Geografía
Terremotos: ondas P y S, magnitud y 8 ejercicios resueltos
Un terremoto es la liberación brusca de energía en una falla: nace en el hipocentro y se mide con la magnitud. Tablas, escalas y 8 ejercicios resueltos.
Recomendado para: 1º ESO · 2º ESO
Un terremoto (o sismo) es una vibración repentina del suelo causada por la rotura de rocas en profundidad. Las rocas de la corteza son empujadas durante siglos por el lento movimiento de las placas y acumulan energía, como un muelle que se va comprimiendo. Cuando el esfuerzo supera la resistencia de la roca, la falla se rompe, los dos bloques se deslizan uno respecto al otro y la energía acumulada se libera en segundos en forma de ondas sísmicas.
La pregunta que ordena todo el tema es: ¿cómo se describe un terremoto con números? Dónde nació (hipocentro), qué tan fuerte es (magnitud), cuánto se sintió en un lugar (intensidad) y a qué distancia ocurrió (retraso entre ondas).
Los términos clave
| Término | Qué significa |
|---|---|
| falla | fractura de la corteza a lo largo de la cual se deslizan dos bloques de roca |
| hipocentro (foco) | punto profundo donde se rompe la roca: aquí nace el terremoto |
| epicentro | punto de la superficie situado en la vertical del hipocentro |
| ondas sísmicas | vibraciones que parten del hipocentro y atraviesan la Tierra |
| sismógrafo | aparato que registra las vibraciones del suelo |
| sismograma | gráfico que dibuja el sismógrafo |
| serie sísmica | sucesión de muchos temblores pequeños, sin un terremoto principal claro |
| réplica | temblor más débil que sigue al principal, durante días o meses |
Las ondas sísmicas: P, S y superficiales
| Onda | Movimiento del suelo | Velocidad típica | Cuándo llega | Efecto |
|---|---|---|---|---|
| P (primarias) | compresión de ida y vuelta, como un muelle | 5-7 km/s en la corteza | primeras | golpe seco, poco destructivas |
| S (secundarias) | oscilación lateral, arriba y abajo | 3-4 km/s | después de las P | sacudida fuerte, muy dañinas |
| Love | oscilación horizontal en la superficie | menos de 4 km/s | últimas | muy destructivas |
| Rayleigh | movimiento circular, como las olas del mar | menos de 4 km/s | últimas | muy destructivas |
Las ondas P atraviesan sólidos, líquidos y gases; las S solo los sólidos. Así se descubrió que el núcleo externo de la Tierra es líquido: las S no lo atraviesan, como se ve en la estructura de la Tierra. El retraso entre P y S es además la herramienta para localizar un terremoto, como muestra el ejercicio 4.
Por qué ocurren: las placas
Los terremotos no se reparten al azar: cerca del 90% ocurre en los bordes de las placas, sobre todo en el “Cinturón de Fuego” del Pacífico, que es también donde está la mayoría de los volcanes.
| Borde | Qué ocurre | Ejemplo |
|---|---|---|
| convergente | una placa choca con otra o se hunde bajo ella: los terremotos más fuertes y profundos | Chile, Japón, México |
| divergente | dos placas se separan: terremotos débiles y superficiales | dorsal atlántica, Rift africano |
| transformante | dos placas se deslizan lateralmente | falla de San Andrés (California) |
Casi todos los terremotos son tectónicos. Hay otros tipos, mucho menos frecuentes: volcánicos (por el movimiento del magma), de hundimiento (cavidades subterráneas que ceden) e inducidos por el ser humano (inyección de fluidos, grandes embalses).
La profundidad del hipocentro
| Tipo | Profundidad | Notas |
|---|---|---|
| superficial | 0-70 km | unos 3 de cada 4 terremotos, los más dañinos |
| intermedio | 70-300 km | frecuentes en bordes convergentes |
| profundo | 300-700 km | se sienten en áreas amplias pero con daños modestos |
La profundidad explica por qué dos terremotos de igual magnitud pueden tener efectos muy distintos. El ejercicio 7 lo cuantifica.
Magnitud e intensidad: dos escalas distintas
| Magnitud | Intensidad | |
|---|---|---|
| qué mide | la energía liberada en el origen | los efectos en un lugar |
| valores por terremoto | uno solo | muchos, uno por localidad |
| cómo se obtiene | sismógrafo | observación de daños y percepción |
| escalas | Richter (ML), magnitud momento (Mw) | Mercalli, EMS-98 |
| valores | números decimales (5,1; 6,3) | números romanos, I-XII |
La escala de magnitud es logarítmica: +1 significa amplitud × 10 y energía × 31,6. Si dominas las propiedades de las potencias, lo ves enseguida: la energía crece como 10^(1,5 M), y los ejercicios 5 y 6 hacen las cuentas.
| Magnitud | Efectos típicos | Cuántos al año en el mundo |
|---|---|---|
| menos de 3 | casi nunca se perciben | cientos de miles |
| 3-3,9 | lo notan pocas personas, sin daños | unos 130.000 |
| 4-4,9 | se mueven objetos, daños raros | unos 13.000 |
| 5-5,9 | daños en edificios débiles | unos 1.300 |
| 6-6,9 | destructivo en unos 100 km a la redonda | unos 130 |
| 7-7,9 | grave, daños en áreas extensas | unos 15 |
| 8 o más | catastrófico, a cientos de km | alrededor de 1 |
El mayor terremoto jamás medido fue el de Chile en 1960, con magnitud momento 9,5.
