19 febrero, 2025 3:18 pm

TEMA DE PORTADA

Microsismos en la megalópolis

Gerardo Suárez Investigador emérito del Instituto de Geofísica de la UNAM, del cual fue director. Fue coordinador de la Investigación Científica de la UNAM.

Miguel A. Jaimes Investigador del Instituto de Ingeniería de la UNAM. Sus líneas de investigación incluyen el comportamiento y diseño de contenidos y elementos no estructurales por sismo y viento y el riesgo sísmico y eólico.

Los microsismos ocurridos recientemente en la Ciudad de México han causado preocupación entre la población, las autoridades de protección civil y los especialistas. Estas secuencias sísmicas ocurren en fallas geológicas de la Faja Volcánica Transmexicana, que en el pasado han producido sismos de magnitud importante. En Guadalajara, por ejemplo, tuvo lugar en 1912 un enjambre de microsismos con mayor duración y magnitud. La presencia de esta actividad sísmica hace necesaria la construcción de escenarios creíbles para evaluar las posibles pérdidas materiales debidas a sismos locales.

“De baja intensidad y alta adrenalina” fue el título de una nota periodística publicada hace algunos días que captura muy claramente cómo fueron percibidos los microsismos ocurridos en los últimos meses en la Ciudad de México. A pesar de su baja magnitud, estos eventos han generado gran preocupación debido a su cercanía y la alta percepción del movimiento. Desde 2019, la población del occidente de la Ciudad de México ha experimentado las intensas sacudidas producidas por microsismos locales, que frecuentemente han sido acompañados de ruidos subterráneos. Si bien las oscilaciones duran apenas algunos segundos, las altas aceleraciones del terreno provocan miedo y preocupación entre los habitantes. Ordaz et al. (2023) mostraron que las aceleraciones registradas durante los microsismos de julio de 2019 y mayo de 2023 exceden las aceleraciones generadas en la cuenca de México por sismos destructivos de gran magnitud, como los eventos del 19 septiembre de 1985 y 2017.

Afortunadamente, no se han reportado daños estructurales significativos debidos a estos microsismos. Hasta ahora, las afectaciones se limitan a grietas en acabados y daños menores en las viviendas cercanas al epicentro, como fisuras en paredes y desprendimiento de revestimientos. Esto se debe a que, aunque las aceleraciones del terreno son altas, la duración de la señal sísmica es muy breve y de relativamente alta frecuencia, lo que reduce la energía total transmitida a las estructuras y, en consecuencia, el potencial de daño severo. Sin embargo, persiste la preocupación, no solo en la población, sino también entre las autoridades y especialistas, de cómo explicar la ocurrencia de estos sismos locales y de cuál sería la mayor magnitud que podrían alcanzar.

Es innegable que la actividad sísmica en la Ciudad de México ha sido relativamente intensa en fechas recientes. Sin embargo, este tipo de actividad sísmica local no es nueva en la ciudad. Existe también la percepción de que la sismicidad local ocurre únicamente cerca de la Zona de Transición, en el occidente del Valle de México. Este no es el caso; el sismo local más grande que se ha registrado (M 3.9) ocurrió en 1995 en Milpa Alta, al sureste de la ciudad. Otro sismo de magnitud un poco mayor a los registrados recientemente es el sismo de San Juan de Aragón en 1981 (M 3.3), en la zona geotécnica de Arcillas de Lago (figura 1). Recientemente, el 2 de noviembre de este año, se registraron otros dos microsismos al sur de Iztapalapa. Estos sismos confirman que la sismicidad en el Valle de México ocurre no solo al occidente de la ciudad. Gracias al incremento de estaciones acelerográficas en la ciudad, hoy es posible localizar los microsismos y registrar las aceleraciones del suelo con mayor precisión (Quintanar et al., 2024).

El contexto geológico de la Ciudad de México y su relación con los microsismos

La pregunta obligada es: ¿conocemos realmente el origen de esta sismicidad local? En términos generales podemos responder que sí, y afirmar que los microsismos ocurren en fallas geológicas activas situadas debajo de la ciudad. Con base en la actividad reciente, se reporta que se han identificado al menos cinco fallas que podrían ser responsables de estas sacudidas. Otras investigaciones recientes explican la actividad microsísmica como resultado de una compleja interacción entre fallas que se deslizan asísmicamente junto a otras que sí generan sismos locales.

