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Master Thesis ǀ Tesis de Maestría submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc at/en

Interfaculty Department of Geoinformatics- Z_GIS Departamento de Geomática – Z_GIS University of Salzburg ǀ Universidad de Salzburg

Análisis con SIG de la ocurrencia de terremotos y tsunamis en las costas ecuatorianas de Esmeraldas y Manabí.

GIS analysis of earthquakes and tsunamis occurrence on the Ecuadorian coast of Esmeraldas and Manabí. by/por

Manuel Humberto Gómez Proaño 01423617

A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science (Geographical Information Science & Systems) – MSc (GIS) Advisor ǀ Supervisor: Carlos Mena PhD

Quito - Ecuador, Noviembre 2019

COMPROMISO DE CIENCIA

Por medio del presente documento, incluyendo mi firma personal certifico y aseguro que mi tesis es completamente resultado de mi propio trabajo. He citado todas las fuentes que he usado en mi tesis y en todos los casos he indicado su origen

Quito, 18 de noviembre de 2019 (Lugar, fecha)

(Firma)

AGRADECIMIENTOS

Un efusivo agradecimiento al Dr. Richard Resl por todo el apoyo y ayuda brindados, en un proceso que resultó una lección de vida y un enorme desafío; extiendo este agradecimiento a Gabriela Ramón y a Fernanda, por su paciencia y su permanente predisposición de ayudarme en las dificultades que se presentaron en cada una de las etapas y en general, al equipo de UNIGIS que coadyuvó a corregir y poner a punto este trabajo. Igualmente, agradezco al MsC Andrés Pazmiño, por todo su apoyo y conocimiento prestados, finalmente, al Instituto Oceanográfico de la Armada por la información provista para este trabajo.

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mi esposa Marcelle, por su amor, comprensión y apoyo, incondicionales, para la realización de esta compleja investigación y el desarrollo de la tesis; a mis queridos hijos Kamila Abigail y Manuel Humberto, por su alegría, ánimo y comprensión y mi estimado amigo Andrés por sus consejos oportunos y apoyo a cualquier hora.

RESUMEN Ecuador es un país que está en el Cinturón de Fuego del Pacífico, en la cuenca del Pacifico Sureste y que, además, configura una de las más complejas realidades geológicas del mundo como lo es la Provincia Volcánica de Galápagos, que caracterizan, a su vez, una de las más extraordinarias plataformas continentales del planeta, desde la perspectiva geológica, y con énfasis la que configura la cordillera submarina de Carnegie (CaR), que está sobre la planta tectónica oceánica de Nazca y que en un proceso de desarrollo evolutivo inexorable, subduce debajo de la placa tectónica de Suramérica.

Además, Ecuador tiene una configuración geológica terrestre, también compleja, compuesta por el denominado Bloque Norandino, que, permanentemente, es presionado por el proceso subductivo de la CaR, hasta que se libera una gran cantidad de energía que propicia la ocurrencia de terremotos, algunos de los cuales son tsunamigénicos, que a lo largo de la historia, ha producido estos eventos naturales, con efectos negativos tanto para la vida humana, como para la infraestructura pública y privada; el más notorio fue justamente el terremoto del 16 de abril de 2016, que afectó gravemente a las provincias de Esmeraldas y Manabí, aunque sus efectos también se sintieron en otras partes del País.

Con el fin de identificar las áreas de riesgo de la costa ecuatoriana, sobre todo en las provincias nombradas, que pueden estar más propensas a la ocurrencia de terremotos y tsunamis, se utilizó catálogos con la geodata y geoinformación sísmica, tsunamigénica y batimétrica, actual e histórica de varias fuentes, entre las que está del Servicio Geológico de los Estados Unidos de América (USGS), con su catálogo para el periodo 1906-2018; el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IGEPN); del Instituto Oceanográfico de la Armada (INOCAR), Sandwell & Smith y Gebco 800 mapa global y la superficie terrestre corresponde al modelo SRTM y GMRT, y de otras fuentes confiables.

Para finalmente generar a través de varias herramientas de ArcGIS, como Point Density, Kernell Density, Raster Calculator, Reclassify, entre otras; además de la observación y aplicación correlativa de la recurrencia sísmica anual, para determinar la posibilidad de ocurrencia.

Aplicada la metodología y obtenidos los resultados, se evidenció de que existen tres sectores Norte, Centro y Sur, de la costa ecuatoriana que tienen la mayor probabilidad de ocurrencia de tsunamis, siendo la más vulnerable el área de Pedernales; no obstante, también se identificaron algunas características importantes en Esmeraldas, Cabo San Francisco.

Palabras claves: Tectónica de placas, Subducción, liberación, energía, tsunamis, GIS, Áreas críticas

ABSTRACT Ecuador is a country that is in the Pacific Ring of Fire, in the Southeast Pacific basin and, in addition, configures one of the most complex geological formations in the world such as the Galapagos Volcanic Province, which in turn characterize , one of the most extraordinary continental platforms on the planet, from the geological perspective, and with emphasis the one that sets up the Carnegie submarine mountain range (CaR), which is on the Nazca tectonic ocean floor and that in an inexorable evolutionary development process, subduce under the tectonic plate of South America.

In addition, Ecuador has a terrestrial geological configuration, also complex, composed of the so-called Norandino Block, which, permanently, is pressed by the subductive process of the CaR, until a large amount of energy is released that leads to the occurrence of earthquakes, some of which they are tsunamigĂŠnicos, that throughout the history, has produced these natural events, with negative effects so much for the human life, as for the public and private infrastructure; the most notorious was the earthquake of April 16, 2016, which seriously affected the provinces of Esmeraldas and ManabĂ­, although its effects were also felt in other parts of the country. In order to identify the risk areas of the Ecuadorian coast, especially in the named provinces, which may be more prone to the occurrence of earthquakes and tsunamis, catalogs were used with geodata and seismic, tsunamigenic and bathymetric geoinformation, current and history of several sources, among which is the Geological Service of the United States of America (USGS), with its catalog for the period 1906-2018; the Geophysical Institute of the National Polytechnic School (IGEPN); from the Oceanographic Institute of the Navy (INOCAR), Sandwell & Smith and Gebco 800 global map and the Earth's surface corresponds to the SRTM and GMRT model, and other reliable sources.

To finally generate through various ArcGIS tools, such as Point Density, Kernell Density, Raster Calculator, Reclassify, among others; in addition to the observation and correlative application of the annual seismic recurrence, to determine the possibility of occurrence.

Applied the methodology and obtained the results, it was evidenced that there are three sectors North, Central and South, of the Ecuadorian coast that have the highest probability of tsunami occurrence, the most vulnerable being the Pedernales area; however, some important characteristics were also identified in Esmeraldas, Cabo San Francisco.

Key world: Plate tectonics, Subduction, release, energy, tsunamis, GIS, Critical areas

6

INDICE DE CONTENIDOS 1.

INTRODUCCIÓN ........................................................................... 15

1.1.

Antecedentes ............................................................................. 15

1.2.

Objetivo general ......................................................................... 16

1.3.

Objetivos específicos.................................................................. 16

1.4.

Preguntas de investigación......................................................... 17

1.5.

Hipótesis .................................................................................... 18

1.6.

Justificación ................................................................................ 18

1.7.

Alcance ...................................................................................... 19

2.

MARCO TEÓRICO ........................................................................ 20

2.1.

Estructura interior de la Tierra .................................................... 20

2.1.1.

La corteza terrestre .................................................................... 21

2.1.2.

Las zonas de Subducción (SUZ) y de Wadati-Benioff (WBZ) ..... 25

2.1.3.

La provincia volcánica de Galápagos (PVG) .............................. 27

2.2.

MARCO HISTÓRICO: La geología marina ecuatoriana .............. 28

2.2.1.

Terremotos y tsunamis ............................................................... 31

2.2.2.

Las escalas sismológicas y la energía liberada .......................... 33

2.3.

MARCO METODOLÓGICO: Geo información para la gestión de

terremotos y tsunamis ................................................................................. 35 2.3.1.

Modelos de gestión de terremotos y tsunamis en EE.UU. ...... 35

2.3.2.

Modelos de gestión de terremotos en Ecuador ...................... 36

2.3.3.

Modelos de gestión de tsunamis en Ecuador ......................... 38

3.

METODOLOGÍA ............................................................................ 42

3.1.

Área de estudio .......................................................................... 42

3.2.

Flujograma de metodología ........................................................ 45

3.3.

La recurrencia sísmica como proceso complementario .............. 49

3.4.

Fuentes de geo data................................................................... 51

3.5.

Efectos de los tsunamis y la configuración costera ..................... 52 7

4.

RESULTADOS Y ANÁLISIS .......................................................... 54

4.1.

Análisis espacial ......................................................................... 54

4.2.

Primer proceso ........................................................................... 55

4.3.

Segundo proceso ....................................................................... 58

4.4.

Tercer proceso ........................................................................... 65

4.5.

Análisis: Potencial de riesgo sismo-tsunamigénico ..................... 71

5.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................. 75

6.

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................. 81

8

INDICE DE FIGURAS Figura 1. Las capas de la Tierra de acuerdo a su composición química y física... 20 Figura 2. El flujo convectivo generado en el manto de la Tierra. .......................... 21 Figura 3. La corteza continental y la corteza oceánica. ........................................ 22 Figura 4. La dinámica de las placas tectónicas. ................................................... 23 Figura 5. Los límites divergentes, convergentes y transformantes de las placas tectónicas. ............................................................................................................ 24 Figura 6. La geodinámica sísmica en la Zona Wadati-Benioff. ............................. 26 Figura 7. El Cinturón de Fuego del Pacífico, las zonas de subducción evidenciadas en turquesa. ................................................................................... 27 Figura 8. El desplazamiento del Bloque Norandino al NE por efecto de procesos subductivos. ......................................................................................................... 30 Figura 9. Sismos > 7.7° Mw ocurridos en el BNA, causados por la CaR. ............. 31 Figura 10. Esquema de la ocurrencia de un terremoto y el tipo de fallas geológicas que los producen. ................................................................................................ 32 Figura 11. Mecanismo de ocurrencia de un tsunami. ........................................... 33 Figura 12. Mapa temático por riesgo de tsunami ponderado. ............................... 37 Figura 13. La provisión de la geodata de tsunami en el SNAT. ............................ 39 Figura 14. Epicentros sintéticos modelados sobre la BDD-Hatysa. ...................... 41 Figura 15. Perfil costero de Esmeraldas y Manabí con afectaciones sísmicas ..... 42 Figura 16. Mapa de sismos y replicas en el Ecuador. Los círculos rojos indican una magnitud mayor y los anaranjados magnitud intermedia. Los enjambres sísmicos se observan a lo largo de la zona en el contacto de las placas tectónicas. ............................................................................................................................. 46 Figura 17. Flujograma para la determinación de riesgos de origen sísmico en la costa ecuatoriana. ................................................................................................ 48 Figura 18. Flujograma para la obtención de mapas de riesgo por recurrencia sísmica................................................................................................................. 48

9

Figura 19. Zonas de riesgo sísmico evidenciado con color rojo; los puntos indican sismos y replicas, y su tamaño depende de la magnitud del evento. Así como un perfil este oeste se evidencia zona de contacto ................................................... 49 Figura 20. La relación de la concavidad y la convexidad, la energía liberada y el comportamiento ante un tsunami. ........................................................................ 53 Figura 21. Mapa de la distribución de eventos sísmico-históricos, ocurridos en Ecuador, entre 1906 y 2018. Se observa los de mayor magnitud frente a las costas del norte Manabí y esmeraldas. ................................................................ 55 Figura 22. Distribución de densidad usando la herramienta Kernel Density. ........ 56 Figura 23. Recurrencia de sismos para Ecuador, con a=3 y b=0.2. ..................... 57 Figura 24. Número de sismos ocurridos en Ecuador en un periodo de 16 años. .. 58 Figura 25. Análisis espacial de sismicidad, considerando magnitud. Con rojo, valores altos; con amarillo, valores medios. ......................................................... 59 Figura 26. Terremotos con Mw ≥ 6.9°, tsunamis devastadores (círculo azul), de mediana intensidad (círculo gris claro) y no destructivo (círculo gris claro), en el Norte y Centro de la costa ecuatoriana y la generación de tsunamis desde 1901 hasta 2016. .......................................................................................................... 62 Figura 27. En un periodo de 110 años, se generaron cinco terremotos con Mw ≥ 7.7°, que en 80% de su ocurrencia, generaron tsunamis. .................................... 63 Figura 28. Mapa resultado de mayor alto de riesgo sísmico basado en profundidad, densidad y magnitud. ......................... ¡Error! Marcador no definido.

Figura 29. Zonas de riesgo sísmico, conforme a la metodología, para el área Norte. ...................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Figura 30. Zonas de riesgo sísmico, conforme a la metodología, para el área Sur. Zona cóncava de mayor focalización la zona de Puerto Cayo. ............................ 68 Figura 31. Zonas de riesgo sísmico, conforme a la metodología, para el área Centro. Zona cóncava de mayor focalización de energía de ola la zona del estuario de Bahía de Caráquez. ........................................................................... 69 Figura 32. Zona de Subducción, acoplamiento y contacto de asperidades. ......... 70 Figura 33. Mapa de riesgo sísmico compilado para las áreas Norte, Sur y Centro. ............................................................................................................................. 72

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INDICE DE TABLAS Tabla 1. Sismos con Mw ≥ 6.9°, en las zonas Norte y Central. ........................... 59 Tabla 2. Zonas de importancia sismogénica en la costa ecuatoriana, basada en la geodata sísmica del USGS. ................................................................................. 63 Tabla 3. Condiciones para la ocurrencia de un tsunami relacionado con un terremoto. ............................................................................................................ 64

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TABLA DE ACRÓNIMOS ANSS

Advanced National Seismic System

BDD

Bases de Datos

BNA

Bloque norandino

CaR

Cordillera submarina asísmica de Carnegie

CbR

Cordillera submarina de Coiba

Ccon:

Corteza continental

CERESIS

Centro Regional de Sismología de Suramérica

CFP

Cinturón de Fuego del Pacífico

ClR

Cordillera submaria de Colón

CmR

Cordillera submarina de Malpelo

CNAT

Centro Nacional de Alerta de Tsunamis

CNDM

Comisión Nacional sobre el Derecho del Mar

CNS

Coco-Nazca Spreading Center o la dorsal Coco-Nazca

Coce

Corteza oceánica

COOPI

ONG - Cooperazione Internazionale

CoR

Cordillera submarina del Coco

CPCB

Capitán de Corbeta / grado jerárquico de la Armada del Ecuador

CPPP

Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas del Pacífico

DART

Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis

DGM

Megafalla Dolores-Guayaquil

DIMARE

Dirección General Marítima Autoridad Maritima Colombiana

EBH

Explosión de la bomba atómica en Hiroshima

EiT

Energía interna de la Tierra

FEMA

Federal Emergency Management Agency

FZG

Fracture Zone Grijalva o zona de fractura de Grijalva

12

GCM

Guayaquil-Caracas megashear

GHS

Galápagos hot spot

GMRT

Global Multi-Resolution Topography

GSC

Galápagos Spreading Center o centro de expansión de Galápagos

HATYSA

Modelo estadístico de evaluacion de tsunamis

IGEPN

Instituto Geofísica de la Escuela Politécnica Nacional

INOCAR

Instituto Oceanográfico de la Armada

IRD

Institut de Recherche pour la Développement

KDE

Kernell Density Estimation

Ma

Siglas de millones de años

ML

Escala sísmica de Richter

Mw:

Escala símica de magnitud de momento

NEHRP

National Earthquake Hazards Reduction Program

NIST

National Institute of Standards and Technology

NNE

Punto cardinal Nor-Noreste

NOAA

National Oceanic and Atmospheric Administration

NSF

National Science Foundation

NTHMP

National Tsunami Hazard Mitigation Program

ONG

Organizaciones No Gubernamentales

OS

Ondas sísmicas

OS-P

Ondas sísmicas primarias

OXFAM International

Organización no gubernamental internacional

prs

Periodo de recurrencia sísmica

PTWS

Pacific Tsunami Warning and Mitigation System

PVG

Provincia volcánica de Galápagos

RENAC

Red Nacional de Acelerógrafos

SGR

Secretaría de Gestión de Riesgos

13

SNAT

Sistema Nacional de Alerta de Tsunamis

SRTM

Shuttle Radar Topography Mission

SUZ

Zona de subducciรณn

TNT

Trinitrotolueno

UNESCO

United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization

USGS

United States Geological Survey

UTC

Universal Time Coordinated

WBZ

Zona de Wadati-Benioff

14

1.

