Tsunami

Esquema de un tsunami.
Animación de un tsunami.
Simulación de un tsunami.
tsunami
Efectos de un tsunami.


Un tsunami[2] (del latín mare, mar y motus, movimiento) es un evento complejo que involucra un grupo de olas de gran energía y de tamaño variable que se producen cuando algún fenómeno extraordinario desplaza verticalmente una gran masa de agua. Este tipo de olas remueven una cantidad de agua muy superior a las olas superficiales producidas por el viento. Se calcula que el 90% de estos fenómenos son provocados por terremotos, en cuyo caso reciben el nombre más correcto y preciso de «maremotos tectónicos». La energía de un maremoto depende de su altura, de su longitud de onda y de la longitud de su frente. La energía total descargada sobre una zona costera también dependerá de la cantidad de picos que lleve el tren de ondas. Es frecuente que un tsunami que viaja grandes distancias, disminuya la altura de sus olas, pero siempre mantendrá una velocidad determinada por la profundidad sobre la cual el tsunami se desplaza. Normalmente, en el caso de los tsunamis tectónicos, la altura de la onda de tsunami en aguas profundas es del orden de 1.0 metros, pero la longitud de onda puede alcanzar algunos cientos de kilómetros. Esto es lo que permite que aún cuando la altura en océano abierto sea muy baja, esta altura crezca en forma abrupta al disminuir la profundidad, con lo cual, al disminuir la velocidad de la parte delantera del tsunami, necesariamente crezca la altura por transformación de energía cinética en energía potencial. De esta forma una masa de agua de algunos metros de altura puede arrasar a su paso hacia el interior.

Términos

Antes, el término tsunami también sirvió para referirse a las olas producidas por huracanes y temporales que, como los maremotos, podían entrar tierra adentro, pero éstas no dejaban de ser olas superficiales producidas por el viento, aunque se trata aquí de un viento excepcionalmente potente.

Tampoco se deben confundir con la ola producida por la marea conocida como macareo. Éste es un fenómeno regular y mucho más lento, aunque en algunos lugares estrechos y de fuerte desnivel pueden generarse fuertes corrientes.

La mayoría de los maremotos son originados por terremotos de gran magnitud bajo la superficie acuática. Para que se origine un maremoto el fondo marino debe ser movido abruptamente en sentido vertical, de modo que una gran masa de agua del océano es impulsada fuera de su equilibrio normal. Cuando esta masa de agua trata de recuperar su equilibrio genera olas. El tamaño del maremoto estará determinado por la magnitud de la deformación vertical del fondo marino entre otros parámetros como la profundidad del lecho marino. No todos los terremotos bajo la superficie acuática generan maremotos, sino sólo aquellos de magnitud considerable con hipocentro en el punto de profundidad adecuado.

Un maremoto tectónico producido en un fondo oceánico de 5  km de profundidad removerá toda la columna de agua desde el fondo hasta la superficie. El desplazamiento vertical puede ser tan sólo de centímetros; pero, si se produce a la suficiente profundidad, la velocidad será muy alta y la energía transmitida a la onda será enorme. Aun así, en alta mar la ola pasa casi desapercibida, ya que queda camuflada entre las olas superficiales. Sin embargo, destacan en la quietud del fondo marino, el cual se agita en toda su profundidad.

Maremoto de Sumatra, en 2004.

La zona más afectada por este tipo de fenómenos es el océano Pacífico, debido a que en él se encuentra la zona más activa del planeta, el cinturón de fuego. Por ello, es el único océano con un sistema de alertas verdaderamente eficaz.

Física de los maremotos tectónicos

No existe un límite claro respecto de la magnitud necesaria de un sismo como para generar un tsunami. Los elementos determinantes para que ocurra un tsunami son, entre otros, la magnitud del sismo originador, la profundidad del hipocentro y la morfología de las placas tectónicas involucradas. Esto hace que para algunos lugares del planeta se requieran grandes sismos para generar un tsunami, en tanto que para otros baste para ello la existencia de sismos de menor magnitud. En otros términos: La geología local, la magnitud y la profundidad focal son parte de los elementos que definen la ocurrencia o no de un tsunami de origen tectónico.

La velocidad de las olas puede determinarse a través de la ecuación:

,

donde D es la profundidad del agua que está directamente sobre el sismo y g, la gravedad terrestre (9,8  m/ s²).[3]

A las profundidades típicas de 4-5 km las olas viajarán a velocidades en torno a los 600 kilómetros por hora o más. Su amplitud superficial o altura de la cresta H puede ser pequeña, pero la masa de agua que agitan es enorme, y por ello su velocidad es tan grande; y no sólo eso, pues la distancia entre picos también lo es. Es habitual que la longitud de onda de la cadena de maremotos sea de 100 km, 200 km o más.

Cuando la ola entra en aguas poco profundas, se ralentiza y aumenta su amplitud (altura).

El intervalo entre cresta y cresta ( período de la onda) puede durar desde menos de diez minutos hasta media hora o más. Cuando la ola entra en la plataforma continental, la disminución drástica de la profundidad hace que su velocidad disminuya y empiece a aumentar su altura. Al llegar a la costa, la velocidad habrá decrecido hasta unos 50 kilómetros por hora, mientras que la altura ya será de unos 3 a 30 m, dependiendo del tipo de relieve que se encuentre. La distancia entre crestas ( longitud de onda L) también se estrechará cerca de la costa.

