Cuantificando el efecto de tsunamis por deslizamientos submarinos en Puerto Rico

Por Alberto M. López Venegas y Aurelio Mercado Irizarry


El pasado 26 de diciembre de 2014 se cumplieron 10 años del terremoto de Sumatra y el devastador tsunami que arrasó poblaciones e infraestructura de los países costeros de la cuenca del Océano Índico. A raíz de la gran destrucción y la muerte de más de 250,000 personas en esa catástrofe, un mayor número de científicos se dedicó a la tarea de estudiar a fondo el fenómeno de los tsunamis, mientras que los políticos se dedicaron a legislar para que las zonas costeras de países con altas probabilidades de ser afectadas por los tsunamis no sufrieran en la magnitud de lo observado en Indonesia.

Mucho antes de que ocurriera ese tsunami, ya aquí en Puerto Rico, específicamente en el Recinto Universitario de Mayagüez (RUM), simulaciones numéricas de tsunamis por terremotos submarinos se habían llevado a cabo. Hoy día, el esfuerzo conjunto entre el Laboratorio de Oceanografía Física del Departamento de Ciencias Marinas y la división de Investigaciones de la Red Sísmica de Puerto Rico lleva a cabo simulaciones numéricas de tsunamis por terremotos y deslizamientos submarinos. Estas simulaciones han resultado en la creación de mapas de inundación y desalojo para todos los pueblos costeros de Puerto Rico.

Antes de continuar, ¿sabe usted lo que son los tsunamis?

amenaza-ssmica-20-728Los tsunamis son olas gravitacionales que se generan por un disturbio súbito vertical en el lecho marino y que poseen tres fases: la generación, la propagación y la inundación. Si bien los tsunamis por dislocación del fondo marino, debido a un terremoto, son fáciles de simular, lo mismo no se puede decir de aquellos producidos por deslizamientos submarinos. Los tsunamis por deslizamientos submarinos son más complicados debido a varios factores. Es necesario tomar en cuenta la reología del material que se desliza pendiente abajo y la necesidad de cuantificar con precisión la transferencia de energía que ocurre entre el material en movimiento y el agua para poder generar la ola en la superficie. A partir de esto, se simula la propagación desde su origen hasta las diferentes costas para luego finalizar cuantificando la inundación del litoral.

En el norte, la isla de Puerto Rico posee estratos de rocas calizas (carbonato de calcio) inclinadas someramente hacia el norte y una fosa con una profundidad de hasta 8,000 km a tan solo 100 km de la costa. La inclinación de los estratos y la gran pendiente hasta la fosa resulta en una combinación de factores que favorece la ocurrencia de deslizamientos en la plataforma y, por ende, requiere que simulemos el efecto de tsunamis por deslizamientos submarinos potenciales para esta región. En el año 2000, la Dra. Nancy Grindlay, que para ese entonces era Investigadora Asociada del Departamento de Geología, publicó un estudio, gracias a una subvención por parte de la Agencia Estatal para el Manejo de Emergencias, acerca de un deslizamiento masivo a solo 40 km al norte de Arecibo llamado el “Anfiteatro de Arecibo” –por tener la morfología de un anfiteatro. Con un volumen estimado desplazado de 1000 km3, este deslizamiento, si hubiera fallado en su totalidad de un solo golpe, hubiese sido sumamente catastrófico para toda la costa norte de Puerto Rico. Para complicar aún más la situación, estos fenómenos son extremadamente peligrosos porque pueden ocurrir sin previo aviso sísmico y, aunque los deslizamientos son más compactos espacialmente en su impacto en las costas, son capaces de producir olas de decenas de metros de elevación. La batimetría (topografía del suelo marino) alrededor de Puerto Rico muestra varios anfiteatros que pudieron haber sido generados por deslizamientos submarinos. En algunos, se puede evidenciar el material marino acumulado en la base del anfiteatro. Según estudios del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), el potencial de que seamos afectados por un tsunami por deslizamiento submarino es alto en una ventana de 500 años.

