Paleosismos y Espeleotemas: El Registro Espeleológico de Terremotos

Paleosismos y Espeleotemas: El Registro Espeleológico de Terremotos L.F. MOLERIO-LEÓN1 2 E.J. BALADO PIEDRA 3 L. NÚÑEZ HAUGH ANTECEDENTES La necesidad de prolongar los registros sísmicos en zonas donde los intervalos de recurrencia son largos y exceden el período cubierto por los registros instrumentales e históricos de estos eventos resultan fundamentales para garantizar la prevención y la gestión adecuada de los riesgos de ahí que, en los últimos años, diferentes centros de investigación hayan promovido las investigaciones paleosismológicas como aproximación a la solución de ese problema. Los resultados de las investigaciones sobre las evidencias de sismos marcados en el registro geológico han resultado exitosas en diferentes áreas del mundo, complementando los registros instrumentales e históricos de terremotos con eventos prehistóricos. Estos resultados se han basado en estudios tectónicos y en una cierta variedad de archivos geológicos que contienen evidencias de actividad sísmica, como la deformación de sedimentos lacustres, lentes de arena en sedimentos acumulativos de inundaciones, inestabilidad de pendientes, travertinos, deformación de terrazas y clastificación y colapso de espeleotemas en cavernas. Las espeleotemas, tanto fracturadas como las que están sanas, se han tomado como evidencias de antiguos sismos y se consideran señales de terremotos que ocurrieron en pasadas épocas geológicas. Trascienden así los registros instrumentales e históricos y eventualmente permiten contribuir a reconstruir la historia de la sismicidad de una región dada. El modelo teórico en principio es muy simple: las formaciones fracturadas y/o desplazadas son consecuencia de eventos sísmicos pasados, en tanto aquellas que están sanas prueban que sismos de una magnitud determinada no han ocurrido en la región. Entre ambos extremos hay un espectro bastante amplio de posibilidades, ya que el agrietamiento, colapso, desplazamiento, recristalización y resoldamiento de espeleotemas, así como la clastificación, subsidencia de pisos, recrecimiento de espeleotemas y reexcavación de galerías no necesariamente están siempre vinculadas con eventos sísmicos, sino que pueden deberse a otras causas: desde deformación de las estructuras cristalinas de las propias concreciones hasta la fatiga de los materiales pasando, como lamentable práctica, por la ruptura deliberada de visitantes a las cuevas. Desde principios de la década de 1990 comenzamos a sistematizar las observaciones que, desde mediados de los años 70, nuestro grupo de trabajo en el desaparecido Centro de Hidrología y Calidad de las Aguas del Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos había comenzado a realizar en varias cuevas cubanas (Molerio, 1990; Molerio et al., 1990a, 1990b). La presencia de un número importante de espeleotemas -particularmente estalactitas y estalagmitas- fracturadas, colapsadas, desplazadas y desprendidas de su base provee de señales especialmente significativas que pueden contribuir a sustentar eficazmente los registros no instrumentales ni históricos de movimientos sísmicos en el área. Los primeros resultados de estos estudios, obtenidos en la Cueva de La Incógnita

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Miembro Ordinario y Ex Vicepresidente Primero de la Sociedad Espeleológica de Cuba. Especialista Principal de Proyectos e Ingeniería, INVERSIONES GAMMA, S.A. E-mail: [email protected]; [email protected] 2 Miembro Ordinario de la sociedad Espeleológica de Cuba. Especialista Ambiental, INVERSIONES GAMMA, S.A. E-mail: [email protected] 3 Diplomante en Ingeniería Geofísica. Facultad de Construcciones, CUJAE. E-mail: [email protected] Página 1 de 3

