earth science and environment

1. Unitat 4
Riscos causats per la sismicitat i el
vulcanisme

4. SISME
Com a conseqüència del moviment de les plaques tectòniques, les roques estan
sotmeses a diferents pressions, especialment importants a les vores de les
plaques. Quan aquesta pressió s’acumula fins a superar la resistència de la roca, es
produeix un desplaçament brusc del terreny.
A l’epicentre s’originen les ones sísmiques superficials (ones Rayleigh i Love), que
causen dels efectes destructors i catastròfics dels terratrèmols.

5. 1 – Risc sísmic
Risc Sismicitat Zonació del risc
Possibilitat de pèrdues
humanes o
econòmiques
Distribució espacial i temporal
dels sismes en funció de les
característiques de la zona.
El 90% a les zones limítrofes de les
plaques tectòniques.
El seu moviment, pels corrents
convectius del mantell generen
els terratrèmols.
https://nj.pbslearningmedia.org/resource/nvsn5.sci.earth.gps/using-gps-to-study-earthquakes/es/#.WqOsBWrOVEw

6. 1.1.1 - La sismicitat mundial

9. Cinturó circumpacífic
Subducció  fosses oceàniques i arcs insulars del Pacífic.
des d’Alaska a Indonèsia i Nova Zelanda.
+
Falla transformant  a la costa oest d'Amèrica del nord.

11. Moviment de convecció de l’astenosfera
En els punts on està més calenta, els materials es dilaten, pesen menys i
pugen, per sota de la dorsal. Un cop allà, s’expandeixen i arrosseguen la
litosfera com si fos una cinta transportadora. Quan aquests materials
fluids es refreden, pesen mes i s’enfonsen, de manera que completen el
corrent de convecció.
El vulcanisme més violent o explosiu és a les zones de subducció:
• sota els continents, com a Saint Helens, a les Rocalloses (1), o
• a sota els oceans, en els arcs insulars, com a les Filipines o al Japó (4).
El vulcanisme menys explosiu i fissural correspon:
• als punts calents (2), com a Hawaii;
• a les dorsals oceàniques (3) com a Islàndia;
• o als rifts continentals, que són zones de distensió (5), com el
Kilimanjaro o la zona d’Olot.

13. Cinturó mediterrani transasiàtic
Col·lisió entre plaques continentals
Les serralades al voltant del mediterrani – Àsia menor i central – el Caucas –
l’Himàlaia i Tibet

14. Cinturó de dorsals oceàniques
Contacte divergent entre plaques oceàniques
Dorsals del Pacífic, l’Atlàntic i l’Índic,
Contacte divergent entre plaques continentals
Rift Valley (des del mar Roig a l’extrem sud-oriental d’Àfrica)

16. http://www.regio7.cat/arre
u-catalunya-espanya-
mon/2018/04/04/video--
apareix-enorme-
esquerda/468543.html
https://youtu.be/wO7s5zIh
X6k

17. .
Magnitud - escala de Richter Intensitat – Escala Mercalli
És l’energia alliberada a l’hipocentre.
A = amplitud de l’ona mesurada en
mil·límetres pel sismograma.
Δt = temps que transcorre entre l’arribada de
les ones P i les S.
• l’efecte de les ones en els edificis i
estructures
• la sensació percebuda per les persones.
Depenen, a més, de:
• la magnitud,
• de la proximitat a l’epicentre,
• la naturalesa del terreny,
• les construccions,...

18. 1.1.2 – La sismicitat de la Península Ibèrica és moderada
Sisme destructiu / + 100anys
Màxima probabilitat als orògens recents: Pirineus - Prepirineus – Serralada transversal
i Serralades Bètiques
Placa Africana
Placa Eurasiàtica
Subplaca Ibèrica
Mapa d’epicentres
de terratrèmols
1048 - 2003

19. Rift Europeu
Al finals de l’era terciària, en el període neogen (fa entre 25 i 2 Ma) la placa eurasiàtica va
iniciar la formació d’un rift que encara es considera actiu.
Provoca la formació de falles que,
a la vegada, han originat zones
enfonsades (fosses). En línia, des
de l’extrem oriental de la
península Ibèrica fins a Alemanya.
L’aprimament de la litosfera
afavoreix l’ascensió de material
magmàtic. El vulcanisme de la
Garrotxa (el més recent a
Catalunya) es va produir gràcies a
aquest procés de «rifting».

