Instituto Geofísico del Perú

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1 Instituto Geofísico del Perú

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3 Presente y futuro Present and Future IGP Geophysical Institute of Peru Instituto Geofísico del Perú Lima, 2009

4 Índice Index Instituto Geofísico del Perú: Ciencia que nos protege Geophysical Institute of Peru: Science, the Protector... 4 Tierra, agua, aire y vida Air, Water, Earth and Life... 6 Sismología y Geodesia Espacial: El pulso de la Tierra Seismology and Space Geodesy: The Earth s Pulse... 8 Vulcanología: Montañas vivas Vulcanology: Live Mountains Variabilidad climática: Cambio constante Climatic Variability: Constant Change Desarrollo tecnológico: Inventando el futuro Technological Development: Inventing the Future Instituto Geofísico del Perú Apartado postal 3747, Lima 100, Perú Carátula: Volcán Ubinas (5,672 msnm), departamento de Moquegua. Cover: Ubinas Volcano (5,672 msl), Moquegua. Páginas precedentes: Antenas utilizadas en el Radio Observatorio de Jicamarca para estudiar el electrochorro ecuatorial en la región E de la ionosfera, a 100 km de altitud. Preceding pages: Antenna used at the Jicamarca Radio Observatory to study the equatorial electrojet in region E of the ionosphere, at an altitude of 100 km. Índice: Vista del Radio Observatorio de Jicamarca desde el nuevo Observatorio Óptico, situado a 1,000 msnm, que inició operaciones a mediados del Notar el colchón de nubes característico de la costa central del Perú durante los meses de invierno. Index: View of the Jicamarca Radio Observatory from the new Optical Observatory inaugurated in 2009 at an elevation of 1,000 msl. Note the cloud cover characteristic of Peru s central coast during winter. 2

5 Ciencias espaciales: Radio Observatorio de Jicamarca Space Sciences: Jicamarca Radio Observatory Astronomía: Educación y ciencia Astronomy: Science and Education Recursos físicos y humanos: Trabajo en equipo Physical and Human Resources: Teamwork Publicaciones científicas: El examen final Scientific Publications: The Final Exam Cronología Timeline Quiénes somos: Instituto Geofísico del Perú Geophysical Institute of Peru: Who We Are

6 Instituto Geofísico del Perú Ciencia que nos protege Geophysical Institute of Peru Science, the Protector El Perú está expuesto en alto grado a desastres naturales de origen geofísico: terremotos, tsunamis, erupciones volcánicas, deslizamientos o avalanchas, y variaciones climáticas, especialmente aquellas causadas por el fenómeno de El Niño. Adicionalmente, el cambio climático ha incrementando la amenaza de eventos meteorológicos extremos. La prevención de desastres naturales nos prepara para enfrentar estos eventos, y tiene como base el conocimiento científico de los fenómenos que los causan. En beneficio de la Nación y el Estado, el Instituto Geofísico del Perú (IGP) genera, adquiere, posee y transmite conocimientos en geofísica: la ciencia de la Tierra. El IGP genera nuevos conocimientos mediante la investigación. Para hacerlo, primero debe adquirir los conocimientos que la humanidad ha alcanzado en distintas áreas de la geofísica. Esto se logra mediante el seguimiento y estudio de las publicaciones internacionales especializadas y la interacción con científicos de otras instituciones, nacionales y extranjeras. El IGP es depositario experto de estos conocimientos científicos, los cuales transmite ya sea por requerimiento de las autoridades o por iniciativa propia a través de informes, actividades de enseñanza y divulgación. Quizás el resultado más valioso, pero no el único, de las actividades Peru is highly vulnerable to natural disasters of geophysical origin: earthquakes, tsunamis, volcanic eruptions, landslides or avalanches, and violent climatic variations, especially those caused by El Niño. Climate change increases the threat of extreme meteorological events. Reducing vulnerability to natural disasters requires scientific knowledge of the phenomena that cause them. For the benefit of Nation and State, the Geophysical Institute of Peru (IGP) strives to generate, acquire, possess and transmit knowledge in geophysics: the science of the Earth. IGP generates new knowledge through research. To do this, it must first acquire the knowledge attained in different areas of geophysics by keeping up with academic publications and interacting with scientists at other institutions, both with in the country and abroad. IGP is the keeper of this knowledge, which it transmits by governmental requirement or of its own accord through reports and educational activities. Perhaps the most valuable though not the only result of IGP s activities is the probabilistic, quantitative assessment of geophysical hazards in Peru. In addition to vulnerability studies, geophysical risks must be Volcán Ubinas (5,672 msnm). Explosión del 24 de junio, a las 7:54 am hora local, cuya pluma se elevó 3 km sobre el nivel del cráter. Ubinas volcano (5,672 msl). Eruption on June 24th, 7:54 am local time. The smoke column rose to 3 km above the crater. 4

7 que realiza el IGP es la evaluación probabilística y cuantitativa de los riesgos geofísicos que amenazan al país. La evaluación de riesgos incluye, además de los estudios de vulnerabilidad, la determinación del factor peligro. El peligro o amenaza se define como la probabilidad de que un cierto escenario desastroso se haga realidad: la erupción de un volcán, la ocurrencia de un sismo de gran magnitud, el embate de un tsunami o la llegada de un Mega-Niño. La evaluación de los peligros geofísicos que se ciernen sobre el Perú es un problema científico complejo, que requiere de un esfuerzo sostenido. La naturaleza le ha infligido a nuestro país más muertes y daños materiales que todas las guerras que ha sufrido. Si nuestro enemigo es la violencia de la naturaleza, el Instituto Geofísico del Perú viene a ser el servicio de inteligencia que la espía, y que hace todo lo posible para saber cómo, cuándo y dónde volverá a atacar. Además de prepararnos para enfrentar los peligros geofísicos, el IGP cumple un segundo rol, de similar importancia para el bienestar del Perú. El IGP hace ciencia. Actualmente, la riqueza de los países depende de su nivel de desarrollo científico y tecnológico. Vivimos en una economía del conocimiento. El activo más importante que posee un país no son sus minas o campos, sino la capacidad de su población para participar en el desarrollo y explotación de las nuevas tecnologías. El IGP brinda a estudiantes universitarios peruanos la posibilidad de desarrollar y ejercer carreras científicas al más alto nivel internacional en varias disciplinas, incluyendo física, ingeniería electrónica y sistemas. De esta manera, contribuye a defendernos del otro gran enemigo de la sociedad: la ignorancia. Dr. Ronald Woodman Pollit, Presidente Ejecutivo assessed. A geophysical hazard is defined as the probability of a given disastrous scenario becoming a reality: the eruption of a volcano, the occurrence of a high magnitude earthquake, the strike of a tsunami or a catastrophic El Niño. Assessing the geophysical risks that threaten Peru is a complex scientific problem that requires sustained effort and attention. Nature has inflicted on our country more death and destruction than all of the wars it has suffered. From this view point, the violence of nature is our enemy, and the IGP is the Intelligence Service that spies on it and does everything within its power to know when, how and where it will strike next. As well as preparing us to face geophysical threats, the IGP fulfills a second role of similar importance for our nation s welfare. The IGP does science. In our times, the wealth of nations depends on their level of scientific and technological development. We live in a knowledge economy. The most important asset a country possesses is the ability of its population to exploit and develop new technologies. The IGP offers Peruvian students the possibility of developing and practicing scientific careers at the highest international level in several disciplines, including physics, electronic engineering and computer science. By doing so, it protects us from that other great enemy of society: ignorance. Ronald Woodman Pollit, Ph.D. Executive President 5

