Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSITAT POLITEgraveCNICA DE VALEgraveNCIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIacuteA CARTOGRAacuteFICA GEODESIA Y FOTOGRAMETRIacuteA
MONITORIZACIOacuteN DE FENOacuteMENOS GEODINAacuteMICOS APLICANDO TEacuteCNICAS GNSS
TESIS DOCTORAL
Marzo 2014
Autor Alberto Antoacuten Merino
Directores Dr Joseacute Luis Berneacute Valero
Dra Natalia Garrido Villeacuten
1
Vas hacia el camino y si no cuidas tus pasos no sabes hacia doacutende te arrastraraacuten
Bilbo Bolsoacuten
2
Agradecimientos
3
Agradecimientos
En primer lugar gracias a Natalia por su apoyo incondicional ideas criacuteticas y su
ayuda sin la cual todo esto no tendriacutea sentido
Todo mi agradecimiento para mi codirector de Tesis Joseacute Luis Berneacute por sus
ideas material consejos y por compartir conmigo su gran experiencia investigado-
ra
Gracias a Joel Isis y Axel que han compartido a su padre con este trabajo
4
Resumen
5
Resumen
La Tierra es un planeta en continua transformacioacuten Si retrocedieacuteramos en el tiempo
1500 millones de antildeos no reconoceriacuteamos ninguacuten rasgo actual en su superficie ni
montantildeas ni cuencas oceaacutenicas ni posiciones relativas de los continentes Por el
contrario si pudieacuteramos mirar la Luna con un telescopio que nos mostrara coacutemo era
hace 1500 millones de antildeos observariacuteamos que su superficie salvo algunos nuevos
craacuteteres no ha variado Esto es debido a que la Tierra al contrario que la Luna auacuten
no se ha enfriado y se mantiene geoloacutegicamente activa y en continuo movimiento
En esta tesis doctoral se ha tratado de validar las teacutecnicas GNSS como herramienta
fundamental en estudios de geodinaacutemica interna orientando la investigacioacuten hacia
la buacutesqueda de precursores en el aacutembito de la sismologiacutea y vulcanologiacutea
Para poner en praacutectica la utilidad de dichas teacutecnicas se han realizado investigacio-
nes geodinaacutemicas aisladas publicadas en diversos medios
- Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la distan-
cia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de
2011 Publicado en Survey Review Mayo 2013
- Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca del
11 de mayo de 2011 Topcart Octubre 2012
- Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutecnicas
GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de 2011 Publi-
cado en Mapping Diciembre 2013
- Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erupcioacuten
submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas GNSS En
revisioacuten
- Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutecnicas
GNSS En revisioacuten
- Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordillera
Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS En revisioacuten
6
Resum
7
Resum
La Terra eacutes un planeta en contiacutenua transformacioacute Si retrocediacuterem en el temps 1500
milions danys no reconeixeriacuteem cap tret actual en la seua superfiacutecie ni muntanyes
ni conques oceagraveniques ni posicions relatives dels continents Al contrari si pogueacute-
rem mirar la Lluna amb un telescopi que ens mostrara com era fa 1500 milions
danys observariacuteem que la seua superfiacutecie excepte alguns nous cragraveters no ha va-
riat Accedilograve eacutes degut al fet que la Terra al contrari que la Lluna encara no sha refredat
i es manteacute geologravegicament activa i en continu moviment
En este treball sha tractat de validar les tegravecniques GNSS com a ferramenta fona-
mental en estudis de geodinagravemica interna orientant la investigacioacute cap a la busca de
precursors en lagravembit de la sismologia i vulcanologia
Per a posar en pragravectica la utilitat de dites tegravecniques shan realitzat investigacions
geodinagravemiques aiumlllades publicades en diversos mitjans
- Desplaccedilament destacions permanents GNSS en funcioacute de la distagravencia a
lepicentre a consequumlegravencia del terratreacutemol de Japoacute de l11 de marccedil de 2011
Publicat en Survey Review Maig 2013
- Estudi dels desplaccedilaments produiumlts pel terratreacutemol de Lorca de l11 de maig
de 2011 Topcart Octubre 2012
- Estudi dels desplaccedilaments permanents de plaques per mitjagrave de tegravecniques
GNSS deguts al terratreacutemol de Turquia del 23 doctubre de 2011 Publicat
en Mapping Desembre 2013
- Estudi dels desplaccedilaments del terreny produiumlts per lerupcioacute submarina dEl
Hierro doctubre de 2011 per mitjagrave de tegravecniques GNSS En revisioacute
- Estudi de la subsidegravencia en Lorca Murcia (Espantildea) per mitjagrave de tegravecniques
GNSS En revisioacute
- Estudi bagravesic dels desplaccedilaments de les falles actives en la serralada Begravetica
oriental per mitjagrave de tegravecniques GNSS En revisioacute
8
Abstract
9
Abstract
Planet Earth is in continuous transformation If we could move back in time 15
billion years we would not recognize any current feature on its surface no moun-
tains no ocean basins and relative positions of the continents By contrast if we
look at the Moon with a telescope to show us how was 1500 million years ago we
would observe its surface except for some new craters has not changed This is
because the Earth Moon unlike not yet cooled and geologically remains active and
in continuous movement
This paper has attempted to validate GNSS techniques as a fundamental tool in
internal geodynamic studies directing research toward finding precursors in the
field of seismology and volcanology
To implement the utility of such techniques there have been isolated geodynamic
investigations published in various media
- Displacement of GNSS permanent stations depending on the distance to the
epicentre due to Japanrsquos earthquake on 11 March 2011 Published in Sur-
vey review May 2013
- Study of displacements produced by Lorca earthquake on 11 May 2011
Topcart Octuber 2012
- Study of permanent plate displacement by GNSS techniques due to the
earthquake in Turkey on October 23 2011 Published in Mapping Decem-
ber 2013
- Study of ground displacement produced by El Hierro submarine eruption
on October 2011 through GNSS techniques In revision
- Study of land subsidence in Lorca Murcia (Spain) by GNSS techniques
In revision
- Basic study of active fault displacements in eastern Betic Cordillera by
GNSS techniques In revision
10
Iacutendice
11
1 Iacutendice
Agradecimientos 3
Resumen 5
Resum 7
Abstract 9
1 Iacutendice 11
2 Objetivo de la investigacioacuten 15
3 Introduccioacuten 17
31 Introduccioacuten a la Geodesia Espacial 17
311 Concepto 17
312 Historia 17
32 Introduccioacuten a la monitorizacioacuten de fenoacutemenos geodinaacutemicos mediante teacutecnicas GNSS 26
321 Introduccioacuten a la geodinaacutemica interna de la Tierra 26
322 Sistemas geodeacutesicos de referencia 38
323 Teacutecnicas maacutes utilizadas 60
324 Redes de estaciones permanentes 100
325 Estado del arte 102
4 Estudios realizados 125
41 Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la distancia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de 2011 126
411 Introduccioacuten 126
412 Objetivo de la investigacioacuten 129
413 Antecedentes 129
414 Marco geoestructural 130
415 Metodologiacutea 132
416 Resultados obtenidos 134
Iacutendice
12
417 Conclusiones 139
42 Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 142
421 Introduccioacuten 142
422 Antecedentes 143
423 Marco geoestructural 146
424 Metodologiacutea utilizada 151
425 Resultados obtenidos 153
426 Conclusiones y recomendaciones 154
43 Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutecnicas GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de 2011 156
431 Introduccioacuten 156
432 Marco geoestructural 159
433 Metodologiacutea 160
434 Resultados 164
435 Conclusiones 169
44 Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erupcioacuten submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas GNSS 170
441 Introduccioacuten 170
442 Marco geoestructural 173
443 Meacutetodos 176
444 Discusioacuten y conclusiones 183
45 Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutecnicas GNSS 185
451 Introduccioacuten 185
452 Antecedentes 186
453 Datos y metodologiacutea 188
454 Observaciones de campo 199
455 Discusioacuten y conclusiones 199
Iacutendice
13
46 Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordillera Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS 202
461 Introduccioacuten 202
462 Marco geoestructural 203
463 Metodologiacutea utilizada 205
464 Datos de partida 205
465 Marco temporal 207
466 Procesamiento de los datos 207
467 Resultados obtenidos 207
468 Conclusiones y recomendaciones 216
5 Conclusiones 219
6 Liacuteneas futuras 221
7 Bibliografiacutea 223
Iacutendice
14
2 Objetivo de la investigacioacuten
15
2 Objetivo de la investigacioacuten
De acuerdo con la UNFPA (United Nations Population Fund) siete mil millones de
personas habitaban la Tierra el 31 de octubre de 2011 Aproximadamente una de
cada dos personas vive en una ciudad y en tan soacutelo 35 antildeos esta cifra habraacute au-
mentado a dos de cada tres personas En 2011 maacutes de la mitad de la poblacioacuten
mundial viviraacute en zonas urbanas y en 2030 los pueblos y ciudades albergaraacuten a casi
5000 millones de personas (United Nations Population Fund 2011)
Seguacuten el CRED (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters) el 60 por
ciento de las muertes humanas causadas por los desastres naturales en la uacuteltima
deacutecada se debieron a terremotos dado que ocho de las ciudades maacutes pobladas del
planeta estaacuten construidas sobre fallas tectoacutenicas Estas ciudades son Katmanduacute
Nepal Estambul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta Indonesia Tokio Japoacuten
Meacutexico DF Meacutexico Nueva Delhi India Nueva York EEUU Vancouver Cana-
daacute Shanghai China y Los Aacutengeles California EEUU (Centre for Research on the
Epidemiology of Disasters 2010)
Por otro lado los riesgos producidos por otros fenoacutemenos geoloacutegicos como erup-
ciones volcaacutenicas subsidencias o deslizamientos aunque hayan sido algunas veces
subestimados tambieacuten albergan potenciales efectos devastadores Valga como
ejemplo el veloz y continuo crecimiento de las poblaciones que viven en aacutereas de
actividad volcaacutenica que a finales del siglo XX llegaron a los 500 millones de per-
sonas (Baxter 2000)
A nivel nacional el reciente terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 con una
magnitud de 51 Mw 9 viacutectimas mortales y grandes dantildeos materiales supone un
claro ejemplo sobre el gran esfuerzo que auacuten queda por hacer en este campo de
investigacioacuten Concretamente para este evento siacutesmico se barajan varias causas sin
que hasta ahora haya consenso entre la comunidad cientiacutefica sobre su origen En
esta tesis se realizan dos estudios encaminados a aportar algunos resultados sobre la
compleja geodinaacutemica de la zona en la que se produjo el terremoto
Partiendo de estas premisas y siempre desde el punto de vista geodeacutesico y cartograacute-
fico se considera que es necesario seguir realizando esfuerzos para profundizar en
el conocimiento de estos fenoacutemenos sobre todo en lo que concierne a su predic-
cioacuten ya que esto redundariacutea en una reduccioacuten de viacutectimas y de dantildeos materiales
El objetivo de esta tesis consiste entonces en el estudio geodeacutesico aplicando teacutecni-
cas GNSS (Global Navigation Satellite System) de alta precisioacuten de fenoacutemenos
geodinaacutemicos susceptibles de producir desastres naturales Concretamente se reali-
zaraacuten anaacutelisis de eventos siacutesmicos erupciones volcaacutenicas y subsidencias del te-
rreno En todos estos casos se estudiaraacuten fundamentalmente los desplazamientos del
terreno producidos antes durante y despueacutes del fenoacutemeno para buscar signos pre-
2 Objetivo de la investigacioacuten
16
cursores cuantificar los movimientos y proponer estrategias de monitorizacioacuten para
las zonas maacutes sensibles
3 Introduccioacuten
17
3 Introduccioacuten
31 Introduccioacuten a la Geodesia Espacial
Siendo el objetivo de esta tesis el estudio de fenoacutemenos geodinaacutemicos aplicando
teacutecnicas GNSS resulta loacutegico comenzar introduciendo la rama de la Geodesia alre-
dedor de la cual se va a desarrollar el estudio
Desde el momento en que el ser humano evoluciona hacia un animal racional ha
mostrado su intereacutes por la Tierra Los fenoacutemenos naturales que le rodean condicio-
nan su comportamiento y la necesidad de comprenderlos ha dado lugar en un pri-
mer momento a las maacutes variadas supersticiones mitos ritos y cultos La necesidad
del ser humano de ubicarse o ubicar otros elementos y comunicar estas localizacio-
nes a otros seres humanos puede decirse que fue el origen de las teacutecnicas geodeacutesi-
cas
311 Concepto
Etimoloacutegicamente la palabra Geodesia del griego γηδαιω (divido la tierra) signifi-
ca la medida de las dimensiones de la Tierra En su acepcioacuten moderna tambieacuten
engloba el estudio del campo de gravedad Concretamente la Geodesia Espacial es
una relativamente nueva rama de la Geodesia que trata principalmente con sateacutelites
artificiales cuya observacioacuten resulta maacutes coacutemoda y precisa que la tradicional aplica
teacutecnicas tridimensionales y resuelve todos los problemas de la Geodesia tanto geo-
meacutetricos como dinaacutemicos (Sevilla de Lerma 2001)
312 Historia
Es sorprendente el grado de conocimiento alcanzado sobre determinados fenoacutemenos
naturales en culturas muy antiguas y cuyas evidencias para nosotros proceden del
estudio de los monumentos que nos han llegado (Stonehenge en Inglaterra la Gran
Piraacutemide de Egipto templos y ciudades Indias de Ameacuterica Central etc) La mayo-
riacutea de estos fenoacutemenos estaacuten relacionados con la Tierra el Sol o la Luna no pu-
dieacutendose separar en la etapa inicial la Geodesia de la Astronomiacutea (Calero 2003)
3121 Desde los oriacutegenes hasta la eacutepoca romana
De las civilizaciones maacutes antiguas no ha pervivido mucha documentacioacuten no obs-
tante quedan indicios de que en Sumeria Egipto China y la India se hicieron ob-
servaciones precisas y aunque no se alcanzoacute un conocimiento profundo si se ad-
quirieron nociones baacutesicas sobre los movimientos de la Tierra en el espacio (Calero
2003)
3 Introduccioacuten
18
En la civilizacioacuten babiloacutenica como se puede ver en la Figura 31 se consideraba
que la Tierra era un disco plano que flotaba en el oceacuteano y en cuyo centro se encon-
traba Babilonia
De la civilizacioacuten egipcia resulta relevante la extraordinaria precisioacuten en la orienta-
cioacuten de algunos monumentos con respecto a los puntos cardinales hecho que resul-
ta especialmente admirable en las piraacutemides de Keops y Kefren con unas desviacio-
nes menores a 3rsquo
En el periodo griego fue Pitaacutegoras (582-
500 aC) el primer humano que se conoce
que admitiera la idea de la esfericidad de la
Tierra Siglos maacutes tarde Aristoacuteteles (384-
322 aC) dedujo que su forma debiacutea ser
esfeacuterica al ver la sombra que produciacutea la
Tierra sobre la Luna en los eclipses Un
siglo despueacutes Eratoacutestenes (284-192 aC)
fue el primer ser humano que desarolloacute un
meacutetodo cientiacutefico para determinar el radio
de la Tierra (Millaacuten Gamboa 2006) Se le
puede considerar el fundador de la Geode-
sia
Hacia el antildeo 46 aC Julio Ceacutesar con la
ayuda del astroacutenomo Sosiacutegenes de Alejan-
driacutea fija en 36525 la duracioacuten del antildeo y
establece el Calendario Juliano que hoy
todaviacutea utilizan las iglesias ortodoxas grie-
gas y rusas
3122 La edad media
Las teoriacuteas aristoteacutelicas tuvieron una gran influencia la Edad Media en Europa Se
admitiacutea la esfericidad de la Tierra pero se explicaba muy mal Se suponiacutea la Tierra
cubierta de agua excepto la parte habitada (ecumene) La historia de esos siglos estaacute
salpicada de avances descubrimientos de matemaacuteticos y astroacutenomos que no dejan
de considerar los problemas geodeacutesicos en sus trabajos un resumen de los conoci-
mientos matemaacuteticos es realizado por el geoacutemetra Papus (400)
Es de destacar la medida del arco de meridiano realizada por el monje budista chino
I Hsing en el antildeo 727
Las aportaciones aacuterabes a la Geodesia son muy reducidas aunque merecen desta-
carse las expediciones organizadas en las llanuras de Palmira y Zinjar cerca de
Bagdad y Al Raqqah por el califa Al-Mamuacuten (786-833) hijo del Haroun al-
Figura 31 Reproduccioacuten de una tablilla
babiloacutenica del 500 aC donde aparece al
pie un mapa del mundo Biblioteca del
Congreso EEUU
3 Introduccioacuten
19
Raschid (830) para determinar la longitud del grado y los trabajos del matemaacutetico
Al-Khwarizmi que publicoacute un mapa del mundo conocido y determinoacute el radio de la
Tierra ademaacutes de introducir en las matemaacuteticas los numerales hinduacutees 12 y de
cuyo nombre se tomoacute la palabra algoritmo tantas veces usada despueacutes
El astroacutenomo Al-Battani (858-929) hacia el antildeo 900 publica un tratado de Geogra-
fiacutea dando las posiciones de las principales ciudades sirvieacutendose de la trigonometriacutea
publica tablas astronoacutemicas de uso comuacuten Los astroacutenomos aacuterabes Aboul Wefa y
Ben Younis recalculan las constantes astronoacutemicas y Alhazen (966-1039) escribe
un tratado de oacuteptica En 1154 en Sicilia aparece la gran compilacioacuten de Geografiacutea
Universal de Idrisi (1098-1166)
Las primitivas ensentildeanzas griegas de maestros de la categoriacutea de Pitaacutegoras Eudo-
xio Aristoacuteteles Eratoacutestenes Hiparco y Tolomeo entre otros sobreviven gracias a
la civilizacioacuten aacuterabe y en el siglo XII a traveacutes de Espantildea llegan a Europa en las
traducciones al latiacuten hechas en el reinado de Alfonso X de Castilla
Un caso digno de mencioacuten es el de Roger Bacon (1214-1294) creador de la oacuteptica
estudioso de la refraccioacuten y las mareas terrestres
3123 Siglos XV y XVI
Estos dos siglos coinciden con el periodo del Renacimiento en Europa Occidental y
se caracterizan entre otros aspectos por las grandes exploraciones Este hecho
propicioacute que se formaran grandes escuelas de cartoacutegrafos quienes con los conoci-
mientos muchas veces imprecisos aportados por la Geodesia confeccionaron gran
cantidad de mapas El cartoacutegrafo por excelencia de esta eacutepoca cuyos mapas satisfa-
ciacutean las necesidades de la navegacioacuten fue el flamenco Gerhard Kaufmann (1512-
1594) maacutes conocido por Mercator
Hasta finales del siglo XV no aparecen en Europa nuevas ideas en el terreno de la
Geodesia o de la Astronomiacutea Quizaacute deba recordarse al cardenal alemaacuten Nicolaacutes de
Cusa (1401-1464) que se hizo famoso por su idea del Universo infinito y que estu-
dioacute el movimiento diurno de la Tierra Otros como Peurbach (1423-1461) Walthe-
rus (1430-1504) y Regiomontano (1436-1476) hicieron algunos intentos para evo-
lucionar las ideas y Leonardo da Vinci (1452)-1519) ademaacutes de un artista
confirmado fue un buen cientiacutefico sugiriendo ya ideas sobre la isostasia y las ma-