INTRODUCCIÓN

1.1.

Antecedentes

En Ecuador, el 16 de abril de 2016, 23:58 UTC, se produjo un sismo en la escala MW de 7.8, a 19.2 Km de profundidad, teniendo como epicentro las coordenadas 00° 26´ N y 079° 56.4´ O. Este sismo produjo la muerte de 671 personas y aunque su epicentro no ocurrió en el agua, sí generó un tsunami no destructivo como consecuencia de la acción-reacción (intra e inter) de las placas Continental y Nazca, cuyas oscilaciones provocaron en el borde costero cambios en el nivel del mar de 0.50 cm en promedio; debido a la deformación sobre la porción del plano de falla que se ubica en el suelo marino, liberando suficiente energía como para producir la perturbación de la superficie del mar (INOCAR, 2016).

El presente estudio analizará cómo la convergencia de la placa de Nazca en la zona de subducción incide sobre la placa Sudamericana (Bloque Norandino) generando tensiones sísmicas importantes y complejas, debido a la influencia de la cordillera submarina de Carnegie. Partiendo de la premisa de que este proceso subductivo, es capaz de liberar una mayor cantidad de energía sísmica y producir más daños de los que se dieron en abril de 2016. La subducción de la cordillera submarina de Carnegie provoca asperidades que refuerzan el acoplamiento de las placas, redistribuyendo espacialmente y en profundidad el esfuerzo sísmico, lo que genera geometrías complejas de los planos de ruptura en caso de sismos (Collot, Sallares, & Pazmiño, 2009).

Para ello es fundamental comprender la geodinámica del planeta, entendiendo sus mayores interrelaciones con la tectónica de placas y cómo todo ello incide sobre el comportamiento geológico de la costa ecuatoriana, ante los efectos de subducción de la cordillera submarina de Carnegie, para así establecer las zonas que representan una amenaza por su capacidad para producir tsunamis. Este proceso es básico para una evaluación específica de la amenaza de tsunamis, proveerá información útil a las autoridades para mejorar la respuesta y la resiliencia de las comunidades costeras, traducidas en acciones operativas, más 15

concretas, eficientes y, sobre todo, permite minimizar los impactos sobre las personas y las infraestructuras, y estructurar no solo planes estratégicos tendientes a disminuir los efectos negativos, sino que también se podrá desarrollar una planificación resiliente, utilizando sistemas de información geográficos.

1.2.

Objetivo general

Determinar la posibilidad de ocurrencia de terremotos y tsunamis, mediante el uso de sistemas de información geográfica, como consecuencia de la convergencia de la placa de Nazca y la acción de la cordillera submarina de Carnegie, sobre la zona de subducción frente a las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí.

1.3.

Objetivos específicos

−

Describir la evolución de la dinámica de la Tierra, desde el punto de vista geológico y la configuración tectónica del territorio marítimo ecuatoriano, para la comprensión de los riesgos presentes y su lógica de ocurrencia.

−

Identificar los elementos geográficos, en los ámbitos geomorfológico, geológico y sísmico, involucrados en el proceso subductivo, frente a las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí.

−

Describir el comportamiento en la zona de subducción de la cordillera submarina de Carnegie, como consecuencia de la convergancia de la placa de Nazca, frente a las costas ecuatorianadas en las provincias de Esmeraldas y Manabí, definiendo áreas críticas.

−

Correlacionar espacialmente los eventos sísmicos que han ocurrido en las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí, con los efectos del comportamiento de la zona de subducción, para determinar los potenciales riesgos de tsunamis.

16

−

Evaluar el comportamiento sísmico, con la utilización de modelos, de los procesos de convergencia en la zona de subducción y la interacción intra e interplacas, de las placas de Nazca y Continental, para la generación de tsunamis.

−

Evaluar estadísticamente la sismicidad de las placas Continental y Nazca, para determinar la posibilidad de ocurrencia de un tsunami frente a las costas de las pronvincias ecuatorianas de Esmeraldas y Manabí.

1.4.

Preguntas de investigación

Ecuador se encuentra en un margen activo, definido por la convergencia de placas, el desplazamiento de 6 cm/año de la Placa de Nazca hacia el Este provoca el levantamiento costero a lo largo del Arco de Talara (Pedoja, Dumont, & Ortlieb, 2009); estas evidencias implican la existencia de cambios bruscos en el suelo y subsuelo en la costa ecuatoriana. Sobre la Placa de Nazca se ha formado la cordillera submarina de Carnegie, CaR, lo que representa una mayor irregularidad que interactúa con la plataforma continental costera.

En

consecuencia, se producen esfuerzos sísmicos derivados de la convergencia del conjunto geológico Nazca-Carnegie en la zona de subducción, frente a las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí, que plantean las siguientes preguntas: −

¿Las interacciones del conjunto geológico Nazca-Carnegie pueden generar un tsunami en las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí?

−

¿Es posible caracterizar y predecir el comportamiento sísmico en áreas específicas de las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí?

−

¿Existen otros factores distintos a la interacción del conjunto geológico 17

Nazca-Carnegie

que

podrían

ser

parte

de

procesos

sísmicos

tsunamígenicos? −

¿Es posible predecir el momento de la ocurrencia de un sismo tsunamigénico en las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí?

−

¿Existe la suficientes información geológica en las zonas de potencial ocurrencia de un evento sísmico potencialmente tsunmigénico?

1.5.

Hipótesis

Los sistemas de información geográfica son herramientas que facilitan el análisis para identificar la potencial ocurrencia de esfuerzos que generan sismos tsunamigénicos, utilizando geo-data contenida en catálogos sísmicos de los últimos cien años, triangulados con sensores sísmicos de banda ancha los cuales han caracterizado profundidad, magnitud y, hasta, densidad, como es el caso de la convergencia del conjunto geológico Nazca-Carnegie, en la zona de subducción frente a las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí.

1.6.

Justificación

La ocurrencia del sismo de 16 de abril de 2016 tuvo un fuerte impacto para la población que sufrió sus efectos, directos o indirectos, con 661 fallecidos, 12 Personas desaparecidas, 6.274 Personas heridas y otras afectaciones directas y daños en la infraestructura vial y servicios básicos, que en total generan un costo de recuperación de aproximadamente tres mil millones de dólares, con los problemas sociales derivados de la destrucción, con 28.678 personas albergadas y daños serios a los procesos productivos de las provincias de Esmeraldas y Manabí, tradicionalmente turísticas y pesqueras. La fuerza del sismo se sintió en otras provincias costeras como Guayas, Santa Elena, Santo Domingo, Los Ríos y el Oro, causando daños importantes, como por ejemplo la caída de un segmento de un puente vial en Guayaquil, la capital de la provincia del Guayas. Así mismo, 18

en las provincias de la Sierra, en el Norte, se sintió en las provincias de Pichincha (especialmente en su capital Quito), Imbabura y Carchi, y en menor escala en las provincias de la serranía central (SGR, 2016). La presente investigación proveerá información geográfica esencial para la planificación y proceso de toma de decisiones, con relación a eventos sísmicos de consideración, que podrían afectar a la costa ecuatoriana y también a algunas ciudades de la Región Sierra.

1.7.

Alcance

Esta tesis describirá las principales estructuras geológicas del territorio marítimo nacional, evidenciando la geodinámica de la tectónica de placas, sus interacciones en cuando a la acumulación y liberación de energía, y su relación con los terremotos y tsunamis considerando el efecto en la línea de costa; caracterizando las áreas de mayor sensibilidad sísmica, propensa a la generación de terremotos y tsunamis, como lo es el área en donde ocurrió el sismo en el 2016 y con esa base, se tratará de establecer, con base a la geo-data y a la geoinformación disponible, la probabilidad de ocurrencia de futuros eventos tsunamigénicos, frente a las costas de Esmeraldas y Manabí. Desde esa perspectiva, la investigación servirá a todas las autoridades que tienen que ver con la gestión de riesgos, partiendo desde su base, a las autoridades pertinentes de la Armada del Ecuador, luego a las autoridades del Ministerio de Defensa Nacional, a las de la Secretaría de Gestión de Riesgos, del Ministerio Coordinador de Seguridad, entre las principales.

19

2.

MARCO TEÓRICO

2.1.

Estructura interior de la Tierra

El interior de la Tierra1 está compuesto por rocas sobrecalentadas y fundidas, cuya temperatura se incrementa conforme aumenta la profundidad, lo que define un flujo térmico desde el interior hacia el manto y a ello se debe la forma en la que evolucionó

y

seguirá

transformándose

(National

Geographic,

2018);

su

contracción gravitacional comprime la materia hacia el centro del planeta, generando calor, al que se suma el producido por la desintegración por la radiación natural permanente de los elementos pesados que constituyen el núcleo. Conforme a sus propiedades químicas, la estructura de la Tierra se clasifica en: a) núcleo; b) manto y c) corteza; y según sus propiedades físicas: 1) núcleo interno; 2) núcleo externo; 3) mesosfera; 4) astenosfera y 5) litosfera; (Figura 1) estas capas, han sido observadas desde la superficie de la Tierra, a través de las ondas sísmicas (Stephen , 2015).

Figura 1. Las capas de la Tierra de acuerdo a su composición química y física.

Fuente: (Tarbuck & Lutgens, 2005), adaptado y editado por Gómez H. 1

La tierra es una esfera achatada en los polos, con un radio promedio de 6.371 km. Tiene una superficie de 509.903.550 km2, con una masa aproximada de 5,97×1024 kg, es decir 6,58×1021 t.

El radio ecuatorial es de 22 km, más que el radio polar.

20

El manto superior está conformado por la astenosfera y la litosfera, mientras que el manto inferior por la mesósfera. La geodinámica del manto se produce por la interacción entre la astenosfera y la litosfera, originada por las corrientes convectivas en forma de celdas (Figura 2), cuya principal fuente de calor es la energía interna de la Tierra (eiT), que actúan sobre las rígidas placas litosféricas, moviéndolas y generando, a su vez, más energía y cambios importantes en la corteza.

Figura 2. El flujo convectivo generado en el manto de la Tierra.

Fuente: a. (METEOROLOGÍA EN RED, 2017); b. (Nieves, 2018), adaptado y editado por Gómez H.

2.1.1. La corteza terrestre

La corteza terrestre limita con el resto de capas de la Tierra por el Moho y se divide en corteza continental (Ccon) y corteza oceánica (Coce) (Figura 3), que tienen grandes diferencias entre sí en cuanto a espesor, densidad y composición; por otra parte, es la parte más dura de la Tierra, compuesta en un 98.5% por ocho elementos químicos: oxígeno (47%), silicio (27%), aluminio (8%), hierro (5%), calcio (4%), sodio (3%), potasio (3%) y magnesio (2%) y 100 elementos más que representan el 1% de su composición; estos elementos constituyen los minerales que estructuran las rocas2. La Ccon representa el 0,35% de la masa de la Tierra, 2

Las rocas pueden ser magmáticas (e.g. granitos, basaltos), metamórficas (e.g. pizarras, mármoles) y sedimentarias (e.g. arcillas, calizas) (CiudadCiencia, 2018).

21

se extiende sobre el 41,2% de la superficie terrestre, está compuesta por rocas sedimentarias, metamórficas y magmáticas, con un gran porcentaje de granito, todas ellas con una antigüedad de aproximadamente 4000 Ma3, lo que implica un largo y complejo proceso de transformación, que explicaría su composición heterogénea4 (Aguera, 2014).

Figura 3. La corteza continental y la corteza oceánica.

Fuente: (Padilla, 2014).

La Coce, es relativamente más joven que la Ccon, conforme se puede observar en el mapa de la NOAA, representa el 60% de la superficie terrestre, con un espesor promedio5 de 6 km y una densidad promedio de 2,9 gm/cm3, lo que la hace más densa que la Ccon; está compuesta de basalto y se renueva constantemente a través de las dorsales meso-oceánicas (centros de expansión), a través de los límites divergentes de las placas tectónicas, generando corteza a razón de 3,4 km2/año.

Las dorsales meso-oceánicas tienen una longitud de

65.000 km, un ancho de 1.000 kilómetros y alturas entre 1.000 y 2.100 m, pudiendo alcanzar los 3.000 m; otra forma de generar corteza es por la acción de las “plumas del manto” y las erupciones volcánicas, creando “islas oceánicas” o las “mesetas oceánicas” (White & Klein, 2014). La Coce generada se desplaza a cada lado del centro de dispersión y acumula gradualmente sedimentos, hasta que llega a las zonas de subducción (SUZ), en donde se destruye y retorna al 3

Millones de años.

Sobre la corteza están los continentes y océanos, su densidad es de 2,7 g/cm 3, tiene un espesor promedio de 35 Km. 5 Existen áreas oceánicas cuyo espesor de la litosfera oceánica es de 12 km.

4

22

manto (Figura 4); por lo tanto, la vida geológica de la Coce es relativamente corta, con un promedio6 de 60 Ma. Las placas tectónicas que conforman la litosfera de la Tierra interactúan en sus bordes o límites de tres formas: a) divergentes o de extensión; b) convergentes o compresionales y c) transformantes o de desplazamiento de rumbo. La interacción tectónica produce tensiones sísmicas y la liberación de energía a través de erupciones volcánicas, terremotos y tsunamis, construyendo nueva litósfera (Duarte & Schellart, 2016)

Figura 4. La dinámica de las placas tectónicas.

Fuente: (Grotzinger & Jordan, 2010).

