Cuando ocurre un terremoto, el suelo no tiembla de una sola manera. La energía liberada en el epicentro se propaga a través de la Tierra en forma de diferentes tipos de ondas. Dos de las más importantes son las ondas P y las ondas S.
Cuando un sismómetro comienza a registrar un terremoto, la primera señal que suele llegar es la onda P. Poco después, llega la onda S, de menor velocidad. Si uno se encuentra lo suficientemente lejos del epicentro, esta diferencia a veces puede ser percibida: primero una vibración leve y breve, seguida de un temblor más intenso.
Pero la diferencia entre las ondas P y S no radica únicamente en cuál llega primero.
Las ondas P pueden viajar a través de sólidos y líquidos, mientras que las ondas S no pueden viajar a través de líquidos. Esta propiedad, aparentemente simple, proporcionó una de las pruebas más importantes que ayudaron a los científicos a comprender que el núcleo externo de la Tierra, a miles de kilómetros bajo nuestros pies, es líquido.
Esas mismas ondas se siguen utilizando hoy en día para localizar terremotos, estudiar la estructura interna de la Tierra y operar sistemas de alerta temprana de terremotos.
¿Qué son exactamente las ondas P y S? ¿Cuál es más rápida? ¿Cuál causa más daño? ¿Y por qué las ondas S no pueden viajar a través de los líquidos?
¿Qué son las ondas P y las ondas S?
Las ondas P y S se clasifican como ondas internas , es decir, ondas sísmicas que viajan a través del interior de la Tierra.
Esto significa que no se desplazan únicamente por la superficie terrestre. Pueden atravesar las rocas y adentrarse en el planeta.
Cuando una falla se rompe repentinamente durante un terremoto, se libera una gran cantidad de energía elástica almacenada. Esta energía se transfiere a las rocas circundantes y produce diferentes tipos de ondas sísmicas.
La P en onda P significa Primaria.
La S en onda S significa Secundaria.
La razón de estos nombres es simple:
Las ondas P llegan primero a una estación sísmica.
Las ondas S llegan más tarde.
Sin embargo, la forma en que se mueven a través del material es completamente diferente.
Ondas P vs. Ondas S: Diferencias clave
| Elemento | Ondas P | Ondas S |
|---|---|---|
| Nombre y Apellido | Ondas primarias | Ondas secundarias |
| Llegada a la estación sísmica | Nombre | Después de las ondas P |
| Velocidad | Más rápido | Más lento |
| Movimiento de partículas | Compresión y expansión | movimiento de corte |
| Viaje a través de sólidos | Sí: | Sí: |
| Viajar a través de líquidos | Sí: | No |
| Viajes a través de gases | Sí: | No |
| tipo de onda | Longitudinal / compresional | Transversal / cortante |
| Sacudida típica | Generalmente más débil | A menudo más fuerte |
| Importancia para el estudio del interior de la Tierra | Muy alto | Muy alto |
La tabla muestra las diferencias básicas entre las dos ondas, pero lo más interesante es comprender por qué existen estas diferencias.
¿Qué son las ondas P?
P-wave diagram showing compression and expansion as particles move parallel to the direction of wave travelLas ondas P son las ondas sísmicas más rápidas que se producen durante un terremoto.
Por este motivo, suelen ser las primeras ondas sísmicas detectadas por un sismómetro.
A medida que las ondas P se propagan, mueven las partículas de roca hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección en que se propaga la propia onda.
Puedes imaginarte esto pensando en un resorte.
Si se comprime un extremo de un resorte y luego se suelta, la sección comprimida se desplaza a través del resorte. El resorte entero no se mueve de un extremo al otro; en cambio, la energía se transmite mediante ciclos repetidos de compresión y expansión.
Las ondas P se comportan de manera similar.
La roca es brevemente:
comprimido → expandido → comprimido de nuevo.
Por esta razón, las ondas P también se denominan ondas de compresión.
La forma en que las ondas sonoras viajan por el aire se basa en un principio similar.
¿A qué velocidad viajan las ondas P?
Las ondas P no tienen una velocidad fija.
Su velocidad depende del material a través del cual viajan, incluyendo:
- densidad,
- propiedades elásticas,
- presión,
- temperatura,
- composición mineral.
En la corteza terrestre, las ondas P suelen viajar a través de las rocas a una velocidad aproximada de 5 a 8 kilómetros por segundo.
Su velocidad puede aumentar en las partes más profundas y densas del manto.
Eso es extremadamente rápido.
Una onda P que viaja a 6 kilómetros por segundo puede recorrer unos 60 kilómetros en tan solo 10 segundos.
Sin embargo, la velocidad de las ondas P no permanece constante en toda la Tierra. A medida que las ondas pasan entre capas con diferentes densidades y composiciones, pueden refractarse, reflejarse y cambiar de velocidad.