reas terrestres
El gran astroacutenomo de esta eacutepoca es Nicolaacutes Copeacuternico (1473-1543) quien en su
obra De Revolutionibus Orbium Coelestium de 1543 desarrolla la teoriacutea helioceacuten-
trica del sistema solar que vino a revolucionar el pensamiento de la eacutepoca anclado
en las ideas aristoteacutelicas se entablaron duras poleacutemicas y se logroacute indirectamente
que la atencioacuten de los astroacutenomos y geodestas se dirigiese por este camino Prolife-
raron las observaciones se construyeron observatorios y en general la Astronomiacutea
3 Introduccioacuten
20
tuvo el apoyo de gobiernos y particulares que de otra manera difiacutecilmente se hubie-
se logrado Naturalmente la Geodesia y la navegacioacuten se beneficiaron enormemen-
te de los resultados que se esta-
ban obteniendo pues pronto
dispusieron de un mejor cono-
cimiento de las posiciones de
los cuerpos celestes indispen-
sables para sus fines de posi-
cionamiento y orientacioacuten La
teoriacutea helioceacutentrica pronto fue
admitida por el mundo cientiacutefi-
co la razoacuten se imponiacutea a la
teologiacutea aunque no sin grandes
sacrificios Kepler (1571-
1630) ademaacutes de descubrir las
leyes del movimiento planeta-
rio propuso un meacutetodo para
determinar el radio terrestre
En cuanto a las medidas del
arco de meridiano cabe desta-
car que el meacutedico franceacutes Fer-
nel (1485-1558) en 1525 midioacute
la distancia entre Pariacutes y Amiens con un cuadrante y contando las vueltas que daban
las ruedas de su carruaje
3124 Siglos XVII y XVIII
En este periodo las investigaciones y los avances geodeacutesicos continuacutean pero con
unas bases mucho maacutes cientiacuteficas Stevin (1548-1620) intuye la gravedad Las me-
didas del arco continuacutean En 1615 el holandeacutes Snellius (1580-1626) realiza la pri-
mera triangulacioacuten precisa y estudia la refraccioacuten midioacute un arco entre Bergen op
Zoom y Alkmaar con una base cerca de Leyden Este meacutetodo cuyos principios
fueron desarrollados por Gemma Frisius en 1533 perduroacute hasta el siglo XX con las
mejoras aportadas por los instrumentos de observacioacuten y medios de caacutelculo Tam-
bieacuten se efectuacutean mediciones en Inglaterra por Norwood (1590-1675) que en 1633
mide el arco entre Londres y York y en Italia por los jesuitas Riccioli (1598-1671) y
Grimaldi usando por primera vez aacutengulos cenitales reciacuteprocos en 1645 En Espantildea
aparece en 1615 un mapa de Aragoacuten realizado por Juan Bautista de Labantildea (1555-
1625) en el que se utilizan triangulaciones para los levantamientos En 1670 en
Francia el abad Picard (1620-1683) mejora los procedimientos de observacioacuten y
midiendo por triangulacioacuten el arco de Pariacutes entre Malvoisine (al sur de Pariacutes) y
Sourdon (al sur de Amiens) determina el radio terrestre Su resultado (6275 Km de
Figura 32 Mapa de Mercator 1595 Cartografiacutea que
muestra la tierra imaginaria del Aacutertico British Librarys
Mercator Atlas of Europe (c1570)
3 Introduccioacuten
21
radio) fue de trascendental importancia pues sirvioacute a Newton (1642-1727) para
calcular la distancia a la Luna que veniacutea dada en unidades del radio terrestre y
comprobar su ley de gravitacioacuten universal La aplicacioacuten de la Ley de Newton a la
teoriacutea de figuras de equilibrio permitioacute concluir que la Tierra no era una esfera sino
que debiacutea ser un elipsoide de revolucioacuten achatado por los polos del eje de rotacioacuten
Fundamentalmente Newton trata el problema de la figura de la Tierra en las propo-
siciones XVIII XIX y XX de su obra ldquoPhilisophiae naturalis principia mathemati-
cardquo tambieacuten en esta obra da la primera explicacioacuten correcta del fenoacutemeno de las
mareas y efectua caacutelculos precisos de las mismas Ya en 1672 Richer habiacutea obser-
vado que el peacutendulo astronoacutemico es maacutes lento en Cayena que en Pariacutes y Huygens
(1629-1695) el gran experto en relojes utilizando el primer reloj de peacutendulo preci-
so interpretoacute estas variaciones diciendo que la gravedad aumenta del ecuador a los
polos porque la Tierra es aplanada
Dominico Cassini (1625-1712) director del observatorio de Pariacutes observa que el
planeta Juacutepiter aparece aplanado y deduce que la Tierra tambieacuten debe serlo pero no
dice coacutemo Los resultados de posteriores mediciones confirmaron las conclusiones
de Cassini y Newton Desde entonces la Tierra se considera en segunda aproxima-
cioacuten como un elipsoide de dos ejes achatado por los polos del eje de rotacioacuten El
problema desde entonces es determinar las dimensiones de la Tierra obteniendo
valores numeacutericos del semieje y del aplanamiento del elipsoide terrestre
En 1742 Maclaurin (1698-1746) que habiacutea leiacutedo una tesis a los 17 antildeos sobre ldquoEl
poder de la gravedadrdquo estudiando las mareas demuestra que el elipsoide de revolu-
cioacuten aplanado puede ser una figura de equilibrio de una masa fluida y homogeacutenea
sometida a su propia gravitacioacuten y dotada de un movimiento de rotacioacuten deducien-
do la correspondiente ley de gravedad
En 1743 Clairaut que a los 18 antildeos fue aceptado como miembro de la Academia
Francesa publica su ldquoTheacuteorie de la figure de la Terrerdquo que puede considerarse co-
mo el origen de la Geodesia Dinaacutemica
En 1791 la ldquoCommission Geacuteneacutenal des Poids et Mesuresrdquo adopta el sistema meacutetrico
decimal El metro quedoacute definido en funcioacuten de la longitud del meridiano terrestre
Para dar la longitud del metro Delambre (1749-1822) y Pedro Andreacutes Mechain
(1744-1804) miden el meridiano de Francia entre Dunkerque y Perpignan
Trabajos tambieacuten importantes son los emprendidos por Lagrange (1736-1813)
quien en 1788 publica la primera edicioacuten de su ldquoMeacutechanique Analitiquerdquo y obtiene
las ecuaciones del movimiento del polo En 1785 Legendre (1752-1833) introduce
la nocioacuten de potencial y funda la teoriacutea de funciones esfeacutericas y en 1787 publica su
memoria sobre observaciones trigonomeacutetricas donde aparece su famoso teorema de
resolucioacuten plana de triaacutengulos esfeacutericos
3 Introduccioacuten
22
Desde el punto de vista praacutectico Borda (1733-1799) perfecciona los instrumentos
geodeacutesicos con la introduccioacuten del ciacuterculo repetidor y realiza la unioacuten geodeacutesica
Greenwich-Pariacutes
A partir de entonces quedoacute demostrado que a partir de medidas de aacutengulos y dis-
tancias podiacutean obtenerse posiciones de puntos sobre la superficie de la Tierra Pron-
to proliferaron debido principalmente a necesidades cartograacuteficas con fines milita-
res civiles y de navegacioacuten las invenciones de nuevos instrumentos de observacioacuten
y se perfeccionaron los teodolitos para la medida de aacutengulos
3125 Siglos XIX y XX
La primera gran operacioacuten geodeacutesica en el siglo XIX fue la prolongacioacuten hacia
Espantildea del meridiano de Francia preparada por Mechain por encargo del ldquoBureau
des Longitudesrdquo
Las medidas de grandes arcos de meridiano y paralelo se sucedieron a lo largo de
este siglo En 1817 Struve (1793-1864) y Tanner comienzan la medida del arco del
Danubio al Aacutertico que termina en 1849 En 1819 aparece calculado el elipsoide de
Walbeck en Rusia En 1823 Everest (1790-1866) mide el arco de la India y en 1830
publica los datos de su elipsoide Este mismo antildeo Airy calcula su elipsoide con
arcos de meridiano y paralelo de Gran Bretantildea En 1866 el Coronel norteamericano
Clarke (1828-1914) obtiene los elementos de su primer elipsoide que se utiliza en
Ameacuterica del Norte y en 1880 publica el segundo
Un gran impulso instrumental es el dado por Perrier (1833-1888) en 1868 con los
ciacuterculos acimutales para la observacioacuten de triangulaciones de primer orden que son
construidos por los hermanos Bruumlnner En 1885 Jaumlderin emplea los hilos en suspen-
sioacuten para la medida de bases geodeacutesicas
Es en el siglo XIX cuando la mayor parte de los cientiacuteficos de eacutelite establecen y
desarrollan las bases de la Geodesia matemaacutetica y experimental Carlos Federico
Gauss (1777-855) astroacutenomo geodesta y matemaacutetico inventoacute el helioacutegrafo y dise-
ntildeoacute calculoacute y compensoacute utilizando por primera vez el meacutetodo de miacutenimos cuadra-
dos la red geodeacutesica del reino de Hannover en 1821 Tambieacuten dio las bases de la
geometriacutea diferencial de superficies de uso obligado en Geodesia geomeacutetrica y
dinaacutemica Igualmente establecioacute los fundamentos teoacutericos de la Geodesia con la
definicioacuten de la superficie matemaacutetica de la Tierra que posteriormente en 1872
Listing llamariacutea geoide
Los trabajos geodeacutesicos en Ameacuterica del Norte condujeron a la medida de largos
arcos de meridiano y a la obtencioacuten del elipsoide de Hayford que posteriormente
fue adoptado por la Unioacuten Internacional de Gedodesia y Geofiacutesica como Elipsoide
Internacional
3 Introduccioacuten
23
Pratt (1774-1872) en 1855 presenta su modelo isostaacutetico y Airy hace lo propio el
mismo antildeo Otro gran matemaacutetico geodesta y astroacutenomo fue Bessel (1784-1846)
director del observatorio de Koumlnigsberg que midioacute el arco prusiano en 1838 de-
terminoacute el primer valor fiable del aplanamiento de la Tierra Su elipsoide de 1840
ha formado parte de algunos datums europeos
La aplicacioacuten de las ondas electromagneacuteticas a la medida de distancias en Geodesia
fue iniciada por Michelson (1852-1931) Maacutes tarde en 1948 el sueco Bergstrand
inventoacute el geodiacutemetro y Wadley en 1956 el teluroacutemetro
El siglo XX comienza con la aparicioacuten de la obra de Helmert (1843-1917) que vie-
ne a sintetizar los trabajos geodeacutesicos hasta entonces y que ha servido y sirve como
libro de referencia inexcusable Helmert es el introductor del meacutetodo de nivelacioacuten
astrogeodeacutesica para la determinacioacuten del geoide a partir de desviaciones de la verti-
cal En 1900 crea el Sistema Gravimeacutetrico de Viena y en 1901 da su foacutermula de la
gravedad normal
En 1909 el geodesta norteamericano Hayford con datos de la red geodeacutesica de los
Estados Unidos y aplicando el meacutetodo de las aacutereas con la hipoacutetesis isostaacutetica de
Pratt publica los resultados de su elipsoide que posteriormente es adoptado como
elipsoide de referencia Internacional en Madrid en 1924 Se establece el sistema de
gravedad de Potsdam
En 1928 Vening-Meinesz publica un libro con las foacutermulas que llevan su nombre y
que determinan las componentes de la desviacioacuten de la vertical a partir de medidas
gravimeacutetricas
Las observaciones de eclipses de Sol y de ocultaciones de estrellas por la Luna
proporcionan datos suficientes para la determinacioacuten de los paraacutemetros del elipsoi-
de terrestre y para la unioacuten en un mismo sistema de referencia de puntos de la su-
perficie terrestre alejados
En 1940 aparecen los trabajos del geodesta finlandeacutes Weiko A Heiskanen sobre
aplanamiento de elipsoides de dos y tres ejes sobre cartas de anomaliacuteas de la gra-
vedad y sobre correcciones isostaacuteticas siguiendo la hipoacutetesis de Airy
En 1950 el japoneacutes Takeuchi resuelve por primera vez numeacutericamente el sistema de
ecuaciones diferenciales que gobierna las deformaciones elaacutesticas de una Tierra no
homogeacutenea
En 1950 se aplica la triangulacioacuten Hiran con precisioacuten de 5 metros Aparecen los
niveles automaacuteticos los graviacutemetros de muelle de alta precisioacuten y los graviacutemetros
marinos Graf y LaCoste
En 1957 el 4 de octubre se lanza el primer sateacutelite artificial de la Tierra por los
rusos el Sputnik 1 En 1958 comienza la Geodesia por sateacutelites con las caacutemaras
Baker-Nunn y fotografiacutea con fondo de estrellas
3 Introduccioacuten
24
En 1964 se lanzan los primeros sateacutelites Doppler Transit por los EEUU que quedan
operativos para uso civil en 1967 En 1968 aparece el graviacutemetro superconductor de
Goodkind y se lanzan los sateacutelites Echo I y II ANNA 1B Geos1 y 2 Pageos Dia-
deme1-2 Oscar 14 y Timation
De 1966 a 1976 se realiza la primera gran operacioacuten europea de Geodesia por Sateacute-
lites denominada WEST (Western European Satellite Triangulation) Participan 17
paiacuteses europeos entre ellos Espantildea con un total de 40 estaciones En 1969 el Apo-
llo 11 deposita en la Luna los reflectores laser y se miden distancias desde los ob-
servatorios de Lick y McDonald Tambieacuten en 1969 se mide la primera gran base por
VLBI entre Haystack y Greenbank
En los antildeos sesenta se perfeccionan los equipos Doppler se continuacutean lanzando
sateacutelites geodeacutesicos y se desarrolla el receptor Mark I para VLBI Aparecen las
investigaciones de Kaula sobre teoriacutea de sateacutelites geodeacutesicos de Kaula Bjerham-
mar y Moritz sobre investigaciones estadiacutesticas del campo de gravedad y los de
Baarda y Bjerhammar sobre fiabilidad de redes geodeacutesicas Tambieacuten se estudia la
determinacioacuten de movimientos recientes de la corteza por Boulanger Se perfeccio-
na el seguimiento Doppler de sateacutelites
En los antildeos setenta el avance de la Geodesia es espectacular se termina y adopta la
IGSN71 Red Gravimeacutetrica Internacional estandarizada aparecen los sistemas de
levantamiento inercial se despliega el sistema Doppler Tranet-2 y se perfeccionan
los receptores Doppler como los JMR y los Magnavox En cuanto a la VLBI se
desarrollan los equipos Mark II y III y el primer sistema moacutevil
Tambieacuten en estos antildeos setenta se perfecciona el seguimiento laser a la Luna con
nuevos reflectores depositados alliacute por los sateacutelites Apollo14 y 15 y el Lunakhod II
El lanzamiento de sateacutelites continuacutea El primer sateacutelite GPS del Bloque I el PRN4
fue lanzado el 22 de febrero de 1978
Otros importantes avances en esta deacutecada los constituyen las investigaciones sobre
movimientos recientes de la corteza con resultados experimentales en el este de
Europa Se obtienen perfiles de marea gravimeacutetrica Aparecen modelos de marea
oceaacutenica Los sistemas de posicionamiento por sateacutelites Doppler y laser llegan a
precisiones relativas de 2 deciacutemetros Estas precisiones tambieacuten son alcanzadas con
medidas VLBI intercontinentales Los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra quedan
determinados con precisiones de 2 centeacutesimas de segundo de arco
En la deacutecada de los ochenta se establecen las primeras redes geodeacutesicas mundiales
con VLBI para la definicioacuten del sistema de orden cero Se siguen lanzando sateacutelites
geodeacutesicos como los Navstar 6 a 13 de GPS El primer sateacutelite GPS del Bloque II
fue lanzado en febrero de 1989
3 Introduccioacuten
25
En esta deacutecada las investigaciones se dirigen fundamentalmente a la Geodesia inte-
grada Geodesia operativa optimizacioacuten de redes rotacioacuten de la Tierra y determi-
nacioacuten del geoide
Las teacutecnicas espaciales de posicionamiento alcanzan precisiones relativas de 1 cen-
tiacutemetro y los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra se determinan con precisiones de
la mileacutesima de segundo de arco
En los antildeos noventa continuacutean los desarrollos iniciados en la deacutecada anterior pre-
sentaacutendose ya resultados tangibles de gran precisioacuten Se establecen las redes conti-
nentales por teacutecnicas GPS y las redes nacionales de orden cero
En la Geodesia espacial continuacutean los avances en VLBI GPS y los modernos sis-
temas DORIS PRARE y DGPS para aumentar la precisioacuten y facilidad de segui-
miento de sateacutelites y posicionamiento de estaciones Se lanzan nuevos sateacutelites GPS
del bloque II y se prepara el bloque III tambieacuten se lanzan sateacutelites Laser como el
LAGEOS-2 el ESTELLA y en GFZ-1
3126 Situacioacuten actual y desarrollo futuro
En Geodesia como en otras ramas de la ciencia hay que distinguir entre las cues-
tiones cientiacuteficas planteadas y las herramientas utilizadas para responder a estas
preguntas Muchas de las preguntas formuladas hoy en Geodesia siguen siendo las
mismas que las realizadas en el siglo XIX
Los actuales y previsiblemente futuros desarrollos teacutecnicos relacionados con la era
espacial el disentildeo de potentes ordenadores y los sistemas de comunicacioacuten permi-
tiraacuten en el futuro abordar muchas preguntas maacutes y encontrar respuestas maacutes detalla-
das a problemas claacutesicos
Sin embargo hay un aspecto que previsiblemente se mantendraacute invariable la inves-
tigacioacuten geodeacutesica soacutelo podraacute ser abordada con eacutexito a traveacutes de la colaboracioacuten
internacional (Beutler 2011)
El futuro de la Geodesia previsiblemente estaraacute basado en los siguientes ejes de
desarrollo
- Desarrollos de hardware y de software La ley exponencial que dirige la
evolucioacuten de la potencia de caacutelculo no ha agotado completamente su ten-
dencia y nuevas tecnologiacuteas se abren paso raacutepidamente en el mercado
abriendo las puertas a los caacutelculos maacutes avanzados
- Tecnologiacuteas maacutes avanzadas en instrumentacioacuten geodeacutesica con dos caracte-
riacutesticas principales una es la tendencia histoacuterica en la mejora de la preci-
sioacuten y la otra es el aumento de la cantidad de informacioacuten disponible gra-cias a la difusioacuten de un gran nuacutemero de instrumental geodeacutesico Este
instrumental en algunos casos puede ser de menor precisioacuten que los siste-
3 Introduccioacuten
26
mas maacutes avanzados sin embargo el coste econoacutemico es muy bajo lo que
los hace accesibles a una amplia comunidad de usuarios como sucede con
los equipos GNSS
- Un conocimiento maacutes avanzado de la fiacutesica de la Tierra soacutelida facilitando
el modelado de las deformaciones de la corteza terrestre la mejora del co-
nocimiento del patroacuten oceaacutenico de circulacioacuten global la altimetriacutea por sateacute-
lite para la estimacioacuten del geoide marino
- Un progreso maacutes soacutelido en matemaacuteticas por ejemplo en el aacuterea de los sis-
temas dinaacutemicos o en estadiacutestica impulsada por las grandes posibilidades
ofrecidas por las nuevas herramientas electroacutenicas (Sansograve 2003)
32 Introduccioacuten a la monitorizacioacuten de fenoacutemenos geodinaacutemicos me-
diante teacutecnicas GNSS
Dado que el objetivo de esta investigacioacuten es el estudio geodeacutesico de fenoacutemenos
geodinaacutemicos susceptibles de producir desastres naturales vamos a realizar una
breve introduccioacuten de la rama de la Geologiacutea que estudia los agentes fuerzas y
consecuencias de los procesos dinaacutemicos de la Tierra
321 Introduccioacuten a la geodinaacutemica interna de la Tierra
3211 Concepto
Se denomina geodinaacutemica a la suma de los procesos geoloacutegicos que afectan a la
Tierra y determinan su constante evolucioacuten Igualmente se puede definir como el
conjunto de causas y efectos que provocan los cambios estructurales quiacutemicos yo
morfoloacutegicos que afectan al planeta
La superficie terrestre estaacute en continua transformacioacuten Mientras la geodinaacutemica