Se han identificado siete placas mayores: 1) Euroasiática; 2) del Pacífico; 3) Norteamericana; 4) Sudamericana; 5) Africana; 6) Australiana o Indoaustraliana y 7) Antártica. Ocho menores: 1) Filipinas; 2) San Juan de Fuca; 3) Nazca; 4) Del Coco; 5) Caribe; 6) Scotia; 7) Arábiga y 8) India y varias microplacas (Figura 5), en donde se pueden identificar los límites divergentes, en donde las placas tectónica se separan unas de otras, creando valles angostos y fracturas por donde fluye el magma del manto, construyendo nueva litosfera, como ocurre en las dorsales meso-oceánicas; por otra parte, en los límites convergentes, las placas se aproximan y chocan unas con otras, haciendo que la más densa se subduzca sobre la menos densa, no obstante, si son de igual densidad, ocurren

6

La de mayor antigüedad la del Mediterráneo oriental de 270 Ma.

23

levantamientos de estructuras 7 o formación de islas; en todos los casos caracterizan procesos destructivos, por medio de las cuales la litósfera vieja desciende hasta la astenosfera a través de las SUZ que caracterizan “fosas8”, como la “Perú-Chile”, que también está frente a las costas ecuatorianas.

Finalmente, los límites transformantes se producen en los desplazamientos laterales de las placas tectónicas, generando fallas, pero sin crear, ni destruir litosfera, un detalle que se puede ver en las dorsales, en donde los bordes transformantes son paralelos a la dirección de desplazamiento de la placa y se conectan a los bordes convergentes y divergentes (Tarbuck & Lutgens, 2005)

Figura 5. Los límites divergentes, convergentes y transformantes de las placas tectónicas.

Fuente: (USGS, 2008).

7

Ejemplos de convergencia son los Himalaya, levantados hace 55 millones de años y la cordillera de los Andes, levantados hace 10 o 6 millones de años.

8 Pueden medir miles de kilómetros de largo, aproximarse a los 100 km de ancho y hasta 12 km de profundidad.

24

Cuando hay anomalías en el manto, en zonas tectónicamente inactivas, en el interior de las placas litosféricas, se rompe el suelo de la Coce, dando lugar a que, por efecto del vulcanismo, ascienda el magma, caracterizando un “punto caliente” o “hotspot”, el mismo que siendo estático y por efecto de la placa litosférica que continúa su desplazamiento, va creando cadenas de islas, como un gran soplete estático sobre la corteza, e.g. las islas Hawaii, las islas Galápagos y las Canarias (Rojas-Agramonte, 2014). No obstante, lo anterior, no son las únicas expresiones geológicas de estas plumas mantélicas que, como un hotspot, también generan plateaus basálticos oceánicos (cordilleras asísmicas), como los que se generaron a través de 20 millones de años, formando las cordilleras submarinas de Carnegie y del Coco, que son, justamente las que, además de la dinámica generada por la dorsal, dieron como resultante algunas de las características sustantivas de la provincia ígnea de Galápagos (Sallarés, 2010).

2.1.2. Las zonas de Subducción (SUZ) y de Wadati-Benioff (WBZ) Los procesos subductivos determinan zonas de gran sismicidad 9, a través de una mecánica que se inicia cuando una losa litosférica (e.g. placa de Nazca) se subduce debajo de otra (e.g. placa Suramericana), avanzando con dificultad por efecto de la fricción generada, que va deformándose con el paso del tiempo f(t), hasta que el esfuerzo generado es mayor que la fricción entre las placas, entonces se rompe en los puntos de contacto, liberando energía y avanzando en su desplazamiento (SGM, 2017). La WBZ10 es una zona sísmica propia de un borde de placa tectónica convergente, que se configura cuando la placa oceánica se subduce debajo de la placa continental, definiendo un plano inclinado que llega hasta ~700 km de profundidad, interactuando, en su descenso, con el entorno geológico superior e inferior, generando sismos de mayor o menor intensidad, toda vez que el contacto por fricción generan esfuerzos que, conforme se incrementa la profundidad, también cambia la presión y temperatura (Kukowski (a), 2016). Los sismos, en consecuencia, se producen en varios espacios de la 9

Alrededor del mundo identificamos tres zonas de gran sismicidad: 1) el cinturón de Fuego del Pacífico; 2) el cinturón Eurasiático-Melanésico y 3) la dorsal Mesoatlántica.

10 El nombre de la zona de Benioff-Wadati, WBZ, es un reconocimiento a la labor de investigación geológica que Hugo Benioff (1899-1868), geólogo estadounidense, especialista en terremotos en el Pacífico y Kiyoo Wadati (1902-1995), sismólogo japonés.

25

WBZ, siendo que los primeros pueden producirse al comienzo de la fosa, cuando la placa oceánica se curva, al iniciar su proceso de subducción; otros sismos ocurrirán en la parte media de la WBZ, que es la más extensa, por efecto de las fricciones entre las placas oceánica y continental y finalmente, los más profundos, ocurren entre los 300 km y 700 km,

debido a contracciones bruscas de los

materiales de la litósfera subducida. En la Figura 6, mientras el ángulo “α” sea mayor se incrementa la magnitud de los sismos que se generen en la WBZ y, también, mayor la posibilidad de ocurrencia de tsunamis; aproximadamente las ¾ de los sismos, incluidos aquellos que ocurren en áreas de interplacas y bordes de las placas, ocurren a menos de 60 km de profundidad11, sobre todo en la denominada zona sismogénica y, finalmente, la ¼ parte de los sismos se dan entre los 60 y 700 km.

Figura 6. La geodinámica sísmica en la Zona Wadati-Benioff.

Fuente: (Kukowski (b), 2016, pág. 926); adaptado y editado por Gómez H.

11

En este tipo se encuentran algunos de los más devastadores terremotos, aquellos que están en las proximidades de los 9°Mw.

26

2.1.3. La provincia volcánica de Galápagos (PVG)

La geodinámica tectónica produce actividad sísmica, volcánica y tsunamigénica, cuya mayor intensidad ocurre en un cinturón circumpacífico, semejante a una herradura de 40.000 km de longitud, denominado Cinturón de Fuego del Pacífico (Figura 7), en donde están el 75% de los volcanes12 de la Tierra y han ocurrido el 90% de los terremotos y el 80% de los tsunamis del planeta (National Geographic, 2018). Por otra parte, la cuenca del Pacífico está caracterizada por las dorsales del Pacífico Este, de Chile y del Pacífico-Antártica, en el Sur; tres placas tectónicas oceánicas mayores: Pacífico, Nazca y Antártica y cuatro placas tectónicas continentales mayores, al Oeste: Euroasiática e Indoaustraliana y, al Este: Norteamericana y Sudamericana (CONA, 2010).

Figura 7. El Cinturón de Fuego del Pacífico, las zonas de subducción evidenciadas en turquesa.

Fuente: (USGS, 1999).

Dentro de la cuenca del Pacífico está la subcuenca del Pacífico Suroriental, en 12

Existen 452 volcanes, activos e inactivos, en el Cinturón de Fuego del Pacífico.

27

donde ha evolucionado la Provincia Volcánica de Galápagos, PVG, que es el área geológica de nuestro interés y en donde interactúan la dorsal del Pacífico Oriental, las placas de Nazca, del Coco, Sudamericana, el centro de divergencia de Galápagos y el punto caliente de Galápagos, identificándose las cordilleras submarinas de Carnegie (CaR), del Coco (CoR), Colón (ClR), Coiba (CbR) y Malpelo (CmR) (Pazmiño, Gómez, & Goyes, 2010). La formación de la PVG se debió a la división de la placa de Farallones, la cual, se teoriza, que fue producto de la génesis del Galápagos Hot Spot (GHS), y la acumulación de la tensión sísmica intraplaca, producto del “estiramiento” de las losas divergentes en las trincheras de América Central y América del Sur, cuyos desplazamientos tuvieron distintas orientaciones, lo que, finalmente, produjo su ruptura 13 en el Mioceno (Hey, 1977). Hace ~25 Ma, hubo una reacomodación de las placas tectónicas producto de la división de la placa de Farallones, iniciándose la expansión oceánica y la formación de la dorsal Coco-Nazca14 (CNS), la que interactuó con el punto caliente de Galápagos 15 (GHS), hace ~20 Ma y dio origen a las CaR, CoR, ClR, CoR y CmR; este proceso, eventualmente, se interrumpía con saltos hacia el Sur y hacia el Norte, generando fracturas (Sallares, Charvis, & Calahorrano, 2009).

2.2.

MARCO HISTÓRICO: La geología marina ecuatoriana

Frente a las costas ecuatorianas y a lo largo de ellas, se extiende una “trinchera” o “fosa”, en donde convergen las placas, oceánica de Nazca y la continental Suramericana, produciéndose procesos subductivos que generan tensiones geodinámicas y la liberación de energía sísmica; además, sobre la placa de Nazca subyace la cordillera submarina de Carnegie, CaR16, que en conjunto empujan a la placa continental a una velocidad promedio, hacia el NE, de 50 a 70

13

La fractura de la placa de Farallón, probablemente, se dio a lo largo de una preexistente fractura en la placa Farallón-Pacífico, como la fractura de las Marquesas.

14 Denominado, en la lógica de su comportamiento geológica como bordes divergentes, “CocoNazca Spreading Center, CNS” y que también es conocido como “Galápagos Spreading Center, GSC”.

15 Se entiende que el GHS habría iniciado su actividad hace ~23 Ma o ~20 Ma. 16 CaR es el acrónimo de la cordillera submarina de Carnegie que, en el seno de la Comisión Nacional sobre el Derecho del Mar, CNDM (creada el 19-07-2002, cesada en 16-nov-2011) (Pazmiño, Gómez, & Pazmiño, 2013, pág. XVIII).

28

mm/año (Michaud, Pazmiño, & Collot, 2009), configurando un proceso subductivo desde17

hace aproximadamente 2 a 3 Ma. Este empuje ha tenido sus

consecuencias cuando ha liberado, en varias ocasiones, la suficiente energía como para producir vulcanismos, sismos y tsunamis; modificando las estructuras geológicas, en donde, la CaR es el elemento más activo de la ecuación y ha tenido una evolución que se inició hace ~23 Ma, identificándose importantes elementos como la zona de fractura Grijalva18 (FZG); la megafalla DoloresGuayaquil19 (DGM); el Bloque Norandino (BNA); las relaciones interplacas y la fosa.

La CaR tiene una longitud de ~ 750 km, de O-E, desde las islas Galápagos hasta la zona de subducción en la fosa Ecuador. Tiene un ancho promedio de 200 km, que varía desde unas decenas de kilómetros en Galápagos, hasta ~280 km, al E., frente a la fosa, en donde se amplía desde el 01° N., en donde tiene una oblicuidad de 60° al NE, hasta el 02° S en el que mantiene el eje O-E (Dumont, y otros, 2014). En el O. se encuentra a menos de 1.000 m y próximo a la fosa, está a 700 m. La plataforma continental de Galápagos la que se prolonga a través de la CaR, constituyéndose en el límite natural entre las cuencas de Panamá y la de Perú. La DGM es el límite oriental del BNA, que en la Figura 8 se evidencia con línea roja; dicho Bloque inició su escape hacia el NNE, a razón de 10 mm/año (Pararas-Carayannis, 2012), por efecto de la subducción de la CaR, produciendo deformaciones en la placa suramericana, siendo una de las características de estos efectos, la gran deformación de la corteza oceánica presente en el margen Norandino, destacándose el área de subducción de la CaR (Gutscher A. , Malavieille, Lallemand, & Collot, 1999), generando grandes sismos en el margen del BNA, que en el Siglo XX produjeron seis grandes sismos superiores a 7.75 Mw20, en los años 1901, 1906, 1943, 1953, 1958 y 1979, resaltados con círculos rojos en la Figura 9, y en el Siglo XXI, en 2016; de estos, el más fuerte, fue en 17

Aún no hay un criterio de cuándo la CaR comenzó a subducir; los criterios varían desde 4 a 5 Ma, (Lonsdale, 1978), pasan por 2 a 3 Ma y algunos más estiman en 1 Ma. 18 La FZG representa el límite más austral de la zona de subducción de la CaR en la fosa Ecuador (Lonsdale, 1978).

19 La megafalla o megacizalla Dolores-Guayaquil, también se la denomina falla “GuayaquilCaracas”, GCM. 20 Mw, Magnitud de momento, es una escala sismológica utilizada para comparar y medir los movimientos sísmicos, como terremotos y temblores.

29

1906, con 8.8 Mw y el mรกs reciente, en 2016, con 7.8 Mw.

Figura 8. El desplazamiento del Bloque Norandino al NE por efecto de procesos subductivos.

Fuente: (Pararas-Carayannis, 2012, pรกg. 223).

30

Figura 9. Sismos > 7.7° Mw ocurridos en el BNA, causados por la CaR. Fuente: (Gutscher M. , Malavieille, Lallemand, & Collot, 1999).

2.2.1. Terremotos y tsunamis

Por efecto de la tectónica de placas, comprendiendo que entre los límites de las placas existen grandes tensiones sísmicas, que acumulan ingentes cantidades de energía, que se almacena de muchas formas diferentes en el interior de las rocas que componen la corteza terrestre; cuando esta energía se libera repentinamente, se producen los terremotos; esto ocurre, cuando la corteza se desliza sobre una falla, liberando la energía acumulada, irradiando ondas sísmicas, superficiales y de cuerpo (Tarbuck & Lutgens, 2005). La superficie del deslizamiento se llama “plano de falla”, que según la forma en la que se han deslizado pueden ser fallas normales, inversas y cizallantes, determinando un punto denominado “foco” o “hipocentro”, cuya proyección directa hacia la superficie se llama “epicentro” (Figura 10) (USGS, 2018).

31

Figura 10. Esquema de la ocurrencia de un terremoto y el tipo de fallas geológicas que los producen.

Fuente: Gráfico a. (Centro de Terremotos del Sur de California, 2017); gráfico b.

(CICESE, 2018); editado y adaptado por Gómez H.

Los tsunamis ocurren como consecuencia de un evento sísmico21 (Figura 11) que libera la suficiente energía como para romper y desplazar dos bloques uno sobre el otro, empujando la columna de agua hacia arriba y produciendo una perturbación, la que genera un tren de olas que se propagan en el mar, no son percibidas en cuanto a su magnitud, porque apenas tienen una amplitud de centímetros; no obstante, al disminuir la profundidad y acercarse a la costa, la energía cinética generada en velocidades 22 entre 600 o 700 km/h, se transforma en energía potencial, disminuyendo la velocidad e incrementado su altura, creando olas23 gigantescas que, al romperse, se introducen en tierra, a gran distancia,

arrastrando

escombros

y

formando

turbulencia,

produciendo

inundaciones, destrucción de infraestructura y muerte (NATGEO, 2010); este proceso se llama runup24,. Un tsunami también puede ocurrir por un deslizamiento de una masa de tierra en el fondo oceánico, por la erupción de un 21

Normalmente está cerca del borde de las placas tectónicas.