Independientemente del mecanismo que genera estos sismos, las fallas inferidas en el occidente de la ciudad, como las de Barranca del Muerto o Mixcoac, no explicarían los eventos más grandes registrados en la zona de Milpa Alta y el oriente de la ciudad, lo que sugiere la presencia de otras fallas no identificadas. Debemos reconocer que las fallas reportadas no han sido mapeadas directamente; su presencia es inferida con base en la alineación de los mismos microsismos registrados. Un buen ejemplo de ello es la secuencia sísmica de julio y agosto de 2019. La razón por la cual no ha sido posible identificar fallas geológicas en la cuenca de México es porque el basamento rocoso de la ciudad está cubierto de sedimentos y por la extensa mancha urbana. No sabemos la longitud que tienen estas presuntas fallas, ni si son las únicas. La presencia de microsismos en otras partes de la ciudad claramente responde de manera negativa a esta segunda incógnita. Lo más probable es que por debajo de la ciudad exista un sistema de fallas que aún no ha sido identificado en su totalidad.

La cuenca de México se encuentra dentro de la Faja Volcánica Transmexicana (FVT), la región donde se concentra la mayor parte del volcanismo en nuestro país. Aunque la sismicidad en la FVT es muy baja, la actividad microsísmica local sugiere la existencia de fallas activas. En los últimos 100 años, aproximadamente, han ocurrido dos sismos de magnitud mayor a M 6 en ella. El conocido sismo de Acambay, en el Estado de México, de 1912 (M 6.9), tuvo lugar en una región donde las fallas geológicas son muy evidentes y han sido mapeadas en detalle. En contraste, en el caso del sismo de Jalapa de 1920 (M 6.4) no hay evidencia superficial de fallas geológicas activas (figura 1). Más importante aún, dando una mirada al pasado preinstrumental, hay evidencia de que en los últimos 450 años se han sentido 11 sismos de magnitud mayor a M 6.0 en la FVT (figura 2). El sismo superficial más grande que ha sido registrado en la FVT ocurrió en 1858 y parece ser de al menos M 7.0 (Suárez et al., 2019). Al compartir las mismas características geológicas y tectónicas que el resto de la FVT, resulta difícil argumentar que la cuenca de México no aloja la presencia fallas como las que atraviesan la FVT de oeste a este y que serían capaces de generar sismos de mayor magnitud que los microsismos observados hasta ahora.

Magnitud máxima de los sismos locales en la Ciudad de México

En este sentido, no es posible responder de forma cuantitativa a la pregunta de cuál es la magnitud máxima esperada de estos sismos locales. En sitios donde las fallas afloran a la superficie, como en la zona donde ocurrió el sismo de Acambay en 1912, es posible realizar estudios paleosismológicos, donde en trincheras excavadas perpendicularmente a las fallas se exhuman los desplazamientos secuenciales ocurridos en ellas a lo largo del tiempo. Las dimensiones de los desplazamientos observados en las capas sedimentarias son indicativas de la magnitud de los sismos prehistóricos que los produjeron, y la fecha de estos es estimada con mediciones de carbono-14 (C14), que se aplica a la materia orgánica encontrada en los sedimentos.

Por ejemplo, en la falla de Acambay es posible identificar en los últimos 11,600 años la presencia de tres sismos previos al evento de 1912. A partir de las excavaciones realizadas se estima que estos sismos tuvieron una magnitud similar a la del evento de 1912, con un periodo de retorno de ~3,600 años. Paradójicamente, la actividad sísmica en la región es hoy prácticamente inexistente. Por desgracia, este tipo de estudios no pueden llevarse a cabo en las fallas de la cuenca de México, al estar bajo varias decenas de metros de sedimentos y por la mancha urbana. El caso de Acambay, sin embargo, ilustra esta situación extremadamente desventajosa, desde el punto de vista de la ingeniería sísmica, para estimar el peligro sísmico en sitios donde la sismicidad de fondo es muy baja, o prácticamente inexistente, y los periodos de retorno de los sismos de magnitud importante son del orden de cientos o miles de años.

