Willington Rentería

El objeto de este artículo es tratar algunos conceptos y conocimientos relacionados con el origen, la propagación y el arribo los tsunamis. Sobre todo profundizar con algunos detalles que ayudarán a comprender la física de los mismos.
La palabra tsunamis tiene origen japonés y su significado en español es “ola en puerto”, puede además expresarse como maremoto u onda sísmica marina(Levin, Levin, and Nosov 2008). Por sus características, la onda de tsunamis es considerada una onda larga, donde su longitud es significantemente mayor que su amplitud y la profundidad. Esta acepción es muy importante desde el punto de vista científico, ya que permite la resoluciónmatemática de la evolución y propagación de la onda de tsunamis.

FUENTES DE TSUNAMIS

La generación de tsunamis está asociada principalmente a la perturbación de la superficie del mar, provocada por alguna de las siguientes razones(UNESCO-IOC 2006):
• Por sismos, que es la causa primaria de los tsunamis históricos registrados
• Por deslizamientos
• Por erupciones volcánicas
• Por cambios abruptos en la presión atmosférica
• Impacto de meteoritos.
Para el presente artículo se considerará los tsunamis que han sido generados por un sismo, debido a que esta representa la amenaza potencial para las costas del Ecuador(INOCAR 2010). La costa continental del Ecuador se encuentra ubicada en la zona de subducción entre la placa de nazca(placa oceánica) y la placa sudamericana(placa continental), resultado de esta interacción geodinámica, se producen los sismos que producen los tsunamis. En adición, tanto su costa insular (Galápagos) y su costa continental, se encuentran expuestos a los tsunamis que se puedan generar a lo largo de las costas del Pacífico, donde se existen zonas de subducción similares a las de Ecuador. Coloquialmente se conoce a esta zona como Cinturón de fuego del Pacífico.

PROPAGACIÓN DEL TSUNAMI

Al igual que las olas de viento que normalmente observamos en las playas, las olas de un tsunami se caracterizan físicamente por la longitud de onda, período y velocidad de propagación. Sin embargo a diferencia de las olas de viento, la escala horizontal(i.e.longitud de onda) de los tsunamis, puede alcanzar desde decenas a cientos de kilómetros. Esto se debe a su origen, ya que al momento de generarse un tsunami, por cualquiera de sus fuentes de generación, la dimensión de la perturbación inicial, es muy grande y es la que determina su longitud de onda(Levin, Levin, and Nosov 2008). Esta perturbación es muy grande y contiene la energía suficiente para dar inicio a la generación de las ondas de gravedad.

Una característica importante de los tsunamis es la velocidad de propagación, la
misma que es proporcional a la profundidad del océano(luego de aplicación de asíntota). La tabla anterior muestra los resultados de velocidad de propagación del tsunami a distintas profundidades del océano, computada a través de la formula para la propagación de ondas largas. Como se puede apreciar, sobre las profundidades medias del océano (~4500m) el tsunami alcanza los 756 kph, es decir la velocidad media de un avión.

Del estudio de los eventos históricos, se puede extraer que la dispersión de los tsunamis producidos por sismos, tienen un eje largo y un eje corto, la mayor cantidad de la energía se propaga en la dirección normal al eje largo, mientras que en la dirección normal al eje más corto, se propaga una menor cantidad de energía(Tan et al. 2012). Este comportamiento de los tsunamis es de vital importancia para identificar la ubicación geográfica de las potenciales zonas de generación de tsunamis que representan una amenaza para un sitio determinado. En base a esta acepción, en INOCAR(2010) se puede apreciar diferentes localizaciones de zonas de generación de potencial amenaza para las costas del Ecuador. La propagación de los tsunamis de esta manera particular, ocurre por que los planos de falla, donde sucede la ruptura que da origen a los tsunamis, se ubica de manera paralela a la costa sobre la zona de subducción, y es en esta dirección donde se acumula la mayor cantidad de energía direccionando la propagación del tsunami(ver  como se propaga energia en el Tsunamis de Chile 2010), la máxima energía del tsunami se concentra en dirección perpendicular a la dirección de ese plano de falla, es decir perpendicular a la costa(Murty, Aswathanarayana, and Nirupama 2006).

En el tsunami de Chile, 27 febrero 2010, el plano de falla tenia un largo de aproximadamente 450km en dirección Norte-Sur con un ancho de 100Km, medidos de este a oeste. De acuerdo a los registros de ese evento, la mayor parte de las zonas afectadas por el sismo y por el tsunami, se encontraba en las ciudades chilenas de Chillan, Talca y Concepción, respectivamente, ubicadas en la zona de generación. Asimismo, hubo afectación en el archipiélago Juan Fernández, por estar en la dirección del eje de propagación del tsunami(Cardenas and Cárdenas-Jirón 2012).