Esta es una de las razones por las que los científicos pueden utilizar las ondas sísmicas para investigar la estructura interna de la Tierra.
¿Cómo se siente una onda P durante un terremoto?
Dependiendo de la distancia al epicentro del terremoto y de la geología local, una onda P puede sentirse como una sacudida breve o una vibración leve.
Algunas personas describen los grandes terremotos diciendo:
“Primero hubo un pequeño temblor, y unos segundos después comenzó el fuerte sacudimiento.”
Esto no siempre significa que la persona haya sentido claramente las ondas P y S. La geología local, la respuesta del edificio y otras ondas sísmicas pueden modificar la percepción de un terremoto.
Sin embargo, cuando una persona se encuentra lo suficientemente lejos del epicentro del terremoto, la diferencia entre los tiempos de llegada de las ondas P y S puede hacerse perceptible.
Esta diferencia horaria es también uno de los principios en los que se basan los sistemas de alerta temprana de terremotos.
¿Qué son las ondas S?
S-wave diagram showing shear motion as particles move perpendicular to the direction of wave travelLas ondas S son el segundo tipo principal de onda corporal y viajan más lentamente que las ondas P.
Su forma de moverse, sin embargo, es completamente diferente.
Mientras que las ondas P comprimen y expanden el material en la dirección en que viajan, las ondas S mueven las partículas perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Por ejemplo, si la ola se mueve hacia el este, las partículas de roca pueden moverse hacia arriba y hacia abajo o de lado a lado.
Por esta razón, las ondas S también se denominan ondas de cizallamiento.
Las ondas S suelen producir movimientos sísmicos más intensos que las ondas P. Sin embargo, sería incorrecto afirmar que las ondas S siempre causan los mayores daños durante un terremoto. Las ondas superficiales, especialmente las ondas Love y Rayleigh, pueden generar movimientos más fuertes y duraderos durante grandes terremotos.
¿Por qué las ondas S no pueden viajar a través de los líquidos?
Esta es probablemente la diferencia más importante entre las ondas P y las ondas S.
Las ondas P pueden viajar a través de:
sólidos + líquidos + gases
Sin embargo, las ondas S solo pueden viajar a través de materiales capaces de soportar esfuerzos cortantes.
La razón es que una onda S requiere que el material resista la deformación lateral.
Si se empuja lateralmente una parte de una roca sólida, la roca se resiste a la deformación y puede transferir la fuerza al material vecino.
Un líquido no se comporta de la misma manera.
Cuando una parte de un líquido se desplaza lateralmente, el líquido fluye y cambia de forma. No puede mantener la tensión de corte como lo hace un sólido.
Por esta razón, los líquidos prácticamente no tienen rigidez al corte para la propagación de ondas sísmicas, y las ondas S no pueden viajar a través de ellos.
Esta propiedad se volvió extremadamente importante para comprender la estructura de la Tierra.
¿Qué es más rápido: las ondas P o las ondas S?
Las ondas P son más rápidas.
Por eso se las llama “Ondas Primarias”.
Dentro de la misma roca, una onda P siempre viaja más rápido que una onda S.
Por ejemplo, en un material donde una onda P viaja a unos 6 kilómetros por segundo, una onda S podría viajar a unos 3-4 kilómetros por segundo.
A medida que aumenta la distancia al epicentro del terremoto, la diferencia entre los tiempos de llegada de las ondas sísmicas se hace mayor.
Cerca del epicentro del terremoto, las ondas P y S pueden llegar con apenas unos segundos de diferencia.
A cientos de kilómetros de distancia, la diferencia puede ser mucho mayor.
Los sismólogos utilizan esta diferencia para estimar la distancia a la que se encuentra la fuente de un terremoto de una estación sísmica.
¿Qué es el intervalo de tiempo S-P?
En un sismograma, la onda P llega primero.
La onda S aparece más tarde.
La diferencia entre estos tiempos de llegada se conoce como el intervalo S-P.
Por ejemplo:
Si la onda P llega a las 10:00:00,
y la onda S llega a las 10:00:20,
El intervalo S-P es de aproximadamente 20 segundos.
En general, cuanto mayor sea este intervalo, más lejos estará el epicentro del terremoto de la estación.
Una sola estación no puede determinar con precisión la dirección del epicentro del terremoto. Sin embargo, al combinar los datos de estaciones sísmicas ubicadas en diferentes lugares, se puede calcular la ubicación del terremoto con gran exactitud.
Esto se suele explicar utilizando ejemplos sencillos con tres estaciones y triangulación geométrica.
La sismología moderna, sin embargo, utiliza datos de muchas más estaciones y combina los tiempos de llegada de las ondas P y S con modelos informáticos y métodos inversos.