Debido a que la onda se propaga en toda la columna de agua, desde la superficie hasta el fondo, se puede hacer la aproximación a la teoría lineal de la hidrodinámica. Así, el flujo de energía E se calcula como:

,

siendo 'd' la densidad del fluido.

La teoría lineal predice que las olas conservarán su energía mientras no rompan en la costa. La disipación de la energía cerca de la costa dependerá, como se ha dicho, de las características del relieve marino. La manera como se disipa dicha energía antes de romper depende de la relación H/h, sobre la cual hay varias teorías. Una vez que llega a tierra, la forma en que la ola rompe depende de la relación H/L. Como L siempre es mucho mayor que H, las olas romperán como lo hacen las olas bajas y planas. Esta forma de disipar la energía es poco eficiente, y lleva a la ola a adentrarse tierra adentro como una gran marea.

A la llegada a la costa la altura aumentará, pero seguirá teniendo forma de onda plana. Se puede decir que hay un trasvase de energía de velocidad a amplitud. La ola se frena pero gana altura. Pero la amplitud no es suficiente para explicar el poder destructor de la ola. Incluso en un maremoto de menos de 5 m los efectos pueden ser devastadores. La ola es mucho más de lo que se ve. Arrastra una masa de agua mucho mayor que cualquier ola convencional, por lo que el primer impacto del frente de la onda viene seguido del empuje del resto de la masa de agua perturbada que presiona, haciendo que el mar se adentre más y más en tierra. Por ello, la mayoría de los maremotos tectónicos son vistos más como una poderosa riada, en la cual es el mar el que inunda a la tierra, y lo hace a gran velocidad.

Antes de su llegada, el mar acostumbra a retirarse a distancias variables de la costa, que en caso de fondos relativamente planos, puede llegar a varios centenares de metros, como una rápida marea baja. Desde entonces hasta que llega la ola principal pueden pasar de 5 a 10 minutos, como también existen casos en los que han transcurrido horas para que la marejada llegue a tierra. A veces, antes de llegar la cadena principal del maremoto, los que realmente arrasarán la zona, pueden aparecer «micromaremotos» de aviso. Así ocurrió el 26 de diciembre de 2004 en las costas de Sri Lanka donde, minutos antes de la llegada de la ola fuerte, pequeños maremotos entraron unos cincuenta metros playa adentro, provocando el desconcierto entre los bañistas antes de que se les echara encima la ola mayor. Según testimonios, «se vieron rápidas y sucesivas mareas bajas y altas, luego el mar se retiró por completo y solo se sintió el estruendo atronador de la gran ola que venía».

Debido a que la energía de los maremotos tectónicos es casi constante, pueden llegar a cruzar océanos y afectar a costas muy alejadas del lugar del suceso. La trayectoria de las ondas puede modificarse por las variaciones del relieve abisal, fenómeno que no ocurre con las olas superficiales. Los maremotos tectónicos, dado que se producen debido al desplazamiento vertical de una falla, la onda que generan suele ser un tanto especial. Su frente de onda es recto en casi toda su extensión. Solo en los extremos se va diluyendo la energía al curvarse. La energía se concentra, pues, en un frente de onda recto, lo que hace que las zonas situadas justo en la dirección de la falla se vean relativamente poco afectadas, en contraste con las zonas que quedan barridas de lleno por la ola, aunque éstas se sitúen mucho más lejos. El peculiar frente de onda es lo que hace que la ola no pierda energía por simple dispersión geométrica, sobre todo en su zona más central. El fenómeno es parecido a una onda encajonada en un canal o río. La onda, al no poder dispersarse, mantiene constante su energía. En un maremoto sí existe, de hecho, cierta dispersión pero, sobre todo, se concentra en las zonas más alejadas del centro del frente de onda recto.

En la imagen animada del maremoto del océano Índico (diagrama de la onda) se puede observar cómo la onda se curva por los extremos y cómo Bangladés, al estar situado justo en la dirección de la falla fracturada, apenas sufre sus efectos, mientras que Somalia, a pesar de encontrarse mucho más lejos, cae justo en la dirección de la zona central de la ola, que es donde la energía es mayor y se conserva mejor.

Dispersión de la energía debido al alargamiento del frente de onda

El profesor Manuel García Velarde[4] sostiene que los maremotos son ejemplos paradigmáticos de este tipo especial de ondas no lineales conocidas como solitones u ondas solitarias. El concepto de solitón fue introducido por los físicos N. Zabusky y M. Krustal en 1965, aunque ya habían sido estudiados, a finales del siglo XIX, por D. Korteweg y G. de Vries, entre otros.

El fenómeno físico (y concepto matemático[6] de poca profundidad, y son observables también en otros lugares. Manuel García Velarde dice:

...en ríos (de varios metros de altura: mascaret[7] del río Sena o bore del río Severn ) y en estrechos (como en la pycnoclina del estrecho de Gibraltar, donde pueden alcanzar hasta cien metros de amplitud aunque sean apenas perceptibles en la superficie del mar) o en el océano (maremoto es una ola gigantesca en un puerto que ocurre como etapa final de una onda solitaria que ha recorrido de tres a cuatro mil kilómetros a unos ochocientos kilómetros por hora, por ejemplo de Alaska a Hawái).

Manuel García Velarde[8]
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