interna describe los procesos de creacioacuten continua la geodinaacutemica externa estudia
la alteracioacuten de dicha superficie por fuerzas que actuacutean desde fuera Estas fuerzas
externas son el viento el agua las olas los glaciares las aguas de infiltracioacuten y los
cambios de temperatura
3212 Agentes geodinaacutemicos internos Tectoacutenica de placas
La Tectoacutenica de Placas proporciona un marco teoacuterico para entender la estructura
composicioacuten y los procesos geodinaacutemicos internos a una escala global
La Tierra es el uacutenico planeta del Sistema Solar en el cual opera la Tectoacutenica de
Placas y para comprender por queacute la Tierra tiene caracteriacutesticas que la hacen uacutenica
es necesario remontarnos al Origen del Sistema Solar ya que la estructura interna
de la Tierra asiacute como la composicioacuten de la atmoacutesfera temprana y sus diferentes
etapas evolutivas se relacionan con el mismo origen de la Tierra
3 Introduccioacuten
27
32121 Origen de la Tierra
La hipoacutetesis de la nebulosa primitiva sugiere que los cuerpos de nuestro Sistema
Solar se formaron a partir de una enorme nube en rotacioacuten Hace cerca de 5000
millones de antildeos esta inmensa nube y granos diminutos de elementos maacutes pesados
empezaron a contraerse lentamente debido a las interacciones gravitatorias entre sus
pertiacuteculas y a adoptar la forma de disco en rotacioacuten como se aprecia en la Figura
33 Una influencia externa como una onda de choque procedente de una explosioacuten
catastroacutefica como una supernova pudo haber iniciado el colapso Durante el colap-
so la energiacutea gravitacional se convirtioacute en energiacutea teacutermica aumentando la tempera-
tura del disco
La formacioacuten del Sol marcoacute el fin del periodo de contraccioacuten y en consecuencia el
fin del calentamiento gravitacional Las temperaturas de la regioacuten en la que ahora se
encuentran los planetas interiores empezaron a disminuir Esta reduccioacuten de la tem-
peratura hizo que las sustancias con puntos de fusioacuten elevados se condensaran en
pequentildeas partiacuteculas que empezaron a unirse Materiales como el hierro el niacutequel y
los elementos que componen los minerales que forman las rocas formaron masas
metaacutelicas y rocosas que orbitaban alrededor del Sol Millones de colisiones repeti-
das entre estas masas produjeron la creacioacuten de objetos cada vez maacutes grandes que a
su vez seguiacutean atrayendo cada vez con maacutes intensidad el material del disco proto-
planetario En unas pocas decenas de
millones de antildeos estos objetos crecie-
ron hasta convertirse en los cuatro
planetas interiores
A medida que los protoplanetas atraiacutean
cada vez maacutes material los impactos de
alta velocidad provocaron el aumento
de temperatura de estos cuerpos A
causa de sus temperaturas relativamen-
te elevadas y sus campos gravitaciona-
les deacutebiles los planetas interiores a
diferencia de los exteriores no podiacutean
acumular muchos de los componentes
maacutes ligeros como el hidroacutegeno y el
helio que fueron barridos por el viento
solar
Centraacutendonos ya en la Tierra a medi-
da que se acumulaba el material los
impactos y la desintegracioacuten de ele-mentos radiactivos provocaron un aumento constante de la temperatura Durante ese
periodo se produjo la diferenciacioacuten de los materiales pesados que debido a su
Figura 33 Esquema del origen del Sistema
Solar 2005 Ciencias de la Tierra
3 Introduccioacuten
28
mayor densidad ocuparon el centro del planeta Este primer periodo de calentamien-
to tambieacuten provocoacute otro proceso de diferenciacioacuten quiacutemica formaacutendose masas
flotantes de roca fundida que ascendieron a la superficie formando la corteza primi-
tiva Estas diferenciaciones establecieron las divisiones baacutesicas del interior de la
Tierra
32122 Estructura de la Tierra
La segregacioacuten material que empezoacute muy temprano en la historia de la Tierra tuvo
como resultado la formacioacuten de tres capas definidas por su composicioacuten quiacutemica la
corteza el Manto y el nuacutecleo Ademaacutes de estas tres capas de diferente composi-
cioacuten la Tierra se puede dividir en diferentes zonas maacutes o menos conceacutentricas en
funcioacuten de sus propiedades fiacutesicas Esta divisioacuten es de gran importancia dado que
tiene una relacioacuten directa con la explicacioacuten de los fenoacutemenos geodinaacutemicos estu-
diados en esta investigacioacuten Las propiedades fiacutesicas utilizadas para definir estas
zonas son su caracter soacutelido o liacutequido y cuaacuten duacutectiles o resistentes son El conoci-
miento de esta estructra en capas es esencial para la comprensioacuten de los procesos
geodinaacutemicos baacutesicos como el vulcanismo los terremotos o la formacioacuten de mon-
tantildeas
La Tierra puede dividirse en cinco capas principales en funcioacuten de sus propiedades
fiacutesicas y por tanto seguacuten su resistencia mecaacutenica Litosfera Astenosfera mesosfe-
ra nuacutecleo externo y nuacutecleo interno
321221 Litosfera
Seguacuten sus propiedades fiacutesicas la capa exterior de la Tierra comprende la corteza y
el Manto superior y forma un nivel relativamente riacutegido y friacuteo Aunque este nivel
consta de materiales cuyas composiciones quiacutemicas son notablemente diferentes
tiende a actuar como una unidad que muestra un comportamiento riacutegido principal-
mente porque es friacuteo y en consecuencia resistente Sin embargo no toda la Litosfe-
ra se comporta como un soacutelido quebradizo similar a las rocas encontradas en la
superficie sino que se vuelve progresivamente maacutes caliente y duacutectil conforme au-
menta la profundidad
Esta capa tiene un grosor medio de unos 100 kiloacutemetros pero puede alcanzar 250
kiloacutemetros de grosor debajo de las porciones maacutes antiguas de los continentes como
se indica en la Figura 34 Dentro de las cuencas oceaacutenicas la Litosfera tiene un
grosor de tan solo unos pocos kiloacutemetros debajo de las dorsales oceaacutenicas pero
aumenta hasta quizaacute 100 kiloacutemetros en regiones donde hay corteza maacutes antigua y
friacutea
3 Introduccioacuten
29
321222 Astenosfera
Debajo de la Litosfera en el Manto superior a una profundidad de unos 660 kiloacute-
metros se encuentra una capa blanda comparativamente paacutestica denominada Aste-
nosfera La porcioacuten superior de la Astenosfera tiene unas condiciones de temperatu-
ra y presioacuten que permiten la existencia de una pequentildea porcioacuten de roca fundida
Dentro de esta zona muy duacutectil la Litosfera estaacute mecaacutenicamente separada de la
capa inferior La consecuencia es que la Litosfera es capaz de desplazarse con inde-
pendencia de la Astenosfera un hecho fundamental para que se produzcan los mo-
vimientos que tratamos de detectar
Figura 34 Esquema de la estructura en capas de la Tierra (Tarbuck et al 2005)
Es importante destacar que la resistencia a la deformacioacuten de los diversos materia-
les de la Tierra es funcioacuten de su composicioacuten de la temperatura y de la presioacuten a la
que estaacuten sometidos A la profundidad de la Astenosfera superior las rocas estaacuten lo
suficientemente cerca de sus temperaturas de fusioacuten para que sean faacuteciles de defor-
mar
321223 Mesosfera y nuacutecleo
Por debajo de la zona duacutectil de la parte superior de la Astenosfera el aumento de la
presioacuten contrarresta los efectos de la temperatura maacutes alta y la resistencia de las
3 Introduccioacuten
30
rocas crece de manera gradual con la profundidad Entre las profundidades de 660 y
2900 kiloacutemetros se encuentra una capa maacutes riacutegida denominada Mesosfera o Manto
Inferior A pesar de su resistencia las rocas de la Mesosfera estaacuten todaviacutea muy
calientes y son capaces de fluir de una manera muy gradual
El Nuacutecleo se divide en dos regiones que muestran resistencias mecaacutenicas muy dis-
tintas El Nuacutecleo Externo es una capa liacutequida de 2270 kiloacutemetros de grosor Las
corrientes convectivas de hierro metaacutelico en esta zona son las que generan el campo
magneacutetico de la Tierra El Nuacutecleo Interno es una esfera con un radio de 1216 kiloacute-
metros A pesar de su temperatura maacutes elevada el material del Nuacutecleo Interno es
maacutes resistente que el del Nuacutecleo Externo debido a la enorme presioacuten y se comporta
como un soacutelido
32123 Tectoacutenica de placas
Antes del siglo XX la opinioacuten establecida consistiacutea en que la cuencas oceaacutenicas y
los continentes eran estructuras permanetes y muy antiguas Esta opinioacuten era res-
paldada por las pruebas recogidas del estudio de las ondas siacutesmicas que revelaron la
existencia de un Manto soacutelido rocoso que se extendiacutea hasta medio camino hacia el
centro de la Tierra El concepto de un Manto soacutelido indujo a la mayoriacutea de investi-
gadores a la conclusioacuten de que la Corteza externa de la Tierra no podiacutea moverse
Fue a principios del siglo XX cuando se incicia la historia de la Teacutectoacutenica de Pla-
cas La teoriacutea comienza con la deriva continental que fue postulada por Alfred
Wegener y recogida en 1915 en su obra ldquoEl origen de los continentes y los oceacutea-
nosrdquo Aunque existiacutean algunos indicios a su favor en un principio la mayoriacutea de los
geoacutelogos se mostraron esceacutepticos ya que no se conociacutea ninguacuten mecanismo plausi-
ble que explicase el movimiento de grandes masas de tierra a traveacutes del oceacuteano
El concepto moderno de placas tectoacutenicas moacuteviles fue propuesto en 1962 por Harry
H Hess de la Universidad de Princeton Hess habiacutea sido capitaacuten de un carguero
militar estadounidense durante la Segunda Guerra Mundial durante sus viajes
habiacutea utilizado el soacutenar del barco para elaborar un mapa del fondo del Paciacutefico
Defendioacute la hipoacutetesis de que la totalidad de la Corteza terrestre tanto la oceaacutenica
como la continental se desplazaba sobre el Manto como consecuencia de la con-
veccioacuten en eacuteste La Corteza se formariacutea en las dorsales oceaacutenicas lugares en los que
emerge y solidifica el magma y la Corteza ya existente se hundiriacutea en las fosas
oceaacutenicas en los procesos conocidos como subduccioacuten de placas
Las ideas de Hess fueron aceptadas por la comunidad cientiacutefica despueacutes de que
algunos estudios hallasen que el magnetismo de las rocas del fondo marino se ajus-
taba a sus predicciones el campo magneacutetico terrestre cuya polaridad se invierte
cada cientos de miles de antildeos deja su huella en la roca a medida que eacutesta solidifica
lo que provoca la formacioacuten de bandas magneacuteticas alternas y paralelas a las dorsales
oceaacutenicas
3 Introduccioacuten
31
El modelo que describe la tectoacutenica de placas se basa en que la Litosfera estaacute rota
en fragmentos denominados placas que se mueven unas con respecto a otras y cam-
bian continuamente de forma y tamantildeo
Uno de los principales fundamentos de la tectoacutenica de placas constituye el hecho de
que las placas se mueven como unidades coherentes en relacioacuten con todas las demaacutes
placas Las placas litosfeacutericas se mueven a una velocidad muy lenta pero continua
de media unos cinco centiacutemetros anuales Este movimiento es impulsado en uacuteltima
instancia por la distribucioacuten desigual del calor en el interior de la Tierra El material
caliente que se encuentra en las profundidades del Manto se mueve despacio hacia
arriba y alimenta una parte del sistema de conveccioacuten interna de nuestro planeta
Simultaacuteneamente laacuteminas maacutes friacuteas y densas de la Litosfera oceaacutenica descienden al
Manto poniendo en movimiento la capa externa riacutegida de la Tierra Como conse-
cuencia de todo lo descrito los roces entre las placas litosfeacutericas generan terremo-
tos crean volcanes y deforman grandes masas de rocas
Figura 35 Distribucioacuten geograacutefica de las placas tectoacutenicas actuales Modificado de Sociedad
mexicana de ingenieriacutea siacutesmica 2013
Como se muestra en la Figura 35 se reconocen siete placas principales Son la
placa Norteamericana la Sudamericana la del Paciacutefico la Africana la Euroasiaacutetica
la Australiana y la Antaacutertica La mayor es la placa del Paciacutefico que abarca una
porcioacuten significativa de la cuenca del oceacuteano Paciacutefico La mayoriacutea de las grandes
placas incluye un continente entero ademaacutes de una gran aacuterea de suelo oceaacutenico
Igualmente es de destacar el hecho de que ninguna de las placas estaacute definida com-
pletamente por los maacutergenes continentales
3 Introduccioacuten
32
Las placas de tamantildeo medio son la Caribentildea la de Nazca la Filipina la Araacutebiga la
de Cocos la de Scotia y la de Juan de Fuca Ademaacutes se han identificado maacutes de
una docena de placas maacutes pequentildeas o microplacas Placa de Ojotsk de Amuria del
Explorador de Gorda placa Somaliacute de la Sonda del Altiplano de Birmania placa
Yangtseacute de Timor placa Cabeza de Paacutejaro de Panamaacute de Rivera de Pascua de
Juan Fernaacutendez de Chiloeacute de Kula de Faralloacuten
Sin embargo para el caacutelculo de los modelos globales uacutenicamente se tienen en cuen-
ta las placas maacutes grandes Concretamente a partir del caacutelculo del campo de veloci-
dades del ITRF2008 se estimoacute un modelo de movimiento de placas tectoacutenicas que
tuvo en cuenta las 14 placas maacutes grandes (Altamimi et al 2011) como se aprecia
en la Figura 36
Figura 36 Placas que se utilizaron para el caacutelculo del modelo de movimiento de placas
ITRF20081
321231 Bordes de placas
Aunque el interior de las placas puede experimentar alguna deformacioacuten las princi-
pales alteraciones se producen a lo largo de sus bordes De hecho los bordes de
placa se establecieron por primera vez representando las localizaciones de las zonas
con mayor cantidad de terremotos es por ello que los bordes coinciden con las
1Altamimi Z Metivier L y Collilieux X (2011) ldquoITRF2008 plate motion modelrdquo Journal of Geophysical Research Solid
Earth (1978ndash2012) Vol 117 Issue B7
3 Introduccioacuten
33
zonas de maacutes intensa actividad siacutesmica y volcaacutenica de la Tierra Las placas tienen
tres tipos distintos de bordes que se diferencian en funcioacuten del tipo de movimiento
que poseen
Bordes divergentes Zonas donde dos placas se separan lo que produce el ascenso
de material desde el Manto para crear nuevo suelo oceaacutenico Geograacuteficamente se
ubican en las dorsales oceaacutenicas y el rift africano
Bordes convergentes Zonas donde dos placas se juntan provocando el descenso de
la Litosfera oceaacutenica debajo de una placa superpuesta que es finalmente reabsorbi-
da en el Manto o la colisioacuten de dos bloques continentales para crear un sistema
montantildeoso Geograacuteficamente como se aprecia en la Figura 37 las zonas maacutes acti-
vas son
- El cinturoacuten de fuego del Paciacutefico Situado en las costas del oceacuteano Paciacutefico
conecta algunas de las zonas de subduccioacuten maacutes importantes del mundo
Incluye a Chile parte de Bolivia Peruacute Ecuador Colombia Centroameacuterica
Mexico parte de los Estados Unidos parte de Canadaacute luego gira a la altu-
ra de las Islas Aleutianas y baja por las costas e islas de Rusia Japoacuten Tai-
wan Filipinas Papuacutea Nueva Guinea y Nueva Zelanda
- El cinturoacuten montantildeoso alpino-Himalayo que de oeste a este se inicia con
las cordilleras Beacuteticas y los Atlas en el sur de Espantildea y el norte de Aacutefrica
continuacutea con los Pirineos los Apeninos los Alpes los Caacuterpatos los Dinaacute-
ricos y los Balcanes sigue a traveacutes de los montes de Crimea el Caacuteucaso la
meseta de Iraacuten el Pamir Hindukush Karakorum e Himalaya Este cinturoacuten
tiene continuacioacuten hacia el sureste Indochina y las islas de Indonesia
Bordes de falla transformante Zonas donde dos placas se desplazan lateralmente
una respecto de la otra sin la produccioacuten ni destruccioacuten de Litosfera La mayoriacutea se
localizan geograacuteficamente dentro de las cuencas oceaacutenicas aunque algunas atravie-
san la corteza continental como la falla de San Andreacutes en California y la falla Alpi-
na en Nueva Zelanda
Cada placa estaacute rodeada por una combinacioacuten de estos tres tipos de bordes que
como ya se ha indicado no son fijos sino que estaacuten en continuo movimiento
Actualmente es posible determinar la magnitud del movimiento de las placas em-
pleando modelos globales de placas tectoacutenicas Algunos de estos modelos maacutes utili-
zados son
- NNR-NUVEL 1A (DeMets et al 1994)
- SOPAC (Scripps Orbit and Array Center)
- ITRF2005 (Altamimi 2007)
3 Introduccioacuten
34
Figura 37 Distribucioacuten geograacutefica de las zonas de maacutes intensa actividad siacutesmica y volcaacutenica de
la Tierra Modificado de geofaveblogspotcom 2013
3212311 Bordes divergentes
La mayoriacutea de los bordes divergentes se situacutean a lo largo de las crestas de las dorsa-
les oceaacutenicas dado que es donde se genera nueva Litosfera oceaacutenica Aquiacute a medi-
da que las placas tectoacutenicas se separan del eje de la dorsal las fracturas creadas se
llenan inmediatamente con roca fundida que asciende desde el Manto caliente si-
tuado debajo Este magma se enfriacutea de una manera gradual generando una roca
dura produciendo asiacute nuevos fragmentos de fondo oceaacutenico De una manera conti-
nua las placas adyacentes se sepa-
ran y una nueva Litosfera oceaacutenica
se forma entre ellas Aunque no es
lo normal los bordes divergentes
no se situacutean uacutenicamente en los
fondos oceaacutenicos sino que tambieacuten
pueden formarse sobre los conti-
nentes El mecanismo que actuacutea a
lo largo del sistema de dorsales
oceaacutenicas para crear nuevo fondo
oceaacutenico se denomina expansioacuten del fondo oceaacutenico
Figura 38 Esquema tectoacutenico del valle del rift
africano 2013 Bgreenprojectwordpresscom
3 Introduccioacuten
35
Las velocidades tiacutepicas de expansioacuten se mueven en torno a los 5 centiacutemetros al antildeo
A lo largo de la dorsal Centroatlaacutentica se encuentran velocidades de 2 centiacutemetros a
antildeo mientras que en secciones de la dorsal del Paciacutefico se han medido velocidades
superiores a los 15 centiacutemetros
En el caso de desarrollarse bordes de placa divergentes en el interior de un conti-
nente la fragmentacioacuten comienza con la formacioacuten de una depresioacuten alargada de-
nominada rift continental Un ejemplo moderno de rift continental es el rift de Aacutefri-
ca oriental que representa el estadio inicial de la ruptura de un continente De
mantenerse las fuerzas tensoriales en la zona el valle del rift se alargaraacute y aumenta-
raacute su profundidad alcanzando al final el borde de la placa separaacutendola en dos
como se puede ver en la Figura 38
3212312 Bordes convergentes
La superficie de nuestro planeta a pesar de que continuamente se estaacute produciendo
nueva Litosfera obviamente no aumenta
Para compensar la adicioacuten de Litosfera
creada las porciones maacutes antiguas de