8 Tierra, agua, aire y vida Air, Water, Earth and Life Imagen: NASA El nombre de la Tierra no es muy descriptivo. Refleja, más bien, la importancia que le hemos dado a la parte habitada del planeta. La Tierra está formada por cuatro componentes fundamentales: las rocas, el agua, el aire y la vida. La interacción de estos componentes crea un sistema complejo y cambiante. Este sistema nos incluye: como especie viva, creadora de una cultura que intenta comprender el mundo a través de la ciencia. La geofísica es la ciencia de la Tierra. Por lo tanto, es la ciencia de sus partes sólidas, líquidas y gaseosas, y de su interacción con la vida. A cada una de ellas le corresponde más de una rama de la geofísica. La geología estudia las rocas. La sismología los movimientos más o menos violentos de la corteza terrestre. La oceanografía, el mar. Y las ciencias de la atmósfera y la aeronomía se ocupan de la capa gaseosa que rodea nuestra cápsula espacial hasta una altitud de 10,000 km. La vida cuyo estudio, en sentido estricto, corresponde a la biología introduce factores que alteran las condiciones físicas de la Tierra y del medio ambiente. Por ejemplo: las plantas capturan CO 2, el principal gas de inver- nadero, y contribuyen a enfriar el planeta. El hombre quema plantas, produce CO 2 y contribuye a calentarlo. En qué medida? La respuesta no es sencilla. En los estudios del cambio climático participan oceanógrafos, científicos de la atmósfera, biólogos y especialistas en la física de la interacción Sol - Tierra. Estos esfuerzos multidisciplinarios ilustran cómo distintas ramas de la geofísica y de otras ciencias cruzan fronteras en busca de un solo objetivo: adquirir conocimiento. La Tierra, sistema dinámico, es el vasto campo de trabajo del Instituto Geofísico del Perú (IGP). Al no poder abarcarlo todo, haciendo uso de su capacidad humana, infraestructura y del limitado apoyo económico que recibe, el IGP concentra sus esfuerzos en aquellas disciplinas que pueden y deben atenderse. Nuestra prioridad es enfrentar, con las armas de la ciencia, las principales amenazas geofísicas que se ciernen sobre el país. El Perú se encuentra en una zona altamente sísmica. Por lo tanto, la primera prioridad del IGP, y el primer capítulo de este libro, es la Sismología, ciencia que nos ayuda a prevenir y mitigar las consecuencias de los terremotos. El segundo capítulo está dedicado a la Vulcanología, que 6

9 también se ocupa de una grave amenaza geofísica. El tercer capítulo, Variabilidad climática, se enfoca en dos temas: El Niño, un fenómeno oceánico-atmosférico que puede adquirir proporciones catastróficas, y el estudio del cambio climático global proyectado sobre el Perú a una escala regional y local. Para adaptarnos al cambio climático tenemos que anticipar sus consecuencias en el Perú. Esta tarea no es atendida por instituciones científicas de otros países: las respuestas debemos buscarlas nosotros. El resto del libro está dedicado a otras actividades del IGP, algunas de las cuales, de primera impresión, parecen no tener una aplicación práctica. Sin embargo, contribuyen al desarrollo del Perú en muchas maneras. El caso más destacado es el Radio Observatorio de Jicamarca (ROJ), al que dedicamos un capítulo. Construido por los Estados Unidos en 1960 y donado al IGP en 1969, el ROJ ha logrado mantenerse a la vanguardia de su especialidad. Bajo la dirección de profesionales peruanos, actualmente el ROJ no le cuesta dinero al Estado. Más bien, exporta ciencia por casi un millón de dólares anuales. Este es un ejemplo de cómo la materia gris peruana, cuando cuenta con apoyo institucional y económico, puede hacer ciencia al mismo nivel que los países desarrollados. El Radio Observatorio de Jicamarca es un instrumento complejo, con características únicas. Por lo tanto, no puede comprar todo lo que necesita en el mercado, y en muchos casos tiene que desarrollar y fabricar sus propias soluciones. Este esfuerzo sostenido a través de 40 años ha convertido su laboratorio electrónico en uno de los más prestigiosos del país. En el capítulo Desarrollo tecnológico presentamos ejemplos concretos de estos logros, tanto en el ROJ como en otras áreas del IGP. El Instituto Geofísico del Perú también desempeña un rol educativo: ofrece a profesionales peruanos la oportunidad de continuar su formación académica hasta alcanzar los niveles más altos en varias disciplinas técnicas y científicas. Pero quizás el capítulo que mejor refleja la historia y el aspecto humano del IGP es el dedicado a la Astronomía. Acabamos de inaugurar el planetario más moderno del país, donado por el Japón. Este premio, que el IGP recibe a nombre de todos los peruanos, es uno de los numerosos reconocimientos internacionales obtenidos por nuestra institución, que lleva más de 60 años demostrando tercamente que sí es posible hacer ciencia en el Perú. 7