20. 1.1.3 – La
sismicitat a
Catalunya Falla Est - Oest
http://www.icgc.cat/Administrac
io-i-
empresa/Descarregues/Cartogra
fia-geologica-i-
geotematica/Cartografia-
geologica/Altres-mapes-
geologics

21. Zones per un terratrèmol de la
intensitat indicada amb un període de
retorn de 475 anys, considerant l’efecte
atenuant o amplificador del substrat.

22. Euro-Med earthquakes
https://www.emsc-csem.org/#2

23. 1.2 -

24. 1.2.1 – Alteracions en el medi natural
Inestabilitat de vessants Caigudes, lliscaments i moviments de massa.
• On les roques que afloren estan debilitades.
• Elevada humitat del terreny  es pot comportar com una massa fluida.
• Geleres o grans acumulacions de neu  allaus
• Trencament de preses d’embassaments o fracturació de llacs naturals 
Possibles riuades o inundacions.

25. Tsunamis “ona amagada”
https://ed.ted.com/lessons/how-tsunamis-work-alex-gendler
Moviment de falles submarines.
Lliscaments de blocs rocallosos sota la superfície de l’aigua.
Esllavissades a la costa o al fons del mar.
Sismes amb epicentres submarins molt propers a la costa.
Fosses oceàniques amb forts pendents, faciliten el moviment sísmic.
Calderes submarines durant una erupció volcànica

26. Alçada de les ones
- +
Velocitat i distància entre crestes
+ -
Profunditat oceà
+ -

28. Liqüefacció
En sediments no consolidats i saturats d’aigua sotmesos a
ones sísmiques, El sòl es converteix en un fluid molt mòbil i
les construccions subterrànies poden trencar-se i aflorar o
esfondrar-se construccions de superfície-
https://www.youtube.com/watch?v=4Uwxr42JqYQ
https://www.youtube.com/watch?v=-eH5fh0YEuQ

29. 1.2.2 – Danys en el medi humà
Destrucció total o parcial de
construccions.
Segons la qualitat de la construcció i adequació a
la normativa antisísmica. Ponts, edificis,...
Trencament de conduccions de gas,
aigua i electricitat.
I cauen edificis.
gas + electricitat  Grans incendis i difícil apagar
perquè les canonades d’aigua també s’han trencat.
Terratrèmol Sant Francisco 1906 - Japó 1923.
Danys en vies de comunicació i altres
infraestructures.
Carreteres, vies de tren, embassaments, ports, ...
Víctimes.
Morts i ferits com a conseqüència directa de
l’anterior.
El terratrèmol de 7,3 graus de magnitud
a Japó abril 2016.

30. 1.2.3 – Danys indirectes
• Pèrdues de collites.
• Estrès post-traumàtic
en les persones.
• Repercussions
negatives a
l’economia. Aturada
de la producció.
• Aparició d’epidèmies.
No es produeixen al mateix moment del sisme

31. 1.3 – Gestió: predicció i prevenció dels sismes
1.3.1 – Predicció i precursors
Acostumen a indicar la imminència d’un sisme fort.
Dilatància
Dilatacions o deformacions del terreny. Pocs cm
mesurats amb inclinòmetre. Esponjament de les
roques amb l’obertura de petites esquerdes
preexistents.
Dona lloc a diferents precursors.
Alteracions en la conductivitat elèctrica per l’entrada d’aire o aigua a les esquerdes del
subsol.Alteracions en la gravimetria
(gravetat)
Augment de la concentració de Radó a
les aigües subterrànies. Alliberat per les roques a l’esquerdar-se.
Elevació del nivell de les aigües
subterrànies
Petits sismes.
seixes
Oscil·lacions a nivell de llacs i aigües costaneres
semblant a les marees però de curta durada. Degut
a fenòmens sísmics o la pressió atmosfèrica
Canvis de conducta d’alguns animals

33. http://www.caltech.edu/news/gravity-variations-predict-
earthquake-behavior-735