Litosfera oceaacutenica descienden al Manto
a lo largo de los bordes convergentes o
bordes de placa destructivos
Aparecen bordes de placas convergentes
donde dos placas se mueven una hacia
otra y el movimiento se ajusta con el
deslizamiento de una placa por debajo de
otra La expresioacuten superficial producida
por la placa descendente es una fosa
submarina Los bordes convergentes
tambieacuten se denominan zonas de subduc-
cioacuten porque son lugares donde la Litosfe-
ra desciende hasta la Astenosfera La
subduccioacuten se produce porque la densi-
dad de la placa litosfeacuterica descendente es
mayor que la de la Astenosfera subya-
cente En general la Litosfera oceaacutenica
es maacutes densa que la Astenosfera mien-
tras que la Litosfera continental es menos
densa y resiste a la subduccioacuten Por con-
siguiente es siempre la Litosfera oceaacuteni-
ca la que experimenta la subduccioacuten Las capas de Litosfera oceaacutenica descienden
en la Astenosfera con unos aacutengulos de
Figura 39 Esquema de los diferentes tipos de
convergencia entre placas A Oceacuteano-
contiente B Oceacuteano-oceacuteano C Continente-
continente (Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
36
unos pocos grados o pueden caer casi en vertical pero el aacutengulo medio es de unos
45ordm El aacutengulo al que la Litosfera oceaacutenica desciende depende de su densidad Por
ejemplo a lo largo de la fosa Peruacute-Chile la zona de subduccioacuten al estar cerca de un
centro de expansioacuten y por tanto existir una Litosfera auacuten caliente presenta unos
aacutengulos de descenso pequentildeos
Aunque todas las zonas convergentes tienen las mismas caracteriacutesticas baacutesicas
poseen rasgos muy variables Cada una estaacute controlada por el tipo de material de la
Corteza que interviene y por el ambiente tectoacutenico Los bordes convergentes se
pueden formar entre dos placas oceaacutenicas una placa oceaacutenica y una continental o
dos placas continentales Las tres situaciones se ilustran en la Figura 39
3212313 Bordes de falla transformante
El tercer tipo de borde de placa es el transformante en el cual las placas se deplazan
una al lado de otra sin producir ni destruir Litosfera La verdadera naturaleza de
estas grandes fallas la descubrioacute en 1965 H Tuzo Wilson quieacuten sugirioacute que conec-
tan los cinturones activos globales en una red continua que divide la superficie ex-
terna de la Tierra en varias
placas riacutegidas Por tanto
Wilson se convirtioacute en el el
primero en sugerir que la
Tierra estaba compuesta por
placas individuales
La mayoriacutea de las fallas trans-
formantes une dos segmentos
de una dorsal centrooceaacutenica
Aquiacute son parte de unas liacuteneas
prominentes de rotura en la
corteza oceaacutenica conocidas
como zonas de fractura que
abarcan las fallas transfor-
mantes y sus extensiones
inactivas en el interior de las
placas Estas zonas de fractu-
ra se encuentran aproxima-
damente cada 100 kiloacutemetros
a lo largo de la direccioacuten del
eje de la dorsal Como se
muestra en la Figura 310
las fallas transformantes acti-vas se encuentran soacutelo entre
los dos segmentos desplaza-
Figura 310 Esquema de un borde transformante que
desplaza los segmentos de la dorsal Centtroatlaacutentica
(Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
37
dos de la dorsal Como la orientacioacuten de estas zonas de fractura es aproximadamen-
te paralela a la direccioacuten del movimiento de la placa en el momento de su forma-
cioacuten se pueden utilizar para cartografiar la direccioacuten del movimiento en el pasado
Aunque la mayoriacutea de las fallas transformantes estaacute localizada dentro de las cuencas
oceaacutenicas unas pocas atraviesan la corteza continental Dos ejemplos de ellas son la
falla de San Andreacutes en California con gran actividad siacutesmica y la falla Alpina en
Nueva Zelanda
321232 Fuerzas impulsoras de las placas tectoacutenicas
Varias fuerzas actuacutean sobre las placas tectoacutenicas algunas de ellas son fuerzas im-
pulsoras mientras que unas pocas se oponen al movimiento de las placas Las fuer-
zas impulsoras son la fuerza de arrastre de la placa la fuerza de empuje de la dorsal
y la fuerza de succioacuten de la placa las fuerzas que tienden a impedir el movimiento
de las placas son la fuerza de resistencia de la placa y la fuerza de arrastre del Man-
to (ver Figura 311)
Existe acuerdo general en
que la subduccioacuten de las
capas friacuteas y densas de la
Litosfera oceaacutenica es la
principal fuerza impulsora
del movimiento de las
placas A medida que estas
capas se hunden en la As-
tenosfera tiran de la placa
a remolque Este fenoacute-
meno denominado fuerza
de arrastre de la placa se
produce porque las capas
antiguas de la Litosfera
oceaacutenica son maacutes densas
que la Astenosfera subyacente y por tanto se hunden en ella Otra fuerza impulsora
importante se denomina fuerza de empuje de la dorsal Este mecanismo accionado
por la gravedad es consecuencia de la posicioacuten elevada de la dorsal oceaacutenica que
hace que las capas de la Litosfera se deslicen hacia abajo por los flancos de la dor-
sal La fuerza de empuje de la dorsal parece contribuir mucho menos a los movi-
mientos de las placas que la fuerza de arrastre de la placa El hecho de que cuando
maacutes del 20 del periacutemetro de una placa consta de zonas de subduccioacuten las veloci-
dades son relativamente raacutepidas respalda la nocioacuten de que la fuerza de arrastre de la
placa es maacutes importante que la fuerza de empuje de la dorsal Otra fuerza impulsora se produce por el arrastre de una placa en subduccioacuten en el Manto adyacente El
resultado es una circulacioacuten inducida del Manto que empuja ambas placas la sub-
Figura 311 Esquema de algunas de las fuerzas que actuacutean
sobre las placas (Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
38
ducida y la superpuesta hacia la fosa Dado que la corriente del Manto tiende a
succionar las placas cercanas se denomina fuerza de succioacuten de la placa
Entre las fuerzas que contrarrestan el movimiento de las placas se encuentra la fuer-
za de resistencia de la placa (friccioacuten) que se produce cuando una placa en subduc-
cioacuten roza contra una placa superpuesta El grado de resistencia a lo largo de una
zona de subduccioacuten puede determinarse a partir de la actividad siacutesmica
Debajo de la placa la fuerza de arrastre del Manto ayuda a producir el movimiento
de las placas cuando la corriente de la Astenosfera tiene la misma direccioacuten y su
magnitud supera a la de la placa Sin embargo a menudo la fuerza de arrastre del
Manto actuacutea en la direccioacuten opuesta y contrarresta el movimiento de la placa La
fuerza de arrastre del Manto por debajo de los continentes es varias veces mayor
que por debajo de la Litosfera oceaacutenica porque la Litosfera continental es maacutes grue-
sa que la Litosfera oceaacutenica y por tanto se extiende a maacutes profundidad en el Man-
to
322 Sistemas geodeacutesicos de referencia
Los sistemas de referencia terrestres son necesarios para la determinacioacuten de coor-
denadas sobre la Tierra y para el estudio del movimiento y deformaciones de la
corteza terrestre de manera que constituyen una herramienta imprescindible en el
desarrollo de las diferentes ciencias de la Tierra en especial de la Geodesia Geofiacute-
sica Geodinaacutemica Cartografiacutea Topografiacutea Navegacioacuten sobre la superficie terres-
tre y para la localizacioacuten de cualquier observacioacuten que se realice (Berneacute Valero et
al 2013)2
En primer lugar se deben distinguir los conceptos Sistema de referencia Sistema de
referencia Convencional Marco de referencia y Sistema de Coordenadas
Un sistema de referencia (Reference System) es la definicioacuten teoacuterica e ideal de
una estructura geomeacutetrica para referenciar las coordenadas de puntos en el espacio
estaacute constituido por un conjunto de paraacutemetros modelos convencionales y algorit-
mos y queda definido por un origen direcciones de los ejes escala y algoritmos
para sus transformaciones espaciales y temporales y las constantes utilizadas en las
definiciones y correcciones A los sistemas de referencia geodeacutesicos se le asocia un
elipsoide con sus paraacutemetros geomeacutetricos y fiacutesicos como forma tamantildeo constante
gravitacional y velocidad de rotacioacuten Los sistemas de referencia se pueden clasifi-
car en globales y locales en funcioacuten del espacio geograacutefico de aplicacioacuten (ver Figu-
ra 312)
2 Berneacute Valero et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
39
Un sistema de referencia convencional es un sistema de referencia donde todas las
constantes numeacutericas paraacutemetros e hipoacutetesis y teoriacuteas para el establecimiento del
sistema de referencia son especificadas de modo concreto
Un marco de referencia (Reference Frame) es la realizacioacuten practica de un siste-
ma es la materializacioacuten de un sistema de referencia convencional es decir el con-
junto de puntos y sus coordenadas y las teacutecnicas aplicadas en las medidas y los
meacutetodos utilizados
Un sistema de coordenadas es la parametrizacioacuten de las coordenadas de los puntos
que forman el marco de referencia En este sentido existen infinitos sistemas de
coordenadas para parametrizar el marco de referencia (Martiacuten Furones 2011)
Los sateacutelites que forman la constelacioacuten GNSS aparecen en un dominio celeste y la
descripcioacuten de su movimiento se hace en principio en eacuteste pero los receptores estaacuten
generalmente ligados a la Tierra y sus coordenadas se tratan en un sistema terrestre
Por ello es necesario definir dos tipos de sistemas de referencia en el espacio uno
celeste ICRS Sistema Internacional de Referencia Celeste para la descripcioacuten del
movimiento satelital y otro terrestre ITRS Sistema Internacional de Referencia
Terrestre para describir la posicioacuten de los usuarios
El CGRS es un sistema de referencia celeste geoceacutentrico a este sistema se refieren
las observaciones hechas desde la Tierra y a eacutel se asocian los procesos dinaacutemicos y
los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra (EOP) pues no depende de la rotacioacuten de la
Tierra Es un sistema en movimiento acelerado (geocentro) asociado a un triedro
centrado en el centro de masas de la Tierra incluyendo oceacuteanos y atmosfera El eje
Oz se dirige al polo medio de rotacioacuten y el eje X pasa por el Ecuador en el meri-
diano de Greenwich
El CGRS estaacute ligado al ITRS mediante los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra
Tanto la matriz de rotacioacuten como el resto de paraacutemetros para pasar de un sistema a
otro pueden encontrase en la web del International Earth rotation amp reference sys-tems service y el Observatorio Naval de Estados Unidos (USNO)
El marco de referencia utilizado para representar las coordenadas cartesianas en
GPSGLONASS se llama (ECEF) y es un marco de referencia terrestre centrado en
la Tierra y fijo a ella (Earth Centered Earth Fixed)
En 1988 se creoacute el servicio de rotacioacuten de la Tierra internacional (IERS del ingleacutes
Internacional Earth Rotation Service) como responsable del mantenimiento tanto
del sistema celeste como del sistema terrestre
3 Introduccioacuten
40
Servicios teacutecnicos especializados Servicio combinado
IVS International VLBI Service
ILRS International Laser Ranging Service
IGS International GPS Service for Geodynamics
IDS International DORIS Service
Tabla 31 Servicios de IERS
En la Tabla 31 se muestra un esquema de los servicios especializados del IERS
- IVS proporciona las observaciones efectuadas por medio de teacutecnicas VLBI
las cuales son las uacutenicas que pueden establecer el enlace con el sistema de
referencia celeste (sistema inercial)
- ILRS suministra las observaciones que pueden determinar de la mejor for-
ma posible el geocentro
- IGS proporciona observaciones GPS Considerado eacuteste como un meacutetodo de
bajo costo y faacutecil de manejar por lo que resulta ser el mejor meacutetodo para
densificar redes geodeacutesicas con objeto de controlar los procesos geodinaacute-
micos
- IDS proporciona datos sobre la navegacioacuten de los sateacutelites
Los estaacutendares del IERS abarcan un conjunto de constantes y modelos que se utili-
zan en el centro de caacutelculo del IERS y en la oficina central para la combinacioacuten de
los resultados que suministran los distintos servicios Estos estaacutendares contienen
entre otros
- las teoriacuteas de precesioacuten y nutacioacuten de la IAU
- ratios para el desplazamiento continental (por ejemplo NUVEL NNR-1A)
- constantes gravitacionales etc
Los sistemas de referencia convencionales mantenidos por el IERS se componen
de
- El Internacional Celestial Reference System (ICRS)
- El Internacional Terrestrial Reference System (ITRS)
IERS
3 Introduccioacuten
41
El sistema de referencia celeste internacional (ICRS) se define como3 (Seeber
2003)
- El origen estaacute fijado en el baricentro del sistema solar (heliocentro)
- La orientacioacuten se efectuacutea
o relativa a las radiofuentes estelares
o paralelo a los ejes del FK5 (cataacutelogo fundamental de estrellas)
o ecuador medio en la eacutepoca J20000
o eje x punto medio de Aries en la eacutepoca J20000
- El sistema del tiempo definido por el Tiempo Dinaacutemico Bariceacutentrico
- Los meacutetodos de observacioacuten empleados astronoacutemicos (FK5) VLBI sateacuteli-
te Hipparcos
Figura 312 Clasificsacioacuten de los sistemas de referencia
3 Seeber G (2003) ldquoSatellite Geodesyrdquo
3 Introduccioacuten
42
3221 Sistemas geodeacutesicos de referencia globales Sistema de Referencia
Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System
ITRS)
Los sistemas de referencia fijos al espacio o inerciales son los maacutes apropiados para
definir la situacioacuten y el movimiento de objetos externos a la Tierra como las estre-
llas los planetas y de forma especial los sateacutelites artificiales Al ser sistemas libres
de aceleracioacuten o inerciales permiten efectuar caacutelculos empleando sin modificacio-
nes la formulacioacuten newtoniana
Los sistemas geodeacutesicos de referencia globales tienen como finalidad principal el
control geodeacutesico tridimensional en cualquier parte de la Tierra es por ello que han
sido desarrollados por organizaciones internacionales La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es el origen geoceacutentrico de las coordenadas cartesianas tridimensio-
nales asociadas
Un sistema geodeacutesico de referencia global se caracteriza por
- Origen Centro de masas terrestres o geocentro incluyendo la atmoacutesfera y
los oceacuteanos
- Eje Z coincide con el eje de rotacioacuten terrestre
- Plano meridiano pasa por cualquier punto de la tierra y contiene al eje de
rotacioacuten
- Plano ecuador es perpendicular al eje de rotacioacuten y para por el geocentro
- Eje X se situacutea en la direccioacuten del plano meridiano que pasa por Greenwich
y contenido en el plano ecuador Es considerado internacionalmente como
meridiano origen o meridiano cero desde 1884
- Eje Y contenido en el plano
ecuador y perpendicular al eje X y su
sentido seraacute tal que los tres ejes formen
una tripleta dextroacutegira
El eje z se ve afectado por la variacioacuten en
la direccioacuten del eje de rotacioacuten terrestre
con el tiempo fenoacutemeno que se denomi-
na movimiento del polo
La direccioacuten del eje de rotacioacuten terrestre
variacutea con respecto a la propia superficie
terrestre y por tanto respecto al sistema
de referencia geoceacutentrico terrestre El
polo describe a lo largo del tiempo una
trayectoria libre que es una curva maacutes o
menos circular de radio 6 metros como
se indica en la Figura 314 y periodo aproximado de 430 diacuteas provocado por el
Figura 314 Movimiento del polo
Movimiento libre y oscilaciones forzadas
(Martiacuten Furones 2011)
3 Introduccioacuten
43
caraacutecter deformable de la Tierra redistribuciones interiores de las masas terrestres
efectos del rebote postglaciar en Canadaacute y Fenoscandia movimientos tectoacutenicos
redistribuciones atmosfeacutericas etc Superpuesta a eacutesta trayectoria libre se encuen-
tran una serie de oscilaciones forzadas provocadas por la influencia gravitatoria del
Sol y la Luna con una magnitud de 60 centiacutemetros ver Figura 314
Este movimiento del polo afecta directamente a las coordenadas de los puntos sobre
la superficie terrestre ya que el sistema de referencia iraacute cambiando Lo maacutes indi-
cado es tomar como eje Z de referencia el origen o centro de los ciacuterculos de movi-
miento libre quedando asiacute determinado el eje Z de un modo convencional Si las
coordenadas de los puntos se refieren al polo convencional tendremos coordenadas
absolutas si se refieren al polo instantaacuteneo (situacioacuten del eje de rotacioacuten en un de-
terminado momento) tendremos coordenadas instantaacuteneas
No hay teoriacutea cientiacutefica que pueda predecir el movimiento del polo y por lo tanto
su posicioacuten asiacute que se monitoriza continuamente mediante observaciones Fenoacuteme-
nos como los grandes terremotos pueden producir importantes desplazamientos del
eje terrestre y por consiguiente del polo el terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de
2011 en el que se centra uno de los artiacuteculos que forman parte de esta tesis movioacute
el eje terrestre cerca de 17 centiacutemetros en direccioacuten 133 grados longitud este (se-
guacuten un estudio del Jet Propulsion Laboratory de la NASA) Esta materializacioacuten se
realizaba con observaciones astronoacutemicas lo que dio lugar al establecimiento de tres
polos diferentes
- Polo CIO desde 1899 la International Latitude Service (ILS) utilizando
observaciones astronoacutemicas sobre cinco estaciones en un mismo paralelo
llegoacute a la definicioacuten del polo CIO (Convencional International Origen) de-
finido como la posicioacuten media del polo entre 1900 y 1905 de manera que
se obtuvieron determinaciones precisas de los largos periacuteodos del movi-
miento del polo La precisioacuten de estas determinaciones se cifroacute en 3 me-
tros
- Polo BIH (Bureau International de lrsquoHeure) Proporcionoacute estimaciones
maacutes frecuentes (medias de 5 diacuteas) y precisiones de 1 metro en la determi-
nacioacuten del movimiento del polo
- Polo IPMS Cada vez con maacutes frecuencia se empezoacute a necesitar los mo-
vimientos de corto periodo del polo para aplicaciones geodeacutesicas y astro-
noacutemicas por lo que el ILS se reorganizoacute en 1962 en el Internacional Polar
Motion Service (IPMS) asiacute surge el polo IPMS generado a partir de deter-
minaciones de latitud astronoacutemica en 80 estaciones y con precisioacuten de un
metro en la determinacioacuten del movimiento del polo
La irrupcioacuten de las teacutecnicas espaciales supuso un gran avance asiacute en 1984 la BIH establecioacute un nuevo sistema de referencia terrestre basado en las coordenadas car-
tesianas geoceacutentricas de las estaciones fundamentales donde se habiacutean aplicado
3 Introduccioacuten
44
teacutecnicas espaciales este nuevo sistema coincide con el polo CIO astronoacutemico si se
tienen en cuenta las precisiones en la determinacioacuten del CIO lo cual permite dar
