Levantamiento gravimetrico de Lanzarote por M. J. Sevilla y R. Parra (*) PRESENTADO POR EL ACADÉMICO NUMERARIO D. JOSÉ M.a TORROJA 1. INTRODUCCIÓN Las características vulcanológicas de la isla de Lanzarote, la más septentrional de las islas del archipiélago canario y la ausencia en -ella de una red gravimetrica, movió a la Cátedra de Astronomía y Geodesia de la Universidad Complutense de Madrid a realizar, durante los meses de junio y julio de 1973, una campaña de medidas de gravímetro con dos fines primordiales : establecimiento de una red de estaciones gravimétricas convenientemente repartidas por la isla y construcción de perfiles gravimétricos con mayor densidad de puntos según ciertos itinerarios, para completar las investigaciones .que se vienen realizando sobre los recursos geotérmicos de la isla. La isla de Lanzarote está situada entre los paralelos 29°14'05" y 28°40'55" de latitud Norte y los meridianos 13°52'48" y 1S°28'07" de longitud Oeste. Su forma es alargada en el sentido NE-SW con una longitud máxima de 60 kilómetros en esta dirección. En la orografía podemos distinguir al NE el macizo de Famara «con una altitud máxima en Peñas del Chache (671 m.), que se extiende hasta Teguise formando al W un acantilado de unos 500 m. de altitud. De iguales características (serie I) es el macizo de los Aja•ches en el SE con picos como el Hacha Grande (561 m.). Al NE de este macizo existe una serie de volcanes (serie II) tales como Calde(*) Cátedra de Astronomia y Geodesia, Universidad Complutense de Madrid. — 258 ~ rã Riscada, Montaña Bermeja, etc. ; la mayor parte de la isla está ocupada por volcanes de la serie III como Caldera Bianca, Tinajo... y otros paralelos a la costa como Atalaya de Femes (508 m.), Guardilana (603 m.) y Montaña Blanca (596 m.). Al N de la isla se alza el volcán de la Corona (609 m.), de la serie más reciente (serie IV), junto a la Quemada de Orzóla (355 m.) y los Heléchos (582 m.). Las lavas al extenderse han creado un malpaís 'abrupto. El núcleo principal de las erupciones históricas lo constituye el Timanfaya o Montañas de Fuego (510 m.) y la cadena volcánica orientada ENE-WSW. Estas erupciones produjeron un malpaís que se extiende en 200 km 2 . Presenta esta zona de Montañas de Fuego una notable anomalía térmica, razón por la que la densidad dé las estaciones gravimétricas en esta zona es muy superior a la del resto de la isla. Sobre una plataforma de unos 100 a 200 m. de profundidad se asientan al NW la isla Graciosa de unos 27 km2, Montaña Clara de sólo 1 km2, el Roque del Oeste de 0,07 km2 y la isla Alegranza de unos 10 km2 al N de la Graciosa. La topografía presenta pues grandes constrastes entre la aspereza de barrancos, acantilados y formaciones volcánicas, con las coladas basálticas más suaves del centro de la isla. 2. GRAVÍMETRO Se utilizó en la campaña un gravímetro ASKANIA GS 15 (fig. 1} propiedad de la mencionada Cátedra cuya descripción damos a continuación por creerla de interés al no encontrarse en la bibliografía actual dada su reciente aparición en el mercado. El GS 15 es un gravímetro de muelle espiral no astático que representa un diseño mejorado de sus antecesores desde el GS 4 a! GS 12. Su diseño se basa en el principio de la torsión de un muelle. Dos resortes helicoidales están dispuestos horizontalmente con sus extremos exteriores fijos a la