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11 Sismología y Geodesia Espacial El pulso de la Tierra Seismology and Space Geodesy The Earth s Pulse Entre los años 1969 y 2009, el Perú fue sacudido por cinco terremotos que superaron los 7 o en la escala de Magnitud momento (Mw), causando más de 70,000 muertos y cuantiosos daños materiales. Qué hacer? La sismología y la geodesia espacial han desarrollado técnicas y acumulado conocimientos que ayudan a mitigar los efectos destructivos de estos fenómenos naturales. Aunque todavía no es posible dar una fecha exacta para los próximos terremotos, sí podemos conocer y asignar probabilidades a aquellas áreas donde estos ocurrirán de manera eventual e inevitable. Between 1969 and 2009, Peru sustained five earthquakes exceeding 7º of magnitude (Mw), which left 70,000 dead and caused substantial material losses. What, then, can we do? Seismology and Space Geodesy have developed techniques and accumulated knowledge that help mitigate the destructive effects of these natural disasters. Although it is not yet possible to predict exact dates for future earthquakes, we can provide probabilistic assessments of those areas where they will eventually and inevitably occur. Cerca de la cima del volcán Misti (5,822 msnm), a 18 km de la ciudad de Arequipa, ingenieros del IGP calibran una de las estaciones de la Red Sísmica Nacional. IGP engineers calibrate one of the stations of the National Seismic Network near the summit of the Misti volcano (5,822 msl), 18 km North-East of the city of Arequipa. 9

12 Distribución de las placas tectónicas. Las zonas de contacto (trazo amarillo) señalan el lugar donde se producen los sismos. El Perú se encuentra en el llamado Cinturón de Fuego del Pacífico, que concentra 90% de la actividad sísmica del planeta. The Earth s tectonic plates. Yellow lines indicate contact zones where earthquakes and volcanoes are common. Peru lies on the Pacific Ring of Fire, where 90% of the world s earthquakes occur. La superficie de la Tierra está formada por grandes placas que se mueven entre sí de manera discontinua (no uniforme). En promedio, este movimiento es de unos cuantos centímetros por año. La zona de contacto entre dos placas puede permanecer relativamente quieta, acumulando energía durante decenas de años, para luego fracturarse y moverse (deslizarse) varios metros en pocos segundos. Esta liberación súbita de energía elástica es un terremoto, que cuando su origen está bajo el fondo marino puede generar un tsunami (ola sísmica). El Instituto Geofísico del Perú tiene la responsabilidad de vigilar la sismicidad en nuestro país, apoyando al Sistema Nacional de Defensa Civil para minimizar las pérdidas humanas y materiales que puedan causar los terremotos. Dedicado a esta tarea, el IGP también contribuye a ampliar el conocimiento que tenemos acerca del origen y comportamiento de los terremotos. El objetivo final del IGP, y de la sismología en general, es predecir con un grado de certeza cada vez mayor la localización en el espacio y en el tiempo del próximo terremoto. A fin de alcanzar este objetivo, el IGP vigila el pulso de la Tierra mediante una Red Sismológica Nacional (RSN) compuesta por 18 sismógrafos digitales de última generación y alta sensibilidad distribuidos a nivel nacional. Estos sismógrafos, capaces de registrar movimientos sísmicos en otros continentes, están complementados por 12 acelerógrafos digitales cuya información es utilizada para mejorar el diseño antisísmico de las construcciones urbanas y de las grandes obras de ingeniería. Volcán Ubinas, Moquegua, marzo Un receptor GPS de alta precisión es usado para medir deformación asociada a su actividad magmática. / Ubinas volcano-moquegua, March A high precision GPS receiver is used to measure bulging associated with magmatic activity. Geodesia Espacial: origen y aplicaciones La geodesia es una disciplina científica que tiene por objeto determinar la forma y dimensiones de la Tierra, así como la distribución de su campo gravitacional. Tiene aplicaciones en ingeniería civil, defensa, navegación, prevención de desastres naturales y ciencias espaciales. La historia de la geodesia espacial se inicia en 1957, con el lanzamiento del primer satélite artificial, Sputnik. Las señales de radio transmitidas desde el satélite permitían establecer su órbita utilizando estaciones de rastreo en tierra. Asimismo, por triangulación, era posible conocer la posición de un receptor ubicado en otro lugar de la Tierra. Esto sirvió de base para desarrollar el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), una constelación de 27 satélites que orbitan la Tierra a 20,000 km de altura. En el Perú, en los años 90, la aplicación de tecnología GPS permitió determinar con exactitud milimétrica cambios en la forma de la superficie terrestre asociados a la convergencia (choque) de las placas de Nazca y Sudamérica. Estos cambios son de gran importancia, pues tienen una relación directa con los terremotos. Desde el 2000, la geodesia espacial es usada para estudiar el ciclo de los grandes terremotos en las principales zonas de lagunas sísmicas de nuestro territorio. 10