Las variantes en cuanto a las mediciones de las velocidades a las que se propagan los tsunamis dependen de las metodologías e instrumentos utilizados. El dato que precede corresponde a información de la Unesco, que indica que en las aguas profundas un tsunami puede ir entre 500 k/h y 1000 k/h. (COI, 2013) 23 Generalmente, la tercera o cuarta ola, del tren conformado, representan serias amenazas, ya que sus alturas pueden variar, dependiendo de la topografía costera, desde un de metros hasta 30 o más metros.

24 Runup es la “…diferencia entre la elevación de la penetración máxima del tsunami (línea de inundación) y el nivel del mar en el momento del tsunami” (NOAA, 2017).

22

32

volcán o por el impacto de un meteorito en el océano.

Figura 11. Mecanismo de ocurrencia de un tsunami.

Fuente: (TARINGA, 2010); adaptada por Gómez H.

2.2.2. Las escalas sismológicas y la energía liberada

Las escalas para la medición de los sismos son expresiones métricas que sirven para dos propósitos evidentes: el primero, para determinar la intensidad y magnitud de un sismo y, la segunda, para la comprensión social respecto de los efectos de un evento sísmico; en ese contexto, existen escalas relativas, que miden la intensidad de los sismos, como la de Mercalli25 o la de Rossi-Forel26, y las escalas absolutas, como las de Gutenberg-Richter o la Mw (de magnitud de momento), que miden la magnitud de dichos eventos. Si se toma en cuenta la intensidad, el sismo es evaluado observando los daños en las personas, las infraestructuras y la naturaleza, desde el epicentro. Considerando su magnitud, un sismo es evaluado conforme su relación directa con la cantidad de energía que es 25

Giuseppe Mercalli (1850-1914) fue un sismólogo, vulcanólogo y sacerdote católico romano, quien desarrolló una escala relativa de intensidad sísmica (PSU, 2018).

26 Michele Stefano Conte de Rossi (1834-1898) fue un sismólogo italiano y el limnólogo suizo François-Alphonse Forel (1841-1912), cada quien desarrolló una escala relativa de medición de intensidad sísmica, que más tarde unieron sus esfuerzos y desarrollaron una sola que estuvo en vigencia durante 20 años, hasta la llegada de la escala Mercalli (Blackie´s, 2008).

33

liberada desde el hipocentro; es decir, en el foco, en el mismo instante en el que se produce la ruptura de la falla y las ondas sísmicas son liberadas; para ello, primero se utilizó la escala de “Richter” (ML)27, que fue la que se adaptó mejor para los sismógrafos de la época; con el tiempo y por el desarrollo de la tecnología, los sismógrafos se hicieron más sensibles, lo que limito la escala de Richter28 a no más allá de los 6.9, propiciando el uso de la escala sismológica de magnitud del momento “Mw” (National Geographic, 2015), la que fue desarrollada por Thomas C. Hanks y Hiroo Kanamori de la Universidad de California en 1979 (Kanamori T. C., 1979); se basa en una escala logarítmica (Bullard, 2016) con la que se pueden medir y comparar los terremotos a partir de la medición de su energía total liberada.

Los tomadores de decisiones y la ciudadanía deben estar conscientes de la relación que existe entre una escala logarítmica, que mide la intensidad de un sismo, y la energía que se libera durante un evento sísmico (National Geographic, 2015). La base para parametrizar y caracterizar un sismo se fundamenta en la energía liberada por la explosión de trinitrotolueno, TNT; así, por ejemplo, el 2°Mw equivalen a la liberación de la energía de 56 kg de TNT, de este tipo de eventos, al año, se producen más o menos un millón de eventos sísmicos. Hay que tomar en cuenta el comportamiento de las OS, especialmente las OS superficiales, en su relación con la energía que representan y la gravedad de sus efectos negativos sobre el ser humano y su entorno; para ello, tomemos en cuenta que la diferencia entre el 1°Mw y el 2°Mw representa 10 veces la amplitud en un sismógrafo y la liberación de 30 veces la energía entre el 1°Mw y el 2°Mw; siendo así, podremos tomar consciencia de lo que será la liberación de energía en grados superiores de Mw. (ESG, 2018). Para efectos de cuantificar y entender la cantidad de energía liberada en un evento sísmico, se ha llegado a una convención, refiriéndose como la unidad de referencia a la energía liberada en la explosión de 1000 toneladas de trinitrotolueno, TNT, o 4.184 Terajulios, TJ, y su equivalencia a un kilotón, kt. En el marco de esa convención, generalmente aceptada, la explosión de la bomba

La escala de Richter también es denominada como “local”. Fue creada por Francis Richter en 1935, con la colaboración de Beno Gutemberg.

28 Se satura en las magnitudes muy próximas a 8.3 u 8.5.

27

34

atómica en Hiroshima, EBH29, liberó tanta energía como la explosión de 15 kt, lo que representa un 6.2°Mw.

2.3.

MARCO METODOLÓGICO: Geo información para la gestión de terremotos y tsunamis

2.3.1.

Modelos de gestión de terremotos y tsunamis en EE.UU.

En Estados Unidos, un modelo interesante que se ha desarrollado para la gestión de terremotos es el National Earthquake Hazards Reduction Program, NEHRP30, que es un programa interinstitucional, en funcionamiento de 1977. Dentro de la provisión de la geodata, en el contexto del NEHRP, están los esfuerzos que en ese sentido realiza el Advanced National Seismic System, ANSS, del USGS National Hazard Program; el mismo que provee geodata, en tiempo real, cuando se generan terremotos, proveyendo información oportuna y completa a los encargados de las respuestas emergentes, a través de sensores de diferentes tipos, instalados en varios sitios, técnicamente establecidos. Uno de los productos más interesantes del ANSS, son los ShakeMap, que es una cartografía estructurada con geodata, en tiempo real, con la cual se evidencia la distribución de los sismos con gran capacidad de daño y toda aquella información útil para la ejecución de respuestas post-sismo. La geoinformación está estructurada en una geodatabase y compila información de georiesgos, con la que los agentes de la gestión de riesgos y emergencias podrán actuar oportuna y eficientemente.

En Estados Unidos, la ocurrencia de tsunamis, por la magnitud de los impactos negativos sobre las personas, la propiedad y la infraestructura, es administrado por el “National Tsunami Hazard Mitigation Program 31”, NTHMP, que está dirigido por la “National Oceanic and Atmospheric Administration”, NOAA; además lo Tomo la licencia de usar la frase “explosión de la bomba atómica de Hiroshima” con las siglas “EBH”, por su frecuencia de uso en esta parte de la investigación.

30 Son cuatro organismos federales que realizan actividades bajo el amparo del mandato legislativo concedido al NEHRP: 1) la “Federal Emergency Management Agency”, FEMA; el “National Institute of Standards and Technology”, NIST; la “National Science Foundation”, NSF; y el “U.S. Geological Survey”, USGS. 31 De sus siglas en inglés: “Programa Nacional de Mitigación de Riesgos de Tsunami”, que es un programa federal y estatal.

29

35

componen la FEMA, el USGS, la NSF y la gestión estatal de emergencias y agencias de geociencias de cinco Estados32; también se proyecta hacia otros sectores del Pacífico. La FEMA, desde 1997, inició el desarrollo de una herramienta basada en tecnologías SIG33, de libre distribución, para planificar y minimizar los efectos negativos de los eventos naturales catastróficos. Esta herramienta se la denominó “HAZUS97” y su última versión se distribuyó en 2017 como “HAZUS-MH 4.034”, diseñada para modelar inundaciones, tsunamis, terremotos, oleajes costeros y huracanes; incluyendo una metodología de tsunamis desarrollada entre el 2012-2013 (FEMA, 2015).

2.3.2.

Modelos de gestión de terremotos en Ecuador

En Ecuador, la ocurrencia de eventos sísmicos y tsunamigénicos es uno de los más importantes para el modelamiento y proceso de toma de decisiones a través de cartografía temática fundamentada en SIG, sobre todo para la determinación de la estadística y los mecanismos focales de los eventos; en ese sentido, algunas

organizaciones

no

gubernamentales,

ONG

e

instituciones

de

investigación de alto nivel, han realizado trabajos muy serios para la determinación de riesgos en Ecuador, tales como Cooperazione Internazionale, COOPI, de Italia; OXFAM International e Institut de Recherche pour la Développement, IRD, de Francia. En ese contexto, en el 2001 se elaboró el documento

“CARTOGRAFÍA

DE

RIESGOS

Y

CAPACIDADES

EN

EL

ECUADOR”, elaborada por la COOPI, la OXFAM International y el SIISE, que fue un diagnóstico que sirvió para la gestión posterior, para la prevención de los 32

Washington, Alaska, Hawai, California y Oregon; los cinco Estados de la costa occidental de Estados Unidos que han sido afectados, a través del tiempo, por la dinámica del “Cinturón de Fuego del Pacífico”.

33 “Sistemas de Información Geográfica”, en español; en inglés, “Geographical Information System”, GIS. 34 Utiliza el “Hazus Tsunami Model”, HTM, que permite determinar, analizar y evaluar las pérdidas de vidas humanas y daños sobre la propiedad privada e infraestructura estatal, identificando y delineando procesos de toma decisiones, sobre los cuales se pueden establecer factores de planificación resilientes y generación de escenarios, con los que las autoridades y gestores sociales, puedan tomar acciones oportunas y eficientes para minimizar y mitigar los efectos destructivos de un tsunami.

36

riesgos (Demoraes & D’Ercole, 2001) y como un proceso continuativo, para el 2003, la COOPI, la OXFAM International y el IRD elaboraron el documento “AMENAZAS,

VULNERABILIDAD,

CAPACIDADES

Y

RIESGO

EN

EL

ECUADOR” (D'Ercole & Trujillo, 2003).

Uno de los aspectos que el día de hoy es relevante, en cuanto a base para la generación de nuevos estudios sobre las amenazas de terremotos y tsunamis, son las cartas temáticas de las áreas más críticas de Ecuador, en donde la incidencia de esos eventos puede representar pérdidas de vidas humanas y destrucción de infraestructura. La BDD histórica compila eventos catastróficos desde el Siglo XVI hasta el Siglo XX, ponderando el riesgo conforme a la distribución de la densidad de los eventos históricos (D'Ercole & Trujillo, 2003) (Figuras 12).

Figura 12. Mapa temático por riesgo de tsunami ponderado.

Fuente: (D'Ercole & Trujillo, 2003).

37

2.3.3.

Modelos de gestión de tsunamis en Ecuador

La experiencia vivida el 16 de abril de 2016 con la ocurrencia de un terremoto de 7.8 Mw, que afectó, principalmente, a las provincias de Esmeraldas y Manabí, dejando importantes lecciones, de ellas, tres: 1) contar con un oportuno y eficiente sistema de alerta temprana; 2) incrementar el nivel de conocimiento del talento humano; y 3) contar con la infraestructura apropiada para minimizar los impactos de los terremotos y tsunamis. El Instituto Oceanográfico de la Armada, INOCAR, para el monitoreo de los tsunamis cuenta con el Centro Nacional de Alerta de Tsunamis (CNAT), con el fin de diagnosticar, monitorear y alertar sobre la ocurrencia de tsunamis que afecten a las costas del continente y de las islas Galápagos, con la obtención de la geodata en tiempo real o con un mínimo de diferimiento. La geodata se obtiene de las boyas para tsunamis, DART35, que el INOCAR tiene colocados en el mar y que junto con la geoinformación de la red nacional de mareógrafos, conforman el Sistema Nacional de Alerta de Tsunami (SNAT), (Figura 13), proveyendo información de los cambios del nivel medio del mar la que, vía satélite, envía información al Sistema de Alerta de Tsunamis del Pacífico36 (PTWS) de Suramérica y al PTWS global, alertando las situaciones anómalas y las alertas de tsunami a toda la región (INOCAR-SNAT, 2019).

35

Denominadas boyas DART, por sus siglas en inglés de Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis.

36 Su centro de Monitoreo está en Hawaii.

38

Figura 13. La provisión de la geo data de tsunami en el SNAT. Fuente: Composición de elaboración propia

Para la cartografía temática, fundamentada en GIS, el análisis espacial de los terremotos se modeló con un mínimo de requisitos para la ocurrencia de tsunamis, empleando para ello el “SISTEMA DE EVALUACIÓN RÁPIDA DE TSUNAMIS LOCALES PARA EL ECUADOR”, HATYSA, que fue diseñado por un equipo de técnicos de la Armada del Ecuador37. El modelo se basa en una base de datos preestablecida, recreando hipotéticos terremotos a lo largo de la zona de subducción, frente a la costa ecuatoriana. Ante la ocurrencia de un terremoto en áreas marítimas o próximas a ellas, bajo determinadas circunstancias, facilitan la ocurrencia de un tsunami; pero lo más difícil es evaluar la alerta próxima (local) de éstos, sobre todo porque existen muchas incertidumbres respecto a los mecanismos focales que los generan y la geo información oportuna38 respecto a los cambios del nivel del mar. De lo expuesto en el párrafo anterior se deriva la utilidad de crear un sistema como el HATYSA, ya que facilita la identificación de un problema que puede entrar en el umbral de una alerta de tsunamis y declararlo como tal; para ello, la geo información sísmica y los históricos sísmicos de una determinada región, permiten, en cortos periodos, identificar escenarios y de ellos el más próximo al que estuviera ocurriendo, ajustando su incidencia, en función 37

El equipo de trabajo estuvo a cargo del CPCB Willington Rentería.

Bajo circunstancias extremas, la geoinformación de las variaciones abruptas del nivel del mar son fundamentales; esta información es provista por las boyas DART, sensores de fondo y mareógrafos instalados en varias estaciones a lo largo de la costa ecuatoriana.

38

39

de la geo información recibida, por lo tanto, se evidencia la ocurrencia de un evento, aunque no sus posibles efectos (Rentería, HATYSA, 2018).

HATYSA recrea 22130 escenarios hipotéticos (Figura 14) de tsunamis almacenados en una BDD, creando 185 epicentros sintéticos; a profundidades desde 5 a 70 km y magnitudes comprendidas entre39 6.0 y 9.0 Mw; para ello se usó el KDE40, como el más adecuado para aplicar sobre la BDD-IGEPN, con geo data sísmica desde 1906 a 2010, y así obtener una adecuada distribución espacial de los epicentros sintéticos, lo que permitió obtener un 81% de probabilidad41 de que el epicentro real esté en un radio no mayor de 25 km del epicentro sintético (Rentería, 2018). Los parámetros de solución del mecanismo focal del evento sísmico42 se obtienen del análisis del comportamiento de las OSP propagadas desde el lugar en donde ocurrió el evento y registrando en varias estaciones sísmicas; permitiendo obtener información muy próxima respecto al epicentro, hipocentro, magnitud y la orientación y movimiento del posible plano de falla permitiendo obtener información muy próxima respecto al epicentro, hipocentro, magnitud y la orientación y movimiento del posible plano de falla, que caracterizan los parámetros de solución de mecanismo focal, de acuerdo al Bulletin of the Seismological Society of America (Yoshimitsu, 1985), (IRIS, 2015) y (IRIS, 2017).

