Ciclo sísmico anómalo en la Isla Mocha (38,3ºS

Ciclo sísmico anómalo en la Isla Mocha (38,3ºS-38,4ºS)
Jorge Quezada*, Edilia Jaque, Alfonso Fernández, Arturo Belmonte, Carolina Martínez
Universidad de Concepción, Casilla 160-C, Concepción, Chile
*E-mail: jquezad@udec.cl
Resumen. La Isla Mocha, relieve cercano a la fosa, tuvo
movimientos verticales anómalos durante el último ciclo de
subducción permaneciendo el alzamiento cosísmico de
1960 hasta la ocurrencia del terremoto de 2010, donde
tuvo un alzamiento menor al de Tirúa en el litoral
continental. Posteriormente ocurrieron fuertes réplicas
siendo la mayor de ellas Mw=7,1 el 2 de enero de 2011
que provocó un nuevo alzamiento en la Isla Mocha
duplicando al de 2010. Tales anomalías se explican por la
existencia de una fuerte aspereza sísmica en la parte
superior del contacto interplaca, de modo que la
convergencia interplaca se acomodó a través de una falla
inversa cortical tipo splay fault cuya traza se localiza entre
Tirúa y la Isla Mocha y el movimiento cosísmico principal
durante el terremoto de 2010 ocurrió en esa falla debido a
la persistencia de la aspereza, que fue removida finalmente
durante el evento Mw=7,1 del 2 de enero de 2011.
relativo del nivel del mar en la Península de Arauco e Isla
Santa María y una estabilidad en la Isla Mocha. En efecto,
en las localidades de Tubul, Llico y Punta Lavapié situadas
al norte de la Península de Arauco, el aumento del nivel de
mar en las décadas previas al terremoto de 2010 obligó a
construir enrocados y muros de protección ya que el mar
estaba inundando las casas más próximas al litoral. Del
mismo modo, los pescadores de Caleta Hernández de la
Isla Santa María debieron guardar sus botes en la base del
acantilado debido a la inundación de la plataforma de
abrasión marina. En Lebu, el alzamiento cosísmico de 1,21,3 m debido al terremoto de Concepción Mw=8,3 del 21
de mayo de 1960, provocó el desecamiento del río Lebu.
En las décadas previas a 2010, el río Lebu fue nuevamente
navegable y se debió construir un muro de protección en la
costanera debido al fortalecimiento de la abrasión marina.
En la Isla Mocha, se realizó un reconocimiento los días 6 y
7 de noviembre de 2009 por la planicie holocena
determinándose con GPS su altura máxima: 34 m s.n.m. en
el cerro Los Chinos donde se observó un horizonte de
moluscos holocenos. Bajo la guía del Sr. Mario Hahn, de
larga data en la isla, se recorrió el litoral oriental señalando
el alzamiento cosísmico asociado a los movimientos
cosísmicos Mw=9,5 de 1960 determinándose 1,5m. Este
alzamiento cosísmico se evidencia por la emersión de la
plataforma de abrasión marina formando un nuevo escalón.
Este alzamiento permitió la construcción de un camino
litoral que circunvala la isla. Poco antes de la ocurrencia
del terremoto de 1960, se iba a construir un muelle de
desembarco y su construcción comenzó después del
terremoto y no se tuvo en cuenta el alzamiento cosísmico
quedando el muelle en seco e inútil. Durante la visita a la
isla en noviembre de 2009, se pudo comprobar ese hecho.
Palabras Claves: Mocha, Vertical, Anómalo, Falla
1 Introducción
La Isla Mocha se localiza 70 km al sur de la Península de
Arauco entre 38,3ºS-38,4ºS a sólo 80 km de la fosa y a 30
km del litoral continental en Tirúa (Fig. 1).
Morfológicamente, está conformada por un relieve central
rodeado por una planicie holocena constituida por
escalones de altura cercana a 1 m. La cota de la planicie
holocena supera los 30 m s.n.m. Esta isla fue afectada por
los terremotos de 1835 Mw>8; 1960 Mw=9,5 y 2010
Mw=8,8 experimentando un importante alzamiento
cosísmico durante estos eventos. En este trabajo se
analizan los resultados de tres campañas de terreno en las
Islas Mocha, Santa María y Península de Arauco antes del
terremoto de 2010, después de este evento y después de la
réplica Mw=7,1 del 2 de enero de 2011 con epicentro
cercano a la Isla Mocha para determinar las variaciones
verticales del terreno. Se reconocieron anomalías notables
en los movimientos verticales antes, durante y después del
terremoto de 2010 en la Isla Mocha que no se explican por
un ciclo sísmico normal y son analizados en este trabajo.