Es necesario señalar, que durante la propagación del tsunami, el fondo oceánico ejerce una enorme influencia tanto en el direccionamiento del frente de onda del tsunami, como en la intensidad de la energía. Esto se produce básicamente por que la batimetría, con sus cambios en la profundidad, afecta a la velocidad del tsunami ya que produce que las partes que conforman el frente de onda se desplacen a distintas velocidades. Este fenómeno conocido como dispersión es una posible causa para la generación de olas que arriban tiempo después de la onda inicial del tsunami. Por dispersión, las olas del tsunami van adquiriendo diferentes longitudes de onda, cuando esta se reduce, la velocidad también; con la reducción de la longitud de onda, se incrementa la posibilidad de que las ondas interactúen con la forma de la costa amplificando sus efectos.

TRANSFORMACIÓN  COSTERA DEL TSUNAMI

Tal como las ondas de viento, las olas del tsunami están sujetas a una serie transformaciones mecánicas tales como la difracción, refracción y reflexión. La mayor causa de estas trasformaciones es la batimetría, que como se mencionó anteriormente redirecciona el frente de onda en función de la profundidad. Al momento de impactar las costas, la topografía y morfología costera, producen sus efectos sobre los frentes de onda. La reflexión de las ondas se produce, debido a la frontera entre el agua y la tierra. La costa se comporta como una pared que refleja las ondas incidentes. La refracción del tsunami, es similar al efecto que se observa con las olas de viento, en que las olas al acercarse al borde costero, se propagan de manera perpendicular a la costa, ese cambio en la dirección se debe al cambio de la profundidad. En cuanto a la difracción, este fenómeno se observa en bahías cerradas o canales, a los que atraviesa el frente de onda, donde se observa cambios en la dirección de las olas como cambios en su longitud.

En la siguiente figura se puede apreciar estos efectos; alrededor de un cabo existe concentración de las ondas de un tsunami, debido a la refracción provocada por el cambio de la batimetría.

Asimismo, se puede observar en la siguiente figura, el cambio en las longitudes de onda del tsunami, debido a la influencia de una península, fenómeno conocido como difracción. Todos estos efectos conjugados en un mismo espacio geográfico son los que determinan el impacto de un tsunami, ya que pueden provocar una superposición de ondas, permitiendo que sus amplitudes se incrementen y que la inundación sea mayor, en ciertas áreas.

Otra de las características más importantes de los tsunamis, la constituye su altura, la misma que se define por la distancia medida desde la cresta de la onda hasta la superficie del agua no perturbada, ésta puede alcanzar varios centímetros en aguas profundas donde la longitud de onda puede exceder los cientos de kilómetros. Los buques navegando en alta mar, no pueden percibir o visualizar los tsunamis. Sin embargo, conforme los tsunamis se acercan hacia la costa, estos reducen la longitud de onda e incrementan la altura de ola, conforme se reduce la profundidad. Este fenómeno se produce porque el tsunami conserva su energía, y conforme se acerca a la costa, el incremento de su altura es una manifestación de la energía inicial de la perturbación. Con esta premisa, es posible realizar una aproximación gruesa de la evolución de la altura de ola del tsunami utilizando la Ley de Green4(Bryant 2014). En la siguiente tabla , se puede apreciar cual sería la altura de ola del tsunami en aguas costeras con 5 metros de profundidad en función de la altura de ola del mismo tsunami a 100 metros de profundidad. De acuerdo a esta ley, un tsunami en aguas a 100 metros de profundidad, cuando arribe a las costas puede alcanzar 2.11 metros en la profundidad de 5 metros.

La aplicación de la Ley de Green es una herramienta práctica para anticipar cual seria la altura de ola del tsunami en aguas poco profundas, sin embargo, en estas profundidades el tsunami sufre otras transformaciones que pueden modificar las alturas obtenidas con la ley de Green. Un claro ejemplo, se explica en las figuras anteriores, donde se observa que debido a la refracción, la energía del tsunami se concentra en un área particular,
debido a que provee un cambio en la dirección de propagación de las ondas, este cambio produce un acercamiento entre los rayos de onda adyacentes, haciendo que los frentes de onda se vayan apilando en la dirección de la punta del cabo. Esta situación impide la aplicación de la ley de Green.

Referencias

Bryant, Edward. 2014. Tsunami: The Underrated Hazard. Springer.

Cardenas, L. A., and Luz Alicia Cárdenas-Jirón. 2012. The Chilean Earthquake and Tsunami
2010: A Multidisciplinary Study of Mw8.8, Maule. WIT Press.

INOCAR. 2010. “Diagnóstico de La Amenaza de Tsunamis En El Ecuador.”

Levin, Boris, Boris W. Levin, and Mikhail Nosov. 2008. Physics of Tsunamis. Springer
Science & Business Media.

Murata, Susumu, Fumihiko Imamura, and Kazumasa Katoh. 2009. Tsunami: To Survive from Tsunami. Singapore; Hackensack, N.J.: World Scientific Publishing Company.

Murty, Tad S., U. Aswathanarayana, and Niru Nirupama. 2006. The Indian Ocean Tsunami.
Taylor & Francis.

Tan, A., A. K. Chilvery, M. Dokhanian, and S. H. Crutcher. 2012. Tsunami Propagation
Models Based on First Principles.

UNESCO-IOC. 2006. “Glosario de Tsunamis”. UNESCO, Comisión Oceanográfica
Intergubernamental.