13 La Red Sismológica Nacional brinda la información mínima necesaria para localizar los epicentros de los sismos que ocurren en el Perú. Por este motivo, el IGP continúa con su trabajo de ampliar la Red Sismológica Nacional a fin de cubrir adecuadamente los 1 285,220 km 2 del territorio nacional. El IGP espera que la RSN alcance a ser comparable con la de otro país altamente sísmico, el Japón. Con sólo 30% del área del Perú, Japón cuenta con 900 estaciones sísmicas y 1,700 acelerómetros. La ampliación de la Red Sismológica Nacional se logrará adquiriendo equipos de última generación complementados con registradores digitales diseñados por ingenieros del IGP. Bajo el territorio peruano, la fricción entre la placa de Nazca y la placa de Sudamérica es continua en el tiempo. Por lo tanto, también lo es la ocurrencia de sismos, cuya magnitud varía en función del deslizamiento ocurrido y las dimensiones del área afectada. Estos deslizamientos o fracturas no son visibles debido a que ocurren debajo de la superficie. Sin embargo, sus dimensiones pueden ser estimadas. Geodesia Espacial: la medida exacta La distribución geográfica de terremotos y réplicas ocurridos en el pasado, permite identificar aquellas áreas donde no se ha producido una ruptura reciente y que, por lo tanto, podrían ser escenarios de nuevos eventos en un futuro próximo. Estas áreas reciben el nombre de lagunas sísmicas (seismic gaps). Sabemos que los grandes terremotos recurren en el tiempo y en el espacio (el llamado ciclo sísmico). En la década de 1990 se empezó a utilizar el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) para medir con exactitud milimétrica las deformaciones de la corteza terrestre antes, durante y después de un sismo. Entre los años 1994 y 1997, científicos del IGP, en cooperación con la Fundación Carnegie de Washington y la Universidad de Miami, iniciaron los primeros estudios con GPS para estimar la deformación de los Andes Centrales del Perú y Bolivia y el potencial de grandes terremotos en la zona de contacto de placas. En el año 2000 el Programa de Geodesia Espacial y Estudios de Microsismicidad se amplió para estudiar el ciclo de los terremotos en las principales lagunas sísmicas, como la zona de Lima, la falla de la Cordillera Blanca y la falla del Huaytapallana. Actualmente, el IGP y el Instituto Tecnológico de California han instalado una red de cinco estaciones GPS permanentes en los departamentos de Arequipa, Moquegua y Tacna con la finalidad de vigilar la deformación de la placa de Sudamérica. La detección de anomalías ayudará a anticipar el esperado terremoto en la laguna sísmica del norte de Chile (Arica) y sur del Perú (Tacna). En el futuro cercano, se espera transmitir toda la información de estas redes en tiempo real al centro de análisis en el Laboratorio Central de Lima. Izquierda: Mapa sísmico del Perú, periodo Información como esta es de gran valor para planificar los esfuerzos de prevención. Arriba, der: Distribución de las estaciones GPS permanentes (círculos rojos) utilizadas para estudiar la laguna sísmica del sur en la zona de Moquegua, Tacna y Arica. Abajo, der: Estación CBRO (Arequipa), una de las cinco estaciones GPS del proyecto IGP-Instituto Tecnológico de California. Left: Seismic map of Perú: This kind of data is of great value in planning prevention and mitigation efforts. Top right: Distribution of permanent GPS receiver stations (red circles) deployed to study the seismic gap in Southern Peru and Northern Chile, i.e., Moquegua, Tacna, Arica. Bottom right: GPS station CBRO (Arequipa), one of five GPS stations deployed in the context of an IGP-CALTECH project. 11

14 entonces, la calidad de la información ha ido en aumento. Hoy tenemos una imagen bastante precisa de la forma en la que la placa de Nazca se introduce bajo la placa de Sudamérica. En los últimos 100 años, la zona de contacto de placas frente a la costa peruana ha sido escenario de terremotos violentos de alto costo social y económico. Entre ellos figuran los terremotos de la región Lima (1940, 1966 y 1974), región Nazca (1942 y 1996), Chimbote (1970) y Arequipa (2001). El más reciente ocurrió el 15 de agosto del 2007 frente a la costa de Pisco y alcanzó una magnitud de 7.9 o en la escala Mw. Minutos después de ocurrido el terremoto se generó un tsunami cuyas olas alcanzaron hasta seis metros de altura en la bahía de Paracas. Lagunillas, Paracas. En este lugar, las construcciones soportaron el sismo del 15 de agosto del 2007, pero fueron destruídas por el tsunami subsecuente, que alcanzó una altura de 10 metros./ Lagunillas, Paracas. At this site, buildings endured the earthquake on August 15, 2007 but were destroyed by the following 10-meter tsunami. Riesgo y zonificación sísmica Como se ha explicado, para pronosticar futuros terremotos es necesario considerar aquellos que ocurrieron en el pasado. El mapa o catálogo de sismos históricos revela, por contraste, aquellas lagunas sísmicas donde deberían ocurrir los próximos terremotos. En el Perú, el registro instrumental de los sismos se inició en 1948, en el Observatorio de Huancayo. Desde Acción y reacción Cuando ocurre un sismo, el Servicio de Emergencia Sísmica del IGP informa en tiempo real sobre la localización y magnitud del sismo, así como las intensidades sentidas en los principales poblados dentro de la región afectada. Esta información es distribuida dentro de los cinco minutos de ocurrido el sismo a las instituciones que integran el Sistema Nacional de Defensa Civil, así como a los medios de comunicación. La información Intensidad y Magnitud Intensity and Magnitude El terremoto del 15 de agosto del 2007 destruyó 80% de las viviendas en la ciudad de Pisco. The earthquake of August 15th, 2007 destroyed 80% of all houses in the city of Pisco. La severidad de un sismo se califica con dos parámetros: Intensidad y Magnitud. La magnitud mide la cantidad de energía liberada por el sismo, mientras que la intensidad mide el sacudimiento percibido por las personas y su efecto sobre la propiedad. La magnitud es una escala objetiva. La intensidad es una escala subjetiva. Por ejemplo: La magnitud del sismo que sacudió la costa central del Perú el 15 de agosto del 2007 fue una sola: 8.0 Magnitud momento (Mw). En cambio, la intensidad no fue la misma en las distintas ciudades afectadas. En Pisco el sismo tuvo una intensidad de VII - VIII grados en la escala modificada de Mercalli, destruyó 80% de las viviendas y causó más de 350 muertos. En Lima, el mismo terremoto de 8.0 Mw de magnitud tuvo una intensidad de V en la escala de Mercalli. Se sintió un fuerte remezón, hubo pánico y algunas estructuras colapsaron, provocando media docena de muertos y un centenar de heridos. Los sismos son causados por la energía liberada por la corteza terrestre cuando ésta se rompe o fractura. La magnitud en la escala de Richter tiende a saturarse por encima de los 6 grados. Por esta razón, los sismólogos utilizan otra escala, denominada de Magnitud momento (Mw), especialmente para sismos muy fuertes. La intensidad se mide en la escala modificada de Mercalli, que va de I a XII. El XII de Mercalli califica un evento cataclísmico, con destrucción total y escasos sobrevivientes. El terremoto ocurrido en 1960 en Concepción, Chile, alcanzó 9.7 Mw de magnitud y XII grados de intensidad en la escala de Mercalli en una franja costera de más de 200 km de extensión. Felizmente, eventos como este ocurren sólo una o dos veces cada 100 años. 12