2.2 Campaña post terremoto 2010
Luego de la ocurrencia del terremoto del 27 de febrero de
2010, se realizaron varias campañas de terreno entre marzo
y mayo de 2010 en el litoral entre Cartagena y la Isla
Mocha (33,5ºS-38,4ºS) determinándose los cambios
verticales del terreno midiendo el espesor de la biota
intermareal muerta en caso de alzamientos, y el espesor de
algas nuevas en caso de subsidencia (Quezada et al.,
2010). Destaca el alzamiento ~2 m en el borde occidental
de la Península de Arauco y la Isla Santa María (Fig. 1)
reconociéndose además la reactivación de una falla normal
en la parte norte de la Isla Santa María de orientación NESW que provocó un sistema de grietas abiertas, en otros
casos escarpes submétricos y la apertura de
discontinuidades preexistentes menores de orientación
2 Campañas de terreno
2.1 Campaña pre terremoto 2010
Entre los años 2007 y 2009 se realizaron campañas de
terreno en las islas Mocha, Santa María y Península de
Arauco destinadas a medir la cota máxima de la planicie
holocena. Se tomaron testimonios de lugareños sobre los
cambios del nivel del mar. Se pudo determinar un aumento
114
variable en roca dura. El alzamiento cosísmico decreció
progresivamente hacia el E alcanzando 1,4 m en Tubul en
la parte central del extremo norte de la Península de
Arauco y 40-60 cm en todo el borde oriental del Golfo de
Arauco entre la desembocadura del río Biobío y Laraquete.
Por el sur, Quidico (38,2ºS) y Tirúa (38,3ºS) fueron
visitados el día 27 de abril de 2010 determinándose 60 cm
de alzamiento en ambas localidades. El alzamiento en
Tirúa provocó el desecamiento parcial del río homónimo y
las variaciones del nivel del agua en equilibrio con el nivel
del mar, se reconocieron en la base de los pilotes del
Puente Tirúa (Fig. 2). La Isla Mocha se visitó el 27 de
mayo de 2010 reconociéndose un alzamiento de 25 cm
registrado en un muro situado a un costado del muelle
nuevo donde se distingue nítidamente la marea alta sin
perturbaciones de olas (Fig. 2).
además de otra biota intermareal muerta recientemente. En
Tirúa, el nivel del agua subió ~ 15 cm (Fig. 2) siendo
notorio el aumento del caudal y en Quidico no se
percibieron cambios. Según testimonios de lugareños, la
réplica Mw=7,1 del 2 de enero de 2011 generó un tsunami
reducido generando un flujo desde el mar que penetró
aguas arriba por el río Tirúa sin provocar daños.
Figura 2. Superior: Isla Mocha, izquierda: 27-5-2010, derecha
20-1-2011. Los cambios del nivel del mar pre 2010, post 2010 y
post 2011 son notorios. Abajo Tirúa. Izquierda 27-4-2010,
derecha 20-1-2011. El aumento del nivel del agua en 2011 es
notorio. Fotografías tomadas en marea baja.