continuidad a las coordenadas determinadas antiguamente
Finalmente en 1987 se creoacute la Internacional Earth Rotacion Service (IERS) reem-
plazando a la BIH y a la IPMS para entre otras cosas monitorizar el movimiento
del polo basaacutendose en teacutecnicas espaciales de forma continua con lo que el polo BIH
determinado en 1984 pasoacute a llamarse polo IERS Desde abril de 2003 el nombre fue
cambiado al de Internacional Earth Rotation and Reference Systems Service
(IERS) proporcionando las coordenadas instantaacuteneas del polo para cada diacutea referi-
das al polo IERS cuyo eje X seraacute el meridiano de Greenwich convencional y el eje
Y estaacute situado hacia el Oeste (direccioacuten de su sentido positivo) formando 90 grados
(Martiacuten Furones 2011)
Uno de los sistemas geodeacutesicos de referencia globales es el Sistema de Referencia
Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System ITRS) que
constituye un conjunto de prescripciones y convenios necesarios para definir origen
escala orientacioacuten y tiempo de evolucioacuten de un sistema convencional de referencia
terrestre Es un sistema de referencia ideal definido por la Resolucioacuten Nordm 2 de la
IUGG adoptada en Viena en 1991
El ITRS se define como
- Geoceacutentrico fijado al centro de masas de la Tierra definida eacutesta como la
masa de toda la Tierra incluida la de los oceacuteanos y la de la atmoacutesfera
- La unidad de longitud es el metro del sistema internacional (SI) la escala
estaacute entendida en el contexto de la teoriacutea relativista de la gravitacioacuten
- La orientacioacuten de los ejes estaacute dada por la orientacioacuten inicial del BIH (Bu-reau Internacional de lrsquoHeure) dada en 1984
- La evolucioacuten temporal de la orientacioacuten no crea residuo de la rotacioacuten glo-
bal respecto a la corteza terrestre
- Los meacutetodos de observacioacuten son VLBI SLR GPS DORIS PRARE
- El elipsoide de referencia es el GRS80
La orientacioacuten de los ejes en el ITRS estaacuten definidos seguacuten se muestra en la Figura
315 como
- El eje Z es el establecido por la orientacioacuten media del eje polar en el pe-
riodo 1900-1905 llamado Polo Terrestre Convencional (CTP) u Origen
Internacional Convencional (CIO) En el vocabulario de la IERS se deno-
mina ldquoIERS Reference Polerdquo (IRP)
- El eje X es el vector de origen el geocentro y que pasa por la interseccioacuten
del plano ecuatorial con el plano meridiano de Greenwich 1984 este uacutelti-
mo es denominado en la nomenclatura del IERS como ldquoIERS Reference Meridianrdquo (IRM)
3 Introduccioacuten
45
- El eje Y corresponde al respectivo eje perteneciente a un sistema dextroacutegi-
ro
Figura 315 Marco de referencia ECEF
3222 El marco de referencia internacional terrestre ITRF4
Para conseguir una realizacioacuten praacutectica de un marco geodeacutesico global de referencia
se tienen que establecer una serie de puntos con un conjunto de coordenadas El
marco de referencia terrestre Internacional (ITRF) es seguacuten el IERS la materializa-
cioacuten del ITRS definido por un conjunto de puntos fiacutesicamente establecidos con sus
coordenadas cartesianas tridimensionales geoceacutentricas o geograacuteficas y sus veloci-
dades junto con la matriz varianza covarianza de su solucioacuten En la Figura 316 se
muestra la paacutegina web del ITRF Se trata de un sistema de referencia ideal definido
por la Resolucioacuten Nordm 2 de la IUGG adoptada en Viena en 1991
Es un marco tridimensional geoceacutentrico adaptado a la Tierra y gira con eacutesta su
origen estaacute centrado con respecto al centro de masas incluido oceacuteanos y atmosfera
con una precisioacuten del orden del centiacutemetro su orientacioacuten es ecuatorial es decir el
eje Z es paralelo al Polo
La orientacioacuten de sus ejes tal como establecioacute la BIH en 1984 es
- Eje Z Polo medio determinado por la IERS y llamado IERS Reference Po-
le (IRP) o Convencional Terrestrial Pole (CTP)
- Eje X Meridiano de Greenwich Convencional determinado por la IERS y
llamado IERS Reference Meridian (IRM) o Greenwich Mean Origin
(GMO)
4 httpitrfensgignfr
3 Introduccioacuten
46
- Eje Y Formando una tripleta dextroacutegira con los ejes anteriores sobre el
plano del ecuador convencional
Figura 316 Web del ITRF
El marco estaacute formado por coordenadas cartesianas y velocidades de una serie de
estaciones equipadas con teacutecnicas de observacioacuten espacial (VLBI SLR LLR GPS
desde 1991 y DORIS desde 1994) en la Figura 317 se pueden ver las estaciones
para el ITRF2005 La teacutecnica VLBI posee el mayor peso en la definicioacuten de la
orientacioacuten Estas coordenadas definen impliacutecitamente el origen la escala y la
orientacioacuten de los ejes coordenados X Y Z del sistema de referencia Para expre-
sar las posiciones de las coordenadas geodeacutesicas se utiliza el elipsoide GRS80
geoceacutentrico
3 Introduccioacuten
47
Figura 317 Mapa en el que se muestran las estaciones que forman el marco de referencia ITRF
2005 Cada forma y color corresponde a una teacutecnica espacial utilizada diferente International
Terrestrial Reference Frame
La conexioacuten entre las diferentes teacutecnicas de observacioacuten se realiza en aquellas esta-
ciones que posean dos o maacutes teacutecnicas de observacioacuten y sea posible la determinacioacuten
precisa (plusmn4-5 mm de error) de los incrementos de coordenadas X Y Z entre los
instrumentos de medida (receptores GPS o DORIS telescopios y radiotelescopios)
utilizando mediciones topograacuteficas o con GPS
Las actualizaciones de la ITRF incluyen ITRF89 ITRF90 ITRF91 ITRF92
ITRF93 ITRF94 ITRF95 ITRF96 ITRF97 ITRF2000 ITRF2005 y ITRF2008
estaacute preparaacutendose ITRF2013 Las sucesivas versiones de ITRF representan mejor
las cantidades y calidades de las observaciones hay mejoras en los algoritmos de
procesamiento y presentan mejores modelos de los movimientos (o velocidades) de
las placas tectoacutenicas
El ITRF se nombra ITRFyy y eacutepoca to donde yy indica el uacuteltimo antildeo cuyos datos se
usaron en la formacioacuten del ITRF y to es el instante o eacutepoca de la que se refieren los
paraacutemetros asiacute el ITRF97 fue publicado en 1999 con los datos disponibles en 1997
Esto es necesario ya que todos los puntos de la corteza terrestre se asientan sobre
placas tectoacutenicas que sufren movimientos constantes
La transformacioacuten rigurosa entre dos sistemas terrestres arbitrarios como el ITRFyy
eacutepoca to y el ITRFzz eacutepoca t se designa simboacutelicamente por
ITRFyy(to) -gt ITRFzz(t)
3 Introduccioacuten
48
La relacioacuten entre dos marcos de referencia viene dada por una transformacioacuten de 7
paraacutemetros (3 Traslaciones 3 Rotaciones y un cambio de escala D) maacutes otras siete
de sus variaciones temporales primeras derivadas respecto al tiempo
Z
Y
X
DRR
RDR
RRD
T
T
T
Z
Y
X
Zs
Ys
Xs
12
13
23
3
2
1
X Y Z son las coordenadas en el marco origen
XS YS ZS son las coordenadas a obtener en el marco destino
Por ejemplo entre ITRF92 e ITRF 2000 para la eacutepoca 19880
0012
13
23
3
2
1
0092 ITRFITRFITRFZ
Y
X
DRR
RDR
RRD
T
T
T
Z
Y
X
Zs
Ys
Xs
Para un paraacutemetro dado P su valor en una eacutepoca t se obtiene a partir de la ecua-
cioacuten P (t) = P (t0) +P (t-t0)
En estos marcos de referencia la posicioacuten de un punto y su evolucioacuten sobre la su-
perficie terrestre se expresan de la siguiente manera
X (t) = X0 + V0 (t-t0) + sum i Xi (t)
X (t) = X (t0) + (t - t0) VX
Y (t) = Y (t0) + (t - t0) VY
Z (t) = Z (t0) + (t - t0) VZ
Donde t0 es la eacutepoca de definicioacuten del marco de referencia V es la velocidad del
punto debida a los movimientos tectoacutenicos y el sumatorio final son los efectos va-
riables en el tiempo que modifican la posicioacuten del punto por ejemplo los efectos de
mareas terrestres carga oceaacutenica etc
ITRF es el Sistema de Coordenadas establecido por el IERS (International Earth
Rotation Service) De este modo el IGS (International GNSS Service) difunde las
efemeacuterides precisas expresadas en este marco de referencia Pero en el marco del
IGS aunque se apoya en el ITRF las coordenadas han sido soacutelo obtenidas a partir
de estaciones GNSS (no se incluyen observables de SLR VLVI o DORIS) por eso
al marco ITRF donde el IGS da las coordenadas se le llama IGS08 o IGb08 el ter-
mino b es una correccioacuten o actualizacioacuten del IGS concreto
3 Introduccioacuten
49
El establecimiento de un marco de referencia de precisioacuten no es tarea sencilla ya
que la Tierra sufre deformaciones debido a su caraacutecter elaacutestico y las precisiones de
las observaciones son cada vez mayores por lo que las observaciones deben ser
corregidas por los efectos de
- Mareas terrestres
- Carga atmosfeacuterica y oceaacutenica
- Tectoacutenica de placas El movimiento de la corteza terrestre causado por la
tectoacutenica de placas produce el desplazamiento de los puntos de las redes
geodeacutesicas en el tiempo generando distorsiones (ver Figura 318) Actual-
mente es posible determinar la magnitud empleando modelos globales de
placas tectoacutenicas Las placas se desplazan de 25 a 5 cm antildeo El modelo uti-
lizado hasta el ITRF2005 es el NNR-NUVEL-1A basado en que no exis-
ten rotaciones sobre el Manto de las placas tectoacutenicas y por tanto la suma
de las velocidades de las placas sobre toda la Tierra es cero Para el
ITRF2008 se utiliza un modelo basado en las propias velocidades de las es-
taciones ITRF observadas con teacutecnicas espaciales el APKIM2005 (las ve-
locidades presentan tambieacuten error ya que se obtienen a partir de caacutelculos)
- Movimientos locales y regionales Un ejemplo seriacutea el rebote postglacial de
Escandinavia Por tanto el ITRF es un marco dinaacutemico que cambia de
acuerdo a las variaciones temporales de las coordenadas y velocidades de-
bido a los efectos anteriores (Martiacuten Furones 2011)
Figura 318 Vectores de velocidad de las placas
3 Introduccioacuten
50
3223 Marco de referencia GNSS Materializacioacuten del ITRS IGSyy
La determinacioacuten de coordenadas a partir de observaciones GNSS debe producirse
en un marco que permita establecer una relacioacuten directa con las coordenadas y mar-
cos terrestres y en el caso de GNSS se utilizan los sistemas y marcos ITRS e ITRF
IGS es la realizacioacuten del ITRS es el marco IGS (Internacional GNSS Service)
(Ray et al 2004 y Benciolini et al 2008) y su singularizacioacuten IGS e IGb Este
marco de referencia ha sido el maacutes utilizado como se veraacute maacutes adelante en los
estudios realizados
IGS es un organismo compuesto por maacutes de 200 agencias de todo el mundo que
comparten recursos y datos de estaciones GPS o GLONASS permanentes de todo el
mundo con el fin de generar productos GNSS de alta precisioacuten
El ITRF incluye observaciones GPS (Global Positioning System) SLR (Satellite
Laser Ranging) VLBI (Very Long Baseline Interferometry) y DORIS (Doppler
Orbit determination and Radiopositioning Integrated on Satellite) Pero esta red de
estaciones no es muy homogeacutenea a nivel mundial y el IGS soacutelo selecciona estacio-
nes GPS y como no todas las estaciones GPS incluidas en el ITRF tienen una pre-
cisioacuten homogeacutenea selecciona aquellas que satisfacen ciertos criterios de calidad y
las utiliza como marco de referencia en el caacutelculo de sus productos finales (oacuterbitas
satelitales correcciones a los relojes de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten
terrestre etc) Las estaciones elegidas cuentan uacutenicamente con la teacutecnica espacial
GPS o GLONASS es por esto que si se utilizan uacutenicamente las observaciones de
estas estaciones se puede formar un marco (el marco IGS) de referencia que seraacute
maacutes consistente que el ITRF ya que no utiliza ni mezcla observaciones de otras
teacutecnicas espaciales con esto no se quiere decir que sea un marco maacutes preciso que el
marco ITRF
Esta red que se muestra en la Figura 319 conformada por las estaciones de refe-
rencia seleccionadas por el IGS cerca de 400 no presenta traslaciones ni transfor-
maciones ni cambio de escala con respecto al ITRF por ello nominalmente el
marco de referencia del IGS y el ITRF son iguales El 17 de abril de 2011 (semana
GPS 1632) el servicio internacional de GNSS (IGS) dejoacute de usar el marco de refe-
rencia de IGS05 y adoptoacute uno nuevo llamado IGS08 el cual se entiende equivalen-
te al ITRF2008
3 Introduccioacuten
51
Figura 319 Mapa en el que se muestran las estaciones que forman el marco de referencia IGS
International GNSS Service
El IGS anuncioacute en octubre del 2012 (semana 1709) la introduccioacuten de una versioacuten
actualizada del Marco de Referencia IGS08 la cual se denomina IGb08 Esta actua-
lizacioacuten se debe a que muchas de las estaciones contenidas en el IGS08 han sufrido
discontinuidades posteriores a la eacutepoca 20095 lo que las hace inutilizables como
puntos fiduciales en el ajuste de marcos de referencia Las regiones maacutes afectadas
son Ameacuterica del Sur Aacutefrica y el Este de Asia El IGb08 se utiliza para reemplazar
el IGS08 a partir del 7 de octubre de 2012 semana GPS 1709
Las diferencias entre el ITRF y el IGS en la misma eacutepoca apenas es de alguacuten miliacute-
metro por ello a todos los efectos se consideran similares
Una de las principales diferencias entre los marcos IGS05 e IGSb00 o entre IGS05
e ITRF05 (en sus veacutertices GPS) radica en un refinamiento en la estrategia de caacutelcu-
lo para las coordenadas para obtener una gran precisioacuten de las coordenadas de un
punto GPS es necesario conocer exactamente la posicioacuten del centro de fase tanto del
sateacutelite como de la antena receptora La posicioacuten para la antena receptora se des-
compone en dos partes un sesgo entre el centro de fase y el punto de referencia de
la antena y una variacioacuten respecto a este sesgo ya que el centro de fase no es algo
fijo sino que depende de la elevacioacuten acimut y la intensidad de la sentildeal de los sateacute-
lites
Normalmente los fabricantes dan las coordenadas (3D) del sesgo del centro de fase
respecto al punto de referencia de la antena (normalmente la interseccioacuten de la ver-
tical mecaacutenica con la parte baja de la antena) y se considera que las variaciones a
este sesgo son despreciables por lo que se fijan a cero a este esquema se le deno-
mina correcciones relativas del centro de fase de la antena Actualmente tanto los
3 Introduccioacuten
52
sesgos como las variaciones se pueden modelar (Seeber 2003) para los diferentes
tipos de antena existentes en el mercado esta modelizacioacuten dependeraacute de la eleva-
cioacuten y acimut de los sateacutelites de los que recibe sentildeal El resultado final seraacute una
mejora en la precisioacuten de las coordenadas determinadas en estas estaciones a este
esquema se le denomina correcciones absolutas del centro de fase de la antena Este
efecto afecta sobre todo a la determinacioacuten de la escala del marco IGS Asiacute el mar-
co ITRF2005 no es consistente con las calibraciones absolutas de antena GPS
Los usuarios GNSS que utilicen productos IGS (oacuterbitas paraacutemetros de rotacioacuten de
la Tierra etc) en sus caacutelculos estaraacuten obteniendo las coordenadas finales de sus
estaciones en el marco IGS (actualmente en el IGS08) por lo tanto seraacute el marco
especiacutefico para usuarios GPS
3224 Sistemas geodeacutesicos de referencia locales ETRS 89 datum europeo
Los sistemas de referencia locales o fijos a la Tierra se utilizan para determinar
coordenadas de puntos sobre la superficie terrestre o en sus proximidades Por tan-
to al igual que la Tierra estaacuten en continua rotacioacuten En este tipo de sistemas de
referencia no se cumplen las ecuaciones del movimiento de Newton al aparecer
aceleraciones rotacionales (centriacutefuga y de Coriolis) Reciben por ello el nombre de
sistemas no inerciales
Figura 320 Desplazamiento del centro de masas de un sistema de referencia local
3 Introduccioacuten
53
Estos sistemas pueden ser faacutecilmente relacionados con el campo gravitatorio De
esta forma permiten establecer sistemas de coordenadas intuitivos en los que se
describen los movimientos tal y como se producen ante nuestros ojos Estos siste-
mas asignan dos coordenadas para los desplazamientos planimeacutetricos sobre la su-
perficie terrestre y una tercera para definir la separacioacuten respecto a eacutesta
Un sistema geodeacutesico de referencia local estaacute determinado por un datum geodeacutesico
conjunto de paraacutemetros que definen la posicioacuten de un elipsoide respecto a la Tierra
Ademaacutes se define un punto fundamental en el cual se determinan paraacutemetros como
la orientacioacuten y el origen de coordenadas Los sistemas geodeacutesicos de referencia
locales son sistemas cuasi-geoceacutentricos es decir poseen una considerable desvia-
cioacuten con respecto al centro de masas de la Tierra o geocentro como se puede ver en
la Figura 320 (∆X ne ∆Y ne∆Z ne 0) y estaacuten asociados a un elipsoide de referencia
cuyo objetivo es ajustar el geoide a una zona determinada del globo
Un punto fundamental debe contar con Coordenadas astronoacutemicas (Φ Λ) coorde-
nadas geodeacutesicas (φ λ) altura ortomeacutetrica (H) azimut hacia otro veacutertice (astronoacute-
mico y geodeacutesico) componente meridiana (ξ) primer vertical (η) y ondulacioacuten del
geoide (N) nula
Dicho de otra forma El sistema local queda definido por siete paraacutemetros (o mejor
dicho 6 maacutes una condicioacuten) valores para a y f (geometriacutea del elipsoide) valores de
las desviaciones de la vertical (ξ η) y de la ondulacioacuten del geoide (distancia entre el
elipsoide de referencia y el geoide) con estos tres paraacutemetros se obtiene la orienta-
cioacuten del elipsoide el acimut geodeacutesico de una liacutenea y como condicioacuten que el semi-
eje menor del elipsoide y el eje medio de rotacioacuten terrestre sean paralelos Ademaacutes
se intenta que el elipsoide se ajuste lo maacuteximo posible a la zona a cartografiar (ver
Figura 320) de manera que la reduccioacuten de observaciones sea lo maacutes sencilla
posible
Los sistemas geodeacutesicos de referencia locales estaacuten relacionados a coordenadas
bidimensionales ya sean estas geodeacutesicas curviliacuteneas (φ λ) o planas (x y) La
altura (H) se determina mediante un sistema de referencia vertical el cual es inde-
pendiente del sistema bidimensional Las precisiones alcanzables por la materiali-
zacioacuten de un sistema local de primer orden corresponden a 10 ppm Sin embargo la
zona de efectividad de este nivel de precisioacuten estaraacute limitada por la relacioacuten geomeacute-
trica que exista entre el elipsoide y el geoide pudiendo alcanzar errores relativos a
decenas de metros en aacutereas bastante alejadas del punto fundamental (Fuentes
2006)
EUREF (European Reference Frame) es la subcomisioacuten de la IAG creada en 1987
que se encarga de la definicioacuten realizacioacuten y materializacioacuten del sistema de refe-
rencia europeo ETRS y del sistema de referencia vertical europeo EVRS Para el mantenimiento del ETRS se creoacute una red de estaciones permanentes EPN que con-
tribuyen al mantenimiento del ETRS y se muestra en la Figura 321
3 Introduccioacuten
54