cabeza de torsión y los otros extremos a la suspensión. Las cabezas de torsión están fijadas con sus soportes al armazón, y la masa, el sistema de calibración interno y los compensadores van unidos a la suspensión. En el interior de cada — 259 — resorte helicoidal va otro muelle para la compensación de temperatura. La masa en el extremo del brazo, está sometida a la fuerza de la gravedad y la horizontalidad de éste se logra mediante la fuerza torsional del muelle, quedando el conjunto resorte-masa desplazado a una nueva posición de equilibrio que difiere de la anterior en un Fig. 1. pequeño ángulo de deflexión que es proporcional a la variación de la gravedad y que se compensa por un resorte auxiliar que va sujeto a la suspensión y al mando exterior de medida. Fijada a éste hay una escala de precisión con micròmetro y ocular de aumento, escala que calibrada nos expresa la variación de la gravedad en mgals. Como indicador de cero existe un traductor capacitivo que consiste en un condensador de tres placas. La placa central está conectada al brazo de masa y es una parte del puente capacitivo. Al variar la gravedad las capacidades de las tres placas son influenciadas por — 200 — la deflexión de la placa central, con lo que el puente se desequilibra. Se genera una corriente proporcional a la deflexión de la placa central que es amplificada, rectificada en fase y enviada a un galvanómetro, que debe ponerse a cero en cada medida, pero para mayor rapidez en la operación puede prescindirse de ello con tal que las desviaciones de la posición cero sean de unas pocas divisiones de la escala. La linealidad del dispositivo permite una determinación muy precisa (20 divisiones de escala del galvanómetro por mgals). Estas variaciones del galvanómetro se usan principalmente para el registro de variaciones de la gravedad con el tiempo —componente vertical de marea—. El instrumento está dotado de un buen aislamiento térmico y equipado con dos termostatos que de acuerdo con la temperatura exterior pueden ser ajustados a los distintos rang'os de temperatttra 25'°, 35°, 40° y 45°, con lo que se garantiza la constancia de los resortes compensadores de temperatura así como los componentes usados en el indicador de cero. El sistema de calibración, unido a la suspensión, consiste en una esfera de masa conocida que por balanceamiento puede desplazarse entre dos muescas situadas a distancia perfectamente conocida una de otra. Este desplazamiento de la esfera provoca una variación en el momento de masa. La deflexión así obtenida se compensa mediante el sistema de medida y se expresa en mgals. Si E0 es el valor de la calibración para un valor de la gravedad g0 para otro punto de gravedad g el valor de calibración es E = E. / ,__£Zf^) ° 1 " *„ / La nivelación del aparato se consigue mediante dos niveles cruzados situados en su parte superior, apoyándose en un trípode de casquete esférico con su propio nivel. Las características del GS 15 puede resumirse en : 1. Sensibilidad de 20 div. esc. galv./mgal. 2. Precisión en la medida 0,01 mgal y en registro 0,001 mgal. 3. No tiene deriva apreciable y los efectos de presión y de acimut son prácticamente inexistentes. — î6i — 4. Margen de unos 700 mgãls en medida directa y de unos 6.000 en medida indirecta. 