¿Qué causa más daño: las ondas P o las ondas S?
En general, las ondas S pueden producir temblores más fuertes que las ondas P.
Esto se debe en parte a que su movimiento de cizallamiento puede forzar a las estructuras a experimentar movimientos horizontales o verticales más intensos.
Sin embargo, la declaración:
“Las ondas S son las que causan la mayor parte de los daños en los terremotos”.
no siempre es correcto.
Las ondas superficiales pueden adquirir mucha más importancia durante los grandes terremotos.
En particular:
Olas de amor
y
ondas de Rayleigh
Viajan cerca de la superficie terrestre y pueden generar movimientos sísmicos de gran amplitud.
Las ondas de Rayleigh pueden mover el suelo con un movimiento elíptico de rodadura, algo similar a las olas del océano.
Las ondas del amor crean un fuerte movimiento horizontal de lado a lado.
Por este motivo, las olas superficiales pueden ser responsables de una parte importante de los daños estructurales durante los grandes terremotos.
Ondas P vs. Ondas S vs. Ondas superficiales
Resulta útil dividir las principales ondas sísmicas en tres grupos básicos.
Ondas P
Son los más rápidos.
Viajan a través del interior de la Tierra.
Pueden atravesar sólidos, líquidos y gases.
Ondas S
Son más lentas que las ondas P.
También viajan a través del interior de la Tierra.
Solo pueden viajar a través de sólidos.
Ondas de superficie
Viajan cerca de la superficie terrestre.
Generalmente son más lentas que las ondas P y S.
Sin embargo, pueden tener grandes amplitudes y causar daños graves en zonas pobladas.
Por lo tanto, una orden de llegada simplificada durante un terremoto se puede escribir de la siguiente manera:
P → S → ondas superficiales
Los sismogramas reales son más complejos. A medida que las ondas sísmicas interactúan con los límites internos de la Tierra, pueden reflejarse, refractarse y producir muchas fases sísmicas diferentes.
¿Cómo revelaron las ondas P y S la estructura interna de la Tierra?
Uno de los usos más impresionantes de las ondas sísmicas es que nos permiten investigar partes de la Tierra a las que los humanos nunca han llegado físicamente.
Los pozos más profundos jamás perforados son minúsculos en comparación con el radio de la Tierra.
La distancia desde la superficie de la Tierra hasta su centro es de aproximadamente 6,371 kilómetros.
Sin embargo, los científicos saben mucho sobre:
- la corteza,
- el manto,
- el núcleo externo,
- el núcleo interno.
Una de las principales razones son las ondas sísmicas.
En cierto modo, los grandes terremotos crean una especie de ultrasonido natural del planeta.
Los científicos estudian qué ondas sísmicas llegan a diferentes estaciones, dónde desaparecen, dónde cambian sus velocidades y cómo se desvían al viajar a través de la Tierra.
A partir de estas observaciones, pueden deducir lo que existe en las profundidades, bajo la superficie.
¿Cómo demostraron las ondas S que el núcleo externo de la Tierra es líquido?
Cuando se produce un gran terremoto, las ondas S pueden viajar a través del manto terrestre.
Pero cuando llegan al límite del núcleo externo, algo cambia.
El núcleo exterior es líquido.
Debido a que las ondas S no pueden viajar a través de los líquidos, no atraviesan el núcleo externo.
Como resultado, existen regiones en el lado opuesto de la Tierra donde no se registran ondas S directas.
Esta región se conoce como la zona de sombra de la onda S.
Esta observación llevó a los científicos a una conclusión importante.
Si toda la Tierra fuera sólida, las ondas S deberían haber podido continuar a través del núcleo.
Pero no lo hicieron.
Esto se convirtió en una de las pruebas sísmicas más contundentes de que el núcleo externo de la Tierra es líquido.
¿Qué es la zona de sombra de la onda P?
La situación con las ondas P es diferente.
Las ondas P pueden viajar a través de los líquidos.
Así pues, cuando llegan al núcleo externo, no desaparecen por completo.
Sin embargo, cuando las ondas P pasan del manto sólido al núcleo externo líquido, su velocidad y dirección cambian significativamente.
Son altamente refractantes.
Debido a esta refracción, existe una región de la superficie terrestre donde las ondas P directas están ausentes o muy reducidas.
Esta región se denomina zona de sombra de la onda P.
Al estudiar conjuntamente las zonas de sombra de las ondas P y S, los científicos aprendieron mucho sobre la estructura del núcleo de la Tierra.
Análisis posteriores de las diferentes fases de las ondas P también ayudaron a los científicos a determinar que existe un núcleo interno sólido en el centro del planeta.
¿Cómo utilizan las ondas P los sistemas de alerta temprana de terremotos?