del Sistema de la Gran Caverna de Santo Tomás, Pinar del Río, Cuba, entre 19924 y 1994 fueron presentados, en 1995, al Congreso Internacional LV Aniversario de la Sociedad Espeleológica de Cuba (Molerio, 1995). En el año 2012 investigadores de diversas instituciones científicas relacionadas con las Geociencias lideradas por el Centro Nacional de Investigaciones Sismológicas de Cuba (CENAIS), se unieron en el empeño de buscar las huellas de la historia sismológica no escrita en nuestro archipiélago. En el pasado VIII Congreso Cubano de Geofísica (realizado en la Convención de Ciencias de la Tierra 2015) Cuevas y sus colaboradores (Cuevas et al., 2015) evaluaron, con fines paleosismológicos, evidencias geofísicas en la Falla Pinar, al oeste del país. En Cuba, sin embargo, faltan estudios sobre los indicadores de paleosismicidad derivados de espeleotemas fracturadas en cavernas. SOLUCIÓN DEL PROBLEMA DIRECTO Y DEL PROBLEMA INVERSO La paleosismología ya se ha convertido en una herramienta indispensable en el cálculo del riesgo sísmico. Conocer el riesgo sísmico y sus efectos inducidos es esencial en la ordenación del territorio. Aunque la mayor actividad sísmica en Cuba se registra en la parte oriental de la isla por su proximidad a la placa tectónica del Caribe, en la región centro-occidental también ocurren eventos de este tipo con cierta frecuencia. En la literatura internacional en los últimos años se han realizado diversos estudios relacionados con la paleosismicidad en sentido general, pero vinculando con los espeleotemas el primero reportado fue un trabajo de Becker en el año 1929, en el cual que identificó una relación entre el agrietamiento de espeleotemas y terremotos en la cueva Bing en Alemania y en Han-Sur-Lesse en Bélgica. Conceptualmente, la información que suministran las espeleotemas –fracturadas o no- siempre es útil para la evaluación de la actividad paleosísmica de un territorio fracturadas, debido a que permiten resolver tanto el problema directo como el inverso; es decir: 1. Las espeleotemas colapsadas o fracturadas pueden interpretarse como indicadores de terremotos pasados; es decir, eventos sísmicos en los que la frecuencia del terremoto es mayor que la frecuencia natural de la concreción estalactítica o estalagmítica. Cuando la frecuencia natural de las estalactitas, por ejemplo es mayor que las frecuencias sísmicas, la estructura mantiene su estabilidad e integridad. 2. Las formaciones sanas o no fracturadas son indicadores de que eventos mayores de cierto nivel no han ocurrido, eso significa que las frecuencias naturales de las espeleotemas son mayores que el rango de frecuencias sísmica y no sufren amplificación. 3. Una frecuencia natural mayor que el rango de la excitación sísmica significa que la espeleotema se mueve como un objeto rígido conjuntamente con su basamento. EL PROYECTO PaleoSis-Cuba5 El Proyecto PaleoSis-Cuba, que aquí se presenta, intenta contribuir a llenar el vacío de información paleosísmica derivada del estudio y generalización de las evidencias en las estructuras secundarias de las cavernas. El proyecto retoma los objetivos básicos de las investigaciones llevadas a cabo en polígonos seleccionados del Occidente y Oriente de Cuba en la década del 90 y se orienta a la solución del problema directo e inverso de la asociación espeleotema-sismo mediante mediciones directas en cavernas, ensayos de laboratorio, aplicación de técnicas de fechado radiométrico, desarrollo de software y modelación matemática. El proyecto pretende publicar un monográfico con los resultados de la investigación, a dos años vista y ofrecer sistemáticamente a la comunidad científica y los decisores, mediante publicaciones y conferencias, información rigurosa sobre el tema y los resultados de la investigación. El objetivo general del proyecto es validar indicadores de paleosismicidad derivados de espeleotemas fracturadas para identificar eventos paleosísmicos. Sus objetivos específicos son:  Perfeccionar la metodología de identificación de evidencias paleosísmicas en cavernas.  Contribuir a mejorar los estimados de peligro sísmico para las normativas constructivas, la planificación urbana y la prevención de desastres Al momento se desarrolla un trabajo de documentación en los polígonos Varadero (cuevas de Ambrosio y El Pirata, entre otras) y Sierra de Quemado (particularmente en la Gran Caverna de Santo Tomás) y se está extendiendo hacia la parte alta y media de la cuenca del San Diego (Pinar del Río). INVERSIONES GAMMA, S.A. ha incorporado 4

Con el apoyo, en los trabajos de campo, de Vladimir Otero La participación voluntaria en el proyecto está abierta a todos los interesados contactando con la dirección electrónica: [email protected] 5

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este recurso de investigación en algunos de los proyectos que lleva a cabo el Grupo de Ingeniería de su División Ambiental. Con la Facultad de Ingeniería Civil del Instituto Superior Politécnico “José A. Echeverría” (ISPJAE) la coautora Lisbeth Núñez Haugh está desarrollando su ejercicio de grado en opción al título de Ingeniera Geofísica con el proyecto de tesis: INDICADORES DE PALEOSISMICIDAD DERIVADOS DE ESPELEOTEMAS FRACTURADAS EN CAVERNAS DEL CAMPO GASOPETROLIFERO DE BOCA DE JARUCO, MAYABEQUE, CUBA. REFERENCIAS          

Becker, H.K. (1929): Höhle und Erdbeben:Mit Über Höhlen-u.Karstf (1-4):130-133 Becker, A., M- Ferry, K. Monecke, M. Schullmann, D. Giardini (2005): Multiarchive paleoseismic record of Late Pleistocene and Holocene strong earthquakes in Switzerland. Tectonophysics 400:153-177 Cuevas J. L, et al. (2015): Evidencias geofísicas en la determinación de la falla Pinar, Cuba, con fines paleosismológicos. Convención de Ciencias de la Tierra 2015 Lacave, C., A. Levret, M. Koller (2000): Measurements of natural frequency and damping of speleothems. 12WCEE, 2118 Michetti, A.M., F.A. Audenard M., S. Marco (2005): Future trends in paleoseismology: Integrated study of the seismic landscape as a vital tool in seismic hazard analyses. Tectonophysics 408:3-21 Molerio León, L.F. (1990): CLEO. Presentación de un Algoritmo para el Cálculo de la Estabilidad de las Cavernas. Resumen. Congr. 50 Aniv.Soc.Espel. Cuba, La Habana: 89 Molerio León, L. F.; E. Fariñas Padrón & O. Azcue Manso (1990a): Procesos Termodinámicos en la Cueva de La Virgen, Ciudad de La Habana, Cuba. Resumen. Congr. 50 Aniv.Soc.Espel. Cuba, La Habana: 53 Molerio León, L.F.;M. Hernández Moret; O. Velázquez Sánchez; M. Guerra Oliva & M. Labrada Cortés (1990b): Estudio Experimental de Resistencia a Cargas Dinámicas en la Bóveda de una Caverna. Resumen. Congr. 50 Aniv.Soc.Espel. Cuba, La Habana: 88 Molerio León, Leslie F. (1995): Distribución del Campo de Tensiones en Espeleotemas Colapsadas de la Cueva de La Incógnita, Gran Caverna de Santo Tomás, Pinar del Río, Cuba. Resumen. Congr. Internac. LV Aniv. Soc. Espel. Cuba y Primera Reunión Iberoamericana, La Habana,:34-35 Sebela, S. (2008): Broken speleothems as indicators of tectonic movements. Acta Carsologica 37/1:51-62, Postojna

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