39

Para ello se empleó intervalos de 0.1 Mw. Por sus siglas en inglés de Kernell Density Estimation apropiado para la ocurrencia de tsunamis y terremotos, por sus características matemáticas finales (Geist & Parsons, 2011).

41 Empleando la simulación por el método de Monte Carlo, que resuelve problemas determinísticos o estocásticos.

42 Son una base fundamental para el procesamiento dentro del sistema.

40

40

Figura 14. Epicentros sintĂŠticos modelados sobre la BDD-Hatysa.

Fuente: Elaborado por Willington RenterĂ­a, 2016.

41

3.

METODOLOGÍA

3.1.

Área de estudio

Para los efectos del estudio presente, es importante tomar en cuenta algunos aspectos de la geomorfología ecuatoriana relacionados con la influencia de la subducción de la placa de Nazca y la continental, en la costa Norte de Ecuador, sobre todo a partir de la isla de la Plata (Figura 15); en donde, geológicamente se destaca la presencia de la CaR; siendo que estas placas convergen en dirección N83°E, con una velocidad de 55 a 58 mm/año (Nocquet, Mothes, & Alvarado, 2012).

Figura 15. Perfil costero de Esmeraldas y Manabí con afectaciones sísmicas Fuente: Elaboración propia.

42

El margen continental ecuatoriano y la zona costera ecuatoriana cerca de la zona de subducción formando parte del BNA y en contacto convergente con la placa tectónica de Nazca, proceso que produce la subducción debajo de la placa tectónica Sur-americana; el efecto de este proceso geológico natural es la formación de la cordillera de los Andes y la génesis de eventos sísmicos y volcánicos. Los sismos son producidos por el choque entre las placas oceánica y continental, generando hipocentros; razón por la cual, el ángulo con el que la primera se sub-duce en la segunda es fundamental para evaluar la magnitud del evento. Si el choque de las placas se produce más cerca de la superficie, que son eventos corticales, la energía sísmica que se libera es mucho mayor que aquella producida por un sismo generado por el choque de las placas a mayor profundidad. Siendo así, un aspecto importante es el análisis de los efectos de dicho impacto, considerando la existencia de la CaR, como parte de la Nazca, razón por la cual se acumula energía sísmica, por ser una corteza volcánica irregular y con muchos escarpes, propios de su formación.

La implementación de una geo database inherente al comportamiento de la placa de Nazca y la CaR, demanda un esfuerzo sostenido y bien estructurado de varios actores, entre los que están, con mayor preeminencia, el Estado, la Academia y, también, el sector Privado. La geo data base deberá generar la suficiente geo información como para modelar un causa-efecto capaz de identificar, planificar y prever los riesgos y afectaciones derivados de una combinación terremototsunami. Parte sustancial de esa caracterización es la plena identificación del comportamiento del conjunto Nazca-CaR y, a su vez, tiene que ver con conocimiento integral del geo marítimo de la costa continental ecuatoriana, que tiene aproximadamente 960 km de largo, extendida desde el 01° 26’ N. hasta el 03° 25’ S. Y que incluye zonas costeras y poblaciones asentadas en diferentes condiciones de suelo y en construcciones mixtas que muchas veces no guardan la estructura necesaria para mantener su estabilidad.

Como se ha podido comprender, la tectónica de placas juega un papel fundamental en el entendimiento de un problema para el Estado, desde la perspectiva de la gestión de riesgos, que es minimizar los impactos de los 43

terremotos y la eventual ocurrencia de un tsunami asociado, a través de políticas y acciones eficientes. Partiendo de que la CaR es un elemento detonador, cabe identificar, histórica y geográficamente, los puntos de la costa ecuatoriana en dónde la geodinámica ha propiciado terremotos y tsunamis; evidenciando que la WBZ juega un papel trascendente a la hora de comprender los acoples que se producen entre las placas, por efecto de las asperidades y la posterior liberación de energía, cuando finalmente se genera la ruptura y el sismo, todo ello ocurriendo hasta en los 60 Km., como máximo.

La zona de convergencia en la fosa Ecuador, durante el Siglo XX, fue escenario de cuatro sismos con magnitud de momento mayor a Mw=7.0°; de los cuales, el del año 1906 (Mw=8.8°), en la costa entre Colombia y Ecuador, se produjo una ruptura con una longitud estimada de 500 km (Manchuel et al., 2009), generando un gran tsunami local (Espinoza, 1992). Debido a su efecto de compresión, la zona de ruptura se subdividió en tres eventos de compresión más pequeños, que se evidenciaron en los terremotos de los años: 1942, 1958 y 1979 (Collot et al., 2004). En el contexto de lo visualizado en el párrafo anterior, encontramos la primera correlación entre el seísmo ocurrido el 14 de mayo del 1942 y el que ocurrió el 16 de abril de 2016, muy próximo a la CaR, frente a las costas de Ecuador. De acuerdo con Swenson (Swenson & Beck, 1996) el mecanismo que produjo el seísmo fue la compresión y la profundidad somera del evento, ~14 km, cuya área de influencia, determinado en base a los geo datos de las réplicas, caracterizó un área de 200 km y generó un tsunami.

Frente a las costas de Colombia y Ecuador, el 19 de enero de 1958, ocurrió un fuerte terremoto de compresión, con epicentro en el mar, de Mw=7.6°, a 26.5 Km de profundidad, que destruyó el 30% de la ciudad de Esmeraldas, generó un tsunami43 que afectó a Colombia44 y cuya ruptura terminó el 12 de diciembre de 1979, con un terremoto de Mw=8.2°, con epicentro en el mar, con duración de ~60 segundos y una ruptura de ~300 km, al N40°E, 24 km de profundidad (Kanamori & Given, 1981). El 16 de abril de 2016, a las 18:58 Hs., ocurrió un 43

El tsunami se configuró en varias olas poderosas, no obstante, tres de ellas, de 5 m fueron las que más devastación produjeron.

44 Los departamentos de Nariño y El Cauca fueron los afectados.

44

terremoto en Pedernales (7.8° Mw), con el hipocentro a 20.6 km, produciendo un tsunami45 de baja intensidad que afectó levemente a las costas de Esmeraldas, aunque otros procesos derivados del propio terremoto como los efectos de licuefacción; desajustes por torsión y levantamiento de la línea de costa, afectando a Esmeraldas y Manabí, además de otros efectos menores, presentes en este tipo de eventos, el que se dio en la misma zona de ruptura del 1942. Los mecanismos de ruptura de la placa se deben a la segmentación N-S de la zona de subducción y a las características geomorfológicas del margen (Collot et al., 2004), tales como la oblicuidad del ingreso de la CaR y la convexidad del arco de Talara46; así como la segmentación estructural (Gailler, Charvis, & Flueh, 2007) considerando que la parte central del sistema de subducción está expuesta a movimientos tectónicos a lo largo de fallas activas.

3.2.

Flujograma de metodología

La investigación consiste en analizar el área con mayor impacto debido a las diferencias en la textura de la placa oceánica de Nazca al colisionar con el margen continental, pues al existir una anomalía magmática definida como paleo track del punto caliente, en dirección E., hacia la zona de convergencia, con 6.9 cm/año (Sallares et. all;, 2003), produce un impacto en la zona de subducción.

Por lo tanto, es importante caracterizar esta zona de subducción, desde el punto de vista geomorfológico; es decir, determinar las diferencias de la cuenca y los dos escarpes del margen continental y de la cordillera submarina de Carnegie, producto de la interacción del BNA, con la cordillera de los Andes. Para determinar ese impacto, fue necesario analizar la ocurrencia de sismos a lo largo de la zona de subducción, como un elemento de inicio de la alta vulnerabilidad para sismos y tsunamis. Para ese efecto se definió con coordenadas 5° N y 5° S y desde el 76° al 84° O., además, se seleccionaron los sismos con magnitudes mayores a 2.5° Mw, tomando en cuenta el USGS, pues representa la misma fuente y origen; por lo tanto, se los clasificó en profundidad, Mw y densidad. Se 45

El Instituto Oceanográfico de la Armada, INOCAR, estableció una alerta de tsunami de baja intensidad para las costas ecuatorianas y la región insular, cuyo impacto ocurriría alrededor de las 19:20 hora continental, 18:20 hora insular (Boletín de Tsunami Nro. 01).

46 Como un punto extremo del margen continental frente a Manta.

45

efectuó un análisis con la geo data de sismos provenientes de base de datos del USGS (1906-2018). La Superficie batimétrica usada para determinar las características de la zona de subducción fue obtenida desde la fuente Sandwell & Smith y Gebco 800 mapa global y la superficie terrestre corresponde al modelo SRTM (NASA, 2019)

y GMRT (Ryan et al., 2009); cabe indicar que la

geoinformación procesada correspondió al periodo 1906-2018. De los gráficos de ubicación del catálogo sísmico se identifican los enjambres sísmicos en las zonas de convergencia de placas, caracterizando el área en donde se forma la más importante falla inversa de Ecuador, la fosa ecuatoriana a 80 kilómetros, en la parte más cóncava y 30 kilómetros frente a Manta (Figura 16)

Figura 16. Mapa de sismos y replicas en el Ecuador. Los círculos rojos indican una magnitud mayor y los anaranjados magnitud intermedia. Los enjambres sísmicos se observan a lo largo de la zona en el contacto de las placas tectónicas.

Fuente: Elaboración propia.

46

Primer análisis La herramienta utilizada fue “Point Density” que permite calcular una magnitud por unidad de área, desde puntos de partida; en este caso, se parte desde los puntos que contienen la geo data de sismicidad, dando como resultado un valor espacial de densidad que permite correlacionar, en tiempo, las áreas de continuo proceso de sismicidad alrededor de Ecuador continental.

Segundo análisis La herramienta utilizada fue “Kernel Density”, que permite calcular la densidad de las entidades que se encuentran alrededor de la geo data de entrada; en este caso, se han utilizado los puntos de sismicidad y, como campo para la interpolación, se tomaron los valores de magnitud. En vista de que los sismos y sus réplicas tienen una tabla con valores importantes que permiten definir un grado de riesgo, se utilizó la variable magnitud que se encuentra indicada en magnitud de momento.

Tercer análisis La herramienta utilizada fue, nuevamente, “Kernel Density”, no obstante, para esta ocasión, se tomó en cuenta la geo data de profundidad de los eventos sísmicos. Al tener las tres superficies generadas, se realizó un análisis para determinar las zonas de riesgo, con la ayuda de la herramienta “Raster Calculator”, con la cual se generó una sola superficie; en otras palabras, se realizó un álgebra de mapas para determinar un solo ráster, con áreas comunes del fenómeno analizado. El uso de la herramienta “Raster Calculator”, utilizando las tres superficies generadas antes; en este caso se utiliza la opción para poder multiplicar las capas (Moshe & Smyth , 2014). En la Figura 17 permite observar el flujograma de los procedimientos ya explicados, a partir de los cuales se obtendrán los riesgos sísmicos en la costa ecuatoriana y en la Figura 18, el flujograma para obtener el mapa temático de riesgos por recurrencia sísmica, a lo largo de la costa ecuatoriana.

47

Figura 17. Flujograma para la determinación de riesgos de origen sísmico en la costa ecuatoriana.

Fuente: Elaboración propia

Figura 18. Flujograma para la obtención de mapas de riesgo por recurrencia sísmica.

Fuente: Elaboración propia

El cruce de los mapas realizados por una distribución o histograma de cada variable permite cruzar y definir zonas de mayor riesgo establecidas con rojo; a continuación, se usa la herramienta “Reclassify” para extraer las zonas de riesgo 48

y, como último paso, para identificar mejor las zonas de riesgo, se utilizó la herramienta “Raster to Polygon” que permitió transformar la superficie ráster en un polígono (Figura 19).

Figura 19. Zonas de riesgo sísmico evidenciado con color rojo; los puntos indican sismos y replicas, y su tamaño depende de la magnitud del evento. Así como un perfil este oeste se evidencia zona de contacto Fuente: Elaboración propia.

3.3.

La recurrencia sísmica como proceso complementario

La evaluación de la ocurrencia de un evento sísmico con posibilidades de derivar en un evento tsunamigénico, además de la determinación de las posibles áreas de ocurrencia, para efectos de un proceso de toma decisiones en un alto nivel del gobierno, también tiene una componente sumamente importante que es el tiempo 49

probable de ocurrencia de estos fenómenos, ya que predecir un evento telúrico, en la actualidad, aún no es posible; no obstante, es factible preverlo con una metodología determinística, fundamentado en la probabilidad de que vuelva a ocurrir tras un periodo, que depende de las características geológicas y su capacidad de acumular tensión sísmica de un espacio geográfico; es decir, hablamos de una “condición sísmica” de un determinado lugar. Por lo tanto, es importante complementar a la metodología descrita, el concepto de periodo de recurrencia sísmica (prs), que está definida como

el tiempo que transcurre entre la ocurrencia de dos eventos de la misma magnitud en una misma fuente sísmica; Por tanto, es un concepto que ayuda a estimar el tiempo esperado para que se produzca un sismo de una determinada magnitud y es muy importante en el diseño sísmico de estructuras. (Rivas-Medina, Aguiar, Benito, Escribano, & Parra, 2014, pág.

15)

Como metodología complementaria se contrastará el prs de las áreas en donde se ha verificado una actividad sísmica considerable, pues, tratándose de un método determinístico basado en un “comportamiento sísmico” que tiene una trazabilidad en el tiempo, liberando energía y generando terremotos, algunos de los cuales han sido la causa de tsunamis; ahora bien, para ello se cuenta con la fórmula de Gutemberg y Richter, con la cual ha sido posible identificar, por ejemplo, el terremoto de Bahía de Caráquez, de 7.2° WL, prs de 42 años, es decir al 2040; el terremoto de Pedernales, de 7.8° ML, prs de 74 años, es decir al 2090; el terremoto de Pedernales, de 7.6° a 8.8° ML, prs de 52 años, es decir al 2010.

Dejando a Esmeraldas como una ciudad propensa a la ocurrencia de un terremoto o/y un tsunami, identificándose, además, periodos de intensa actividad sísmica 1900-1910 y 1940-1950 (Moncayo , Vargas, Moncayo, & Barzola, 2017).

50

3.4.

Fuentes de geo data

Para efectos del análisis espacial de los sismos se tomó la geo data sísmica del USGS47, con todos los sismos > 2.5° Mw, en cuya metadata se incluyeron: profundidad, magnitud, hora y ubicación espacial. De la geo data de sismos profundos de la ANSS48 y de la geoinformación del efecto de la profundidad de la WBZ, con relación a la inclinación del plano de Nazca y el ángulo deflactado positivamente por su ingreso49 bajo la placa continental; este efecto es evaluado con la distribución estadística de sismos. También se analizó la geo data del periodo 2016-2019, que conforma el catálogo sísmico de la Red Nacional de Acelerógrafos50, RENAC51, del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional52, IGEPN. Esta red ha sido ampliada y está en plena operación, la misma que está conformada por acelerógrafos digitales instalados en puntos estratégicos de Ecuador los cuales, en su mayoría, no transmiten la geo data en tiempo real al centro de datos del IGEPN.

