético y gravitacional. La nueva ciencia había nacido.

Primeras décadas

De 1925 a 1965 se gestó una generación de geofísicos empapados en las enseñanzas de Gutenberg y de su gran rival británico Sir Harold Jeffreys, alto, desgarbado, ligeramente excéntrico, célebre matemático y astrónomo. Hoy Jeffreys tiene más de 80 años y sigue trabajando activamente como antes. Gutenberg está muerto; simbólicamente dejó de existir el año del lanzamiento del primer Sputnik. Diez años más tarde, una nueva generación de geofísicos ha tomado las riendas, generación de románticos de las computadoras, ansiosos de experimentar con nuevas ideas. Lo fantástico ya no evoca sonrisas escépticas cuando es posible hacer miles de cálculos complicados en un segundo. Existen los cinturones de Van Allen, anillos magnéticos invisibles en torno a la Tierra, misteriosas trampas de radiación. Se comprueba que los grandes temblores hacen oscilar la Tierra entera como si fuera una gigantesca campana y que producen en la ionósfera olas atmosféricas de amplitudes kilométricas. Los océanos contienen aguas fósiles, cuya edad se determina con ayuda del carbono 14. El magnetismo residual de las rocas demuestra que continentes enteros han girado y cambiado de lugar.

Antes se decía al público las frases consabidas, llenas de modestia y "sobriedad científica". Recordábamos al lego todo lo que no sabíamos respecto a la Tierra. "Cómo", exclamábamos con sorpresa un poco fingida, "¿nos creen ustedes capaces de llegar a predecir los temblores? Qué esperanza..." y añadíamos aquello de que el hombre conoce mejor el interior de las lejanas estrellas que el de su propia Tierra. Con un poco de ironía, discutíamos las diversas teorías de si el núcleo estaba hecho de una aleación de hierro-níquel fundido, de un plasma comprimido, o quizá de un nuevo estado de la materia. Pero en el fondo, poco nos importaba que el núcleo estuviera hecho de cajeta: aquellas eran especulaciones ociosas, ya que solamente lo susceptible de comprobación experimental era digno de estudio.

Hoy el clima científico ha cambiado radicalmente. Los "especuladores ociosos" como Wegener (quien en 1920 postuló que los continentes estaban a la deriva y que Africa y Sudamérica antes estaban unidos en un mismo bloque continental) son los profetas de hoy. Pero las teorías eran muchas. Adolfo Hitler, por ejemplo ,creía que la Tierra estaba hueca y que estábamos viviendo en su superficie interior, mirando siempre hacia el centro. Según este punto de vista, las estrellas y otros cuerpos celestes no pasaban de ser unas pocas bolitas de nieve revoloteando en el interior del planeta. No faltaron doctores en las universidades alemanas dispuestos a apoyar con entusiasmo la nueva doctrina. ( Como tampoco faltaron los defensores del biólogo charlatán lysenko mientras éste gozo los favores de Stalin. La debilidad humana no es monopolio de los geofísicos.)

Pero volvamos al centro de la Tierra. El núcleo de la Tierra es un esferoide masivo de tamaño aproximado al del planeta Marte. Al principio se pensaba que era enteramente líquido, puesto que no transmitía las ondas S o cortantes, cuya propagación depende del módulo de rigidez. Cuando la sustancia no tiene rigidez (como en un líquido o gas) la velocidad de la onda S es cero, es decir, no se propaga. Así, en las antípodas de un temblor se Observa una "zona de sombra" para ondas cortantes, y del diámetro de esta sombra es posible calcular el diámetro del núcleo(fig 1 ).

Creía que la Tierra estaba hueca, que estábamos viviendo en su interior, mirando siempre hacia el centro.

En esto, la señorita Ilse Lehmann, sismóloga danesa de la generación de Gutenberg y Jeffreys, anunció un descubrimiento original: el núcleo de la Tierra posee a su vez otro núcleo más pequeño pero sólido! De este modo, hace diez años el centro de la Tierra dejó de ser líquido y se encuentra en tierra firme, para gran alivio de todos los aprensivos. La explicación es menos fácil, y sin embargo es lógica.

Ya hemos visto que las ondas S no se propagan en los fluidos. Hay, eso sí, otro tipo de ondas que si se propagan tanto en fluidos como en sólidos: son las llamadas "ondas P", más conocidas como ondas sonoras. Un sonido se propaga por un mecanismo de compresión y dilatación del material, en que interviene otra constante elástica además de la rigidez. Así se explica el hecho sabido de que el sonido atraviesa tanto fluidos como sólidos, por supuesto que con una velocidad de propagación distinta de la de las ondas S.