5. Velocidad de medida = 3 minutos por estación. Completa el equipo un módulo ASKANIA GMBH para el calibrado electromagnético y un registrador SIEMENS KOMPENSOGRAPH. La alimentación es por bateria de 24 voltios y 4 pilas de 1,5 voltios en trabajo de campo. En estación se conecta directamente a la red a través del módulo. Mediante la supresión de un filtro el equipo puede ser usado como sismógrafo registrador. 3. MÉTODO DE MEDIDA Y REDUCCIÓN Para conseguir una termostatización adecuada del instrumento éste deberá estar conectado a una fuente de alimentación doce horas antes de realizarse la medida. Por ello nuestro gravímetro funcionó en régimen continuó durante toda la campaña, alimentándose durante los itinerarios de una batería de 24 voltios y durante la noche de la red, intervalo que se aprovechaba para cargar la batería. En la estación se sitúa el trípode nivelado y sobre él se asienta el gravímetro procediéndose a su nivelación usando sus propios niveles e independientemente de la nivelación del trípode. Se conectan las lámparas de iluminación. Después se coloca el galvanómetro en posición «insensitive», se suelta lentamente el sistema de bloqueo girando hacia la derecha la palanca correspondiente. Si la aguja del galvanómetro se desplaza de cero más de 6 divisiones de escala, con el mando de medida se la llevará a las proximidades del cero. A continuación se pone el galvanómetro en posición «sensitive» y se aproxima la aguja a la posición cero con el mismo mando de medida. No es necesario ajustar en el cero la aguja del galvanómetro, puede dejarse en el intervalo de + 6 divisiones de escala. Realizada esta operación, que se hará con sumo cuidado, se mueve el mando de la lectura hasta situar la línea de la graduación de la escala de cristal en el interior de las líneas índices que se mueven paralelamente a dicha escala cuando se mueve el mando de lectura. El campo de visión del ocular de lectura se muestra en la figura 2. Efectuada la lectura, el galvanómetro se pone en situación «off» y se bloquea el gravímetro con la palanca correspondiente girándola 202 — a tope hacia la izquierda. Se desconectan las lámparas de iluminación. La reducción de las unidades de la escala de cristal y del galvanómetro a mgals se realiza por la fòrmula : Lm = (4.9385 + 5.0625 x IO-4 x L,) Le + 0,05 L, lecTURA : 41.828 diV.CSC. Fig. 2.—Campo de visión del ocular de lectura. siendo L,m lectura en mgals, L, lectura de la escala de cristal y L¿, lectura del galvanómetro que es positiva si la aguja está a la derecha del observador. El valor de la gravedad en la estación gE vendrá dada por la relación : SE = Su + (Lm LB) •donde ^B es el valor de la gravedad adoptado para la estación base y LB la lectura en mgals del gravímetro en la estación base. - 4. î6 3 - DISTRIBUCIÓN DE ESTACIONES. ITINERARIOS La base fundamental se fijó en el edificio de la antigua torre de mando del aeropuerto de Arrecife (fig. 3), adoptando como valor de la gravedad en este punto el de gt = 979.45278 gals dado por el Instituto Geogràfico y Catastral. TORßE. "BE' M A N D O Uvera "ï: I I I •20RCH6 ( I PISTA t>£ V U E L O Fig. 3. Las estaciones de la red gravimetrica se situaron en puntos significativos de la isla atendiendo a las necesidades geodésicas por una parte y de prospección por otra. La figura 4 muestra la distribución de la densidad de estaciones variando ésta desde 20 estación por km 2 (zona 1) a una estación por