15 también se publica en la página web del IGP: El Servicio de Emergencia Sísmica analiza los datos de la Red Sísmica Nacional de manera permanente las 24 horas del día, los 365 días del año. Este equipo de sismólogos valora que el conocimiento inmediato de la localización y magnitud de un terremoto permite orientar con eficacia las tareas de socorro y asistencia a la población afectada. Pero esto no es suficiente. Debemos ser proactivos. Conocer la localización del riesgo sísmico permite manejar una serie de instrumentos sociales que ayudan a reducir el potencial destructivo de los terremotos. Estos instrumentos van desde la educación cívica (planes de evacuación, simulacros, etc.) hasta normas adecuadas de construcción. La tarea del IGP consiste en darle a la sociedad peruana la base científica para desplegar este conjunto de instrumentos que nos deben proteger de lo inevitable: el próximo terremoto. Tenemos un largo camino por recorrer, y cada paso que damos ayuda a salvar vidas. Izquierda: Las flechas negras representan los desplazamientos horizontales instantáneos producidos por el terremoto del 23 de junio del 2001 (Arequipa) en base a mediciones GPS y GPS-INSAR. El máximo desplazamiento alcanzó un metro en la zona de Camaná. Derecha: Pisco e Ica fueron las principales ciudades afectadas por el potente terremoto y subsecuente tsunami del Left: The black arrows represent instantaneous horizontal displacements resulting from the July 23rd, 2001 earthquake in Arequipa, based on GPS and GPS-INSAR measurements. Maximum displacements reached one meter near Camana. Right: Pisco and Ica were the main cities affected by the powerful earthquake and subsequent tsunami in ESCALA DE INTENSIDAD SÍSMICA DE MERCALLI MODIFICADA (simplificada y abreviada) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Registrado sólo instrumentalmente. Perceptible sólo por pocas personas en pisos altos. Perceptible por algunos en edificios. Sentido por todos en edificios y algunos en el exterior. Sentido por todos dentro y fuera de edificios. Temor generalizado. Daños moderados en construcciones de adobe. Mayoría aterrorizada. Graves daños en construcciones de adobe y moderados en las de ladrillo. Miedo y pánico general. Daños graves en construcciones de ladrillo, moderados en construcciones nobles. Pánico general. Daños graves en construcciones nobles. Colapso de la mayoría de construcciones, incluyendo algunas de construcción noble. Daños importantes en todas las construcciones, incluyendo canales y carreteras. Todas las estructuras destruidas o gravemente dañadas, y cambios en la topografía. En cambio, los sismos de VII y VIII en la escala de Mercalli son bastante comunes, y cada año se registran una docena a nivel mundial. En los pasados 50 años, más de 20 sismos han superado los VII grados de intensidad en el Perú. Se puede afirmar, con certeza casi absoluta, que en los próximos 50 años habrán otros 20 sismos con el mismo potencial destructivo. Mapa de intensidades regionales en la escala de Mercalli Modificada para el sismo del 15 de agosto del 2007 (8.0 Mw). / Map showing the regional values according to the Modified Mercalli Intensity Scale for the August 15th, 2007 earthquake (8.0 Mw). 13

16 Deslizamientos Tierra peligrosa Landslides Dangerous Land Arriba: Estación GPS en la represa de Tablachaca. Este es uno de los lugares donde el monitoreo del movimiento de la tierra es crucial para alertar sobre posibles deslizamientos de alto impacto económico y social. Top: GPS station at Tablachaca dam. This is one of the locations where land surveillance is crucial to provide warning of potential landslides of high economic and social impact. Los aludes y deslizamientos se encuentran entre las mayores amenazas geofísicas que se ciernen sobre el Perú. Por lo tanto, una de las tareas más importantes del IGP es evaluar el peligro de avalanchas y deslizamientos en las zonas de mayor riesgo. Las condiciones que contribuyen a la ocurrencia de estos eventos son la topografía, la geología y las condiciones climáticas. Es posible delimitar las zonas del país donde se presentan con mayor frecuencia e intensidad, en base a las condiciones específicas de los suelos, pendientes, cobertura vegetal y a la acción del hombre. En el país han ocurrido deslizamientos de tierras que han dañado severamente la infraestructura nacional. Este es el caso de los deslizamientos que afectaron la seguridad física de la represa de Tablachaca, componente principal del Complejo Hidroeléctrico del Mantaro, y del deslizamiento de la quebrada Aobamba que represó el río Vilcanota (Cusco) e inundó la represa de Machu Picchu. Recordemos también el deslizamiento de Mayunmarca, que represó el río Mantaro e inundó varios poblados aledaños. Desde 1996 el IGP viene desarrollando una metodología de evaluación de los peligros geológicos, cuyo resultado es un mapa de susceptibilidad a deslizamientos que están referidos a una determinada cuenca o subcuenca. Destacan las cuencas de Chontabamba (Oxapampa), Utcubamba (Bagua), río Mariño (Abancay) y río Toro (Ayacucho), entre otras. Actualmente se ha puesto énfasis en dos cuencas de la región Arequipa: Colca y Cotahuasi. Además de la obtención de los mapas de susceptibilidad a deslizamientos se está realizando un monitoreo geodésico de los deslizamientos activos en el valle del Colca (Maca, Lari y Madrigal) donde existen poblados asentados en terrenos deslizables. 14