Figura 321 Red EUREF
Dado que sobre la parte estable de Europa la precisioacuten de las posiciones individua-
les se encontraba ya en algunos pocos centiacutemetros en X Y y Z en 1989 se decidioacute
que las coordenadas ITRF89 de las 36 estaciones europeas definieran el Marco de
Referencia Terrestre Europeo (ETRF89) el cual rota con la parte estable de la placa
euroasiaacutetica y es coincidente con el ITRF en la eacutepoca 19890 Esto quiere decir que
al ajustar el marco a los movimientos de la placa las coordenadas de las estaciones
que forman el marco seraacuten siempre iguales (al margen de posibles movimientos
producidos por causas locales) A cada determinacioacuten ITRF(antildeo) le corresponde
una ETRF89(antildeo) o simplemente ETRF(antildeo)
El ETRS89 es el marco de referencia tridimensional europeo basado en una red de
estaciones GPS EUREF En el disentildeo de este marco de referencia europeo los as-
pectos que se tuvieron en cuenta fueron
- Establecer un marco de referencia geoceacutentrico cara cualquier proyecto de ingenieriacutea o geodinaacutemico en Europa
3 Introduccioacuten
55
- Constituir una referencia de precisioacuten para geodesia y navegacioacuten en Euro-
pa
- Eliminar los datums locales en Europa de manera que constituyese un mar-
co de referencia moderno que los diferentes servicios cartograacuteficos nacio-
nales adoptasen
Estaacute definido con una precisioacuten de 1 cm Este sistema de referencia geodeacutesico estaacute
ligado a la placa estable de la placa continental europea El ETRS se desplaza res-
pecto a los ITRS globales pero su relacioacuten es conocida y sus coordenadas se pue-
den trasladar a un ITRS sin peacuterdida de precisioacuten (ETRS89 Boucher and Altamimi)
Este sistema geodeacutesico de referencia lleva asociado entre otros paraacutemetros un
elipsoide de referencia que es el GRS80 completamente equivalente a nivel usuario
con el WGS84
Los primeros caacutelculos de ETRF89 son ideacutenticos a ITRF89 Comparando estos
caacutelculos con resultados ITRFyy encontramos que la plataforma continental Euro-
pea (a excepcioacuten de Grecia y Turquiacutea) se mueve uniformemente a una velocidad de
2-3 cm por antildeo con respecto al ITRS como se puede ver en la Figura 322
Figura 322 Desplazamiento de la plataforma continental Europea de ETRF en comparacioacuten con
ITRF (httpwwwignbeFRFR2-1-5-1-3shtm)
La trasposicioacuten de los avances en marcos de referencia a la legislacioacuten espantildeola se
materializa mediante el Real Decreto 10712007 de 27 de julio por el que se regula
el sistema geodeacutesico de referencia oficial en Espantildea
- El sistema de referencia ETRS89 (European Terrestrial Reference System
1989) Sistema de Referencia Terrestre Europeo 1989 ligado a la parte es-
3 Introduccioacuten
56
table de la placa continental europea es consistente con los modernos sis-
temas de navegacioacuten por sateacutelite GPS GLONASS y el europeo GALILEO
Su origen se remonta a la resolucioacuten de 1990 adoptada por EUREF (Sub-
comisioacuten de la Asociacioacuten Internacional de Geodesia AIG para el Marco
de Referencia Europeo) y trasladada a la Comisioacuten Europea en 1999 por lo
que estaacute siendo adoptado sucesivamente por todos los paiacuteses europeos
- El objeto de este real decreto es la adopcioacuten en Espantildea del sistema de refe-
rencia geodeacutesico global ETRS89 sustituyendo al sistema geodeacutesico de re-
ferencia regional ED50
Actualmente la IERS pretende actualizar el marco de referencia aproximadamente
cada cinco antildeos esto puede producir saltos en las coordenadas de las estaciones y
discontinuidades que pueden llevar a cierto grado de confusioacuten (por ejemplo se ha
constatado un salto en el eje Z entre ITRF2000 e ITRF2005 de 18 mmantildeo debido
entre otras cosas a la incertidumbre de las medidas SLR en la determinacioacuten del
geocentro terrestre evidentemente estos saltos pasaraacuten a la definicioacuten ETRF del antildeo
correspondiente Este salto u offset se ha introducido en la correspondiente solucioacuten
ETRF rompiendo con el caraacutecter teoacuterico de ldquocoordenadas constantesrdquo del marco
europeo Para evitar que esto vuelva a suceder dado que estos saltos son inherentes
del propio proceso de generacioacuten y caacutelculo de los sucesivos marcos ITRF se reco-
mienda no utilizar el ETRF2005 (ni siquiera se ha creado) sino que se debe adoptar
el ETRF2000 como marco de referencia convencional definitivo (es decir se ldquocon-
gelardquo el marco ETRF89 al ETRF2000) de todas formas para poder aprovechar las
precisiones del marco ITRF2005 se recomienda que todas las estaciones europeas
que posean solucioacuten en el marco ITRF2005 se expresen en el marco ETRF2000
llamando a estas coordenadas ETRF2000(R05) Esta decisioacuten se adoptoacute ademaacutes
para armonizar las futuras realizaciones del sistema ETRS89 estableciendo asiacute un
uacutenico marco de forma convencional comuacuten para toda Europa El marco de referen-
cia se ha ido densificando poco a poco sobre todo gracias a las determinaciones
GPS En 1990 se antildeadieron 30 estaciones maacutes a las originales desde entonces se
han ido introduciendo estaciones sobre todo en Europa del Este Actualmente cerca
de 90 forman la red EUREF permanente (ver Figura 321)
Transformacioacuten entre ITRS-ETRS89
La transformacioacuten entre ITRS y ETRS89 se desarrolla por el EUREF TWC y se
compone de tres pasos
- Estimacioacuten de coordenadas en el ITRF actual en la eacutepoca actual t
- Transformacioacuten de ITRF a ETRF en la eacutepoca actual
- Propagacioacuten de las coordenadas en tiempo en el ETRF
En cuanto a la segunda etapa hay que sentildealar que hasta el ITRF 2000 el EUREF
recomienda transformar ITRS a ETRS89 soacutelo en las mismas versiones (de
ITRF2000 y ETRF2000 etc) sin embargo en el caso de ITRF2005 se recomienda
3 Introduccioacuten
57
no utilizar el uacuteltimo ejercicio ETRF205 sino maacutes bien adoptar la ETRF2000 como
un marco convencional del sistema de ETR89 (Boucher and Altamimi)
EUREF Permanent Network (EPN) httpepncbomabe
EUEF perteneciente a la IAG es el Marco de Referencia para EUROPA y realiza y
mantiene los ETRS Sistema Europeo de Referencia El instrumento de EUREF es la
red de estaciones Permanente EPN que cubre Europa con 223 estaciones GNSS
(ver Figura 321)
Proyecto EUVN (European Vertical Reference Network)
La Red Vertical Europea GPS de Referencia (EUVN) disentildeada para la unificacioacuten
de los diferentes sistemas de altitudes en Europa se observoacute en mayo de 1997 y sus
resultados se presentaron en junio de 1998 Incluye 195 puntos distribuidos por toda
Europa 79 puntos EUREF 53 puntos nodales de las redes de nivelacioacuten del este y
oeste de Europa y 63 mareoacutegrafos En Espantildea existen 8 estaciones EUVN (Alican-
te Almeriacutea Barcelona Casetas La Coruntildea Palma Puertollano y Santander) Cada
una de ellas posee un conjunto de coordenadas tridimensionales X Y Z latitud
longitud altitud elipsoidal y altitud fiacutesica derivada de medidas de nivelacioacuten y gra-
vedad con respecto a UELN yo los sistemas nacionales de altitudes El proyecto
EUVN contribuye a la realizacioacuten de un datum Europeo Vertical y a conectar los
diferentes niveles del mar de los diferentes paiacuteses europeos con respecto al PSMSL
(Servicio Permanente del Nivel Medio del Mar) asiacute como a la determinacioacuten de un
sistema global absoluto de altitudes
3225 Sistemas de referencia geodeacutesicos globales GRS80 y WGS84
El Geodetic Reference System 1980 (GRS80) adoptado por la IUGG (International
Union of Geodesy and Geophysics) por su asamblea general de Camberra en 1979
pertenece a este grupo Este sistema reemplaza al GRS67 por no representar ade-
cuadamente el tamantildeo forma y el campo gravitatorio con precisioacuten suficiente para
la mayoriacutea de aplicaciones geodeacutesicas geofiacutesicas astronoacutemicas e hidrograacuteficas Los
principales paraacutemetros del sistema se muestran en la Tabla 32
El paraacutemetro a se ha obtenido a partir de medidas SLR y Doppler el coeficiente del
potencial gravitatorio J2 se ha obtenido a partir de perturbaciones en la oacuterbita de
sateacutelites la constante gravitacional GM ha sido obtenida a partir de SLR LLR y
pruebas espaciales y ω = 729311510-11 rdsg se ha obtenido a partir de medidas
astronoacutemicas
La orientacioacuten del eje Z seraacute la definida por el polo CIO como eje X el meridiano
0 definido por la BIH y el eje Y formando la tripleta dextroacutegira
3 Introduccioacuten
58
Paraacutemetro Abreviacioacuten Valor
Radio ecuatorial de la Tierra Semieje
mayor
a 6378137 m
Aplanamiento f 1298257222101
Primera excentricidad e 0081819191043
Segunda excentricidad eacute 00820944379496
Constante gravitacional geoceacutentrica GM 3986005 10-8
m3s
-2
Factor dinaacutemico J2 10826310-8
ω 729311510-11
rds
Tabla 32 Principales paraacutemetros del sistema Geodetic Reference System 1980 (GRS80)
Este sistema sigue en vigor y no se ha actualizado en su definicioacuten ya que se debe
tener en cuenta que por debajo del metro en la diferencia de paraacutemetros no existe
una diferencia praacutectica en la determinacioacuten de coordenadas Asiacute las mejoras del
mismo se consideran avances cientiacuteficos pero el estaacutendar (GRS80) no se debe cam-
biar
Cuando la informacioacuten sobre el datum se obtiene a partir de posiciones dentro de la
oacuterbita de los sateacutelites (determinacioacuten dinaacutemica del sistema) los coeficientes del
potencial gravitatorio (J2) asiacute como algunas constantes (ω velocidad de la luz
constante gravitatoria geoceacutentrica) forman parte de la definicioacuten del datum ya que
se calculan todas juntas
Un ejemplo de eacuteste uacuteltimo grupo es el World Geodetic System 1984 (WGS84) utili-
zado por la teacutecnica GPS y obtenido exclusivamente a partir de los datos de la cons-
telacioacuten de sateacutelites GPS
World Geodetic System es un sistema de referencia terrestre convencional desa-
rrollado por el servicio geograacutefico de la armada de los EEUU (DMA-Defense Map-
ping Agency Posteriormente NIMA) El sistema de coordenadas cartesianas tridi-
mensional GPS es un marco de referencia terrestre centrado en la Tierra ECEF y
fijo a ella (Earth Centered Earth Fixed)
El WGS-84 se realizoacute a partir de un conjunto de maacutes de 1500 posiciones terrestres
cuyas coordenadas se derivaron de observaciones Doppler Posteriormente se reali-
zan refinamientos del sistema Actualmente el utilizado es el marco WGS84
(G1150) que fue introducido en 2002 y que estaacute de acuerdo con ITRF2000 a nivel
de centiacutemetro
El marco de referencia WGS lo constituyen los sateacutelites y sus efemeacuterides transmiti-
das no existe un marco en Tierra por esos se realizan sucesivas aproximaciones o
refinamiento al ITRF de manera que sus coordenadas absolutas apenas difieran
3 Introduccioacuten
59
Las caracteriacutesticas de WGS84 se muestran en la figura 323 y son
- Su origen es coincidente (2 m) con el centro de masas de la Tierra inclui-
dos oceacuteanos y mares
- El eje Z estaacute en direccioacuten del Polo terrestre Convencional del BIH eacutepoca
1984
- Eje X es la interseccioacuten del plano del meridiano de referencia meridiano
cero Greenwichcon el ecuador
- Eje Y completa el sistema ortogonal dextrorsum
Figura 323 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de WGS84
Las funciones derivadas para el elipsoide de referencia WGS84 se muestran en la
Tabla 33
Elipsoide de referencia WGS84
Nombre Constantes y Magnitudes
a semieje mayor 6378137 m precision 2 m
b semieje menor 635675231424518
e Excentricidad 008181919084
F aplanamiento
1298257223563
We velocidad rotacion Tierra 72921151467 10-5
rads
cte gravitacional GM 3986004418108 m
3s
2
Tabla 33 Constantes para el elipsoide WGS84
El WGS 84 utilizoacute originalmente el elipsoide GRS80 de referencia pero ha sido
objeto de algunas mejoras menores en posteriores ediciones desde su publicacioacuten
inicial La mayoriacutea de estas mejoras son importantes para los caacutelculos orbitales de
3 Introduccioacuten
60
alta precisioacuten para los sateacutelites pero tienen poco efecto praacutectico sobre los usos tiacutepi-
cos topograacuteficos Actualmente WGS 84 utiliza el geoide EGM96 (modelo gravita-
cional de la Tierra 1996) revisado en 2004 Este geoide define la superficie del
nivel del mar nominal por medio de una serie de armoacutenicos esfeacutericos de grado 360
que proporciona unos 100 km de resolucioacuten horizontal
De acuerdo con el IERSITRS las versiones maacutes actuales del sistema WGS84
(G730 G873 y G1150) y las del sistema ITRS (ITRFyy) se pueden considerar ideacuten-
ticas al nivel de los 10 cm Por tanto para relacionar el ETRS89 y el WGS84 consi-
deraremos la equivalencia entre el ETRS89 y el ITRS
La diferencia entre GRS80 y WGS84 es despreciable
323 Teacutecnicas maacutes utilizadas
Varias son las teacutecnicas que se utilizan para el estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre las maacutes utilizadas se explican brevemente en este apartado En la
Figura 324 se muestra un esquema resumen de las teacutecnicas maacutes habituales
Figura 324 Esquema de las teacutecnicas maacutes utilizadas para el estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre
En todos los casos analizados en esta tesis se ha tratado de determinar los despla-
zamientos permanentes producidos por diferentes fenoacutemenos geodinaacutemicos terre-
motos movimiento general de las placas tectoacutenicas movimiento de fallas subsi-
dencia del terreno y vulcanismo Para lograr este fin se ha utilizado el posiciona-
miento relativo GNSS con medidas de fase Se ha empleado esta metodo-logiacutea por
ser la que ofrece mayores precisiones en la deteccioacuten de desplazamientos perman-
tentes que son los que buscamos
3 Introduccioacuten
61
En el caso de que se tratara de detectar desplazamientos no permanentes producidos
en cortos periodos de tiempo como es el caso de los terremotos la teacutecnica maacutes
adecuada seriacutea el posicionamiento por punto preciso (PPP) como se puede ver en la
figura 325
Figura 325 Posiciones calculadas mediante PPP del terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011
de magnitud Mw 51 (164740 GPST)
Del mismo modo si analizaacuteramos una
zona en la que no existe infraestructura
de estaciones permanentes GNSS o
bien por cualquier motivo no se pueden
realizar campantildeas perioacutedicas de obser-
vaciones GNSS la metodologiacutea maacutes
adecuada seriacutea la utilizacioacuten del radar de
apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (in-
SAR) Un ejemplo de lo indicado se
muestra en la figura 326
Figura 326 Deformaciones co-siacutesmicas
otbenidas mediante inSAR del terremoto de
Lorca del 11 de mayo de 2011 Institut
Geologravegic de Catalunya
3 Introduccioacuten
62
3231 GNSS posicionamiento relativo56
Se trata de la teacutecnica utilizada para llevar a cabo los estudios que se presentan en
esta tesis
El objetivo del posicionamiento relativo consiste en la determinacioacuten de las compo-
nentes del vector que une dos puntos A y B donde uno de ellos se establece como
fijo Las citadas componentes se determinaraacuten bien en incrementos de coordenadas
o en la determinacioacuten del azimut de la distancia relativa y la diferencia de altura
Este posicionamiento puede hacerse tanto con pseudodistancias como con medidas
de fase pero soacutelo se va a tratar el caso de medidas de fase
Este posicionamiento requiere observaciones simultaacuteneas de dos estaciones A y B y
dos sateacutelites j y k y dos eacutepocas o tiempos de observacioacuten y a partir de estas exi-
gencias se pueden crear diversas combinaciones lineales para eliminar o atenuar los
errores sistemaacuteticos propios de la observacioacuten de fase Este meacutetodo permite obtener
grandes precisiones puesto que elimina la mayoriacutea de los errores sistemaacuteticos y da
solucioacuten a una red estaacutetica para obtener las precisiones que habitualmente se requie-
ren Al vector AB se le llama liacutenea base
Las componentes del vector AB son
(
) (
)
32311 Simples diferencias de fase
Si se realiza una observacioacuten desde dos receptores A y B a un sateacutelite j en un mismo
instante como se muestra en la Figura 327 Las ecuaciones de la diferencia de fase
para los dos puntos son las siguientes
La ecuacioacuten de fase del receptor A sateacutelite j
(
) (
(( ) )
)
5 Hofmann-Wellenhof et al 2008 GNSS Global Navigation Satellite System
6 Berneacute et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
63
Y la ecuacioacuten de fase receptor B sateacutelite j
(
) (
(( ) )
)
Figura 327 Simples diferencias entre receptores
Y la diferencia entre las dos ecuaciones
( )
( ) [
( ) ( )
]
( ( ) ( ))
De forma abreviada se puede poner como
( )
( )
Es la forma final de la ecuacioacuten en simples diferencias donde ha desaparecido el
teacutermino de desviacioacuten del reloj del sateacutelite Las incoacutegnitas de este modelo asiacute defi-
nido son la diferencia entre los estados de los relojes de los receptores la diferencia
de ambiguumledades las diferencias de distancias al sateacutelite desde los puntos A y B y
el estado atmosfeacuterico
Un caso anaacutelogo es la construccioacuten de las simples diferencias de observaciones simultaacutenea de dos sateacutelites i j desde un mismo punto o receptor A como se muestra
en la Figura 328 En este caso se elimina el estado del reloj del receptor pero per-
3 Introduccioacuten
64
manece la del estado del sateacutelite Algunos autores a esta expresioacuten la denominan
simples diferencias entre sateacutelites
Figura 328 Simples diferenciase entre sateacutelites
Las simples diferencias tambieacuten reducen errores orbitales y de refraccioacuten atmosfeacuteri-
ca en el caso que los receptores esteacuten a distancias cortas ya que los errores men-
cionados seraacuten muy proacuteximos y el valor diferencia seraacute muy pequentildeo
32312 Dobles diferencias de fase
El modelo de dobles diferencias requiere que eacutestas sean referidas a un sateacutelite co-
muacuten (sateacutelite de referencia)
Sean dos puntos A B y dos sateacutelites j k implicados como muestra la Figura 329
se pueden formar dos simples diferencias de acuerdo con la ecuacioacuten anterior con
esta combinacioacuten del meacutetodo de simples diferencias entre estaciones y sateacutelites se
eliminan los estados de los relojes tanto de receptor como de sateacutelite
( )
( )
( )
( )
3 Introduccioacuten
65
Luego la ecuacioacuten de diferencia de fases entre dos receptores y dos sateacutelites en el
mismo instante t vendraacute dada por
(
) (
) (
)
(
)
Figura 329 Dobles diferencias
Mediante el uso de esta expresioacuten se eliminan las desviaciones de los osciladores de
los receptores con respeto a la escala de tiempos GPS
Todaviacutea quedan como incoacutegnitas la ambiguumledad inicial en ambas estaciones N y
los errores atmosfeacutericos troposfera e ionosfera
32313 Triples diferencias de fase
Con objeto de eliminar la ambiguumledad Remondi sugirioacute substraer dos dobles dife-
rencias en dos eacutepocas infinitamente proacuteximas t1 y t2 llamada triples diferencias
como muestra la Figura 330
3 Introduccioacuten
66
Figura 330 Triples diferencias
Planteemos el modelo de acuerdo a las expresiones de dobles diferencias