La alta velocidad de las ondas P no es solo un hecho académico.
Puede proporcionar una ventaja que salve vidas.
Cuando comienza un terremoto, las ondas P se propagan rápidamente alejándose del foco.
Las ondas S y gran parte de los temblores más fuertes se propagan más lentamente.
Los sistemas de alerta temprana de terremotos utilizan sensores rápidos para detectar las primeras ondas P.
El sistema puede entonces:
- Detectar la primera onda P.
- Comience a estimar la ubicación y la magnitud del terremoto.
- Enviar alertas a las zonas donde se prevén temblores más fuertes.
Estos sistemas no predicen terremotos.
El terremoto ya ha comenzado.
Pero las señales de comunicación viajan mucho más rápido que las ondas sísmicas, por lo que las personas que se encuentren a cierta distancia del epicentro del terremoto pueden recibir varios segundos —y en algunos casos, decenas de segundos— de aviso.
Sin embargo, muy cerca de la zona epicentral, el tiempo de aviso puede ser extremadamente corto o inexistente.
¿Podemos ver las ondas P y S?
No directamente.
Una onda sísmica que viaja a través de una masa de roca normalmente no puede ser vista a simple vista.
Pero sus efectos pueden medirse.
Los sismómetros, instrumentos de alta sensibilidad, registran el movimiento del suelo.
El registro resultante se llama sismograma.
En un sismograma, el primer movimiento, de menor magnitud, suele indicar la llegada de la onda P, seguida de un movimiento de onda S más intenso y, posteriormente, de la energía de las ondas superficiales.
Estas grabaciones permiten detectar grandes terremotos incluso desde estaciones situadas a miles de kilómetros de distancia.
¿Por qué las ondas P pueden viajar a través de los líquidos, pero las ondas S no?
Esta pregunta ofrece una de las maneras más fáciles de comprender la diferencia entre las dos ondas.
Una onda P se propaga mediante la compresión y expansión de la materia.
Los líquidos pueden comprimirse y transmitir cambios de presión.
Por lo tanto, las ondas P pueden propagarse a través de los líquidos.
Una onda S intenta cortar el material lateralmente.
Los líquidos no pueden soportar este tipo de esfuerzo cortante.
Por lo tanto, la onda S no puede propagarse a través de ellos.
Esta única diferencia física ayudó a los científicos a determinar que el núcleo externo de la Tierra es líquido.
Preguntas frecuentes
¿Qué onda sísmica llega primero?
La onda P.
Las ondas P viajan más rápido que las ondas S.
¿Las ondas P son longitudinales o transversales?
Las ondas P son principalmente ondas compresionales longitudinales . El movimiento de las partículas es paralelo a la dirección en la que se propaga la onda.
¿Las ondas S son transversales?
Sí. En las ondas S, el movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación de la onda.
¿Pueden las ondas P viajar a través del agua?
Sí.
Las ondas P pueden viajar a través de los líquidos.
¿Pueden las ondas S viajar a través del agua?
No.
Las ondas S no pueden propagarse a través de los líquidos.
¿Cuál es la onda sísmica más rápida?
La onda P.
¿Qué onda sísmica causa más daños?
Las ondas S pueden producir movimientos sísmicos más intensos que las ondas P, pero durante los grandes terremotos, las ondas superficiales pueden ser responsables de algunos de los temblores más destructivos.
¿Las ondas P y S son producidas únicamente por terremotos?
No.
Las explosiones, la actividad volcánica y algunas grandes liberaciones de energía provocadas por el ser humano también pueden generar ondas sísmicas.
Conclusión
Al principio, las ondas P y S pueden parecer simplemente dos tipos diferentes de vibraciones producidas por un terremoto.
En realidad, forman parte de los fundamentos de la sismología moderna.
Las ondas P son más rápidas y pueden viajar a través de sólidos, líquidos y gases. Mueven la materia mediante compresión y expansión alternadas en la misma dirección general que la propagación de la onda.
Las ondas S son más lentas y solo pueden viajar a través de sólidos. Mueven el material perpendicularmente a la dirección en la que viaja la onda.
La diferencia en sus velocidades permite a los científicos ayudar a determinar la ubicación de los terremotos.
La llegada temprana de las ondas P proporciona a los sistemas de alerta temprana de terremotos valiosos segundos.
Y la incapacidad de las ondas S para atravesar el núcleo externo líquido ayudó a los científicos a comprender lo que existe en las profundidades de nuestro planeta.
Los seres humanos nunca han llegado al núcleo de la Tierra.
Nunca hemos traído una muestra de roca de allí.
Sin embargo, sabemos que el núcleo externo es líquido y el núcleo interno es sólido.
Una de las razones más importantes es que podemos escuchar las ondas P y S que los terremotos potentes envían a través del planeta.