3 Discusión y conclusión
Los movimientos intersísmicos y cosísmicos de la
Península de Arauco e Isla Santa María siguen un patrón
correspondiente a un ciclo sísmico de subducción normal
con subsidencia intersísmica y alzamiento cosísmico
decreciente de fosa a arco. Por el contrario, la Isla Mocha
presenta anomalías notables. El alzamiento cosísmico de
1960 permaneció hasta el terremoto de 2010. Otros datos
corroboran nuestras observaciones. Nelson y Manley
(1992) incluso señalan un alzamiento intersísmico y los
datos GPS de Moreno et al. (2011) en la década previa al
terremoto de 2010 señalan una subsidencia de sólo 1,07
mm/a en la Isla Mocha que contrasta con la subsidencia de
20,08mm/a en Lebu situado en la parte SW de la Península
de Arauco. Ambas localidades son cercanas a la fosa y es
esperable una magnitud elevada de subsidencia
intersísmica como ocurre en Lebu. Durante el terremoto
del 27 de febrero de 2010, el alzamiento cosísmico de la
Isla Mocha fue menor que en Tirúa lo cual es también
anómalo y en los meses siguientes, esa zona fue afectada
por grandes réplicas destacando Mw=6,3 el 3 de mayo de
2010, Mw=6,6 el 14 de julio de 2010 y Mw=7,1 el 2 de
enero de 2011 siendo esta última la réplica de mayor
magnitud del terremoto de 2010. El epicentro de este
evento ha sido localizado erróneamente tanto por el NEIC
(National Earthquake Information Center) como por el
SSN-DGF (Servicio Sismológico Nacional, Universidad de
Chile). En efecto, el mecanismo focal es inverso y el SSNDGF lo localizó al W de la fosa, mientras que el NEIC lo
localizó en el continente al sur del lago Lleulleu. El
epicentro debió estar en una posición intermedia cerca de
la Isla Mocha ya que allí el sismo comenzó con un ruido
Figura 1. Procesos de ruptura asociados al terremoto de 2010 y
sus réplicas. Se indican las fallas corticales de Pichilemu y
Mocha-Tirúa. Las curvas indican alzamiento cosísmico 2010 en
metros.
2.3 Campaña post réplica mayor Mw=7,1
Considerando nuestra experiencia previa en Pichilemu
(34,4ºS) en que el alzamiento cosísmico del 27 de Febrero
de 2010 fue superado por la subsidencia debido a la
reactivación de una falla normal de orientación NW-SE y
manteo al sur debido al Terremoto de Pichilemu Mw=6,9
del 11 de marzo de 2010 (Quezada et al., 2010, Fig. 1), se
realizó una nueva campaña de terreno en el área de TirúaIsla Mocha luego del evento Mw=7,1 del 2 de enero de
2011. Este reconocimiento se efectuó el 20 de enero de
2011 a los mismos lugares de la Isla Mocha, Quidico y
Tirúa visitados en 2010. Se reconoció un nuevo alzamiento
de 50 cm en la Isla Mocha (Fig. 2) y es notoria la mayor
emersión de la plataforma de abrasión marina que la
ocurrida en 2010. Se distinguió una nueva capa de
Lithotamnium blanqueado luego de la réplica Mw=7,1, de
un remanente del Litothamnium blanquado en 2010,
115
sensibles finalizaron en esa zona desde entonces. La
distribución de las réplicas asociadas al evento Mw=7,1
según datos del NEIC y SSN-DGF es entre 38,2º-38,6ºS y
las réplicas más australes del terremoto del 27 de febrero
de 2010 alcanzaron los 38,6ºS de modo que la Falla
Mocha-Tirúa tiene una extensión equivalente a la aspereza
removida durante este evento, es decir, se extiende entre
38,2ºS-38,6ºS (~40 km). El movimiento cosísmico de la
falla de Tirúa-Mocha durante el terremoto de 2010 habría
sido superior a 1m y no se movió durante el evento
Mw=7,1 del 2 de enero de 2011 así como durante el
terremoto Mw=9,5 de 1960 donde la ruptura ocurrió por el
plano de Wadati-Benioff generando mayor alzamiento en
la Isla Mocha con respecto a Tirúa (Fig. 3). Lo anterior
evidencia irregularidades en el contacto sismogénico con
la presencia de asperezas sísmicas que traban de diferente
forma las placas durante sucesivos ciclos sísmicos de
subducción y en algunos, se produce la reactivación de
fallas inversas corticales tipo splay faults que generan un
alzamiento cosísmico e intersísmico adicional. La elevada
cota de la planicie holocena en la Isla Mocha favorece este
hecho.
subterráneo y movimiento vertical (onda P) que no duró
más de 3 segundos, seguido por un brusco movimiento
horizontal (onda S), lo cual corresponde a un evento muy
cercano. Con posterioridad a esta réplica, cesó la actividad
sísmica sensible en la zona cercana a la Isla Mocha.
En síntesis la Isla Mocha presenta anomalías en el ciclo
sísmico ya que además, forma parte de la ruptura del
primer y sexto terremotos a nivel mundial separados sólo
por 50 años. Un ciclo sísmico normal de subducción que
involucra acople interplaca durante el intersísmico y
desacople en el cosísmico no explica por si solo estas
anomalías. Debe existir necesariamente un factor
adicional. En nuestra interpretación, este factor es la
ocurrencia de una falla inversa cortical tipo splay fault de
vergencia al oste, ramificada desde el plano de subducción
como las fallas Hanning Bay y Patton Bay que fueron
reactivadas durante el terremoto Mw=9,2 de Alaska 1964
provocando un alzamiento local adicional (Plafker, (1972).