En el instante t1
( )
( )
( ( ) ( )
) (
( )
( )
)
(
( )
( )
) (
( )
( )
)
En el instante t2
( )
( )
( ( ) ( )
) (
( )
( )
)
(
( )
( )
) (
( )
( )
)
3 Introduccioacuten
67
Es decir la triple diferencia vendraacute dada por
( ( )
( )
) ( ( )
( )
)
( ( )
( )
) (
( )
( )
)
Que de acuerdo a las expresiones anteriores se podraacute poner como
( ( )
( )
) ( ( )
( )
)
( ( )
( )
) (
( )
( )
)
Al ser dos instantes o eacutepocas tan proacuteximas se eliminan los teacuterminos de N pues son
praacutecticamente iguales y lo mismo ocurre con el efecto atmosfeacuterico pues no habraacute
habido cambios entre ambas observaciones
Por lo tanto la expresioacuten de triples diferencias queda soacutelo vinculada a los valores de
distancias ρ Con triples diferencias se calcula una distancia ρ y con este valor se
trabaja con dobles diferencias para obtener el nuacutemero N de ambiguumledades Si la
solucioacuten que se obtenga con dobles diferencias da un valor N fijo es la solucioacuten fija
dobles diferencias que es la deseada caso de no poder obtenerse dobles diferencias
con solucioacuten fija de N se resuelve con el mejor N posible y la solucioacuten es solucioacuten
flotante
flotante En la figura 28 se muestra un esquema del proceso de caacutelculo
3 Introduccioacuten
68
32314 Esquema de caacutelculo mediante programa comercial
Figura 331 Proceso de caacutelculo mediante programa comercial
3 Introduccioacuten
69
32315 Esquema de caacutelculo mediante programa cientiacutefico geodeacutesico de alta precisioacuten
Figura 331 Proceso de caacutelculo mediante programa cientiacutefico geodeacutesico de alta precisioacuten
3 Introduccioacuten
70
Para la realizacioacuten de todos los caacutelculos en la presente tesis se ha utilizado un pro-
grama cientiacutefico de procesamiento de datos GNSS
El uso de un programa cientiacutefico aporta precisioacuten a los caacutelculos en cuanto que es
capaz de introducir paraacutemetros que los programas comerciales no contemplan
Velocidades de las estaciones
Actualmente como ya se ha indicado las coordenadas de las estaciones de las redes
geodeacutesicas se publican con respecto a un marco de referencia y en una eacutepoca espe-
ciacutefica en el tiempo este hecho implica que las coordenadas para un punto con res-
pecto al marco de referencia son vaacutelidas solamente para la fecha o eacutepoca especi-
ficada Se puede afirmar por tanto que las coordenadas de una red en un marco y
eacutepoca definida son como ldquouna fotografiacuteardquo de dicha red La aplicacioacuten del efecto del
tiempo en el procesamiento de datos GPS se traduce en la obtencioacuten de oacuterdenes de
exactitud maacutes altos y una mejora en la consistencia con el marco de referencia
adoptado en especial para las zonas en donde intervienen en el procesamiento de
datos estaciones de referencia en diferentes placas tectoacutenicas o en las que existan
otro tipo de desplazamientos como vulcanismo sismicidad o subsidencia
Paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra Movimiento del polo
Los EOP (Earth Orientation Parameters) son paraacutemetros de orientacioacuten que permi-
ten relacionar el sistema terrestre medio con el sistema celeste medio Estos paraacute-
metros se estiman a partir de la combinacioacuten de soluciones de VLBI SLR DORIS
y GNSS posibles gracias a la presencia de estaciones que poseen mas de una de
estas teacutecnicas Son calculados por el IERS (International Earth Rotation And Refer-
ence Systems Service) El IGS (International GNSS Service) proporciona solucio-
nes de EOP como un servicio del IERS Uno de los paraacutemetros fundamentales del
Sistema de Referencia Terrestre Interna-cional esta dado por el eje de rotacioacuten te-
rrestre Eacuteste no se encuentra fijo en el espacio es por ello que sus movimientos
deben ser tenidos en cuenta a la hora de realizar caacutelculos GNSS de alta precisioacuten
Los movimientos del eje pueden ser descriptos como una superposicioacuten de varios
movimientos agrupados bajo los teacuterminos de Precesioacuten y Nutacioacuten Por otra parte
las variaciones del eje de rotacioacuten instantaacuteneo respecto del convencional se deno-
minan Movimiento del Polo A estos movimientos se agrega la rotacioacuten terrestre
propiamente dicha compuesta por una velocidad de rotacioacuten media y sus propias
irregularidades
Correcciones por cargas oceaacutenicas
La corteza presenta una respuesta elaacutestica frente a las variaciones de las mareas
oceaacutenicas Esta respuesta en de mayor magnitud para estaciones cercanas a los bor-
des continentales y de mucha menor influencia en las estaciones ubicadas en el
interior del continente
3 Introduccioacuten
71
Las cargas oceaacutenicas originan una serie de efectos sobre la superficie terrestre Es-
tos efectos pueden dividirse en tres partes principales La primera la deformacioacuten
elaacutestica de la Tierra bajo el peso de las masas de agua oceaacutenica La segunda la
atraccioacuten gravitatoria directa que ejercen estas masas de agua Finalmente como
consecuencia de las dos anteriores se produce una redistribucioacuten de masas en el
interior de la Tierra que origina a su vez variaciones de gravedad
Sobre la superficie terrestre el efecto de las cargas oceaacutenicas se observa perioacutedica-
mente en forma de deformaciones y variaciones de gravedad y afecta por tanto a
observaciones geodeacutesicas y geofiacutesicas Los desplazamientos originados por las
cargas oceaacutenicas pueden alcanzar un rango de varios centiacutemetros por lo que dichos
desplazamientos deben corregirse sobre las observaciones GPS para obtener altas
precisiones
Correcciones por mareas terrestres
La suma de los efectos gravitatorios del Sol la Luna y los planetas del Sistema
Solar afectan a la Tierra no solo a la hidrosfera sino tambieacuten en las zonas continen-
tales ocasionando las mareas terrestres Este hecho afectaraacute a cualquier medida
geodeacutesica efectuada sobre la superficie terrestre por lo que para caacutelculos precisos
debemos tener en cuenta tal efecto y corregirlo adecuadamente ya que las mareas
terrestres provocan que los observables geodeacutesicos de precisioacuten sean dependientes
del tiempo debiendo reducirse a un estado cuasi-estacionario de invarianza tempo-
ral Este efecto se ha de tener en cuenta en las medidas GNSS de alta precisioacuten ya
que cambiaraacuten la posicioacuten del punto El fenoacutemeno afectaraacute sobretodo a la compo-
nente radial es decir a la altura elipsoidal mientras que el efecto en planimetriacutea
seraacute mucho maacutes modesto En el proceso de caacutelculo utilizado estos efectos se han
tenido en cuenta introduciendo en el programa las efemeacuterides planetarias corres-
pondientes
Correcciones por errores instrumentales de coacutedigo
Desde hace tiempo se sabe que existen sesgos en los sateacutelites GNSS sesgos depen-
dientes de la combinacioacuten de observables y de los receptores utilizados La comuni-
dad cientiacutefica tiene disponibles diferentes combinaciones de observables GNSS
pero debido a este efecto el posicionamiento preciso de las liacuteneas de base se puede
llegar a degradar debido a esta mezcla de tipos de observables para redes con varios
modelos de receptor Debido a que estos sesgos pueden afectar negativamente a la
resolucioacuten de ambiguumledades de fase de la portadora es necesario tenerlos en cuenta
para corregirlos
Los programas cientiacuteficos para caacutelculos GNSS maacutes relevantes son GAMIT-
GLOBK del Department of Earth Atmospheric and Planetary Sciences (Masachu-
setts Institute of Technology) GIPSY-OASIS (Jet Propulsion Laboratory ndash NASA)
y el BERNESE desarrollado por la Universidad de Berna
3 Introduccioacuten
72
En esta tesis se ha utilizado el programa Bernese 50 Para realizar los caacutelculos en
este programa se han de ejecutar una serie de procesos y dependiendo de queacute resul-
tado queramos conseguir ejecutaremos los citados procesos en un determinado
orden teniendo en consideracioacuten que generalmente ejecutaremos el mismo proceso
varias veces con diferentes datos de entrada El procedimiento estaacutendar de caacutelculo
que se ha utilizado para la compensacioacuten de las redes GNSS en esta tesis se mues-
tra en la Figura 331 y se detalla a continuacioacuten
El primer paso consiste en la generacioacuten de un archivo con la informacioacuten de las
estaciones eacuteste es un archivo que utilizaraacute maacutes tarde Bernese y su importancia radi-
ca en el hecho de que al generarlo al programa chequea la informacioacuten contenida
en los archivos RINEX de observacioacuten detectando posibles incohorencias
Las coordenadas de las estaciones de referencia estaacuten referidas a una eacutepoca especiacute-
fica El proceso COOVEL propaga las coordenadas de estas estaciones a la eacutepoca
de observacioacuten utilizando las velocidades de cada una de esas estaciones Las velo-
cidades de las estaciones son proporcionadas por diversos organismos gestores de
datos GNSS pero si no se tiene las velocidades de los veacutertices se puede utilizar el
programa NUVELO de Bernese para calcularlas mediante el modelo NUVEL-1
Para cualquier procesamiento GNSS de precisioacuten son necesarias las oacuterbitas precisas
de los sateacutelites estas oacuterbitas las facilitan varios organismos en archivos sp3 que
ademaacutes contienen la informacioacuten de los relojes El proceso PRETAB transforma las
citadas oacuterbitas precisas en un formato tabular ademaacutes extrae la informacioacuten de reloj
de las oacuterbitas precisas La transformacioacuten la realiza mediante la conversioacuten de la
posicioacuten de los sateacutelites del sistema fijo en la Tierra al sistema Inercial J20000
utilizando los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra movimiento del polo
A continuacioacuten deben transformarse las oacuterbitas tabulares obtenidas anteriormente a
oacuterbitas estaacutendar es el proceso ORBGEN el que se encarga de esta funcioacuten utilizan-
do distintos modelos de oacuterbitas predefinidos estos modelos estaacuten definidos por un
modelo de potencial gravitatorio las perturbaciones planetarias DE200 las correc-
ciones debidas a la relatividad general y las correcciones por mareas terrestres y
oceaacutenicas
Ademaacutes junto con los modelos predefinidos utiliza paraacutemetros de presioacuten debido a
la radiacioacuten del Sol para la generacioacuten de las oacuterbitas estaacutendares este modelo se
define como
D=D0+DCCOS(U)+DSSIN(U)
Y=Y0+YCCOS(U)+YSSIN(U)
X=X0+XCCOS(U)+XSSIN(U)
donde
3 Introduccioacuten
73
D presioacuten de la radiacioacuten solar en la direccioacuten de sol ndash sateacutelite
Y direccioacuten del eje de los paneles solares del sateacutelite
X direccioacuten perpendicular a D y Y
Una vez se dispone de los paraacutemetros orbitales se puede pasar a la importacioacuten de
datos de observacioacuten El proceso RXOBV3 transforma los archivos de observacioacuten
en formato RINEX a formato de Bernese En el proceso de transformacioacuten el pro-
grama compara el encabezado del archivo RINEX con el archivo de informacioacuten de
las estaciones (STA) para la verificacioacuten de los datos de cada estacioacuten como tipo
de antenas tipo de receptor nombre de la estacioacuten altura de las antenas Es necesa-
rio que el nombre de las estaciones tipo de receptores y los tipos antenas coincidan
y que a la vez esteacuten en la base de datos del programa Bernese contenido en los ar-
chivos RECEIVER (informacioacuten de los receptores) y PHASE_CODI08 (informa-
cioacuten de las antenas) que deberaacuten estar actualizados
El siguiente paso consiste en la sincronizacioacuten de los relojes de los receptores y
deteccioacuten de errores groseros para ello el programa CODSPP sincroniza el tiempo
del receptor al tiempo GPS Es decir obtiene el desfase entre el tiempo del receptor
y el tiempo GPS δk El programa utiliza el meacutetodo de ajustes por miacutenimos cuadra-
dos Los observables son las mediciones de cero-diferencias de coacutedigo y se utiliza
la combinacioacuten L3 libre de ionoacutesfera Las correcciones obtenidas se guardan en los
archivos de observacioacuten de Bernese Este proceso ademaacutes de los archivos de oacuterbi-
tas estaacutendares la informacioacuten de relojes las observaciones de coacutedigo las coordena-
das a priori y los paraacutemetros de orientacioacuten de la tierra utiliza los errores instru-
mentales de coacutedigo que se introducen para dar solucioacuten al hecho de que algunos
receptores que utilizan el coacutedigo P otros CAhellip y este archivo permite procesarlos
juntos calculando la diferencia y aplicaacutendola si utilizamos L3 como es nuestro
caso no es estrictamente necesario
El proceso CODSPP ademaacutes de sincronizar los relojes tambieacuten calcula las coorde-
nadas de las estaciones y detecta errores groseros en los observables Si se tiene
coordenadas a priori precisas como es nuestro caso no es necesario calcularlas con
el CODSPP para el procesamiento por doble diferencias Sin embargo siacute se realiza
la deteccioacuten de errores groseros el programa CODSPP procesa los observables
eacutepoca a eacutepoca y obtiene el resultado de los valores ldquoObservado ndash Calculadordquo (O-C)
para cada eacutepoca Basaacutendose en los valores O-C se obtiene una correccioacuten de reloj
para cada eacutepoca Despueacutes de corregir los valores O-C para todas las observaciones
por la correccioacuten de reloj se analizan los residuales para la deteccioacuten de errores
groseros El programa considera que un observable contiene error grosero si
- El residuo de una eacutepoca sobrepasa el valor especificado de la media de los residuos O-C de esa eacutepoca
3 Introduccioacuten
74
- El residuo es mayor que n veces el valor del residuo maacutes pequentildeo de todos
los observables de eacutesa eacutepoca donde n es un valor especificado
Seguidamente se calculan las simples diferencias con el proceso SNGDIF que se
basa en las siguientes estrategias
- Observaciones maacuteximas (OBS-MAX) las liacuteneas base se crean tomando en
cuenta el nuacutemero comuacuten de observaciones para cada estacioacuten Para todas
las posibles combinaciones se toma la liacutenea base que tenga el maacuteximo de
observaciones Es el meacutetodo utilizado en la presente tesis
- Distancia maacutes corta (SHORTEST) se crean liacuteneas bases no redundantes en
funcioacuten de la distancia maacutes corta entre las estaciones Este meacutetodo se utili-
za cuando las estaciones tienen el mismo intervalo de tiempo de medicioacuten
- Estacioacuten inicial (STAR) se selecciona una estacioacuten como referencia y las
liacuteneas bases la forman las demaacutes estaciones con la estacioacuten de referencia
- Definido por el usuario (DEFINED) las liacuteneas bases se crean en funcioacuten de
un archivo que contiene las liacuteneas bases predefinidas por el usuario
- Manual en este caso se selecciona manualmente dos estaciones para for-
mar una liacutenea base En este caso soacutelo se crea una sola liacutenea base
Una vez generadas las simples diferencias se realiza un pre-procesamiento de los
observables por simples diferencias mediante el proceso MAUPRP que realiza un
pre-procesamiento deteccioacuten y correccioacuten de errores groseros y de saltos de ciclo
de los observables de fase en cero o simple diferencias Este proceso necesita los
observables de simple diferencias de fase las coordenadas a priori las oacuterbitas es-
taacutendares y los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra El programa puede relizar el
escrutinio de los datos de observacioacuten de diferentes formas combinado ndash COMBI-
NED ambos ndash BOTH L1 y L2 Para liacuteneas base mayores que 10 km se utiliza el
modo COMBINED y la combinacioacuten lineal L3 de observables en L1 y L2 para la
deteccioacuten de peacuterdidas de ciclo como se ha utilizado en la presente tesis
Este proceso MAUPRP es uno de los maacutes releventes el programa realiza de forma
secuencial las siguientes tareas
- Marca los observables para excluirlos del pre-procesamiento en funcioacuten de
o Observaciones con sateacutelite de baja elevacioacuten
o Eacutepocas de observacioacuten que no disponen de ambas frecuencias
o Intervalos cortos de observacioacuten El programa primero realiza una
revisioacuten de los datos de observacioacuten para buscar pequentildeos saltos
como la falta de una eacutepoca entre los observables
- Realiza una revisioacuten no-parameacutetrica para identificar errores groseros
- Calcula una solucioacuten de diferencias de eacutepoca (para observables de simples diferencias es una solucioacuten de triples diferencias) mediante ajuste por miacute-
nimos cuadrados como referencia para la deteccioacuten de peacuterdida de ciclos El
3 Introduccioacuten
75
tipo de combinacioacuten lineal para la solucioacuten se adopta trataacutendose de liacuteneas
base largas como L3 En el caso de que se tenga coordenadas a priori bue-
nas como es nuestro caso se especifica el valor maacuteximo aceptado de O-C
para la solucioacuten de triple diferencias Tambieacuten se especifica la desviacioacuten
tiacutepica ldquosigmardquo si se conoce de la liacutenea base para el caso de simples dife-
rencias y debe reflejar aproximadamente la precisioacuten de las coordenadas a
priori Un valor de cero indica que no se tiene valores de sigma a priori
- Deteccioacuten y correccioacuten de la peacuterdida de ciclo el programa realiza primero
una correccioacuten por saltos originados por el reloj del receptor Dependiendo
del meacutetodo que se ha seleccionado para el anaacutelisis el programa analiza los
residuales obtenidos de la solucioacuten de triples diferencias del paso anterior
para la deteccioacuten y correccioacuten por peacuterdida de ciclos
Ya corregidas las peacuterdidas de ciclo de los observables y marcados algunos errores
groseros mediante triples diferencias se procede a realizar una revisioacuten de los resi-
duales obtenidos por dobles diferencias para la deteccioacuten de errores groseros Esto
se realiza ejecutando los procesos
- GPSEST crea los archivos de residuales por medio de doble diferencias
- RESRMS revisa los residuales para detectar los errores groseros
- SATMRK marca los residuales detectados para eliminarlos del anaacutelisis
posterior
- GPSEST crea archivos de residuales finales limpios de errores groseros y
guarda las ecuaciones normales
A continuacioacuten se explica con maacutes detalle los programas GPSEST RESRMS
SATMRK
El proceso GPSEST se utiliza varias veces durante el procesamiento para esta etapa
se va a utilizar para obtener los residuales de dobles diferencias para la deteccioacuten de
errores groseros El procesamiento se realiza partiendo de los observables de sim-
ples diferencias utilizando las oacuterbitas estaacutendar los paraacutemetros de orientacioacuten de la
Tierra y las correcciones por cargas oceaacutenicas Este proceso es al igual que cual-
quier proceso de Bernese muy versaacutetil y permite elegir entre otros
- El sistema satelital utilizado (GPS GLONASS o ambos)
- El tipo de frecuencia a procesar (L1 L2 L3 L4 L5 -Banda ancha-
L1ampL2 L3ampL4 MELWUEBB y DTEC) En nuestro caso elegimos L3
- La maacutescara de elevacioacuten de los sateacutelites
- El intervalo de tiempo entre eacutepocas