km2 (zona 3), con un total de 226 estaciones. Los itinerarios seguidos fueron cerrados en las estaciones Aeropuerto, Yaiza e Hilario, las cuales fueron perfectamente enlazadas. Las derivas del gravímetro contrastadas fueron nulas en su mayoría, precediéndose a rechazar y repetir los itinerarios en los que la •deriva no fue cero, por interpretar que adolecía de equivocaciones dado el comportamiento general del gravímetro, como pudo compro- - z64 - barse posteriormente. Además al principio, en el medio y al final de la campaña el gravímetro estuvo registrando continuamente durante veinticuatro horas para corregir el efecto de marea. LANZAROTE DISTRIBUCIÓN DE ESTACIONES GRAVIMETRÍAS Fig. 4. Las coordenadas de los puntos estación se obtuvieron por interpolación del mapa a escala 1/25.000 proyección Lambert. Las altitudes asignadas a las diferentes estaciones varían en su procedencia de unas a otras ; por una parte existen estaciones cuya altitud fue dada por la red de nivelación ejecutada por el Instituto Geográfico y Catastral al coincidir con aquélla ; por otra parte, para otras esta- - 2&S - clones se interpolaron de la cartografía y se comprobaron con un altímetro de precisión. La precisión pues en las altitudes no es homogénea, pudiendo decir que varía entre 0,15 m. para las primeras y 0,50 para las segundas, incluso pudieran sobrepasar esta cifra para las estaciones situadas en malpaís de difícil acceso, localización y observación. 5. CÁLCULO DE ANOMALÍAS El cálculo de anomalías gravimétricas se efectuó tomando como base la fórmula de la gravedad normal 7 = 978.0319 (1 + 0.0053024 sen^ cp — 0.0000059 sen2 2 9) sistema 1967 obtenida para a = 6.378.160 m. GM = 398.603 x 10« J 2 = 10.827 x IO-' siendo <p la latitud geográfica de la estación considerada. Las anomalías calculadas fueron : Anomalías al aire libre Por la expresión kgf. = e — r + F x A siendo g y F h = gravedad media = gravedad teórica = 0.308551 + 0.000227 cos 2 cp = altitud en metros sobre el nivel del mar Anomalía Bouguer Por • la expresión A SB = A g F — B + T — ató — Siendo B = 0.11189688 Ã. T = correcció« 'topográfica utilizando loa compartimentos de las tablas Hammer con altitudes medias tomadas de la cartografía. Los coeficientes utilizados para los diversos compartimentos fueron los indicados en la tabla de corrección topográfica de la página, siguiente. Para el cálculo de la corrección topográfica se procede como sigue para cada compartimento. Sea he la altitud de la estación hf la altitud del compartimento Si hc > O la corrección es C — /, siendo t el valor dado por la. tabla para el compartimento considerado, correspondiente a la. altitud Si hc < O la corrección es C = íl — 0.3846442 ^ siendo ía y ía los valores dados por la tabla para el compartimentoconsiderado correspondientes a las altitudes !*,+ *„ y 1 hc I respectivamente. Hemos preferido utilizar las tablas Hammer en vez de las clásicas de Hayford por ser más apropiadas a la prospección y por ser la. zona observada una isla de pequeña extensión. No se han utilizado fórmulas más completas dado el orden de precisión con que se conocen las altitudes. Todos los cálculos han sido efectuados por el ordenador IBM 360/65 del Centro de Cálculo de la Universidad Complutense, mediante los correspondientes programas Fortran IV del cual se adjunta, un listado. - 26 7 - o o «•> f> c o ir. ir o o ir i^ o o ir ir\ o o ir. v> o c ir ir. o o io in o o o uv c o r- <M o o t* (\i o o r- <v o o 'f- «M. o o r- (v c o r~ cv o o f>~ N o o N tO O . ^ Q O P · O O Ç Q O O O Q v O O P O ' O O O C ' · ' O O P CfO O O C O «O (SÌ.