Para la obtención de la geo data histórico-sísmica se consultó con el catálogo del Centro Regional de Sismología de Suramérica, CERESIS53, (CERESIS, 2018), que a través del Proyecto de “ACTUALIZACIÓN E INTEGRACIÓN DE LA INFORMACIÓN SOBRE INTENSIDADES SÍSMICAS DE SURAMÉRICA”, ha generado el “Catálogo54 de Intensidades y Banco de Datos, 1530 – 2000”. Cabe mencionar que este proyecto partió de la iniciativa regional de “Sismicidad y

47

De sus siglas en Inglés: United States Geological Survey, USGS, que se constituye en el Servicio Geológico de los Estados Unidos de América.

48 De sus siglas en Inglés: Advanced National Seismic System 49 Se entiende el ingreso de la placa oceánica de Nazca debajo de la placa Suramericana.

50 Estos instrumentos registran la aceleración sísmica, velocidad y desplazamiento del suelo e intensidad espectral.

51 Esta red se comenzó a instalar en 2009, como parte del proyecto: “FORTALECIMIENTO DEL INSTITUTO GEOFISICO: AMPLIACION Y MODERNIZACION DEL SERVICIO NACIONAL DE SISMOLOGIA Y VULCANOLOGIA (PROGRAMA NACIONAL DE SISMOLOGIA Y VULCANOLOGIA”.

52 El Instituto Geofísico es parte de la Escuela Politécnica Nacional y su propósito es determinar el riesgo sísmico y volcánico de Ecuador.

53 Es un organismo internacional creado en 1966, a través de un acuerdo entre la UNESCO y el Gobierno de Perú, conforme a la recomendación de la Conferencia Mundial Intergubernamental sobre Sismología e Ingeniería Antisísmica (UNESCO-1964) y la Resolución Nro. 2.2241, de la 13 Sesión de la Conferencia General de la UNESCO. 54 Su última versión fue actualizada hasta el año 2007 (Espinosa & Rodríguez, 2007).

51

Riesgo Sísmico en la Región Andina”, SISRA55. La batimetría y definición de la zona de fondo marino y el margen continental se utilizó la superficie de la topografía multiresolution global, GMRT v. 3.6 (GMRT, 2018).

3.5.

Efectos de los tsunamis y la configuración costera

En el perfil costero que caracteriza las provincias de Esmeraldas y Manabí, existen condiciones naturales debido a la geografía específica de cada uno de ellos y que de una u otra manera pueden atenuar o agravar las condiciones en las que los tsunamis pueden alcanzar a esas costas, pudiendo identificarse tres casos posibles, que deben ser observados: a) Presencia de protecciones naturales, se destaca la presencia de la plataforma somera de Tonsupa que se encuentra a 20 km al Sur de Esmeraldas, en dirección NW y el cañón de Esmeraldas que se extiende en dirección N40°W hacia la zona de subducción; b) La convexidad de la costa de San Francisco, que comprendiendo la teoría de propagación, las ondas que se aproximan a este sector convergen y la energía se concentra en un solo punto, conforme se puede observar en la Figura 20, lo que conlleva una mayor afectación que en líneas de costa rectas y c) La concavidad en la costa de Pedernales: en este caso las bahías presentan reflexión en los bordes de la costa, lo que sumado a la llegada del siguiente tren de olas se puede amplificar las alturas como efecto de la resonancia al interior de la bahía ocasionando también mayores afectaciones. Es importante tomar en cuenta esto, una vez que se evidencien las áreas más críticas, luego del análisis GIS, en vista de que el comportamiento de las olas, finalmente, dependerán de estos factores.

55

En 1985, el proyecto SISRA, patrocinado por el CERESIS, elaboró y publicó el primer catálogo unificado, conteniendo geodata sísmica y de intensidades sísmica para Suramérica, constituyéndose en un significativo aporte para el estudio de los seísmos y la implementación de una gestión de riesgos más eficiente.

52

Figura 20. La relaciĂłn de la concavidad y la convexidad, la energĂ­a liberada y el comportamiento ante un tsunami.

Fuente: Figura 5.10 de (Inouye, 2019).

53

4.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

4.1.

Análisis espacial

La metodología aplicada buscó definir la ubicación espacial y determinar, con la herramienta de densidad, las zonas de alta densidad sísmica, definiéndolas como de alto riesgo; luego, se realizó un segundo análisis para clasificar los sismos según su profundidad y, finalmente, se hizo un tercer análisis, según la magnitud.

También se analizó la data (1906-2018) de la geo data base del USGS, considerando el espectro de tiempo de colecta y, además, la geo data de los catálogos sísmicos de Colombia y Perú. Los análisis permitieron diferenciar los regímenes de esfuerzos, mediante la geo estadística de los diferentes eventos sísmicos, que permitieron identificar y caracterizar la densidad, magnitud y profundidad, lo cual se llevó a cabo mediante la geo información comprendida entre los años 1906 y 2018, con el fin de identificar: −

Actividad sísmica relacionada con el fenómeno de subducción, en la zona de mayor influencia entre las provincias de Esmeraldas y Manabí.

−

Actividad sísmica relacionada con movimientos de la placa cabalgante, en los sectores del golfo de Guayaquil y la cuenca del río Esmeraldas.

−

Sismos de hipocentro profundo relacionados con la placa sub-ductada en vía de destrucción.

−

Diferenciación de los sectores de subducción, de acuerdo con la dirección de ingreso de la placa oceánica.

En primera instancia utilizamos la herramienta de geo-procesamiento de ArcGIS, Point Density, la cual es capaz de calcular densidades, a partir de entidades de puntos, es decir, una magnitud por unidad de área desde los puntos de partida.

En este caso, se partió con los puntos de la geo data sísmica (Figura 21) y la distribución de eventos sísmicos; identificando, con rojo, los sismos con Mw > 54

6.0°; con amarillo, los sismos con 2.5° ≥ Mw ≤ 6.0°, diferenciando su magnitud con una distribución por criterio de tamaño.

Figura 21. Mapa de la distribución de eventos sísmico-históricos, ocurridos en Ecuador, entre 1906 y 2018. Se observa los de mayor magnitud frente a las costas del norte Manabí y esmeraldas.

Fuente: Elaboración propia.

4.2.

Primer proceso

Para un primer proceso se ha tomado en cuenta la localización de los eventos sísmicos. Para un primer resultado se usó la herramienta de ArcGIS, Kernel Density, que permitió calcular la densidad de las entidades que se encuentran alrededor de los datos de entrada; en este caso, se han utilizado los puntos de sismicidad y como campo para la interpolación se tomaron los valores de magnitud (Figura 22); con color negro se ha identificado cada evento sísmico ocurrido en el territorio nacional.

55

Figura 22. Distribución de densidad usando la herramienta Kernel Density.

Fuente: Elaboración propia.

Es preciso identificar un concepto importante que coadyuva al análisis espacial: la recurrencia sísmica anual (RSA). En ese contexto, Moncayo menciona que la recurrencia56 se basa en que “los terremotos o eventos sísmicos que ocurren volverán a ocurrir con características parecidas, después de un período al que se le llama período de retorno o de recurrencia” (Moncayo , Vargas, Moncayo, & Barzola, 2017, pág. 12). Su base científica es la fórmula de la Ley de GutenbergRichter: Log N = a – b*Mw

N=

Recurrencia sísmica anual ≥ Mw

a=

Constantes determinadas por la naturaleza sísmica del espacio geográfico involucrado en un evento sísmico. Para el caso ecuatoriano han sido determinados como a = 3 y b = 0.2 Magnitud de momento del seísmo.

b= M w=

La fórmula de la Ley de Gutenberg-Richter aplicada a Ecuador, permite determinar la densidad de los sismos y establecer parámetros de interpolación de la Figura 23; de la cual se infiere que la RSA es mayor, cuanto menor es la M w y, así mismo, cuanto mayor es la Mw, menor será la RSA. Lógicamente, los efectos de esta relación son predecibles en cuanto a los impactos negativos de su ocurrencia, pero siempre serán impredecibles de cuándo ocurrirán; en ese 56

La recurrencia fue un concepto planteado a mediados del S. XX, 1958, mediante la Ley de Gutenberg-Richter.

56

sentido la ciencia avanza y no se descarta que, en el futuro, sobre una base científica sólida, aquello pueda darse.

Figura 23. Recurrencia de sismos para Ecuador, con a=3 y b=0.2.

Fuente: (Moncayo, Vargas, Moncayo, & Barzola, 2017, pág.13). Adaptado y editado por Gómez H.

En ese sentido es importante evaluar los periodos de “tranquilidad sísmica” y los de “reactivación sísmica”, sobre todo en aquellos lugares en los que por efecto de sus características geomorfológicas y probabilidad de ocurrencia de sismos tsunamigénicos, representan una amenaza real, es decir, se deben tomar en cuenta los eventos geológicos, considerando que éstos tienen un desfase considerable entre lo que la percepción “normal” significa para las personas, versus lo que los tiempos geológicos imponen, porque esa brecha representa una constante de preparación.

En ese contexto se ha podido explorar los resultados, tomando en cuenta la reactivación sísmica del periodo en el que ocurrió el reciente terremoto de 2016 y para ello tomamos información del IGEPN, con la geodata de todos los sismos ocurridos anualmente y de éstos, los sismos ≥ 4°Mw, en un periodo desde el 2000 al 2016, cuyo detalle se puede apreciar en la Figura 24, en donde están graficados de color naranja todos los sismos anuales y en gris todos los sismos ≥ 4°Mw. Para el año 2017, hubo en total 5622 sismos y de ellos, 92 ≥ 4°Mw, entonces, existe una frecuencia, cuyas envolventes en los años pueden ser 57

significativas para prever la ocurrencia de un sismo fuerte y, además, capaza de generar un tsunami.

Figura 24. Número de sismos ocurridos en Ecuador en un periodo de 16 años.

Fuente: (IGEPN, 2018). Adaptado y editado para análisis por Gómez H.

4.3.

Segundo proceso

De tal manera que, como un segundo proceso necesario, se ha tomado en cuenta la magnitud de los eventos sísmicos, identificando con claridad, en la Figura 25, evidenciado con los colores amarillo y rojo, las áreas de mayor sismicidad. Con la herramienta de geo estadística de densidad ha sido posible obtener la RSA e identificar tazas de retorno e identificando los sismos más fuertes de Ecuador, ocurridos en la plataforma continental en las zonas al Norte y Centro, observando la Tabla 8, los más significativos de esas zonas.

58

Figura 25. Análisis espacial de sismicidad, considerando magnitud. Con rojo, valores altos; con amarillo, valores medios.

Fuente: Elaboración propia

Por lo tanto, es posible identificar que dentro del esfuerzo sísmico que el conjunto Nazca-CaR ejerce sobre el BNA, los efectos, por la naturaleza química y física de la costa ecuatoriana, en Esmeraldas y Manabí, y conforme lo podemos observar en la Tabla 1, son críticos en cuanto a la ocurrencia de terremotos, algunos de los cuales pueden tener características tsunamigénicas, con capacidad de hacer mucho daño, aunque esté supeditado a una recurrencia sísmica que puede parecer la suficiente para prever, pero en la realidad, no lo es.

Tabla 1. Sismos con Mw ≥ 6.9°, en las zonas Norte y Central.

Año

1901-01-07

1906-01-31

Hora local n/d

Lugar Península Santa Elena

Mw

7.8

Zona costera 15:36 limítrofe entre 8.8 Ecuador y Colombia

Prof.

Km

Observaciones

20

No se tienen registros de su intensidad. Produjo tsunami en las planicies costeras de La Libertad y Salinas (ª).

25

Uno de los seis terremotos más destructivos de la historia mundial; produjo gran destrucción en la ciudad de Esmeraldas y generó un devastador tsunami. Produjo una ruptura en la zona de fallamiento

59

entre 500km y 600 km.

1933-10-02

10:30

Península Santa Elena

6.9

15

Produjo tsunamis con alturas (ª) entre 2 m y 2.5 m, produciendo oleajes turbios a lo largo de la Península de Santa Elena. Se rompió un cable submarino frente a Salinas.

1942-05-14

2:13

Pedernales

7.9

25

No produjo un tsunami registrado.

Causó severos daños a varias poblaciones.

1956-01-16

23:37 Bahía de Caráquez

7.3

20

Se sintió fuerte, no hay registro de generación de tsunamis.

1958-01-19

9:07

Esmeraldas

7.7

28

Fue un poderoso terremoto ( b).

Colapsó el 30% de la ciudad de Esmeraldas. Generó un tsunami que barrió 4 cuadras de la ciudad de Esmeraldas, hundió varias embarcaciones con sus tripulantes. Tuvo dos replicas importantes, el 01-feb-1958, Mw=6.9° y el 14-abr-1958, Mw=6.8°.

1979-12-12

7:59

Tumaco

8.2

24

Ocurrió un tsunami que devastó varios poblados colombianos limítrofes a Ecuador.

37

Grace impacto para Manabí; gran destrucción en Bahía de Caráquez, Canoa, San Vicente y otras localidades próximas.

20

Un devastador terremoto que afectó a Esmeraldas, Manabí, Guayas. Con epicentro entre Muisne y Cojimíes. Ocurrió un tsunami no destructivo, de mínima percepción, aunque hubo serios procesos de licuefacción y destrucción de infraestructuras viales.

1998-08-04

2016-04-16

13:59 Bahía de Caráquez

18:58 Pedernales

Promedio

7.1

7.8

7.7 23.8

Nota: La tabla fue levantada con la geodata de los catálogos del CERESIS y del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional, IGEPN; además de la información de las Actas Oceanográficas del Instituto Oceanográfico de la Armada, “Terremotos tsunamigénicos en Ecuador” (Espinoza, 1992) y de los artículos “Estimación de máximos niveles de sismicidad para el Litoral Ecuatoriano a través de la integración de datos geológicos y sismo-tectónicos” (Chunga, Pazmiño, Martillo, Quiñonez, & Huamán, 2013); “Characterization of seismogenic crustal faults in the Gulf of Guayaquil, Ecuador”, (Chunga, Ochoa, Mulaz, Toulkeridis, & Menéndez, 2019) y “Terremotos mayores a 6.5 en escala Richter ocurridos en Ecuador desde 1900 hasta 1970”, (Moncayo, Velasco, Mora, Montenegro, & Córdova, 2017).

60

(a) Sobre la formación de tsunamis en el terremoto de 1901 no hay registros; no obstante, sí se han hecho estudios de su presencia (Chunga & Quiñonez, 2013). (b) Información de las descripciones históricas del Catálogo de Terremotos del IGEPN.