Los terremotos en España
España está en el borde entre las placas africana y euroasiática, que se acercan unos pocos milímetros al año. La sismicidad es moderada, pero no nula: se concentra en el sureste (Murcia, Granada, Almería, Alicante), en los Pirineos y en el golfo de Cádiz. El Instituto Geográfico Nacional (IGN) publica el catálogo oficial, y la Norma de Construcción Sismorresistente (NCSE-02) exige diseñar los edificios según la peligrosidad de cada zona.
| Terremoto | Magnitud | Consecuencias |
|---|---|---|
| Lisboa, 1755 | alrededor de 8,5 | el tsunami llegó a la costa de Cádiz y Huelva; decenas de miles de muertos en total |
| Torrevieja, 1829 | alrededor de 6,6 | unos 400 muertos en la vega del Segura |
| Arenas del Rey (Granada), 1884 | alrededor de 6,2 | unos 750 muertos |
| Lorca, 2011 | 5,1 | 9 muertos y daños en miles de edificios |
Lorca es la lección más útil: una magnitud 5,1 es “moderada”, pero con el hipocentro a pocos kilómetros y edificios vulnerables causó daños muy graves. Lo comprobarás en el ejercicio 7.
Qué hacer durante un terremoto
- Durante la sacudida: agáchate, cúbrete y sujétate. Métete bajo una mesa resistente o junto a un muro de carga, lejos de ventanas, espejos y muebles altos; no uses el ascensor.
- Si estás en la calle: aléjate de edificios, cornisas, farolas y cables.
- Después: espera réplicas, sal por las escaleras y dirígete a un espacio abierto siguiendo las indicaciones de Protección Civil.
Errores más comunes
- Confundir hipocentro y epicentro. El hipocentro está bajo tierra y el epicentro encima, en la superficie.
- Confundir magnitud e intensidad. La magnitud es una por terremoto; la intensidad, una por lugar.
- Pensar que la escala es lineal. Magnitud 8 no es el doble de magnitud 4: son 10.000 veces la amplitud y un millón de veces la energía.
- Decir ‘escala de Richter’ para todo. Hoy los sismólogos usan sobre todo la magnitud momento (Mw), más fiable en terremotos grandes.
- Creer que el terremoto nace en el epicentro. Nace en el hipocentro; el epicentro es solo su proyección.
- Esperar que se puedan predecir. Se calculan probabilidades, no fechas.
- Pensar que los terremotos profundos son los más peligrosos. A igual magnitud, los superficiales son los que más sacuden.
Los ocho ejercicios de abajo van de lo más fácil a lo más difícil y ninguno usa el mismo método que el anterior. Los dos primeros fijan el vocabulario y la aritmética de las ondas P y S; el tercero usa el teorema de Pitágoras para pasar del epicentro al hipocentro; el cuarto localiza un epicentro con el retraso entre ondas; el quinto y el sexto trabajan la escala logarítmica y la energía; el séptimo explica por qué terremotos iguales causan daños distintos; y el octavo calcula la velocidad de un tsunami con la misma idea del movimiento rectilíneo uniforme.
Ejercicios resueltos
1. Relaciona cada descripción con el término correcto: (a) punto profundo donde se rompe la roca; (b) punto de la superficie situado en su vertical; (c) fractura a lo largo de la cual se deslizan dos bloques de roca; (d) aparato que registra las vibraciones del suelo; (e) ondas que llegan primero a la estación. base
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- (a) El punto profundo donde se rompe la roca es el hipocentro (o foco): ahí nace realmente el terremoto.
- (b) El punto de la superficie situado en la vertical del hipocentro es el epicentro, donde suele sentirse más.
- (c) La fractura por la que se deslizan los bloques es la falla.
- (d) El aparato que registra las vibraciones es el sismógrafo, y el trazado que dibuja es el sismograma.
- (e) Las primeras en llegar son las ondas P (primarias), las más rápidas.
- Error frecuente: el epicentro no es el punto donde el terremoto 'nace'; es solo su proyección en la superficie.
Resultado: (a) hipocentro; (b) epicentro; (c) falla; (d) sismógrafo; (e) ondas P.