17 m 200,000 m 205,000 m Susceptibilidad muy alta a deslizamientos. Susceptibilidad alta a deslizamientos. Susceptibilidad moderada a deslizamientos. Susceptibilidad baja a deslizamientos. Hidrológico Litológico Pendientes Morfológico Izq: Estudios en el valle del Colca (Lari, Maca y Madrigal). Después de analizar varios mapas e información relevante se desarrolla un mapa combinado que señala la probabilidad de que ocurran deslizamientos en un área determinada, de tal manera que las autoridades puedan tomar decisiones para prevenir pérdidas humanas. Left: Colca Valley (Lari, Maca and Madrigal). After analyzing several maps and relevant data, a composite map indicating the probability of landslides for a given area is produced. This enables authorities to make decisions that prevent loss of human life. Glaciares y relaves Glaciers and mining wastes El desastre natural que mayor cantidad de muertos ha causado en la historia del Perú es el terremoto de 1970, que afectó principalmente la sierra de Ancash, al norte de Lima. De las 70,000 víctimas fatales, 20,000 perecieron sepultadas por un alud de grandes proporciones que arrasó con la ciudad de Yungay, en el Callejón de Huaylas. Los aludes y deslizamientos se encuentran entre las mayores amenazas geofísicas que se ciernen sobre el Perú. Por lo tanto, una de las tareas más importantes del IGP es evaluar el peligro de avalanchas y deslizamientos en las zonas de mayor riesgo. Las zonas de riesgo se pueden dividir en dos grupos. El primero, que ya se mencionó, está asociado a la estabilidad de los glaciares sobre la cota de las nieves perpetuas (5,400 msnm). El segundo grupo tiene que ver con la minería, una de las actividades económicas más importantes del país. Las minas producen desechos húmedos (cuasisólidos), llamados relaves, que se acumulan en grandes pozas. En el caso de la mina San Juan, en el cerro de Tamboraque, estos relaves se encuentran en una zona elevada e inestable sobre el valle del río Rímac. Un sismo podría provocar un deslizamiento de grandes proporciones. El estudio de los relaves de Tamboraque ha determinado que, de producirse un deslizamiento, éste podría represar el Rímac, principal fuente de agua de la ciudad de Lima. Tamboraque es un caso quizás el más urgente de un centenar de depósitos de relaves que amenazan a distintos valles y poblaciones del país. El IGP está abocado a identificar la estabilidad de los glaciares y taludes, tanto de origen natural como de aquellos creados por la acción del hombre, ya sea en la minería o en otras actividades. De esta manera, el IGP contribuye a formular propuestas para eliminar el peligro, cuando es posible, o mitigar las consecuencias de los desprendimientos y avalanchas que podrían provocar futuros sismos. Yungay, después de ser devastada por el aluvión generado por el terremoto del 31 de mayo de De las 70,000 víctimas fatales, 20,000 perecieron sepultadas por un alud de grandes proporciones que arrasó con la ciudad. Los desastres naturales nos han producido muchas más muertes y pérdidas materiales que todas las guerras en las que hemos estado involucrados. Yungay, after its destruction by avalanche triggered by the earthquake of May 31, Of the 70,000 fatalities, 20,000 perished under the torrent of snow and ice that buried the town. Natural disasters have been more deadly and destructive than all the wars in Peru s history. 15

18 Vulcanología Montañas vivas Vulcanology Live Mountains Foto: DESCO El volcán Misti (5,822 msnm), Arequipa, Perú. Su belleza sólo se compara con su potencial destructivo. Misti Volcano (5,822 masl), Arequipa, Peru. Its beauty is matched only by its destructive potential. 16

19 La vigilancia de la actividad volcánica en el sur del país es una de las tareas más importantes del IGP. Esta consiste en observar y documentar las manifestaciones físicas, químicas, geológicas y petrológicas de los volcanes activos y hacer una proyección de su posible evolución a futuro. Se estudian principalmente los volcanes Misti, Ubinas y Ticsani. El Misti merece especial atención por estar situado muy cerca a la ciudad de Arequipa, cuyo millón de habitantes podría sufrir los efectos de una erupción. Monitoring volcanism in southern Peru is one of IGP s most important tasks. Assessing the physical, chemical, geological and petrological evidence on active volcanoes allows scientists to forecast their development. Three volcanoes get the most attention: Misti, Ubinas and Ticsani. In the case of Misti, the volcano sits above a city of a million inhabitants which could be affected by a future eruption. 17

20 Arriba: Mapa de peligro volcánico del Misti, señalando los potenciales lugares del flujo magmático. Este mapa permite una mejor planificación para la expansión urbana de la ciudad de Arequipa. Abajo: Ubicación de estaciones sísmicas en el volcán Misti, la retransmisora Chachani y el Observatorio Vulcanológico IGP en Cayma. Top: Misti volcanic hazard map showing potential areas of lava flow. This map is important for planning urban expansion in Arequipa. Bottom: Location of seismic stations to monitor the Misti Volcano, indicating the telemetric stations of Chachani and the Vulcanological IGP Observatory of Cayma. La reactivación de los volcanes involucra períodos de cientos de años y aún no es posible estimar cuando un volcán iniciará su siguiente fase de actividad. Los científicos le toman el pulso a los principales volcanes activos usando sensores sísmicos de alta resolución que, gracias a una red especial de telecomunicaciones digitales, lleva la información a los laboratorios del IGP en Arequipa y Lima. Esta información es analizada en tiempo real para tomar decisiones en caso de que la actividad registrada permita inferir la ocurrencia de erupciones significativas. De manera complementaria se realizan estudios de tomografía sísmica para determinar la estructura de la zona volcánica y estimar la ubicación y volumen de la cámara magmática del volcán. Mapa Estación Misti El Misti El volcán Misti viene siendo estudiado desde su pequeña crisis en 1990 pues constituye un peligro latente para la ciudad de Arequipa distante a menos de 13 km de su imponente cráter. En el año 2005, gracias a un trabajo conjunto entre el Instituto Geofísico del Perú (IGP) y el Institut de Recherche pour le Développement (IRD) de Francia, se instaló la primera red de vigilancia sísmica permanente compuesta de cinco estaciones sísmicas radio-telemétricas sobre el cono del Misti. En esta nueva etapa de estudios, además del apoyo inicial del IRD, el proyecto recibió apoyo de la empresa privada local EGASA. El análisis de los registros sísmicos de esta red muestra la ocurrencia de eventos tipo VT (volcanotectónico) y LP (de periodo largo). Esta sismicidad es débil, se circunscribe a las inmediaciones superiores del cono y está asociada a la movilización de vapor de agua, magma y gases volcánicos en las proximidades de la chimenea y cráter. El despertar del Ubinas El Ubinas, considerado el volcán más activo del Perú de los últimos 500 años, inició su proceso eruptivo número 24 el 25 de marzo del A los pocos días de iniciada la actividad volcánica (fumarolas, cenizas, explosiones, sismicidad, deformación), científicos e ingenieros del IGP se trasladaron al volcán con sismómetros de alta sensibilidad, sistemas de Posicionamiento 18