El sismo de 1906 es considerado entre los más fuertes ocurridos considerando la zona de ruptura y que provoco un tsunami. Todos los sismos indicados coinciden con el resultado de magnitudes y define a los sectores Norte y Centro de Ecuador como de mayor susceptibilidad a riesgo sísmico por magnitud. Es importante tomar en cuenta el RSA, toda vez que el movimiento de las placas tectónicas es permanente y la acumulación de energía sísmica por deformación es un proceso natural. La acumulación de energía sísmica de deformación, siendo un proceso natural propiciado por, en términos generales, la tectónica de placas y, en términos específicos, por la geomorfología y el comportamiento de la placa de Nazca y la CaR, tiene un “pulso” a través del tiempo, que lo definen los momentos de acumulación y posterior liberación de esa energía y que, para efectos de un análisis espacial y el levantamiento de la probabilidad de ocurrencia de un tsunami, es sustantivo.

Ahora bien, dependiendo de las características geológicas, la cantidad de energía acumulada será directamente proporcional a la intensidad con que ésta es liberada, produciendo efectos, graves o mínimos, sobre el ser humano y su infraestructura, propiciando, incluso, la generación de tsunamis. Desde esta perspectiva, dicho pulso tiene dos estados, de tranquilidad sísmica, cuando se acumula energía y de reactivación sísmica, cuando la libera (Moncayo , Vargas, Moncayo, & Barzola, 2017). Entre la tranquilidad sísmica y la reactivación sísmica, que caracterizan una base para la RSA, existen periodos que deben ser considerados para efectos de la gestión de riesgos, sobre todo porque definen procesos importantes de planificación y preparación. En la Figura 26, analizamos que, en el Norte y Centro de la costa ecuatoriana, en un periodo de 115 años, ha habido 9 terremotos significativos con Mw ≥ 6.9°, y 6 tsunamis; de los cuales, 3 fueron devastadores, 2 de mediana intensidad y 1 no destructivo; así mismo, podemos observar que, en la costa ecuatoriana, de nueve sismos de Mw ≥ 6.9°, el 22.2% se han producido en la Península de Santa Elena y el 77.8% en la parte

61

Norte y Centro. Además, un promedio de la intensidad, observamos un Mw ≥ 7.7°, lo que serían los de mayor intensidad y riesgo tsunamigénico; también, por otra parte, encontramos que de los sismos con Mw ≥ 6.9°, el 66.66% generó un determinado tipo de tsunami.

Figura 26. Terremotos con Mw ≥ 6.9°, tsunamis devastadores (círculo azul), de mediana intensidad (círculo gris claro) y no destructivo (círculo gris claro), en el Norte y Centro de la costa ecuatoriana y la generación de tsunamis desde 1901 hasta 2016.

Fuente: Análisis, formulación y elaboración propia.

Sobre los datos analizados, en un periodo de 110 años, se evidencia que la mayor concentración de terremotos graves han ocurrido en el Norte y Centro de la Costa ecuatoriana (Figura 23), y que, sobre un promedio de intensidad Mw ≥ 7.7°, se han caracterizado cinco eventos catastróficos que en un 20% no generaron tsunamis (NTS) y en un 80% si los generaron (Ts); de los cuales, el 60% fueron devastadores, de estos últimos, los efectos de la combinación terremoto-tsunami dejaron ingentes pérdidas en vidas humanas e infraestructura y han evidenciado una limitada gestión de riesgos, sobre todo en lo que tiene que ver con el conocimiento y la cultura social de lo que aquello implica.

62

Figura 27. En un periodo de 110 años, se generaron cinco terremotos con Mw ≥ 7.7°, que en 80% de su ocurrencia, generaron tsunamis.

Fuente: Análisis, formulación y elaboración propia.

Los hechos ciertos evidencian que existe una relación entre la energía sísmica liberada, los efectos originados por la liberación y la acumulación de nueva energía; cumpliendo ciclos que pueden tener una caracterización matemática a través de la RSA, pero que dependen estrechamente del comportamiento de la dinámica tectónica en las áreas de acción-reacción; de ahí la importancia del análisis geológico de las áreas que ya están identificadas como sismogénicas y/o tsunamigénicas, como podemos verlo en la Tabla 2.

Tabla 2. Zonas de importancia sismogénica en la costa ecuatoriana, basada en la geodata sísmica del USGS. Nro. Zona Observaciones 1.

2.

3.

4.

Punta Galera Manta – Bahía de Caráquez Jama Puerto López e isla de La Plata

Actividad sísmica en la zona de convergencia en el Norte Concentración de eventos sísmicos.

Alta concentración de actividad sísmica y elevada intensidad de los eventos sísmicos.

Alta actividad sísmica por consideraciones de acoplamiento y levantamientos de terrazas existentes en la isla.

Nota: Se evidencia sismos profundos en la zona de subducción los cuales el hipocentro se encuentra cerca de la zona de destrucción, pero no son tan destructivos como los superficiales.

Como se ha podido analizar, sobre la geo data histórica de la ocurrencia de terremotos, existe una relación entre el riesgo sísmico y el inherente al riesgo de 63

tsunamis, propiciada por la ocurrencia del primero y la liberación de la energía necesaria para el segundo, en la zona marino-costera u oceánica, produciendo el levantamiento vertical de la columna de agua, generando energía potencial y, posteriormente, transformándose en energía cinética, al perder altura e incrementarse la velocidad, conforme avanza hacia la costa.

De tal forma que podemos hablar de los terremotos tsunamigénicos, que están relacionados con la liberación de la energía sísmica acumulada en la zona de subducción, frente a la costa ecuatoriana y que puede darse tanto por la ocurrencia de un terremoto en la zona marino-costera, como en el piso oceánico, frente a las costas; situación que nos obliga a considerar los principales parámetros que pueden configurar un riesgo tsunamigénico, luego de la ocurrencia de un terremoto, en ese sentido,

hay mucha concordancia con lo

caracterizado en detalle de la Tabla 3 y que debe ser parte de una norma en cuanto a la planificación y generación de capacidades resilientes.

Tabla 3. Condiciones para la ocurrencia de un tsunami relacionado con un terremoto.

Nro.

Ocurrencia del evento

Características

1.

El hipocentro del sismo esté en el mar o en gran parte de su zona de ruptura.

Debe producirse a una profundidad < 60 km.

Caracteriza un sismo cortical o de superficie.

2.

El hundimiento del borde de la placa tectónica.

La falla debe tener un movimiento vertical en el proceso subductivo y la ocurrencia del sismo.

3.

La energía debe ser transmitida en forma eficiente (a).

El sismo libera energía entre Mw > 7° y con mayor probabilidad con una Mw ≥ 7.5°. No es un parámetro confiable para sismos muy grandes o de duración larga >20 segundos.

4.

El Mo es proporcional al área de ruptura y a la dislocación vertical de la falla.

El momento sísmico, Mo, > 1022 Newtonmetros.

Nota: Las condiciones y parámetros de ocurrencia del tsunami fueron definidos y promulgados por el Instituto Oceanográfico de la Armada (INOCAR, 2018). (a) En su aproximación a la costa la complejidad de la línea de costa influye en la manera como propaga la onda. y Dependiendo de la concavidad o convexa produce difracciones o acumulaciones de energía.

Caracterizar un proceso tsunamigénico implica conocer la geomorfología de las áreas probables para ello; siendo así, un factor que, obligatoriamente, hay que 64

tomar en cuenta, es la focalización de la energía sísmica, luego de que se ha producido el empuje vertical del agua, de la forma y en el lugar en los que dicho empuje se haya dado57, bajo los parámetros mínimos ya indicados 58. La focalización también es consecuencia del comportamiento de las ondas en áreas de concavidad o su deflexión en áreas convexas 59. La focalización es un proceso complejo generado por varias ondas, a partir de la ocurrencia de un sismo tsunamigénico (Ioualalen, y otros, 2018); que puede constituir la mayor amenaza para la costa ecuatoriana, si éste se genera en su zona de subducción (local), caracterizada por un largo periodo y poca altura, recorriendo en un corto periodo (minutos o hasta pocas horas)60, hasta alcanzar la costa, en donde la energía de las ondas se concentra, produciendo olas de rompiente muy altas y de gran poder destructivo.

4.4.

Tercer proceso

Para un tercer proceso se consideró la profundidad a la que ocurren los eventos sísmicos; para lo cual, de nuevo, se utilizó la herramienta de geoprocesamiento de ArcGIS Kernel Density, con la geodata de profundidad de los eventos sísmicos, con el propósito de identificar que aquellos son de interplaca o intraplaca; es decir, si se los debe considerar como resultado del roce en el proceso de subducción o como el resultado de las fallas del prisma de acreción, en el margen continental. La geodata evidencia una alta concentración de energía sísmica y ocurrencia de sismos críticos, como ya se ha notado, en la zona Norte y Centro de la costa ecuatoriana, coincidiendo con la magnitud y densidad de los eventos, identificando niveles de riesgo sismo-tsunami en los antedichos sectores.

En ese sentido, una vez que se han obtenido tres (3) superficies se ha realizado un álgebra de mapas con ellas para obtener una sola superficie ráster, con áreas

57

Tomar en cuenta que el empuje vertical del agua, generatriz de los tsunamis, en el evento de un terremoto, puede producirse cuando ocurre una abrupta ruptura del fondo marino, o de un área próxima a él, con el fallamiento de la placa tectónica.

58 Los detallados en el Tabla 10.

59 Sobre todo, considerando la subducción cóncava que ocurre frente a las costas ecuatorianas, por efecto de la presencia del Arco de Talara.

60 El tiempo recorrido por las ondas producidas por el desplazamiento vertical abrupto de la columna de agua, en el epicentro tsunamigénico, hasta su llegada a las costas, evidentemente dependerá de la posición del hipocentro.

65

comunes del evento.

Para ese fin, se ha empelado la herramienta de ArcGIS, Raster Calculator, con la que ha sido posible obtener la antedicha única superficie ráster, ya que con las operaciones de álgebra de mapas, se puede trabajar sobre varias capas en

formato ráster y generar una nueva capa con geoinformación derivada de las primeras manteniendo el análisis realizado sobre las capas ráster de origen; para el presente caso, se utilizó la opción de multiplicar las capas, cuyo resultado se observa en la Figura 28.

Figura 28. Mapa resultado de mayor alto de riesgo sísmico basado en profundidad, densidad y magnitud.

Fuente: Elaboración propia.

Se usa la herramienta de ArcGIS, Reclassify, con el fin de simplificar la información, mantener la posibilidad de actualizar la geodata y geoinformación con nueva información pertinente, posibilitando la identificación de las zonas de riesgo sísmico-tsunamigénicas. En ese contexto, como uno de los últimos procesos y caracterizar mejor las zonas de riesgo, se utilizó la herramienta de ArcGIS, Raster to Polygon, transformando la superficie de ráster a vector, 66

generando los mapas para la identificación de las zonas de riesgo sísmico en las áreas Norte, Sur y Centro, conforme se pueden observar en las figuras 29, 30 y 31.

Figura 29. Zonas de riesgo sísmico, conforme a la metodología, para el área Norte.

Fuente: Elaboración propia.

67

Figura 30. Zonas de riesgo sísmico, conforme a la metodología, para el área Sur. Zona cóncava de mayor focalización la zona de Puerto Cayo.

Fuente: Elaboración propia.

68

Figura 31. Zonas de riesgo sísmico, conforme a la metodología, para el área Centro.

Zona cóncava de mayor focalización de energía de ola la zona del estuario de Bahía de Caráquez.

Fuente: Elaboración propia.

69

La zona costera evidencia mayor riesgo sismo-tsunamigénico, considerando el impacto de la CaR, al Norte; por lo tanto, se debe considerar que, desde Salinas hacia el Norte, la probabilidad de ocurrencia de eventos sismo-tsunamigénicos es alta, como se puede observar en el mapa de la Figura 32, en la que se evidencia que en la zona de contacto, no existe espaciamiento entre el margen continental y Nazca, lo que se evidencia en la limitada separación entre la placa continental y la oceánica, detalle que se identifica en el mapa con un recuadro rojo, en donde ya existe un acoplamiento, están las asperidades 61, las cuales acumulan mayor energía, en el momento del desplazamiento de la placa oceánica.

Figura 32. Zona de Subducción, acoplamiento y contacto de asperidades.

Fuente: Elaboración propia 61

Son asperezas, rugosidades que como protuberancias, rozan las áreas de contacto de las placas.

70

La zona de convergencia entre las placas oceánica de Nazca y continental Suramericana, se la conoce como Fosa Ecuador, la misma que tiene una separación diferenciada, lo que permite identificar el estrés sísmico, siendo este mayor en la zona central y al Norte de la costa ecuatoriana, recibiendo directamente la influencia del desplazamiento de la placa tectónica oceánica de Nazca, sobre la que está la CaR, generando un desplazamiento, entre 5 a 7 cm/año (Gutscher A. , Malavieille, Lallemand, & Collot, 1999); de esta realidad, los terremotos que han ocurrido desde la zona central hacia el Norte de la costa ecuatoriana evidencian el incremento de la tensión sísmica y la posterior liberación de energía, causada por el esfuerzo de la Nazca, sobre la placa continental Suramericana; lo que, además, contribuye a la separación del BNA de esta última, este es un hecho natural, inevitable y que constituye un permanente proceso generador de sismos y tsunamis. Por esta razón, fue necesario caracterizar, estadísticamente, a los sismos y sus réplicas, tomando en cuenta sus respectivas densidades, profundidades y magnitudes, lo que evidenció tres áreas con mayor riesgo sísmico, como se puede evidenciar en el Mapa de riesgo sísmico de la Figura 33, en la que se consideró la distribución de sismos y el análisis de existencia de poca distancia entre la zona de contacto de Carnegie con la zona de contacto del margen continental que coincide con la alta distribución del riesgo sísmico.

4.5.

Análisis: Potencial de riesgo sismo-tsunamigénico

El resultado nos permite identificar, con base al catálogo de sismos y réplicas del IG-EPN de Ecuador y al catálogo de USGS, las áreas indicadas en color rojo como zonas de mayor potencial de sismoriesgo; las áreas de mayor riesgo sísmico son la zona de Jama, la isla la Plata y la zona de Punta Galera, lo que es consecuente en la focalización del riesgo de tsunami por la configuración costera está orientada al área Sur del Cabo san Francisco, al área Norte de Jaramijó, y Bahía de Caráquez y el área de alrededor de la isla de la Plata. Los eventos sísmicos de importancia de acuerdo al catálogo de USGS e IGEPN son de Sur a Norte: Península Santa Elena (1901, Ms=7,8), , Península Santa Elena (1933, Ms=6,9), Bahía de Caráquez (1942, Ms=7,6 a 7,9), Bahía de Caráquez (1956, 71

Ms=7,3), Bahía de Caráquez (1998, Ms=7,1), Pedernales, (2016 MS 7.8), Esmeraldas (1958, Ms=7,7), Tumaco – Colombia (1979, Ms= 7,7 a 8,2),. límite Ecuador – Colombia (1906, Ms=8,8).

Figura 33. Mapa de riesgo sísmico compilado para las áreas Norte, Sur y Centro.

Fuente: Elaboración propia.