>CvOO!Ni<VvOOQO>OQOOvOOOCOOOO>ec>O'O»OOOOCV>o Uì <7> fM >Ì >4" <-<»-f CM r- IO (MMf- r-> m CM •$• <\l ^ ITV fi «o CSI Q O1 in.«! (MPC <N| CSI O CM CM corvi r-< «oro oooooooooooooooooooooo-oopooooooinoo^í·iT'O'O'^·o·co'í·o^oo·í·o^oo^·croo·J·.i^oost··g-Qot^r^· o o m ~f> o O'P - c o o < > r > > c c ! 0 f t ì s o o o r n v c o o t f i ; s o o o c r ! . - o o o ^ - o in ^ «~i oo cc vo tr. w o o ir- 05 o c 'tr. OD o c in co c o te. œ c c ir. co c o (\i vo •^- g- r^ vO'<^! ~i rM "^ rH ^-im <-l O» 'í r-i>t ,-lGr-; (TìvO »rfO^' -t<M r-1 . ' i-4 »O O ' ^>r-i <\J »H p O -Í*- <VÍ fM t oooinooomooomcociriopoTioooicoooiriooiriiri -C O O IT, .O O O IT\ O O C' 1A CD O O Ifl 'O Ó O ITi O O O ITI C O O liN C O ffì t- < c M a. **• c-oofoociorncocffi'oo. o ( « c p o c r s c o o m o o c m o o t T i « o , •• , cie·tfc-ecC'í·^·ircí·^·cs·ceiit·h'Oo·íis'··e·cíüi·r-·op·th'pcHso 1 PIO »r-i ^^ t-i •-<• tV a- • r-4 r- r-'- —<CN,' *-<•$• r-ísfoo tNiin ^-lOtü m>-i TH fir\<o mo " (v,' p^o^CP in^ r.i . « O C OOOOaoOOOGOQÜüO'OGOOOOOOOOOOC'OOIfSO OOCMfViOOtVfN.WO^^'IÒCi^fv-'OOtMCMOQfM'tMOO'N'^OOf^'í· OO^OOQ^OOOOOOOQ^OOO'OOOpvCOOO'ÓOOOfncV O hZ O uy<M » o · í · ·r U C| M >| O > O i r , < M ' O O O ( M > í > P O , ( ^ « O O p t v J O O O f ^ N O O O i - l i n COCO r·<·4 rs ·r- Crt·t-)(\!<^ rH'-CVPr-l^tO r-(OO r^NlC r-t (SJ r-t fO rrtlP. (\Jf-l ><•<> >J-O^ »-i i-« —I i~* OOWooOOrriouoofl'BOOf'ìoooO'^CDOOflocoOflcOOOO'T o. o o o LU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o o i n i n o o i n i n o o i f i i r i O O i f x i n o o in in o o i r i i f \ o o i r i i n o o o o oo o rr ^ ^''C cO oo o f ì v o o o f ii '' O oooffijJ jo oo o ff o O^^ooo oo o ff ìì ^ ^o o f o voopvi-rft eOr^fHsff^-O—(-i-OO^-^OCiH^OOrH^-OOt-i-i-POr^^-OOOlA C£ ni O O r-l OC uJ a o.o.-o.PÌ.o.o'<o ^ o. o -.u . c r. i p. O. v O.c. o o.o. vO no O. f O. oa O c.q. o o.s. ffo . .( . .c. .Q.x. .i . . fwp^ofr, i n ^ o f n ^ o o r o o o Q f o o o O f n o p o r o o o o r n o o o i A ,-tp» ^(vjrt ^-<ir, if\ r-4r--9- rococò ^ t o o o H(\jO'r-i-trg ¿ <t t-l <\i (V rt f-! r-l C r-t O O f< >C Ifi rvto rrsoo rooo —i —i . . .—i OOf^-OOOr-OO.O^-OOOh-OOOC-OOOf^OOON-OOOOO OO^^OOvO^OOvOIJT, OOsOmOOOlTiQOvCT'OOiCin'OOO-*' i~( r-i <O »O pj «•! » "C m (M i-! O i-* i-Htn fO <j> >-»O> (VJf>- CMf» p o - t i n o p . t m o p · d · i n o o · í · i n o o i t i n o o ^ i f N O O · í i r N O o.f- o oon^fOOfí·-'oofn^C'Ociir·ooron-'OCf", <-*oont-ioo>oo COUlOOOtTíOOOU'íQOOlflOOOUriOOCJt'^CíOOlt'. CCOCqp « * M O r > J r - i C O O < M < M l r . CfMlT. O O Í V O C C C s J O O C P J O G O C v J O O O · í · r-<r- tH(\jo rH-i-tT) t-( C .-lorg v i ' f r-ir-.irv r-tr^o T-<OO ^coio •<• r-lOa »HITS —I i-t <• r-4 ì O O O P O O O O O O O O O C O O O O O O O O O O Ó'O O O p C f» O oooœooocooo.ocoococooooooocoaooo'oooooNOo p O ^ - v O O O ' t ' C O P ' Í O O . O ^ N C O P'«í- ^ O O ^ · v O O O · í · C P p t v í O (V4'flOOOCCOOOoC.QOOO-OOOOOOOOOO'OoOOOOOO»t r-iMO r-4(HO rHfMfV r-llfVO r-llTíCV,!' r-IOlNj r-í^-)C ^jfviO tH CM fi •* r* r» ~4 W «Hffl *-4 r-l oor-TíQor-inooc-tnoefr-íooor-inooi^ifioop-inoofcio oo>o·»·o·o>c·í·ocJ·CvJ·c;o"'O·iroo<!