21 Global por Satélites (GPS) y estaciones de Medición Electrónica de Distancia (EDM) con la misión de colectar todo signo de actividad emitido por el volcán. Las fumarolas, primer signo visual de actividad, son emisiones de gas producidas por la liberación de volátiles durante el ascenso del magma a lo largo de fracturas y/o ductos volcánicos. Estas emisiones, que algunas veces llevan densas cenizas, se elevan en columnas, plumas volcánicas, que pueden alcanzar desde centenares de metros hasta kilómetros de altura. Esta altura es proporcional a la energía liberada y asociada al grado de actividad o cambio de presión interna por lo que su registro es importante. Se acondicionó una cámara CCD, lentes ópticos y software para registrar, mediante secuencia de fotografías digitales, el comportamiento dinámico de las fumarolas y plumas volcánicas, incluyendo explosiones nocturnas con emisiones de fragmentos de lava candentes. El dispositivo óptico fue instalado en la Minera Inkabor localizada a 24 km de distancia del volcán. Paralelamente, con apoyo de la Municipalidad distrital de Ubinas se construyó en el flanco oeste del volcán la primera estación sísmica de telemetría analógica. La información sísmica detectada se enviaba a la Oficina de IGP-Arequipa vía una retransmisora ubicada en el nevado Chachani. De esta manera, el 25 de mayo del 2006, se dio inicio a la vigilancia en tiempo real del volcán Ubinas. En el mes de agosto se instalaron tres estaciones adicionales sobre el mismo enlace retransmisor. Un año después, la red del Ubinas fue modernizada con equipos digitales de última generación y sismómetros de banda ancha e inclinómetros. La actividad del Ubinas estuvo caracterizada por períodos alternos de reposo y fuertes emisiones de gas y cenizas acompañadas, en algunos casos, por actividad explosiva. La máxima actividad se presentó en agosto del 2006 y desde entonces ha venido disminuyendo paulatinamente. Arriba: Afloramiento de magma en el cráter del volcán Ubinas, visto durante la crisis volcánica del Abajo: Cumbre del volcán Ticsani (5,408 msnm). Top: Lava rising from Ubinas crater, observed during the volcanic crisis of Bottom: Peak of the Ticsani volcano (5,408 msl). 19

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23 Sismología y Geodesia Espacial en volcanes El proceso eruptivo de los volcanes se origina en su cámara magmática ubicada a profundidades variables, comúnmente entre 4-10 km, respecto de la cima. Aquí, el magma ascendente del interior de la Tierra se acumula, presiona y luego sube por la chimenea hasta alcanzar la superficie liberando gases cuyo volumen se expande varios órdenes de magnitud, causando incremento de presión y movimiento de fluidos en diversas zonas al interior del edificio volcánico. Los esfuerzos asociados a estos movimientos causan fracturas en las rocas (generando sismos volcano-tectónicos ) así como resonancia en los ductos o cavidades por donde transitan los fluidos (generando sismos LP). El proceso de incremento de presión a nivel de la cámara magmática así como el ascenso de masas (magma) hacia la zona exterior o cráter, produce desplazamientos horizontales y verticales que pueden ser medidos usando las técnicas de geodesia espacial (GPS e INSAR). En septiembre del 2005, una secuencia de pequeños sismos alteraron la tranquilidad de los poblados de Calacoa, Carumas y Chojata (entre otros) quienes asociaron dicha actividad al inicio de un proceso eruptivo del volcán Ticsani. El IGP respondió instalando una red sísmica que determinó que la actividad tenía su origen en una falla geológica cercana al flanco norte del volcán. Para descartar la actividad inflacionaria de la cámara magmática se instalaron cuatro monumentos geodésicos que fueron complementados con mediciones de distancia electrónicos (EDM) y observaciones gravimétricas. Este estudio continua hasta la fecha. Utilizando la técnica GPS de geodesia espacial se observó que la actividad del volcán Ubinas mostró un leve proceso de dilatación entre Marzo y Julio del Es fácil olvidar que los volcanes son en realidad gigantes de un enorme poder destructivo que duermen solamente para despertar con violencia. Es cierto que no podemos evitar que un volcán erupcione, pero podemos tomar acciones preventivas si somos capaces de detectar los primeros signos indicadores de un despertar inminente. El IGP tiene el compromiso de ser el ente que vele por ello, pero este monitoreo necesita ser potenciado a nivel tecnológico y logístico para asegurar que quienes duerman con tranquilidad sean nuestros compatriotas que viven a la sombra de un gigante geológico. Mapa Estación Ubinas Estaciones Sísmicas Temporales (IRD) Estación Telemétrica (IGP) Estación Reflex (IGP) Página opuesta: Volcán Ubinas (5,672 msnm). Izquierda: Estación E2 de la Red sísmica-telemétrica del volcán Misti. La estación está situada sobre el flanco sur del volcán, a una altitud de 5,200 msnm. Derecha: Personal del IGP instalando un registrador sísmico digital portátil en la caldera del Ubinas, a unos 60 m del cráter. Abajo: Ubicación de los sismógrafos digitales de alta sensibilidad instalados en el volcán Ubinas. Mediante telemetría digital la información de esta red es enviada al Observatorio Vulcanológico del IGP, para toma de decisiones y alerta volcánica. Opposite page: Ubinas volcano (5,672 msl). Top Left: E2 Station from Misti s seismic-telemetric network. The station is located on the South face of the volcano (5200 msl). Right: IGP field personnel installing a portable digital seismic recorder 60 m from the Ubinas crater. Bottom: Location of high sensitivity digital seismographs installed on Ubinas volcano. By means of digital telemetry, information is transmitted to IGP s Volcano Observatory for decision making and volcanic alerts. 21

24 Variabilidad climática Cambio constante Climate Variability Constant Change Uno de los aspectos más resaltantes del sistema climático es su variabilidad. Esta ocurre en distintas escalas, desde sucesos breves y localizados, como tormentas eléctricas o heladas, hasta eventos de gran alcance y duración, como el Fenómeno El Niño y el Cambio Climático. One of the most important characteristics of the climate system is its variability, which occurs at different scales, from short and localized events, such as thunderstorms or freezes, to events of great scope and duration, such as El Niño and Climate Change. 22