35. 1.3.2 – Predicció (Magnitud i localització)
a llarg termini (anys o decennis segons la metodologia)
Estadística de
freqüència de sismes a
la zona
Certa periodicitat. De molt importants de periodicitat de mil·lennis...
Sovint hi ha un BUIT SÍSMIC abans d’un sisme fort.
1a fase  d’activitat nul·la.
2a fase  de petits sismes locals.
Llacunes sísmiques
Zones no afectades durant el temps estudiat => màxima probabilitat de
patir un sisme.
Ex: Zones d’una gran falla o de contacte entre plaques entre epicentres
recents on la fractura no s’ha desplaçat (hi ha tensió).
Estudi topogràfic i
geològic
Relleu, sismologia, gravimetria conductivitat elèctrica,...
Xarxa de sensors
Sensors de fluència (plasticitat de falla)
Inclinòmetres
Sismògrafs,
Gravímetres (mesuren la gravetat),
sensors de resistivitat (resistència elèctrica)
sensors de radó
GPS detecten mínims moviments dels blocs
Centre de vigilància Instituto Geográfico Nacional. ICGC. IEC. CSEM Red sísmica.
http://americanhistory.si.edu/collectio
ns/search/object/nmah_1029662

36. Àrees amb terratrèmols forts entre
1930 – 1979. Les tres llacunes
sísmiques indiquen les zones més
probables de sismes importants en
els propers anys

38. Red sísmica nacional  42 estacions sísmiques
A Catalunya
Terrades (Baix Empordà) i Roquetes (Baix Ebre)
Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya
Institut d’estudis Catalans
European
Mediterranean
Seismological Centre

39. 1.3.3 – La prevenció dels terratrèmols
El què es pot fer abans que arribi, ja que la predicció no és precisa de moment.
Ordenació territorial (mapes de perillositat)  evitar la concentració de població
a zones d’alt risc. Factors socioeconòmics. Molts habitants es resisteixen a
abandonar-les.
https://www.cccarto.com/faults/hollister/
Hollister, California sits on the
Calaveras fault zone and right next
to the San Andreas Fault Creeping
and Santa Cruz Mountain sections.
Many sidewalks, walls, buildings,
curbs and streets in the area are
slowly moving apart due to the
slow and steady fault movement.
A local home
suffering from
structural distortion
as a result of being
situated on top of
the Calaveras Fault.
It was demolished in
2009.
This trash can seems to be holding the
North American Plate in place while the
Pacific side slides slowly northward.

40. per a la construcció de ponts 2007
A partir de la intensitat
del terratrèmol
El coeficient
de contribució
(k) permet
calcular les
estructures
més
adequades per
a cada zona.

41. Construccions seguint la norma sismoresistent
Lleugers i rígids (igual que el subsol perquè vibrin igual (sense esforços de cisalla).
Unions entre bigues verticals i horitzontals reforçades.
Resistència  Mínims de ferro/m3 en l’estructura.
Màxim de sorra en el ciment.
Contraforts a les parets de càrrega.
Conduccions gas, aigua i electricitat a la vista.
Evitar cornises, teules... Que es puguin desprendre.
Alçària i extensió de les edificacions depèn del substrat .
Rocós coherent  permet edificis alts i rígids aïllats del subsol, oscil·lació independent.
Poc coherent  només edificis baixos, rígids i poca extensió horitzontal.
http://www.iris.edu/hq/inclass/animation/111

43. http://webgeology.alfaweb.no/webgeology_files/spanish/interiorTierra_8.html

45. Ones sísmiques
Ones P o primàries Ones S o secundàries Ones L o superficials
Moviment longitudinal Transversal Ones Love
Desplaçaments horitzontals i
perpendiculars a la direcció
de propagació a 3 km/s
Compressions i dilatacions
successives de les partícules.
Les desplacen endavant i
endarrere en la direcció de
propagació.
Mouen les partícules com
una corda al sacsejar-la des
d’un extrem
5 km/s 3 km / s Ones Rayleigh
Moviments el·líptics semblant
a les ones marines a 2,7 km/s
Es transmeten per sòlids i
líquids*
No es transmeten per líquids
*Els materials rígids permeten un desplaçament més ràpid de les ones, mentre que els
líquids frenen les ones P i anul·len les ones S

48. Tuned mass damper
in Taipei 101, the
world's tallest
skyscraper

49. Atenuació de l’ona sísmica en funció de la distància

50. Building Resonance: Why do some buildings fall in earthquakes?
https://www.youtube.com/watch?v=6IJ99phNArM
Exemple de ressonància - Tacoma bridge https://www.youtube.com/watch?v=joS6kfjuKQo
Per exemple,
Ciutat de Mèxic al 1985
Restes de sediment d’un
antic llac
Amplificació de les ones sísmiques
Degut a la ressonància  Quan la freqüència de les
ones sísmiques coincideix amb el període natural de
vibració d’un sediment o objecte