Una forma indirecta de estimar la magnitud máxima posible de un sismo es medir la longitud de la falla activa. Por ejemplo, los sismos de julio y agosto de 2024 fueron relocalizados por el Servicio Sismológico Nacional. Al relocalizarlos, utilizando una metodología más sofisticada que la usada en la localización rutinaria de sismos, es posible identificar en esa secuencia una alineación suroeste-noreste, muy similar a las fallas en la zona alta (figura 1). La sismicidad de 2019 sugiere una longitud de falla de aproximadamente 3.5 km. De acuerdo con relaciones empíricas, esta longitud correspondería a una magnitud máxima estimada de entre 5.0 y 5.3, si toda la falla rompiese en un solo sismo.

Secuencia microsísmica de Guadalajara en 1912

Si bien los sismos ocurridos en la Ciudad de México han causado inquietud y angustia en la población, tanto el número como la intensidad de los microsismos que la capital ha sufrido palidecen frente a lo ocurrido en 1912 en la ciudad de Guadalajara. El 8 de mayo de 1912, los residentes de Guadalajara fueron despertados a las 6:36 de la mañana por un fuerte sismo. Este evento marcó el inicio de una intensa secuencia de sismos que se extendió hasta finales de septiembre de ese año. Solo en los primeros 18 días de mayo se sintieron aproximadamente 64 sismos. La secuencia continuó durante los meses de agosto y septiembre. Se estima que durante ese periodo se sintieron aproximadamente 1,500 microsismos (Suárez y Jaimes, 2024). El pánico provocó que un gran número de pobladores se refugiaran en tiendas de campaña improvisadas en los parques de la ciudad, buscando seguridad fuera de sus hogares ante el miedo de nuevos sismos.

Al igual que en el caso de la Ciudad de México, los microsismos de 1912 no causaron daños estructurales de consideración. Sin embargo, varias iglesias, edificios públicos y viviendas particulares sufrieron daños moderados. Los tres sismos más grandes ocurridos en mayo causaron grietas en varias iglesias, destruyeron los acabados de muchas paredes e hicieron girar o caer varios objetos pesados, lo que aumentó el pánico entre los residentes. Por ejemplo, la iglesia de Mexicaltzingo tuvo que ser cerrada al culto debido a los daños observados. Una comisión especial de ingenieros documentó detalladamente los daños y emitió recomendaciones para apuntalar algunas construcciones. Su reporte sugiere que los sismos fueron sentidos con una intensidad en la escala modificada de Mercalli de VI a VII. Desafortunadamente, no hay registros instrumentales de este enjambre de sismos. La estación sismológica de Guadalajara fue instalada a finales de esta secuencia. Los daños observados están concentrados en las ciudades de Guadalajara y Zapopan, y sugieren un epicentro directamente bajo la ciudad de Guadalajara. Con base en la intensidad de los sismos más grandes de este enjambre en la escala de Mercalli, se estima una aceleración máxima del terreno (peak ground acceleration, PGA) de ~190 gales. Con base en esta aceleración máxima, Suárez y Jaimes (2024) estiman que la magnitud de los sismos más grandes del enjambre fue de M 5.0 ± 0.3.

Como la Ciudad de México, la ciudad de Guadalajara se ubica en la FVT. Si bien la sismicidad en la zona es prácticamente inexistente, el enjambre de 1912 evidencia la presencia de fallas activas debajo de la ciudad. La mayor parte de los sismos cercanos a Guadalajara se localizan en las fallas ubicadas fuera de la ciudad. La ocurrencia de esta secuencia sísmica en fallas activas ubicadas por debajo del centro de Guadalajara sugiere, al igual que en el caso de la capital del país, que hay fallas geológicas capaces de producir sismos de magnitud moderada por debajo de estas dos megalópolis de nuestro país.