En efecto, el traslape de rupturas de los terremotos de 1960
y 2010 entre la Península de Arauco y la Isla Mocha y la
subsidencia intersísmica elevada en esta península y la Isla
Santa María, indican una gran acumulación de energía en
poco tiempo que evidencian un fuerte acoplamiento
interplaca en la parte superficial del contacto. Ello indica la
existencia de una fuerte aspereza sísmica. Este
acoplamiento fue extremo en la zona de la Isla Mocha
(38,3º-38,4ºS) de modo que la convergencia interplaca fue
acomodada principalmente por la falla inversa cortical de
vergencia al W que se propagó hacia la superficie pero sin
llegar a ella. La deformación superficial habría sido un
pliegue antiform de propagación de falla inversa que sería
responsable de la permanencia del alzamiento cosísmico
de 1960 en la Isla Mocha. El importante alzamiento
intersísmico 36,86 mm/a en Tirúa detectado con GPS
(Moreno et al., 2011) favorece también esta hipótesis.
Durante el terremoto del 27 de febrero de 2010, la aspereza
situada en la parte superficial del contacto interplaca en la
zona de la Isla Mocha permaneció, actuando además como
barrera sísmica ya que la extensión cosísmica de la Placa
Sudamericana hacia el W fue detenida, provocando una
mayor compresión local. Esta compresión fue acomodada
por la falla inversa cortical, propagándose la ruptura hasta
la superficie llegando al fondo marino entre Tirúa y la Isla
Mocha, cabalgando el bloque de Tirúa por sobre el de la
Isla Mocha (Fig. 3). Esta situación es análoga a las fallas
Hanning Bay y Patton Bay reactivadas durante el
terremoto de Alaska en 1964 (Plafker, 1972). La traza de la
falla inversa cortical debe necesariamente localizarse en el
fondo marino entre Tirúa y la Isla Mocha (Fig. 3) por lo
que se denomina Falla Mocha-Tirúa. Su rumbo debiera ser
paralelo a la fosa ~N10ºE y su manteo mayor al plano de
subducción (>19º). Luego de la ocurrencia del terremoto
de 2010, la presión continuó sobre la aspereza sísmica
situada en la parte superior del contacto interplaca en la
zona de la Isla Mocha con réplicas de gran magnitud, hasta
que esta aspereza fue finalmente removida durante el
evento Mw=7,1 del 2 de enero de 2011 que provocó
nuevos movimientos cosísmicos verticales (Figs 2 y 3). Al
ser removida esta aspereza, la presión cesó y las réplicas
20 cm
1,5 m
IM
25 cm
60cm
T
21/22-5-1960
27-2-2010
Mw=9,5
Mw=8,8
50cm
1960-2009
15cm
2-1-2011
Mw=7,1
Figura 3. Ciclo sísmico en la zona de Isla Mocha-Tirúa. En
rectángulo la aspereza sísmica. Se indica la actividad de la falla
de Mocha-Tirúa y los movimientos verticales. IM: Isla Mocha,
T: Tirúa.
Referencias
Moreno, M.; Melnick , D.; Rosenau, M.; Bolte, J.; Klotz, J.; Echtler,
H.; Baez, J.; Bataille, K.; Chen, J.; Bevis, M.; Hase, H.; Oncken,
O. 2011. Heterogeneous plate locking in the South–Central Chile
subduction zone: Building up the next great earthquake. Earth
and Planetary Science Letters 305 (3-4): 413-424.
Nelson, A.; Manley, W. 1992: Holocene coseismic and aseismic uplift
of Isla Mocha, southcentral Chile. Quaternary International
15/16: 61-76.
Plafker, G., 1972, The Alaskan earthquake of 1964 and Chilean
earthquake of 1960; Implications for arc tectonics and tsunami
generation: J. Geophys. Res 77 (5): 901-925.
Quezada, l.; Jaque, E.; Belmonte, A.; Fernández, A.; Vásquez, D.,
Martínez, C. 2010. Movimientos cosísmicos verticales y cambios
geomorfológicos generados durante el terremoto Mw=8,8 del 27
de Febrero de 2010 en el centro-sur de Chile. Revista Geográfica
del Sur 2: 11-44.
116