Un temblor presenta el mismo caso de un relámpago, un mismo evento instantáneo genera dos tipos de ondas que se propagan a velocidades diferentes. Supongamos a tres observadores A, B, C (fig 2), que miden simultáneamente el intervalo de tiempo entre rayo y trueno. Como este intervalo es proporcional a la distancia de propagación, se pueden calcular las distancias AO, OB, OC y, con ayuda de un compás, estimar el punto geográfico en que ha caído el rayo. Este es el método que se usa para determinar el epicentro de un temblor. Si A', B', C'(fig 3) son tres estaciones sismológicas que registran las ondas p y S de un temblor, la diferencia entre estos dos tiempos de llegada es proporcional a la distancia epicentral de cada estación. Entonces conociendo las velocidades respectivas de las ondas p y S es posible calcular el epicentro o punto geográfico bajo el cual se originó el temblor.

Ilse lehmann, observando pacientemente los diferentes tipos de ondas que se registraban cerca de las antípodas de los temblores, había descubierto una "fase" nueva (fig 4). El sismograma a tales distancias es muy complejo, debido a que cada onda, al pasar de un medio a otro, genera simultáneamente ondas p y S. Además, ambos tipos de ondas se reflejan en la superficie y en las diversas discontinuidades internas de la Tierra. la nueva fase descubierta por la srta lehmann se explicaba por el hecho de que las ondas p volvían a generar una onda S en el núcleo interior ("inner core"), que se atrasaba a la onda p y luego regeneraba una onda p al abandonar el núcleo interior . Tales refinamientos de métodos de observación y de cálculo representaban la cúspide de la sismología clásica. Con el arte laborioso de este tipo de investigaciones se han logrado despejar las principales incógnitas acerca de la estructura interna del planeta.

El Origen del fondo submarino

Hacia 1964 parecía que no iban quedando ondas sísmicas nuevas por observar: aparentemente se había agotado el repertorio de reflexiones, refracciones y combinaciones de ondas P y S que podía ofrecer la estructura terrestre. En esa misma época, los gobiernos y especialmente el de Estados Unidos comenzaban a perder interés en la sismología, debido a que la detección sísmica de explosiones nucleares ya no ofrecía grandes dificultades. En cosa de cinco años que los sismólogos habían dedicado a este problema, se habían quitado el pan de la boca: habían trabajado demasiado bien. Dos acontecimientos imprevistos vinieron entonces a rescatarlos del hambre y de aburrimiento: el temblor de Alaska, y los descubrimientos sobre el origen del fondo submarino.

Alaska 1964: a las 5 y media de la tarde en todos los relojes (como hubiera dicho García Lorca) se abre la tierra, poblados enteros desaparecen en los barrancos. Una ola marina de diez metros de alto barre con los puertos del Pacífico. El temblor (magnitud 8.4 en la escala de Richter) causa daños impresionantes en Anchorage, principal ciudad del nuevo estado de Alaska. Llega el presidente Johnson y expide órdenes: que averiguen los científicos cómo pudo suceder aquello; que en el futuro sepan predecirlo, para que no vuelva a suceder. y la predicción de temblores pasó sin más del tripié de los adivinos al escritorio de los burócratas. ¿Qué hace falta para predecir temblores? La respuesta no se hizo esperar: ciento treinta y siete millones de dólares.

El último temblor desastroso en la falla de San Andrés (California) fue el de San Francisco en 1906, y los sismólogos dicen que otro desastre similar ya es inminente. Un comité presidencial encabezado por el Dr Frank Press popone una red de estaciones detectoras a lo largo de las principales fallas de la corteza. No se sabe a ciencia cierta lo que registrarán, ya que no se han determinado efectos físicos precursores de los sismos. Pero ahora se trata de establecer las bases experimentales para que ningún efecto predictivo, si lo hay, se vuelva a escapar sin ser detectado.

Estas nuevas preocupaciones con los sismos grandes recibieron un impulso inesperado con un descubrimiento sensacional. En 1966 Vine y Matthews publican una breve nota en que dan cuenta de que el fondo de los océanos se está desplazando horizontalmente a velocidades de hasta 5 cm/año. Este dato se apoya en una interpretación de las anomalías magnéticas registradas en el Atlántico central por diversos investigadores (fig 5), A ambos lados de la cordillera atlántica central hay franjas magnetizadas que se atribuyen a cambios en la imantación de las rocas basálticas que allí forman la corteza terrestre. Tales cambios se deberían a fluctuaciones en el campo magnético terrestre en ciertas épocas geológicas. pero resulta que las franjas son simétricas respecto al eje de la cordillera submarina. Por ejemplo, las franjas A-A', B-B', etc, son equidistantes del eje. Vine y Matthews sugieren que cada franja corresponde a un mismo material ígneo que salió de la grieta central y luego se fue extendiendo sobre el fondo en ambas direcciones (fig 6), Así pudieron explicar satisfactoriamente la geometría de las anomalías magnéticas, que luego se observaron también en el océano Pacífico y en los demás océanos. Calculando la edad de los basaltos y su distancia a la grieta central se estima la velocidad con que se está desplazando el fondo marino.