51. Educació de la població
• Plans educatius a les escoles.
• Simulacres en empresa i centres educatius.
• Actes de sensibilització  Dia Nacional de prevenció de terratrèmols.
September 1, 1923, that the Great Kanto Earthquake struck Tokyo.
• Rebost i farmacioles amb medicaments, aigua potable, extintors, ràdio,
llanterna,...

54. 2 – Risc Volcànic

55. Fertilitat, mineria, turisme,...
 1/12 habitants viu en zones de
risc volcànic.
Arenal (Costa Rica, 1968) i
Pinatubo (Filipines, 1991) es
consideraven apagats.

58. 2.2 – Valoració del Risc Volcànic
Índex d’explosivitat volcànica (IEV): 0 – 8 de perillositat potencial d’una erupció.
• Volum total del material emès
• Volum de piroclasts expulsats
• Alçària de la columna eruptiva
• Durada de l’erupció

61. 2.3 – El risc volcànic al món
IEV> 5  Cinturó de foc,
Carib i
zona central i oriental del mediterrani

63. Tipus de magmes segons l’índex d’explosivitat volcànica i
la tectònica de plaques
IEV magma
baix toleítics
Dorsals
Hot spots o punts calents
mitjà alcalins Rifts continentals i zones de distensió
alt calcoalcalins Subducció per exemple cinturó de foc

65. Risc pràcticament nul, tots els volcans apagats.
1423 Vall d’Hostoles, prop d’Amer (la Selva)
fa entre 10 000 – 350 000 anys a la Garrotxa Ex. Volcà de la Pomareda
Fa 14 Ma a l’Empordà
Cabo de Gata i Ciudad real  risc nul
Canàries ha patit erupcions en els últims 500 anys excepte la Gomera
Mapa del flux geotèrmic.
http://www.icgc.cat/Ciutada/Informa-t/Recursos-
geologics/Geotermia/Geotermia-Gradient-i-flux-de-calor
Valors elevats per sobre de 60 mW m-2 degut
als fenòmens tectònics recents, a les zones de
distensió de la subplaca Ibèrica.
Sistema de falles NO – SE
serralada transversal
després de la orogènesi dels Pirineus

66. Surgències d’aigües termals
Clades de Malavella, la Selva 70 ºC
zona volcànica
La Garriga, Vallès oriental
Caldes de Montbui, V. oriental
Montbrió del Camp, Tarragonès
Caldes de Boí, Alta Ribagorça
60 – 80 ºC
Flux geotèrmic
Escaldes, Andorra 42 ºC
Flux geotèrmic

67. guèiser
Les fonts termals són deus d’aigua calenta. Sovint contenen
sals dissoltes.
Les fumaroles són emissions de gasos a través d’esquerdes.
Poden ser gasos sulfurats o monòxid i diòxid de carboni.
Els guèisers són emissions de vapor d’aigua que, quan entra
en contacte amb l’atmosfera, es liqua i pren l’aparença d’un
brollador.

68. 2.4

70. Efectes destructius
Les colades de lava bàsiques són les més ràpides i fluides.
Caiguda de piroclastos, fragments de roques semisòlides i sòlides expulsades.
Impacte directe
Acumulació  esfondrament d’edificis
Cendres en suspensió
risc a l’aviació (Islàndia  tot Europa)
canvis climàtics (revolució Francesa)
Núvols roents (colades piroclàstiques) = gas + piroclastos incandescents.
Es desplacen arran de terra a gran velocitat.
Erupcions de l'Eyjafjalla del 2010. Situació
del núvol cendra volcànica el 17 d'abril.