2. Una estación sísmica está a 60 km del hipocentro. Supón que las ondas P viajan a 6 km/s y las ondas S a 3 km/s. ¿Cuánto tarda en llegar cada onda y cuántos segundos pasan entre una y otra? base
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- Uso la relación del movimiento uniforme: tiempo = distancia ÷ velocidad.
- Ondas P: 60 km ÷ 6 km/s = 10 s.
- Ondas S: 60 km ÷ 3 km/s = 20 s.
- Diferencia entre las dos llegadas: 20 s - 10 s = 10 s.
- Compruebo: la diferencia debe ser positiva, porque las S son más lentas y llegan después.
Resultado: Las P llegan a los 10 s y las S a los 20 s: entre ambas pasan 10 s. Ese retraso es justo lo que permite calcular a qué distancia ocurrió el terremoto.
3. Un sismógrafo está a 12 km del epicentro, medidos sobre la superficie, y el hipocentro está a 5 km de profundidad. ¿A qué distancia en línea recta del hipocentro está la estación? ¿Cuánto tardan en llegar las ondas P (6 km/s) y cuánto más tarde llegan las S (3 km/s)? intermedio
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- La distancia horizontal y la profundidad son los catetos de un triángulo rectángulo; la distancia en línea recta es la hipotenusa.
- Aplico el teorema de Pitágoras: d² = 12² + 5² = 144 + 25 = 169.
- d = √169 = 13 km.
- Ondas P: 13 km ÷ 6 km/s = 2,17 s.
- Ondas S: 13 km ÷ 3 km/s = 4,33 s.
- Las S llegan 4,33 s - 2,17 s = 2,17 s después de las P.
Resultado: La estación está a 13 km del hipocentro (no a 12). Las P llegan a los 2,2 s y las S 2,2 s más tarde, a los 4,3 s. La profundidad cuenta aunque el epicentro parezca cercano.
4. Un sismograma muestra que las ondas S llegan 8 segundos después de las P. Con P a 6 km/s y S a 3 km/s, ¿a qué distancia está el hipocentro? ¿Por qué una sola estación no basta para situar el epicentro? intermedio
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- Llamo d a la distancia. Las P tardan d/6 y las S tardan d/3.
- El retraso es d/3 - d/6 = d/6.
- Entonces d/6 = 8 s, de donde d = 6 × 8 = 48 km.
- Compruebo: 48 ÷ 3 = 16 s para las S, 48 ÷ 6 = 8 s para las P, diferencia de 8 s. Cuadra.
- Una estación da solo la distancia, no la dirección: el epicentro puede estar en cualquier punto de una circunferencia de 48 km de radio alrededor de la estación.
- Con dos estaciones las circunferencias se cortan en dos puntos; con tres, en uno solo. Es la triangulación.
Resultado: 48 km. Hacen falta al menos tres estaciones para que las tres circunferencias se corten en un único punto, el epicentro.
5. El terremoto de Puebla (México, 2017) tuvo magnitud momento 7,1 y el de Lorca (2011) tuvo 5,1. ¿Cuántas veces mayor fue la amplitud de las ondas en México y cuántas veces mayor la energía liberada? (La amplitud aumenta 10 veces por cada unidad de magnitud; la energía, unas 31,6 veces.) intermedio
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- Diferencia de magnitud: 7,1 - 5,1 = 2,0.
- Amplitud: 10^2 = 100 veces mayor.
- Energía: 10^(1,5 × 2) = 10^3 = 1.000 veces mayor.
- Compruebo con 31,6 por unidad: 31,6 × 31,6 = 1.000. Cuadra.
Resultado: La amplitud fue 100 veces mayor y la energía 1.000 veces mayor. Solo dos unidades de magnitud suponen mil veces más energía.
6. Usa la fórmula log E = 4,8 + 1,5 M (E en julios) para calcular la energía del terremoto de Lorca (M = 5,1). Después conviértela en toneladas de TNT sabiendo que 1 t de TNT libera 4,184 × 10^9 J. intermedio
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- Sustituyo M = 5,1: log E = 4,8 + 1,5 × 5,1 = 4,8 + 7,65 = 12,45.
- Entonces E = 10^12,45 = 2,8 × 10^12 J (porque 10^0,45 = 2,8).
- Convierto: 2,8 × 10^12 ÷ 4,184 × 10^9 = unas 674 t de TNT.
- Dicho de otro modo: unos 674.000 kg de TNT liberados en pocos segundos, a pocos kilómetros de profundidad.
Resultado: Unos 2,8 × 10^12 J, equivalentes a unas 674 toneladas de TNT. Aun siendo un terremoto 'moderado', fue destructivo porque ocurrió muy cerca de la ciudad y a poca profundidad.