La tectónica de placas fue una auténtica revolución científica que ha cambiado fundamentalmente el enfoque de las ciencias de la tierra. ¿Cuáles han sido los cambios más notables desde entonces? El Dr Frank Press, entonces asesor científico del presidente Carter, Hoy es Presidente de la Academia de Ciencias de Estados Unidos. El Dr Lysenko, gracias a la generosa labor histórica de Roy Medvedev, hoy aparece como una figura trágicamente equivocada pero menos malvada de lo que suponíamos. Hitler seguirá siendo Hitler, y su idea de la tierra tan hueca como sus otras ideas.

En lo personal, puedo decir que mi entusiasmo por la geofísica no ha disminuido. Es verdad que la euforia por los nuevos hallazgos fue seguida por una "cruda" de varios años. Muchos fueron los que se subieron al carro triunfal de la nueva teoría para ser vistos y aplaudidos. Otros, como el brillante Dan McKenzie, resbalaron en la cáscara de plátano de la política académica y regresaron a la relativa oscuridad de sus laboratorios. Hoy ha surgido una nueva generación de geofísicos para quienes el mundo fue creado en 1967 y que desconocen todo lo que se hizo antes de la Tectónica de Placas. La computadora ha acelerado la producción científica; la gente ya no va a los congresos científicos a discutir ideas sino a vender propuestas.

Pero estamos entrando a una nueva época de enorme vitalidad y productividad. Los geofísicos de hoy son más refinados y más osados que los de entonces. Pese a los reveses iniciales de quienes pretendieron predecir temblores creo que estamos mas cerca de entender cómo funciona la tierra y qué significan sus estertores Y sobresaltos. y la ciencia es eso: un esfuerzo de entender los mensajes que nos envían las estrellas, los átomos y los volcanes.

También en México la geofísica ha logrado atraer a nuevos talentos y es en gran parte gracias a sus esfuerzos que hoy podemos contar con una información más amplia sobre la situación tectónica del país. Por otra parte, nuestro rezago es notable y podemos decir que la labor de exploración del territorio comenzada en 1804 por el Baron von Humboldt apenas adquiere contornos de transformarse en una empresa organizada y permanente. La población de México, y sobre todo del Distrito Federal, ha aumentado más rápidamente y sus necesidades han rebasado la limitada capacidad de la comunidad científica de hacerles frente. Hoy estamos más expuestos que entonces a las consecuencias imprevisibles de los desastres naturales. Los pocos que estamos en esta lucha debemos redoblar esfuerzos y, a través de los medios de divulgación tales como la excelente revista Naturaleza, alertar a la juventud acerca de la necesidad de comprender nuestra tierra para prevenir sus amagos y aprovechar mejor su bonanza.

Agosto de 1985.

Cuando la corteza oceánica choca contra el borde de un continente se hunde y penetra bajo éste produciéndose las temblores y otros efectos de actividad tectónica. Esto sucedería por ejemplo en torno al océano Pacífico. En cambio, si los continentes se desplazan junto con la corteza oceánica, como en el caso del océano Atlántico, se produce un alejamiento paulatino entre costas anteriormente unidas, como Europa y África por un lado y las Américas por el otro. Esto viene a confirmar las teorías de Wegener sobre la existencia de un gran continente primitivo llamado Godwana, que incluyó como mínimo África, Antártica e India durante la época precámbrica.

Estos resultados recientes forman la base para una nueva Geofísica global, que abarca la teoría de la deriva continental, el desplazamiento del fondo submarino, y la distribución geográfica de temblores y volcanes. Como mecanismo fundamental de todos estos procesos se propone la idea de una circulación general del manto de la Tierra, con corrientes de convección ascendentes y descendentes que provocan la extrusión de materias ígneas en la grieta central de los océanos y su reabsorción bajo las márgenes continentales. Existe en estos momentos una controversia científica mundial animadísima sobre estos tópicos, con nuevos aportes casi a diario. Hay muchos resultados concordantes y no pocos contradictorios a las nuevas teorías. Por ejemplo, existe evidencia reciente de que la península de Baja California se está alejando del continente a razón de unos 5 a 10 cm/año; este movimiento podría contribuir a los desplazamientos en la falla de San Andrés y por lo tanto a la sismicidad del estado de California.

Con tales implicaciones no debe sorprender si el problema del origen de los océanos, continentes y temblores, que antes preocupaba a un reducido grupo de visionarios, se ha vuelto el tema central de la geofísica contemporánea. Estamos viviendo una transformación científica de primera magnitud, semejante quizás a la que se produjo en la física teórica bajo el impacto de los trabajos de Planck y Einstein. Una nueva generación de geofísicos, ayudados con computadoras y vehículos espaciales, está cambiando la imagen del planeta en que vivimos. Las preguntas también son nuevas: por qué nuestros continentes y mares son tan diferentes de la topografía lunar? En qué se parece la estructura de Marte a la de Venus?

Cuando sepamos la respuesta a estas preguntas, quizás estaremos en situación de predecir no solamente los temblores, sino la evolución misma de las costas, los ríos, las llanuras y las imponentes cadenas montañosas o volcánicas que han sido objeto de la admiración poética y del paciente estudio del hombre desde que habita la Tierra.

Fuente: Naturaleza 6/83 Número especial, UNAM