71. Lahars = corrents de fang = cendres volcàniques + aigua
de llacs volcànics (al cràter)
Fusió de la neu al cim del volcà
Precipitacions intenses
Explosions
per laves viscoses
sobretot les erupcions freàtiques. El vapor fa esclatar la cambra magmàtica.
El magma entra en contacte amb l’aqüífer.
Aigua marina entra a l’aparell volcànic.  illa volcànica

72. Tsunamis originats per explosions volcàniques fortes o esfondraments d’edificis
volcànics costaners o submarins
Emissions de gasos tòxics, normalment són quantitats petites i sense riscos
però poden contenir alta concentració de CO2 i temperatura alta
Riscos induïts diversos
Despreniments
Lliscament de vessants
Moviments de massa
Obstrucció de cursos d’aigua
Canvis temporals més o menys intensos del clima
Contaminació atmosfèrica

73. Estudi dels precursors a
conseqüència de l’ascensió del
magma.
Per intuir l’arribada d’una
erupció. Poden produir-se dies
o anys abans!!!
Sismes i sorolls augmenten de
nombre quan s’aproxima
l’erupció
Hipocentres cada vegada més
superficials indiquen la posició
del magma.
A la última fase els sismes es
fan regulars i constants.
2.5 – la gestió del risc volcànic
2.5.1 - Predicció

74. Fumaroles
Augmentar l’activitat i canvis en la composició dels gasos
Canvis en la Tº i composició de les aigües termals properes al volcà.
Deformació del terreny, tendeix a abombar-se per l’ascensió del magma
(sensors làser o inclinòmetres)
Emissió de cendres (sovint) petites columnes de piroclasts precedeixen
una erupció més intensa.
Tremolors, vibracions més o menys uniformes i constants a l’edifici
volcànic que erupcionarà pel desplaçament del magma i l’ebullició de
les aigües termals
Augment del flux geotèrmic
Variacions geomagnètiques i gravitatòries

75. Estudi de la freqüència i tipus d’erupció que ha tingut un volcà
Anàlisi dels materials volcànics de cada erupció
Datació o temps de separació és més alt com més fortes són les erupcions

76. Cartografia dels riscos i ordenació territorial
Estudiar la vulnerabilitat de
l’entorn del volcà
Evitar l’ocupació de les àrees amb major
risc (valls i zones properes al cràter)
Fer un seguiment continuat del volcà dels diferents precursors (observatori)

77. Elaborar plans (protocols) d’evacuació SISMICAT de manera lògica i ordenada per minimitzar
riscos. La decisió d’una evacuació és complexa i polèmica, per les incerteses en les
prediccions i depèn dels governants.

78. Actuacions correctores abans i durant una erupció
Túnels de drenatge, per buidar el llac a dins el volcà.
Llançar aigua sobre la colada de lava per refredar-la i que es pari (Islàndia, 1973).
Construir dics per desviar 1 colada de lava de les edificacions.

79. Buried homes in
Vestmannaeyjar, Iceland,
after the eruption of Eldfell
https://www.youtube.com/
watch?v=ghl33n26d44
https://www.theatlantic.com
/photo/2017/01/the-eldfell-
eruption-of-1973/514394/
At 1972, a year before the eruption, the fishing village
of Vestmannaeyjar, is shown nestled between the sea
and the Helgafjell Volcano…

80. Bibliografia
Calvo et al. 2017. Ciències de la Terra i el medi ambient. 2 Batxillerat Ed. Mc Graw Hill, Madrid, Spain.
Costa et al. 2009. Ciències de la Terra i el medi ambient. 2 Batxillerat Ed. Castellnou, Barcelona, Spain.
Goula et al. 2009. IGC Terratrèmols a Catalunya: Com prevenir-ne els efectes. Barcelona, Spain.
https://prezi.com/sjks8xjvexl-/2n-btx-unitat4-riscos-causats-per-la-sismicitat-i-el-vulcanisme/
http://www.icgc.cat/Administracio-i-empresa/Descarregues/Cartografia-geologica-i-geotematica/Cartografia-
geologica
http://blocs.xtec.cat/marialluisactma/ctma-2n-batxillerat/riscos-causats-per-la-sismicitat-i-el-vulcanisme/
http://cinciesdelaterraidelmediambient.blogspot.com.es/2012/06/tema-4riscos-causats-per-la-sismicitat.html
http://www.iris.edu/hq/inclass/search#
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onde_compression_impulsion_1d_30_petit.gif#/media/File:Onde_com
pression_impulsion_1d_30_petit.gif
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Onde_cisaillement_impulsion_1d_30_petit.gif#/media/File:Onde_cisail
lement_impulsion_1d_30_petit.gif
https://web.ics.purdue.edu/~braile/edumod/waves/Lwave.htm