72

La presencia de Carnegie en la zona de subducción es el elemento natural que provoca mayor acumulación de energía dependiendo del ángulo de acoplamiento y de la profundidad de los sismos se puede evidenciar con claridad las zonas norte de Manabí y sur Esmeraldas como áreas de mayor riesgo sísmico, es de considerar que toda la costa ecuatoriana es parte del cinturón de fuego del pacifico y por tanto zona de alta sismicidad pero adicionalmente Carnegie contribuye con un riesgo que debe ser constantemente identificado para la planificación territorial costera. Otro aspecto muy importante que se debe considerar es la convergencia de la placa tectónica oceánica de Nazca, con una rata de 60 mm/año, que permanentemente actúa y genera el levantamiento costero, este esfuerzo geológico caracteriza las terrazas costeras conformadas y existentes a lo largo de la costa ecuatoriana;

este levantamiento, también,

inexorablemente, produce instabilidad y procesos geológicos costeros que deben ser tomados muy en serio, cuando se establece el nivel de riesgo, que desde el inicio ya parte con un análisis técnico fundamentado en la estadística y la geo información; sino que, además la consideración del impacto que produce en la costa, zonas potenciales de deslizamientos, que agrega un factor importante a la hora de considerar los riesgos (DIMARE-CCCP, 2013).

En ese contexto y para caracterizar mejor el riesgo tsunamigénico, hay que tomar en cuenta la hidrografía de las cuencas se encuentran orientadas al Sur y al Norte del margen continental ecuatoriano, el cual está caracterizado por la desembocadura de los ríos: Guayas, Cayapas, Santiago y Mataje. Por otra parte, la orografía costera que caracteriza la Punta Galera, el Cabo San Lorenzo y la Puntilla de Santa Elena, son plataformas muy estrechas y con taludes accidentados y convexos, que van a reflectar el ingreso de oleajes en la costa ecuatoriana La plataforma continental frente a la cuenca del Guayas forma mesetas o bancos de muy poco desnivel. Frente a la Isla Salango existe una pendiente continua desde la fosa ecuatoriana, por lo que en las zonas de bahías se espera una focalización de energía y mayor oleaje, es decir los sectores Norte y centro serán los de mayor incidencia en la costa ecuatoriana, para una 73

inundación por tsunamis.

Con los resultados obtenidos, están muy claramente identificadas las áreas geográficas que, potencialmente, son de riesgo sísmico y tsunamigénico, bajo condiciones específicas y combinadas de magnitud, profundidad y características geológicas propias. Entonces, considerando las áreas Norte, Centro y Sur, referidos conforme el análisis, estas tienen dos amenazas concretas, en el marco de este estudio, sismos y tsunamis. Con relación a los tsunamis, el análisis va más allá de lo que hasta ahora se ha dicho con respecto a la fuerza de su impacto sobre la costa ecuatoriana, en las áreas ya identificadas como de riesgo, sino que va al hecho de entenderse que, por sus características específicas, un factor como el runup puede ser minimizado, en cualquiera que sea el tiempo de ocurrencia. Desde esa perspectiva, habiendo sido identificadas las áreas críticas, en este contexto, nos toca ver la reacción de un tren de olas tsunamigénicas, que comienzan a impactar sobre la costa; vale entonces considerar, en el área Norte, en Esmeraldas, los efectos de amortiguamiento que puede tener la presencia de la plataforma de Tonsupa (desde Súa hasta Atacames) y el cañón de Esmeraldas, lo que en su conjunto son condiciones naturales que ayudan, en el primer caso, por ser bajo, la energía del tren de olas tiene un atenuante; en el segundo caso, el cañón, también les hace perder energía al tren de olas, protegiendo al ciudad de Esmeraldas.

En cambio, en el área Central, la convexidad de la costa de San Francisco produce difracción del tren de olas, entran en resonancia y se amplifican, todo fuera de la costa, lo que puede minimizar el efecto negativo sobre sobre su proyección a la línea costera, la que además es alta y con acantilados bastante altos. No obstante, en el área Sur, por ser cóncava y tener baja altura, lo que ocurre es una concentración de energía hacia las áreas internas de los deltas, en donde están asentadas poblaciones, las cuales por efectos del runup, son altamente vulnerable, considerando, además, que la resonancia lejana, como parte de la mecánica de ondas, también podría arribar, tardíamente a las costas, con efectos devastadores.

74

5.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1.

Conclusiones

El margen continental ecuatoriano se caracteriza por tener una plataforma continental angosta, con costas abrupta y bajas; así tenemos que de Norte a Sur de la costa ecuatoriana, se encuentran: el Cabo San Francisco, el Cabo Pasado, el Cabo San Lorenzo y la Puntilla de Santa Elena y de ahí que todas las zonas más propensas a sismos correspondes al sector donde la cordillera de Carnegie, que se identifica con un grado de penetración al Noreste, puede tener más incidencia en Manabí y en Esmeraldas.

El resultado de la aplicación de metodología permite identificar zonas propensas a riesgo sísmico, considerando densidad, magnitud y profundidad; no obstante, también ha sido factible identificar una recurrencia sísmica anual, que a través del tiempo implica la configuración de una ocurrencia, que debe ser tomada en cuenta, sobre todo, desde el punto de vista de la planificación y la resiliencia.

Para identificar una referencia a partir de la cual será posible inferir la probable ocurrencia de un tsunami, a partir de la ocurrencia de un sismo, coloca a los procesos de prevención con un 80% de probabilidad de ocurrencia, cuando el sismo alcanza un nivel de 7.7° Mw, próximo a la línea de costa, con notable énfasis en las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí, y cuando sus hipocentros se ubican a, aproximadamente, entre 15 y 40 Km de profundidad; supeditados, en tiempo, a la recurrencia sísmica.

Siempre es importante considerar que el “acomodamiento” de las rocas, luego de un sismo, de cualquier magnitud que éste sea, deja una capacidad de recuperación que se inicia con las nuevas tensiones sísmicas en los bordes de contacto; lo que significa que llegarán a un punto en el que deberán ceder y liberar energía, para iniciar nuevos ciclos; no obstante, ese acomodamiento va teniendo más trascendencia y peculiaridad, dando lugar a periodos de 75

“tranquilidad sísmica” hasta periodos de “reactivación sísmica”, que en términos razonables sí es posible tomar previsiones para minimizar los impactos negativos.

De hecho, la ruptura de segmentos de placa en el Norte, durante los terremotos, genera ajustes o replicas a la vez que las irregularidades de la corteza volcánica de Carnegie, así como sus terrazas provocan efectos en la zona de subducción que se ven reflejadas en el análisis estadístico aplicado.

Los resultados presentan que el área de mayor incidencia es la de Esmeraldas y Manabí, por lo que se puede tomar como zona o área de mayor impacto inherente al riesgo costero por tsunamis, de margen activo; con la influencia de la cordillera submarina de Carnegie (conjunto geológico Nazca-Carnegie), que en el área Norte pondera como un factor de mayor riesgo, consecuentemente, será necesario, las condiciones de suelo y subsuelo, así como las estructuras antropogénicas, que en estas áreas deberán ser observadas.

En el mismo contexto de la ocurrencia de tsunamis, por las características especiales del área de la plataforma de Tonsupa y el cañón de Esmeraldas, que actuarían como “barreras”, bajas y profundas, respectivamente, atenuarían la energía del tren de olas que inciden directamente sobre la ciudad de Esmeraldas.

En el área del cabo San Francisco, en cambio, por un proceso de convexidad, y las costas altas, también tendrían atenuación del tren de olas. Lo que no ocurre en el área de Pedernales y sus zonas bajas, en el que, por un comportamiento de concavidad y la mecánica de ondas, la amplificación puede producir un runup devastador y más aún cuando se asientan varias poblaciones vulnerables.

Del análisis estadístico multivariable basado en recurrencia, profundidad y magnitud de momento del catálogo sísmico del USGS, se evidencia que la mayor falla de riesgo sísmico y por lo tanto potencial a generar tsunami, es la zona de subducción.

La Cordillera de Carnegie, que se ha formado sobre la placa de Nazca, 76

configurando el conjunto geológico Nazca-Carnegie, es una masa que afecta estructuralmente a la zona de contacto y por su manera de tomar contacto con la costa está afectando la zona de la isla de la Plata hacia el Norte, en Esmeraldas.

Por lo que los análisis y configuración costera define claramente las zonas Norte, Centro y Sur; evidenciando a Muisne, Bahía de Caráquez y Puerto Cayo como zonas de mayor riesgo, basado en la concavidad de la configuración costera.

Con los elementos analizados, sobre una base estadística fundamentada en hechos ciertos históricos y el correspondiente análisis espacial, es posible inferir que existe un alto porcentaje de probabilidad de ocurrencia de un tsunami en las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí.

Los estudios y obtención de la geodata geológicos y geofísica de las áreas próximas a la zona de subducción, frente a las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí, sobre la base de un análisis GIS, permite caracterizar el comportamiento sísmico de esas áreas específicas, identificando a Muisne, Bahía de Caráquez y Puerto Cayo, como las zonas de mayor riesgo tsunamigénico.

El análisis espacial de la geoinformación geológica disponible en varias fuentes, nos permite identificar que la relación entre el esfuerzo sísmico y la acumulación de energía en el cojunto geológico Nazca-Carnegie sobre la zona de subducción en la placa Suramericana, tiene un componente importante como es el comportamiento sísmico del Bloque Norandino, para producir sismos, algunos de los cuales, pueden ser tsunamigénicos y, además, la magnitud de los tsunamis producidos por esa causa-efecto, depende de las características específicas de la geografía marítima de la costa ecuatoriana, evidenciando mayor efectos negativos en Muisne, Bahía de Caráquez y Puerto Cayo.

La recurrencia sísmica anual, que identifica de una manera aproximada, espacios temporales, entre la ocurrencia de sismos de magnitud importante, periodos de tranquilidad sísmica y de reactivación sísmica, que generan ciclos o periodos de gran actividad sísmica, en cuya frecuencia es probable la ocurrencia de tsunamis; 77

estos periodos pueden ser evaluadas en periodos un tanto regulares, pero de ninguna manera es posible predecir el momento justo de ocurrencia de dichos eventos.

La información geológica basada en catálogos sísmicos en periodos de cien años y con el empleo de sensores capaces de caracterizar profundidades y magnitudes; inherente a las zonas de potencial ocurrencia de eventos sísmicos, potencialmente tsunamigénicos, es razonable en términos de identificar una recurrencia sísmica anual; no obstante, no es suficiente para afinar los modelos hasta el punto de identificar con un alto nivel de probabilidad, la ocurrencia de un tsunami, en un momento determinado.

Sobre los análisis basados en sistemas de información geográfica, utilizando geo data contenida en catálogos sísmicos de los últimos cien años y triangulados con sensores sísmicos de banda ancha los cuales han caracterizado profundidad, magnitud, si es posible identificar la potencial ocurrencia de esfuerzos por la convergencia del conjunto geológico Nazca-Carnegie, en la zona de subducción frente a las costas ecuatorianas de las provincias de Esmeraldas y Manabí. que pueden generar sismos tsunamigénicos.

5.2.

Recomendaciones

Ecuador se encuentra en una zona geológica compleja, en la que dos amenazas concretas han afectado y afectarán a las costas ecuatorianas, especialmente a las de Esmeraldas y Manabí, terremotos y tsunamis. Los daños que han ocasionado los dos eventos, a lo largo de la historia, ha sido grande, pero, por, sobre todo, ha evidenciado un problema crítico que tiene que ver con la limitada planificación de riesgos para estos eventos, la no identificación de los factores de resiliencia, el conocimiento y la cultura que al respecto hay que tener.

Para ello, la responsabilidad no sólo recae en el Gobierno central, sino también en lo que hoy se denominan los Gobiernos Autónomos Descentralizados, que en consonancia y convivencia con estas amenazas no han desarrollado capacidades 78

al respecto. Por tal motivo, la primera cuestión de la que se debe partir es la evaluación de las capacidades de los GAD´s para enfrentar estas amenazas y, además, la creación de departamentos técnicos especializados que les permita afrontarlos oportuna y eficientemente, coadyuvando a su minimización, toda vez que, por efecto de la recurrencia sísmica, son hechos naturales que se van a presentar, lo que no es posible saber es cuándo exactamente.

Entendiendo el mecanismo que podría minimizar el impacto de un tsunami en la ciudad de Esmeraldas, es importante realizar estudios batimétricos permanentes para crear un modelo multi-temporal, de la plataforma de Tonsupa y del cañón de Esmeraldas, para entender su capacidad atenuadora para la protección de la ciudad; no obstante estos estudios son propicios para la minimización de los efectos de los tsunamis, sí es un hecho más concreto que la verdadera amenaza es la ocurrencia de un terremoto, por la precariedad de las construcciones que en términos generales no siguen un patrón severo en cuanto a la sismo-resistencia de las infraestructuras. En igual circunstancia está el área del cabo San Francisco, que, teniendo una capacidad atenuadora para los efectos negativos de los tsunamis, es importante conocer la real vulnerabilidad ante los terremotos.

Reconociendo la vulnerabilidad que existe a lo largo de la costa de Esmeraldas y Manabí, ante la ocurrencia de los terremotos, justamente por no existir una clara observancia de las disposiciones relacionadas con la sismo-resistencia; el tema de los tsunamis sí exige una inmediata planificación de gestión de riesgo y para desarrollar capacidades resilientes. Porque, en el caso de Pedernales y Jama, y más al Sur, por las características de la geografía costera, representa una amenaza grave que puede ser devastadora en el caso de la ocurrencia de tsunamis. Esto amerita, como primer paso, la evaluación de la situación, la identificación de las capacidades reales de atender al mismo tiempo un terremoto y un tsunami, que es el peor escenario y, sobre todo, los puntos en donde se puede gestionar una mayor supervivencia para la población.

Tratándose de gestión de riesgos y procesos de toma de decisiones basados en realidades geográficas, los GAD’s de estas áreas deben mantener departamentos 79

técnicos de alto nivel de gestión geo-mática, con la tarea sustancial de mantener la cartografía temática afín, actualizada; además de los estudios batimétricos apropiados, en estrecha coordinación con la Armada del Ecuador, a través del INOCAR, para realizar dichos estudios, a partir de los cuales se pueda tener una completa caracterización de la geomorfología costera.

Así mismo, es esencial que los departamentos técnicos de los GAD´s atinentes a las áreas críticas, desarrollen modelos con geo data y geo información multidisciplinaria, multi-temporal e interinstitucional y actualizada, para desarrollar capacidades permanentes en cuanto a otras soluciones que pueden presentarse sobre la base de modelos más desarrollados.

Es importante que lo expuesto anteriormente sea considerado; no obstante, tal vez no sea tan efectivo todo, a la hora de que los hechos ciertos incidan sobre la realidad de miles de pobladores, sino se desarrolla, en todos los niveles, el conocimiento necesario y el desarrollo de la consciencia de riesgos respecto a terremotos y tsunamis, la población en general debe tener, lo que crea la necesidad de mantener una estrecha relación con la autoridad de riesgos del País y con el Ministerio de Educación y Cultura, ya que ese es un factor fundamental para desarrollar planes y proyectos de difusión y conocimiento, para salvar muchas vidas.

80

6.

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