Equivalentes en bombas tipo Hiroshima, del sismo de Cariaco de 1997

Un sismo como el de Cariaco (1997), de magnitud 7 Mw equivale aproximadamente a 3187 bombas atómicas de tipo Hiroshima.

Distribución de la energía generada por la explosión de un

arma de fisión en el aire a una altura de menos de 30000 metros.

Nota: Funvisis (órgano oficial de la sismología en Venezuela) reporta la magnitud del sismo de Cariaco (1997) como 6,9 Mw. Sin embargo se usa la magnitud reportada por Mocquet y Contreras en 1997 para simplicidad en la comparación y por que precisamente esa es la magnitud reportada por Funvisis para el sismo de Cumaná ocurrido el 17 de enero de 1929.

por: Rommel Contreras

Componentes de la Energía Sísmica

La energía total liberada durante un terremoto se distribuye en varias formas, principalmente:

• Energía Radiada en Forma de Ondas Sísmicas: Esta es la energía que se propaga a través de la Tierra en forma de ondas P (primarias) y S (secundarias). Constituye aproximadamente el 10% del total de la energía liberada.
• Energía de Deformación Interna: La mayor parte de la energía liberada se utiliza para deformar las rocas y las fallas cercanas al epicentro. Esta energía permanece en la zona de la falla y no se propaga como ondas sísmicas. Constituye aproximadamente el 90% del total de la energía liberada.

Definición de la Magnitud de Momento Sísmico (Mw)

La magnitud de momento sísmico (Mw) se define matemáticamente de la siguiente manera:

M_w = (2/3) log₁₀(M₀) - 10.7

donde M₀ es el momento sísmico en dinas-centímetros (dyn·cm).

Cálculo del Momento Sísmico (M₀)

El momento sísmico M₀ se calcula usando la fórmula:

M₀ = μ ⋅ A ⋅ D

donde:

• μ es la rigidez del material (módulo de cizalla) en el área de falla, generalmente en pascales (Pa) o dinas por centímetro cuadrado (dyn/cm²).
• A es el área de la falla que se ha deslizado, generalmente en metros cuadrados (m²).
• D es el desplazamiento promedio a lo largo de la falla, generalmente en metros (m).

Propiedades y Ventajas de Mw

• Escala Logarítmica: Como otras escalas sísmicas, la magnitud de momento es logarítmica, lo que significa que un incremento de una unidad en Mw corresponde aproximadamente a un incremento de 32 veces en la cantidad de energía liberada (≈ 31.62 veces).
• Consistencia y Comparabilidad: La magnitud de momento es más precisa y consistente para medir grandes terremotos en comparación con la escala de Richter. No se "satura" para eventos muy grandes, lo que significa que puede distinguir adecuadamente entre terremotos extremadamente poderosos.
• Fundamento Físico: A diferencia de la escala de Richter, que se basa en la amplitud de las ondas sísmicas registradas, la magnitud de momento se basa en una cantidad física real que describe el proceso de falla.

Conversión de Magnitud Sísmica a Energía Liberada

Para convertir la magnitud de un sismo (en este caso, una magnitud de 7 en la escala de magnitud de momento, Mw) a una equivalencia en megatones de TNT, se puede usar la relación entre la magnitud del sismo y la energía liberada.

La energía E liberada por un sismo puede ser estimada usando la siguiente fórmula aproximada:

log₁₀(E) = 1,5 ⋅ M + 4,8

donde:

• E es la energía en joules (J)
• M es la magnitud del sismo

Para una magnitud de 7, calculamos la energía así:

log₁₀(E) = 1,5 × 7 + 4,8

log₁₀(E) = 10,5 + 4,8

log₁₀(E) = 15,3

Entonces:

E = 10^15,3

Calculamos la energía en joules:

E ≈ 10^15,3

E ≈ 10¹⁵ × 10^0,3

E ≈ 10¹⁵ × 2

E ≈ 10^17,3

Finalmente, convertimos esto a megatones de TNT. Un megatón de TNT equivale a 4.184 × 10¹⁵ joules:

E ≈ 2 × 10¹⁷ joules

Dividimos esta cantidad por 4,184 × 10¹⁵ para obtener la equivalencia en megatones de TNT:

E ≈ (2 × 10¹⁷) / (4,184 × 10¹⁵) ≈ 47,8 megatones de TNT

Por lo tanto:

Un sismo de magnitud 7 Mw equivale aproximadamente a 47,8 megatones de TNT. 

 

Componentes de la Energía Nuclear (Explosión Tipo Hiroshima)

Una explosión nuclear libera energía en diferentes formas, con los siguientes componentes y sus porcentajes aproximados:

• Onda de Choque (50%): La mayor parte de la energía de una explosión nuclear se libera en forma de una onda de choque, que causa destrucción física mediante la presión y el movimiento del aire.

• Radiación Térmica (35%): Esta energía se libera en forma de luz y calor intensos, causando incendios y quemaduras en un área extensa alrededor del epicentro de la explosión.

• Radiación Nuclear Inicial (4%): Esta incluye radiaciones ionizantes como rayos gamma y neutrones que se emiten en los primeros minutos después de la explosión.

• Radiación Nuclear Residual (10%): También conocida como "caída radiactiva", consiste en partículas radiactivas que permanecen en la atmósfera y pueden caer al suelo en los días, semanas y meses posteriores a la explosión.