·4·oo^'a·oOíO<·oocf>o o p o j r ^ o c c y c r , o o c s i r r i ó O ( \ j f n o o c \ i f < i O O ( \ i c o o O..CN! m c p f< o o>c\joo>c\i^·o(7·^·oooNOQo^coocrKooòcí.ooc?o^ooo*' «u <-i ç*. rHO ror'<(-cj lAi^ mo -co' •t\j CSI •* O , - ! * , - ( . •-* 1-1 o o c f > o o o fr n o o o r or . o o o f f i o o o f f i o a a m aoomooofoo r OOtnrr<COr l·-<COf ir-<OOPlr-lCOCflr-<OQf i --iCOrOr-iOOfnrOC^ÓOO--iOOOr-iOOOrtOOOr-!OOO»~lOOOrHQOO^<>O ^, 00 O ÇO r-< vC O OC rg LT. O 03 CM O O 05 ITi <J O « «i .0 Q ÇO O O O W Q C O <M= IA CC OD ITi f^C Q r - 4 * d * r H v Q •-j i\i . ro m <? cr< — 268 — Los datos de entrada de este programa «LANZAROT» son : IN, NU, índice y número de la estación. DES, CRI, PCI, variables alfanuméricas para el nombre. LAG, LAM, LAS, LOG, LOM, LOS, coordenadas geográficas. IH, GM, altitud y gravedad observadas. TA, matriz de los compartimentos de las tablas de Hammer. MA, MF, MG, MH, MI, MJ, MK, MU, altitudes de los compartimentos de Hammer para cada estación. La Subrutina COR realiza la corrección topográfica. La Subrutina EROS calcula Ia medida de la precisión. o o o un is «I a. «o u, Nf C <j o o '31 13 X. 3 m f o u\ f- I» o o IO K o o— oo — — »o <. o— -> o — in EOO»' *"" OD U. » » U"\ O < fi I o -J < r-< a: il o; PH «j ^ ^ LU — 3 z o o i; o » a. -* » s: — -u-\ s »o — — >- •• < — M— O in —a* C fvj C i- • O O e < £ < x O -~ o ro eri » (N ITI » i— vO — -I — O I- o —o o » o— oo O T í- IA — ui s: > — o ., » _ < o V) -* O "• LA i-i r\j o — — U- »M IO O M « SL- CU Ü5 *^. \£\ H* O Z I » •. ^ » t/) -^ U- — ~ H O O 00 O O O » — o »in »- u. ui -~ — UJ CM lu o: » et r* O il u —•• LU ^ U- rg — t\i I X •• IX K v} »t/)OU-co»-.-<cc: a — o ir\ » »œiTii IM' is _) î. 8 »Ö I- u. >. > V > ozo owoo ci O X oo •••O r> «e Z -l- K ••< V) K- £ u _ a r o < i ^ r ^ » f < i a c - * o c m »-ÍM •• » O KZin V3Uw rf » O - O *-l 'r-t C \ J ^ - ^ ^ ^ < N J * - ( \ J w p g - ^ O r-* • 'í' , O— < v x • » C M O O C V J V »-i/i »t/l »*/) -i-)C.?sO:»-LJ » - O ^ O ^ Q - O U O*^l — — COIT. 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En conjunto puede afirmarse que la isla está gravimetricamente «inclinada» en la dirección NW-SE. - 274 - í7S - A o S i A r n m í O i r ' c i f l r · N O ' c s O f l s - · ^ o e o i f í ^ o i f t ^ O f c n w i H i c n r f , «n *ü »r. * »r in in ir in w. i T i i A * ^ i n ^ c < i n i r . in in tr* ir« ir. «y M, irv » T*- ce- w t-t <c roo.ohffnwmmiriíO^íSiONtiOtMaewi^m-ootfíflOf-esirt -m & • (r h- K « f, ^ m « -4- «t-tí- r; ^ I^ÏM iriif • o o c · o r - j i n c ' i p v o K i r i - í · ' í H f f l m t ' i · O f t c n c o e o j · r - u ' ï f l S ^ i M t O r ^ ^ ^ i r u y m . · r w i f f ^ ^ m a · ^ t i · i i - í r - K · a · ' · d · í r ' C c i c r ' ( ^ t X j ^ M t V i _ i r 4 ^ J * - 4 .N C*ì fH'M <\J (N M (SS M N t-liNiP1^ W r^'H W *-* « í · | * ^ « ^ ^ O ^ Í Î * - t ' 4 · Ó · 1 > û ^ 3 t ^ · - f < t : O · H ^ ~ C M l O ^ O r ' ^ ^ ^ l ^ . » « i - ^ * ? « H p - ç ^ f f i · t ' . o o c o m ' c n r ^ c r i r - p ^ í o e o i n i N · ^ f - t í ï ' C Q t M i N i C « » - * ^ o cí o »f«-* t~ <M « ci fò tn o* ao o ' i A i * - i n p4 <n f-i IA * IA N O N tD o M i n i n ( N l f \ t - * O o (*t IA ( n o a r - ^ ^ o i í v t M m c - c i A i N O O w iç, .f*1 i*¡ • »H ^-'(<ì'tn s T O O * * - ô »«r ' "' w ' fi ' fd s , r n > - t " i v i « i ( n c o K uf C1 en «*• o- t-«t-<in ^. 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