Debido a este gran riesgo, el National Tsunami Hazard and Mitigation Program de la NOAA asignó fondos para que se llevaran a cabo simulaciones de tsunamis por deslizamiento submarino alrededor de la isla. Con ese motivo, los investigadores del RUM unimos esfuerzos con el Dr. Juan Horrillo, de Texas A&M, quien ha desarrollado y aplicado en la costa del Golfo de Méjico de los EEUU un modelo numérico de deslizamientos submarinos en tres dimensiones (x,y,z), para aplicar el modelo a nuestras costas y determinar sus efectos. El modelo en práctica simula tanto el deslizamiento como el tsunami generado, propaga el tsunami hasta cierta distancia en donde ya el tsunami se comporta como una ola de dos dimensiones (parecida a la producida por un tsunami por terremoto- x,y) y de allí en adelante le pasa la información requerida a un modelo híbrido (parecido al que se utilizó en el 2000) que entonces se encarga de seguir propagando la ola alrededor de la isla. Debido a la complejidad de la región, es decir, que los posibles deslizamientos alrededor de la isla se encuentran muy cercanos a la costa (a diferencia del Golfo), y las pendientes son extremas, hubo que realizar modificaciones al modelo 3D de Horrillo con el fin de poder pasar los resultados de este modelo a un modelo cuasi-2D a bastante distancia del área de generación y propagación inicial (que es altamente 3D). Esta metodología permite cubrir áreas costeras más extensas, ya que hacerlo en 3D es prohibitivo por el gran poder y tiempo computacional que requiere. Esa es una de las principales novedades del artículo que recientemente fue publicado en la revista Pure and Applied Geophysics (vol. 171, no. 11, 2014; A. Lopez, J. Horrillo, A. Pampel-Manis, V. Huerfano, A. Mercado) que muestra los resultados del más reciente modelado numérico de tsunami observado en la costa noroeste de Puerto Rico luego del terremoto de San Fermín el 11 de octubre de 1918.

El modelo numérico en 3D empieza por deslizar el volumen de material recreado en el área donde se ubica un escarpe a los 1200 m de profundidad, con dimensiones del área de excavación de 7.7 km de ancho y 10.5 km de largo. La malla, de 150 metros de resolución, fue modificada para recrear la batimetría que existía en el lugar antes de que ocurriera el deslizamiento, es decir, el material bajo la superficie hipotética pre-deslizamiento y la batimetría existente produjo un volumen de 12.5 km3. Esta cantidad es el material especulativo que dio paso al tsunami en la superficie que, en tan solo minuto y medio de iniciado, produjo una ola de hasta 18 metros de amplitud sobre el lugar del deslizamiento y, en 3 minutos, se observó un retroceso del mar en las costas de Aguadilla, Aguada y Rincón, justo lo que demostró un sondeo post-tsunami elaborado por los sismólogos Harry Reid y Stephen Taber a penas meses luego del evento y que publicaron en el 1919. La ventaja de modelar este tsunami en particular es que Reid y Taber obtuvieron datos del alcance máximo de la inundación en varios puntos de la isla y estos valores nos ayudan a validar nuestros modelos para identificar con certeza la ubicación de la fuente, su geometría y sus dimensiones. Según los resultados de esta investigación, los autores concluyen que hay una gran probabilidad de que el tsunami haya sido causado por el deslizamiento submarino debido a que, tanto los tiempos de arribo y las alturas máximas de las olas, la polaridad de la ola inicial y el alcance tierra adentro,  están todos de acuerdo con las observaciones del sondeo post-tsunami de Reid y Taber.

Una vez validado el programa con este evento conocido, los autores ahora se han centrado en realizar las simulaciones por deslizamientos submarinos hipotéticos en la plataforma de carbonatos del norte. Estudios liderados por el Dr. Uri ten Brink del USGS, y por la Dra. Grindlay, ahora en la Universidad de Carolina del Norte, indican que varias fisuras en la plataforma pueden ser lugares de debilidad en la roca por donde pueden comenzar los futuros deslizamientos submarinos. Las pendientes inestables se caracterizan por tener un comportamiento progresivo, lo que indica que la inestabilidad de los anfiteatros en la parte de la corona (parte superior del deslizamiento) va avanzando hacia arriba, en este caso, hacia la costa; en los flancos, el deslizamiento se va agrandando de manera que uno de estos episodios puede ocurrir durante nuestros tiempos. Estos eventos, que eventualmente desembocan en la generación de tsunamis, no se pueden evitar; sin embargo, si conocemos los posibles efectos y nos preparamos, se pueden llegar a minimizar.

Simulación del terremoto del 1918 por Aurelio Mercado

Simulación del terremoto y tsunami del 1918 por el profesor Aurelio Mercado

Simulación de tsunami por deslizamiento en el Cañón de La Mona por el Dr. Alberto López

Simulación de tsunami por deslizamiento en el Cañón de La Mona por el doctor Alberto López

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