Comparación con la Bomba de Hiroshima

Es común utilizar la comparación de la energía liberada por un terremoto con la bomba atómica de Hiroshima, como una manera de dar una idea de la magnitud . Aunque no hay una unidad oficial específica para esta comparación, la bomba de Hiroshima es frecuentemente mencionada en términos de equivalentes de energía.

La bomba atómica lanzada sobre Hiroshima ("Little Boy") liberó una energía equivalente a aproximadamente 15 kilotones de TNT.

Existen diferencias básicas entre una explosión nuclear (medida en kilotones o megatones) y una explosión química (medida en kilos o toneladas de TNT); principalmente en lo que se refiere a la onda expansiva y la radiación térmica y a su magnitudes.

Para convertir la equivalencia en megatones de TNT de un sismo de magnitud 7 (que hemos calculado como aproximadamente 47.8 megatones de TNT) a la equivalencia en bombas atómicas de Hiroshima:

Convertir megatones a kilotones:

1 megatón = 1.000 kilotones

47.8 megatones = 47.800 kilotones

Calcular el número de bombas de Hiroshima equivalentes:

Número de bombas de Hiroshima = (47.800 kilotones) / (15 kilotones por bomba)

Número de bombas de Hiroshima = 47.800 / 15

Número de bombas de Hiroshima ≈ 3.187 (¡tres mil ciento ochenta y siete bombas!)

Por lo tanto, considerando la energía total liberada (en ambos eventos; sísmico y nuclear): Un sismo como el de Cariaco (1997), de magnitud 7 Mw equivale aproximadamente a 3187 bombas atómicas de tipo Hiroshima.

Notas: 

1. Todas las explosiones nucleares en la atmósfera, con independencia del diseño del arma, liberan una parte mayor de su energía total como onda expansiva (que genera una acción mecánica destructiva). Con un arma "típica", esto representa aproximadamente un 50%; en consecuencia, esta es una fuente importante de daños ... pero no la única. Alrededor del 35% de la energía liberada en una explosión en la atmósfera y del 25% de la liberada en una explosión en el suelo, se emite en forma de radiación térmica (luz y calor) dentro del minuto siguiente a la detonación. La mayor parte de esta energía es liberada en los primeros segundos. La composición de esta radiación térmica es muy parecida a la de la radiación solar, con algunos rayos ultravioleta, pero la mayoria de luz visible e infrarrojos. Por ello, un observador situado a alguna distancia, el primer signo de que ha habido una explosión nuclear en la atmósfera será un destello "relámpago" brillantísimo. Los seres humanos sufrirán quemaduras de segundo grado a considerables distancias del punto cero. Ademá de las quemaduras directas por el destello y de la ceguera por deslumbramiento, la radiación térmica incendiara los materiales que son combustibles.
2. La explosión nuclear también generará impulsos electromagnéticos intensos y cortos (IEM), pero de mayor intensidad y menor tiempo de generación; las IEM contienen ondas electrománéticas en todas las frecuencias. El mecanismo que origina estas ondas electromagnéticas en forma de IEM es bastante complicado, pero se debe básicamente a la absorción de parte de los rayos gamma de gran energía, que liberan en el acto las explosiones nucleares que se producen en el momento de la explosión. En el momento de la explosión los electrones son arrancados violentamente del medio circundante y dejan tras sí átomos con cargas eléctricas (iones). En línea muy general, esta separación brusca de los electrones de los átomos es lo que origina el impulso electromagnético, que después se propaga hacia el exterior con la velocidad de la luz. La cantidad de energía que libera una explosión nuclear en forma de IEM es menos de 0,01% del total; lo que todavía representa una cantidad considerable en términos absolutos.
3. Estos cálculos se hicieron apresuradamente con Chat GPT 4.0; se recomienda revisar concienzudamente antes de dar como ciertos y concluyentes.

4. Explicación Adicional:

   • Ondas Sísmicas: Son las responsables de los temblores que sentimos en la superficie. Se dividen en ondas primarias (P) y secundarias (S), además de ondas superficiales (Love y Rayleigh).

   • Deformación Interna: Ocurre en el subsuelo y está relacionada con la reconfiguración de la falla y las tensiones dentro de la corteza terrestre.

   • Onda de Choque en Explosiones Nucleares: Provoca la destrucción física inmediata a través de una sobrepresión extrema.

   • Radiación Térmica en Explosiones Nucleares: Emite luz y calor intensos que pueden causar quemaduras graves e iniciar incendios en un radio amplio.

   • Radiación Nuclear Inicial: Comprende rayos gamma y neutrones altamente penetrantes que son liberados inmediatamente después de la explosión.

   • Radiación Nuclear Residual: Partículas radiactivas que descienden lentamente y pueden contaminar áreas vastas, causando efectos a largo plazo en la salud y el medio ambiente.

Referencias: 

• Mocquet, Antoine; Contreras, Rommel (2017). Estudio macrosísmico del sismo de Cariaco. figshare. Online resource. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.5660698.v1
• Estudio Amplio Sobre Las Armas Nucleares (1981). Nueva York: Naciones Unidas.
• OpenAI's ChatGPT. (2024, junio 15). Respuesta de ChatGPT 4.0. https://www.openai.com/chatgpt