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26 Cambios en la temperatura promedio del aire en grados centígrados, según los escenarios B1 (arriba), A1B (medio) y A2 (abajo) en tres diferentes periodos: (izquierda), (medio) y (derecha) basados en el promedio de múltiples modelos climáticos. Las anomalías son relativas a la media del periodo (Fuente: Panel Intergubernamental del Cambio Climático, 2007). Nótese que la magnitud del calentamiento depende fuertemente de la posición geográfica. Sin embargo, estos modelos no tienen suficiente resolución para representar adecuadamente la geografía del Perú y los detalles del cambio climático asociados. Average surface air temperature change, in degrees Celsius, depending on scenarios B1 (top), A1B (middle) and A2 (bottom) for three different time ranges: (left), (middle) and (right) according to an average of multiple climate models. Anomalies are relative to the mean of the period (Source: Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007). Note that the warming magnitude depends strongly on geographic location. However, these models do not have enough resolution to adequately represent the Peruvian geography and its associated climate changes. Abajo: El Niño produce una crisis en la cadena alimenticia del mar peruano. Bottom: El Niño disrupts the food chain in Peru s coastal waters. El clima es el conjunto de las condiciones atmosféricas típicas de una región. Por ejemplo, se puede decir que en el Cusco hay una alta probabilidad de que llueva en enero. Por otro lado, el tiempo corresponde a las condiciones de un día particular. La pregunta: Lloverá en el Cusco el próximo 8 de enero? se refiere al tiempo. La predicción del tiempo es un problema complejo y difícil. Debido a lo vigoroso y voluble de la circulación de la atmósfera, existe un límite a la anticipación con la que se pueden hacer pronósticos del tiempo, que en el mejor de los casos es de hasta una semana o dos. El clima, por otro lado, responde a factores que varían bastante más lentamente, como la formación de las cadenas montañosas, la órbita de la Tierra o la forma de los continentes. Estos factores no determinan en modo absoluto el estado de la atmósfera, pero sí afectan las probabilidades de que un estado específico ocurra. Por ende, la predicción del clima es de una naturaleza distinta a la del tiempo. Hay pronósticos del clima que pueden parecer triviales, como que el verano será más cálido que el invierno, pero que reflejan la profunda diferencia entre las variaciones forzadas (en este caso, asociadas a la inclinación del eje de rotación de la Tierra) y las espontáneas, como las asociadas al tiempo. Un caso de variación climática forzada, de mucho interés en la actualidad, es el cambio climático futuro, asociado a los gases invernadero emitidos por la humanidad, los cuales con certeza producirán un calentamiento del planeta. Sin embargo, la magnitud precisa de este calentamiento y de otros cambios que se producirán a escalas regionales (por ejemplo, departamentos, cuencas hidrográficas, valles) son aspectos sutiles y muy difíciles de determinar. Por otro lado, existen variaciones climáticas como 24

27 Condiciones Normales o Promedio del mar en el Pacífico Ecuatorial Central (más rojo: más caliente, más verde: más frío). Los vientos alisios (oeste-este) acumulan el agua caliente de la franja ecuatorial en la costa de Asia. / Normal Conditions of the Central Equatorial Pacific (Red: warmer temperatures; Green: cooler temperatures). Trade winds (west-east) gather warm water from the equatorial Asian coast. Condiciones durante El Niño en el Pacífico Ecuatorial. Los vientos cambian de dirección y el agua caliente regresa a América. Un Niño intenso produce, entre otras cosas, lluvias torrenciales en la costa norte del Perú. / Equatorial Pacific under El Niño conditions. Winds shift direction and warm water returns to America. El Niño can create torrential rainstorms on the northern coast of Peru among other effects. el fenómeno de El Niño, que involucran a la interacción entre la atmósfera y el océano, en las cuales la inercia o memoria del océano impone al sistema climático y, en particular a la atmósfera, sus largas escalas de tiempo y permite la predictibilidad hasta con varios meses de anticipación. El IGP es una institución líder en la investigación científica de la variabilidad climática y actualmente se concentra en dos temas fundamentales para el Perú: los mecanismos del fenómeno de El Niño y la evaluación del cambio climático en el Perú y su impacto sobre la sociedad. El Niño: lecciones aprendidas Desde tiempos de la Colonia, los pescadores de Paita, en el norte del Perú, notaron que en años atípicos una corriente cálida procedente del Golfo de Guayaquil traía regalos a esta región: recursos marinos de aguas tropicales y lluvias que reverdecían la costa, normalmente desértica. Como el calentamiento del mar se iniciaba poco antes de Navidad, se asoció este fenómeno a la llegada del Niño Jesús, lo cual dio origen al nombre El Niño. En los últimos 40 años, El Niño ha sido objeto de estudios científicos que lo han situado en el contexto de un fenómeno climático de escala y consecuencias globales, denominado El Niño/Oscilación Sur (ENSO por sus siglas en inglés), que depende de la interacción entre la atmósfera y el océano. El Niño puede alcanzar distintas magnitudes. En tuvo una intensidad extraordinaria, sin precedentes en la historia escrita de la región (más de 450 años), lo cual causó lluvias torrenciales en la normalmente desértica costa norte del Perú (en Piura, llovió 40 veces más que el promedio), con efectos catastróficos. En , tan solo 15 años después, y contra toda expectativa, ocurrió otro fenómeno de El Niño de magnitud extraordinaria. Sin embargo, para este segundo evento, el avance del conocimiento científico hizo posible contar con pronósticos que permitieron reducir las consecuencias negativas en la población, y demostró la utilidad y necesidad de impulsar la investigación científica en este tema. En este contexto, el IGP, conjuntamente con la Dirección de Hidrografía y Navegación de la Marina (DHN) tomaron el liderazgo y propusieron al Banco Mundial un proyecto para mejorar la capacidad del Perú de pronosticar El Niño. A esta iniciativa se unieron otras instituciones estatales (SENAMHI, IMARPE). A raíz de este proyecto, las instituciones participantes comenzaron a utilizar el modelamiento numérico de la atmósfera y del océano, una nueva disciplina en cuya aplicación el IGP fue pionero. Esta es una formidable Arriba, derecha: El Niño de 1998 afectó el norte del país interrumpiendo el tránsito en diversas carreteras de la zona. Tumbes también sufrió graves daños en Top Right: El Niño critically affected transportation along the northern coast of Peru in In 1983, Tumbes suffered severe effects. 25