7. Dos terremotos tienen la misma magnitud y el mismo epicentro. El primero tiene el hipocentro a 6 km de profundidad y el segundo a 60 km. Una ciudad está a 9 km del epicentro. Compara las distancias a los hipocentros y di cuál sacude más la ciudad, suponiendo que la sacudida es inversamente proporcional a la distancia. avanzato
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- Primer terremoto: d1 = √(9² + 6²) = √(81 + 36) = √117 = 10,8 km.
- Segundo terremoto: d2 = √(9² + 60²) = √(81 + 3.600) = √3.681 = 60,7 km.
- Cociente: 60,7 ÷ 10,8 = 5,6.
- Si la sacudida es proporcional a 1/d, el primero sacude la ciudad unas 5,6 veces más fuerte.
- Es una simplificación (las ondas también se atenúan por absorción), pero muestra lo esencial: la misma magnitud no significa los mismos daños.
- Por eso hay dos escalas: la magnitud mide el terremoto (un solo número) y la intensidad mide los efectos en cada lugar (cambia de ciudad en ciudad). En Lorca, el hipocentro estaba a muy pocos kilómetros de profundidad.
Resultado: El superficial, unas 5,6 veces más fuerte en la ciudad. La magnitud es una por terremoto; la intensidad depende de la distancia y de la profundidad, y por eso los terremotos muy profundos casi no causan daños.
8. Un terremoto en el fondo del Atlántico, donde el mar tiene 4.000 m de profundidad, genera un tsunami. Su velocidad es v = √(g h) con g = 9,8 m/s². Calcula v en m/s y en km/h, el tiempo que tarda en llegar a una costa a 1.200 km y la velocidad cerca de la orilla, con 10 m de profundidad. avanzato
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- En mar abierto: v = √(9,8 × 4.000) = √39.200 = 198 m/s.
- En km/h: 198 × 3,6 = 713 km/h.
- Tiempo para 1.200 km = 1.200.000 m: 1.200.000 ÷ 198 = 6.061 s, es decir 101 minutos, o 1 hora y 41 minutos.
- Con 10 m de profundidad: v = √(9,8 × 10) = √98 = 9,9 m/s = 35,6 km/h.
- Cociente entre velocidades: 198 ÷ 9,9 = 20. La profundidad se reduce 400 veces y la velocidad solo 20 (raíz cuadrada).
- La ola se frena, pero su energía no desaparece: el agua se amontona y la altura de la ola crece. Por eso un tsunami es casi invisible en alta mar y destructivo en la costa.
Resultado: 198 m/s (713 km/h) en mar abierto, con llegada en 1 h 41 min; cerca de la orilla 9,9 m/s (36 km/h). Viaja como un avión en aguas profundas y, al frenarse junto a la costa, se eleva.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre hipocentro y epicentro?
El hipocentro (o foco) es el punto bajo tierra donde se rompe la roca y comienza el terremoto; el epicentro es el punto de la superficie situado justo en su vertical. En el epicentro suelen ser mayores los daños, pero el terremoto nace en el hipocentro. Cuanto más superficial es el hipocentro, más destructivo suele ser.
¿Cuál es la diferencia entre magnitud e intensidad de un terremoto?
La magnitud mide la energía liberada en el origen y es un solo número por terremoto (escala de Richter o, hoy, magnitud momento Mw). La intensidad mide los efectos observados en un lugar con escalas como la de Mercalli o la EMS-98 (de I a XII), y cambia de un sitio a otro según la distancia, la profundidad y el tipo de edificios. Un terremoto tiene una magnitud pero muchas intensidades.
¿Cómo se calcula la distancia al epicentro de un terremoto?
Se mide en el sismograma el retraso entre la llegada de las ondas P y la de las ondas S: cuanto más lejos está la estación, mayor es el retraso. Con velocidades típicas de 6 y 3 km/s, la distancia es unas 6 veces el retraso en segundos. Una estación da una circunferencia de posibles epicentros; con tres estaciones, las circunferencias se cortan en un punto (triangulación).
¿Cuánto más fuerte es un terremoto de magnitud 7 que uno de magnitud 6?
La amplitud de las ondas es 10 veces mayor y la energía liberada es unas 31,6 veces mayor. La escala es logarítmica: uno de magnitud 8 libera unas 1.000 veces la energía de uno de magnitud 6, porque 31,6 × 31,6 = 1.000.
¿Hay terremotos en España?
Sí. España tiene una sismicidad moderada, concentrada sobre todo en el sureste (Murcia, Granada, Almería, Alicante), en los Pirineos y en el golfo de Cádiz, por el lento acercamiento entre las placas africana y euroasiática. El Instituto Geográfico Nacional (IGN) registra miles de terremotos al año, casi todos imperceptibles. Los hay destructivos, como el de Lorca en 2011, y la norma de construcción sismorresistente obliga a diseñar los edificios según la peligrosidad de cada zona.