Estimación del peligro y del riesgo sísmico en la Ciudad de México

La estimación de peligro sísmico se realiza de manera probabilística, parametrizando los catálogos de sismos existentes en una región y aplicando modelos probabilísticos. En regiones como la Ciudad de México, o la FVT en general, si bien sabemos que hay un potencial para sismos de magnitud importante, la baja sismicidad de fondo y la dificultad para establecer los periodos de retorno de grandes sismos representan un reto para la ingeniería sísmica en la estimación del peligro. Bayona et al. (2017) demostraron que usando el catálogo sísmico y aplicando las técnicas convencionales para la estimación probabilística de peligro sísmico (probabilistic seismic hazard assessment, PSHA) los resultados no son consistentes con el registro histórico de sismos en la región.

Una alternativa es acercarse a este problema aplicando un método determinístico para diferentes escenarios, estimando el riesgo sísmico de distintos tipos de edificaciones. Brevemente, la técnica consiste en estimar las intensidades sísmicas esperadas, como por ejemplo las aceleraciones máximas del suelo, para un sismo de magnitud y localización definida a priori. Las aceleraciones obtenidas teóricamente se modifican por efectos de sitio, que dependen de las características geotécnicas de la zona de interés, debido a la presencia de suelos blandos, que amplifican o reducen las vibraciones sísmicas. Con estos valores de aceleración del terreno, se estima el riesgo para diferentes tipos de edificaciones, utilizando funciones de vulnerabilidad específicas. La vulnerabilidad depende de factores como el número de pisos, el tipo de construcción y su ubicación. Los resultados, estimados en pérdidas económicas, muestran los daños potenciales para diferentes escenarios de sismos.

Como ejemplo, en la figura 3 se muestran los daños esperados en edificaciones habitacionales para un sismo de magnitud M 5.5 ubicado en el occidente de la ciudad, de forma similar a las secuencias de microsismos de 2019 y 2023. Es interesante observar que los daños esperados siguen una distribución espacial comparable con la observada durante el sismo del 19 de septiembre de 2017, lo cual sugiere que ciertos patrones de vulnerabilidad en la ciudad siguen siendo predominantes. Cabe aclarar que, en diferentes escenarios de sismos de magnitud M 5.5, los daños son mucho mayores y distribuidos en toda la cuenca, y afectan principalmente edificaciones de uno y dos pisos, en comparación con las construcciones de mayor altura. Jaimes y Suárez (2024) estimaron varios escenarios de sismos locales creíbles con diferentes epicentros en la cuenca de México, con el objetivo de mejorar la preparación y las estrategias de mitigación ante posibles eventos sísmicos futuros.

Conclusiones

Los microsismos en la Ciudad de México, que han causado preocupación entre la población y autoridades locales, no son un fenómeno reciente. Estos eventos tienen antecedentes históricos que muestran la recurrencia de la actividad sísmica local en la cuenca. Los catálogos sísmicos muestran que este tipo de sismos ocurren en toda la cuenca de México. Su presencia obedece a fallas geológicas activas, similares a las existentes en la FVT. Mapear estas fallas es un reto, debido a la densa cobertura de sedimentos y al desarrollo de la urbe. Si bien es difícil estimar el peligro sísmico con los métodos convencionales debido a la baja frecuencia de grandes sismos, el uso de modelos determinísticos para escenarios creíbles ofrece una opción para evaluar el daño potencial en las construcciones de la ciudad debido a este tipo de actividad sísmica

Referencias

Jaimes, M. A., y G. Suárez (2024). Estimation of damage scenarios in the Mexico City Basin caused by local crustal earthquakes. Bulletin of the Seismological Society of America. En revisión.

Ordaz, M., et al. (2023). Microsismos en la CDMX. IC Ingeniería Civil 646: 20-23.

Quintanar, L., et al. (2018). A seismic network for the Valley of Mexico: Present status and perspectives, Seismological Research Letters 89(2A): 356-362.

Suárez, G., et al. (2019). Active crustal deformation in the Trans-Mexican Volcanic Belt as evidenced by historical earthquakes during the last 450 years. Tectonics 38.

Suárez, G., y M. A. Jaimes (2024). The 1912 seismic swarm in Guadalajara, Mexico: An example of intense and unusual seismicity in the Trans-Mexican Volcanic Belt, Seismological Research Letters.

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