- La tolerancia (en mili segundos) para considerar las observaciones como
simultaacuteneas
- Ponderar los observables En nuestro caso se tomaacute la opcioacuten COSZ que considera pesos en funcioacuten de la elevacioacuten por si hubiese sateacutelites con ele-
vacioacuten menor de 15ordm
3 Introduccioacuten
76
- Forma de calcular los residuos en nuestro caso ldquonormalizadosrdquo son los re-
siduos O-C divididos por la raiacutez cuadraacutetica de los elementos de la diagonal
de la matriz de cofactor de los residuos ( ) ( )
radic ( )
- La estrategia de correlacioacuten donde elegiremos la opcioacuten que realiza el pro-
cesamiento de forma conjunta de todas las correlaciones posibles existentes
entre las liacuteneas bases de una red asiacute como las distintas frecuencias y sus
combinaciones lineales
- Elegir el modelo troposfeacuterico para la componente seca elegimos el modelo
Dry Niell y para la componente huacutemeda pediremos que el programa lo mo-
dele con una ldquomapping functionrdquo cada 2h
- Y por supuesto definir el tipo de definicioacuten de datum en este primer caacutelcu-
lo consideraremos la red libre sin constrentildeimientos
Es el proceso RESRMS el que revisa los residuos de dobles diferencia obtenidos
por el programa GPSEST para la deteccioacuten de errores groseros Los errores grose-
ros detectados se guardan en un archivo de edicioacuten que es utilizado por el programa
SATMRK para marcar los errores groseros en los observables
Marcados los errores groseros en los observables de simples diferencias ahora se
procede a crear los residuos libres de errores groseros mediante el uso de nuevo del
proceso GPSEST El procedimiento es el mismo explicado anteriormente pero
ahora los archivos de observables de simples diferencias estaacuten limpios de errores
groseros Ademaacutes de los residuos en este proceso tambieacuten se obtienen las ecuacio-
nes normales de la red sin errores groseros
En esta etapa del procesamiento se calcula la solucioacuten de la red con los valores
reales de las ambiguumledades esto es una solucioacuten flotante El proceso ADDNEQ2
utiliza el modelo de ldquomiacutenimos cuadrados secuencialrdquo para realizar los caacutelculos y
procesamientos en la solucioacuten de las redes El proceso parte de las ecuaciones nor-
males obtenidas por el programa GPSEST y con eacutel se calculan las coordenadas de
las estaciones los paraacutemetros troposfeacutericos y las ecuaciones normales Tambieacuten en
este proceso se ha de definir el datum ahora ya podemos dar una solucioacuten constri-
ntildeendo las estaciones que consideraremos fijas no fijaremos las citadas estaciones
por no tratarse del comportamiento real de las mismas adoptaremos la solucioacuten de
constrentildeimientos miacutenimos donde se asume que hay dos marcos de referencia el
primero obtenido mediante las coordenadas a priori de una seria de estaciones de
referencia y el segundo por medio los las coordenadas estimadas de las mismas
estaciones de referencia Estos dos marcos referencia estaacuten relacionados mediante
una transformacioacuten de 7-paraacutemetros de Helmert
Llegados a este punto volveremos a utilizar el proceso GPSEST para la resolucioacuten
de ambiguumledades aunque previamente deberemos seleccionar las liacuteneas base lo
3 Introduccioacuten
77
haremos de forma autoacutematica con el proceso BASLST tomando como criterio que
la longitud de las liacuteneas base sea miacutenima
La resolucioacuten de ambiguumledades con GPSEST se realiza teniendo en cuenta que
deberemos utilizar los modelos atmosfeacutericos modelo ionosfeacuterico y modelo tropos-
feacuterico estimado y que las coordenadas que introduciremos son las coordenadas
calculadas de la solucioacuten flotante del programa ADDNEQ2 Deberemos tener en
cuenta que ahora utilizaremos las frecuencias L1 y L2 y no su combinacioacuten ya que
las ambiguumledades se resuelven para esas frecuencias Ademaacutes la estrategia de co-
rrelacioacuten seraacute ahora BASELINE ya que de este modo el programa procesa las liacute-
neas bases de forma secuencial y no en conjunto como en el caso de CORRECT
En el programa GPSEST se presentan cuatro estrategias de resolucioacuten de ambiguumle-
dades de las cuales elegiremos QIF (Quasi-Ionosphere-Free) que permite la resolu-
cioacuten de las ambiguumledades en L1 y L2 de liacuteneas bases hasta una longitud de 2000 km
sin utilizar los observables de coacutedigo
A continuacioacuten se procede al caacutelculo de la red con ambiguumledades fijas para ello se
tilizan de nuevo los procesos GPSEST para generar las ecuaciones normales intro-
duciendo las ambiguumledades calculadas en la seccioacuten anterior y ADDNEQ2 para
calcular la solucioacuten final
En esta estapa del procesamiento se utiliza el programa GPSEST para calcular la
solucioacuten de la red con ambiguumledades fijas introduciendo las ambiguumledades obteni-
das anteriormente Ademaacutes se calculan las coordenadas el retraso troposfeacuterico en el
zenit y su gradiente horizontal Las coordenadas de las estaciones de referencia no
se fijan para que se incluyan en las ecuaciones normales
El proceso GPSEST se ejecuta eligiendo como estrategia de correlacioacuten de nuevo
CORRECT En la definicioacuten de datum en este caso constrentildeimos todas las coorde-
nadas con valores de sigma a priori de 01 en todas las direcciones Al no fijar las
coordenadas a sus valores a priori obtenemos las ecuaciones normales con todas
estaciones de la red para luego procesarlas con el ADDNEQ2 por constrentildeimientos
miacutenimos En este caso el modelo troposfeacuterico a utilizar para la funcioacuten de mapeo es
el de ldquoWET NIELLrdquo con un espaciado de 1 h Tambieacuten se calcula el gradiente hori-
zontal mediante un modelo inclinado entre el cenit y la funcioacuten de mapeo ldquoTIL-
TINGrdquo con un espaciado de 24 h
Para terminar se realiza el caacutelculo de la solucioacuten final de la red con ADDNEQ2 En
esta etapa del proceso utilizaremos el ADDNEQ2 para calcular la solucioacuten final de
la red con las ecuaciones normales con ambiguumledades fijas obtenidas en la seccioacuten
anterior Los resultados del procesamiento de la red son las coordenadas estimadas
de las estaciones los paraacutemetros troposfeacutericos estimados y las ecuaciones normales
finales El datum se define mediante constrentildeimiento miacutenimo referido a una serie
de estaciones de referencia y la condicioacuten de constrentildeimiento es de cero traslacioacuten
3 Introduccioacuten
78
para el baricentro de las coordenadas de referencia Por uacuteltimo en la configuracioacuten
para el manejo de los paraacutemetros troposfeacutericos se configura el sigma a priori del
retardo troposfeacuterico relativo en 10 metros y la separacioacuten de tiempo entre los pa-
raacutemetros de 1 hora (3600 seg)
32316 Caacutelculo y compensacioacuten de redes7
Meacutetodo general
A partir de las observaciones u observables GPS o topograacuteficos se pretende calcu-
lar las coordenadas o vectores del proyecto o red Generalmente se cuenta con ob-
servaciones redundantes muchas maacutes observaciones que incoacutegnitas y puesto que
las medidas fiacutesicas nunca son exactas se pretende dar la mejor solucioacuten y cifrar con
queacute calidad y precisioacuten La estrategia para dar esta respuesta es aplicar un ajuste por
miacutenimos cuadrados este ajuste en Geodesia sigue el modelo Gauss-Markov como
muestra la Figura 333
Este modelo de miacutenimos cuadrados requiere de dos modelos un modelo matemaacuteti-
co que establece las relaciones entre observables variables y paraacutemetros cuya de-
terminacioacuten se pretende y un modelo estocaacutestico que describe la distribucioacuten espe-
rada de los errores de las observaciones
Esto nos permite lo siguiente
- Obtener el mejor resultado posible con esos observables mediante el ajuste
miacutenimo cuadraacutetico
- Eliminar posibles errores a partir de las pruebas estadiacutesticas
- Cifrar la precisioacuten y fiabilidad de los resultados
El observable es una variable aleatoria que debe seguir una distribucioacuten normal Si
no hay errores sistemaacuteticos que no debe haberlos los residuos siguen tambieacuten una
distribucioacuten normal con media cero
Aceptando como verdadera la hipoacutetesis de que los observables tienen caraacutecter de
variable aleatoria y por lo tanto estaacuten sujetos uacutenicamente a errores aleatorios se
aceptaraacute que los observables siguen una distribucioacuten normal (se podriacutea comprobar
su normalidad por medio de un test de adherencia prueba de chi-cuadrado)
O ~ N(OT0)
El modelo matemaacutetico planteado para la resolucioacuten de la Red geodeacutesica expresaraacute
siempre una aproximacioacuten simplificada a la realidad fiacutesica
F(XC) = 0
7 Leick 2004 GPS Satellite Surveying
3 Introduccioacuten
79
X = vector de variables en nuestro caso coordenadas
C = vector de observables compensados
F (Xaprox + x OT + v) = 0 Xa+ x = X y Observable + residuo = C
Linealizando por Taylor la funcioacuten anterior obtendremos la siguiente expresioacuten
particularizada para los valores de Xaprox y OT
0)()(
dC
C
FdX
X
FOXFCXF Taprox
donde
)( Taprox OXF = w vector de teacuterminos independientes
X
F
= A matriz de disentildeo de las variables
C
F
= B matriz de disentildeo de los observables
x =dX
v = dC
Las matrices A y B se llaman de disentildeo pues definen la geometriacutea de la red El
resto de estimadores y matrices se denominaraacuten de criterio pues cifran a priori o a
posteriori los resultados esperables o alcanzados respectivamente
El vector de residuos verifica
E(v) = 0 v N(0 s2Q)
s2 es la varianza poblacional y σ
2 varianza muestral
Es decir sigue una distribucioacuten normal de media cero y matriz de covarianzas s2Q
En general las observaciones no estaacuten incorreladas se conoce sus varianzas y la
matriz de pesos a priori
sum= σo2 donde σo es la varianza da priori de peso unidad o factor de referencia a
priori
La matriz cofactor es Q = σo2 P
-1 y P es la matriz de pesos
El modelo F(C X) = 0 o el Ax+BvndashW = 0
con la hipoacutetesis
E(v) = 0 v N(0 s2Q)
3 Introduccioacuten
80
se denomina de Gauss-Markov y parte de tres premisas para su resolucioacuten
- El modelo no es lineal pero es faacutecilmente linealizable
- No existen errores groseros ni sistematismos
- En la matriz de covarianzas del vector v s2Q se postula la precisioacuten a prio-
ri de las observaciones
La solucioacuten a este modelo se aborda por la aplicacioacuten del algoritmo de los miacutenimos
cuadrados donde vTPv = miacutenimo
Figura 333 Compensacioacuten de una red
Es importante que el valor tomado de peso a priori de las observaciones sea cohe-
rente con la realidad fiacutesica de manera que dependeraacute de varios factores precisioacuten
de los instrumentos habilidad del operador meacutetodo de observacioacuten condiciones de
observacioacuten sentildealizacioacuten etc
De forma que se plantea un sistema de ecuaciones del siguiente tipo
Ax+Bv-W = 0
En dicha ecuacioacuten el problema es calcular x Cuya solucioacuten de miacutenimos cuadrados
seraacute
x= S-1
ATM
-1K
donde S = ATM
-1A y M = BP
-1B
T
La solucioacuten de x bajo la condicioacuten de miacutenimos cuadrados soacutelo requiere el conoci-
miento a priori de la matriz de pesos pero no de la varianza de la unidad de peso ni
3 Introduccioacuten
81
de la matriz varianza-covarianza aunque estas son imprescindibles para el estudio
del comportamiento estadiacutestico de los resultados del ajuste
El problema se puede presentar como un ajuste ligado o un ajuste libre Si se cono-
ce el datum de la red (es decir las coordenadas de dos puntos o las coordenadas de
un punto y el acimut de un eje) el sistema se llama sistema determinista o ligado La
solucioacuten se obtendraacute trabajando con matriz inversa claacutesica aplicaacutendola al sistema
de ecuaciones normales que se nos presentaraacute en el proceso Pero cuando se desco-
nozca el datum no existen puntos fijos la red se llama Red Libre su solucioacuten re-
quiere trabajar con de otras herramientas algebraicas (pseudoinversa descomposi-
cioacuten etc) para obtener la solucioacuten
Red ligada
Se trata del caso que nos ocupa en el que hemos tomado ciertas estaciones perma-
nentes como puntos fijos
Caso determinista en toda red se dispone de datos que permiten recurrir a los meacute-
todos de compensacioacuten o ajuste que tienen por objeto dar la mejor de las soluciones
posibles Las soluciones a este problema se abordan con teacutecnicas habituales de aacutel-
gebra lineal aplicando el algoritmo de los miacutenimos cuadrados y estudiando algunas
propiedades estadiacutesticas de las diferentes soluciones Tambieacuten es necesario el mo-
delo estocaacutestico para estimar las medidas de precisioacuten de los resultados de la com-
pensacioacuten y para efectuar un anaacutelisis estadiacutestico de los mismos
En definitiva la solucioacuten oacuteptima de un problema de ajuste o compensacioacuten es aque-
lla que ademaacutes de satisfacer exactamente las ecuaciones del modelo en su forma
lineal deacute lugar a unos errores residuales que satisfagan el principio de los miacutenimos
cuadrados
El sistema de ecuaciones general permite dos tipos de particularizaciones de la que
soacutelo vamos a mencionar la que se utiliza en la actualidad se trata del Meacutetodo de
Observaciones Indirectas o Variacioacuten de Coordenadas
F(X) ndash C = 0
Linealizando esta funcioacuten obtenemos el meacutetodo de observaciones indirectas o de
variacioacuten de coordenadas
)1()1()1()( mmnnm vwxA
donde
m se corresponde con el nuacutemero de ecuaciones (observaciones que se han reali-
zado en el trabajo de campo)
3 Introduccioacuten
82
n se corresponde con el nuacutemero de incoacutegnita a determinar en la compensacioacuten
(correcciones a las coordenadas aproximadas)
lo que implica suponer que la matriz de disentildeo B = - I
A partir del modelo matemaacutetico propuesto Ax ndash W = v asiacute como del correspon-
diente modelo estadiacutestico Gauss-Markov somos capaces de compensar nuestros
observables de tal forma que podemos obtener las coordenadas compensadas de los
veacutertices libres de la red
Dado que los observables no tienen la misma precisioacuten hay que introducir la matriz
de pesos P Esta matriz es diagonal y su teacutermino tiene como valor la inversa de sus
varianzas frasl
Con la condicioacuten de miacutenimo ΣPv2 = v
TPv
La solucioacuten al problema de determinacioacuten de la variable x es la siguiente
Condicioacuten de miacutenimo Ω minimizaraacute ΣPv2 = v
T Pv
( )
vTPA = 0
luego tambieacuten
ATPv = 0
(la matriz P es cuadrada y diagonal)
Como
Ax-W=v
Se sustituye este valor de v en la expresioacuten anterior
ATP(Ax-W)=0
ATPAx - ATPW = 0
WPAxAPA TT )(
Sistema de ecuaciones normales si se llama N= ATPA
Nx = ATPW
donde N tiene inversa
Esta expresioacuten nos define un sistema de ecuaciones normales que se podraacute resolver
por diferentes meacutetodos (factorizacioacuten LU Choleskyhellip) Pero dado que nuestro
3 Introduccioacuten
83
objetivo es minimizar el sumatorio de la traza de la matriz de residuos utilizaremos
miacutenimos cuadrados para resolver el sistema
Solucioacuten al problema planteado
( )
El aplicar el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados y disponer de observaciones abun-
dantes asiacute como conocer a priori la matriz de pesos permite validar el modelo y
cifrar la precisioacuten de sus resultados a partir del anaacutelisis de sus residuos estimador
de la varianza y la matriz de varianzas covarianzas
La obtencioacuten de residuos se obtendraacute a partir de
Amiddotx ndash W = v
La obtencioacuten de este vector de residuos es fundamental para la determinacioacuten de los
diferentes paraacutemetros estadiacutesticos como las figuras de error estimadores paraacuteme-
tros de fiabilidad y por lo tanto constituye la base de todo el estudio analiacutetico de la
solucioacuten obtenida
Los observables han sido considerados como variables aleatorias que siguen una
distribucioacuten normal N (s2middotQ) (de media y desviacioacuten tiacutepica s
2middotQ) y partimos de
la hipoacutetesis de que la esperanza matemaacutetica de los residuos es cero y que siguen una
distribucioacuten normal N(01) el estimador de la varianza y desviacioacuten tiacutepica del ob-
servable de peso unidad a priori seraacute uno
A partir del estimador de la varianza del observable de peso unidad podemos cono-
cer cuaacutel es el comportamiento estadiacutestico de la red
Asiacute para la determinacioacuten del estimador de la varianza y desviacioacuten tiacutepica del ob-
servable de peso unidad a posteriori la expresioacuten empleada es la siguiente
nm
vPvT
2
0
Que generalmente se representa por ya que es un estimador de la propia varianza
m-n representan los grados de libertad del sistema de ecuaciones que se pretende
resolver
3 Introduccioacuten
84
Ajuste de una red de vectores GPS
El ajuste de una red GPS con dos vectores trabajando conjuntamente ajuste liacuteneas
base o vectores de posicioacuten entre dos puntos se plantea a partir de la diferencia de
coordenadas entre ambos puntos
Ecuacioacuten de observacioacuten en funcioacuten de diferenciales de coordenadas cartesianas
geoceacutentricas sean dos puntos (XjYjZj) e (XiYiZi) cuyas coordenadas aproximadas
sean (Xjo Yj
o Zj
o) y (Xi
o Yi
o Zi
o) Las ecuaciones de observacioacuten planteadas seraacuten
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
Por lo tanto
( )
( )
( )
donde las incoacutegnitas son los valores (dxj dxi dyj dyi dzj dzi )
que de forma matricial se representara por
Ax- W = v
y la solucioacuten seraacute
x= (ATPA)-1ATw
la formacioacuten del modelo depende de la matriz de pesos en el posicionamiento rela-
tivo las observaciones se consideran correladas Se puede utilizar las desviaciones
tiacutepicas dependientes de la longitud de las liacuteneas base y entonces las covarianzas se
toman nulas o tomar la matriz varianza covarianza completa esta ponderacioacuten es la
maacutes habitual
3 Introduccioacuten
85
3232 GNSS posicionamiento absoluto89 Posicionamiento de Punto Preciso
(PPP)
32321 Caacutelculo de la posicioacuten absoluta de un punto por pseudodistancias
La ecuacioacuten general de pseudodistancia viene dada por
( )
Donde
pseudodistancia
R estado del reloj del receptor ldquoincoacutegnitardquo
ion + trop retardos atmosfeacutericos ldquomodelados o eliminadosrdquo
s estado del reloj del sateacutelite ldquomodeladordquo
m + εp errores modelados o corregidos
En esta ecuacioacuten el estado del reloj de sateacutelite se puede corregir ya que en el men-
saje de navegacioacuten vienen los paraacutemetros para ello respecto a un tiempo de refe-
rencia tc Los errores atmosfeacutericos se pueden corregir o modelar y se tomaraacuten las
precauciones para que no existan errores multipath y errores instrumentales
La distancia geomeacutetrica ρ entre el receptor (XiYiZi) y el sateacutelite (XjY
jZ
j ) se
puede expresar de la siguiente forma
222 )()()()( i
j
i
j
i
jj
i ZZYYXXt
(XiYiZi) coordenadas receptor ldquoincoacutegnitasrdquo
(XjY
jZ
j) coordenadas sateacutelite ldquoconocidas por las efemeacuteridesrdquo
Por lo tanto en la expresioacuten inicial de observable de pseudodistancia se podraacute susti-
tuir el valor ρ por ρij que liga las coordenadas de sateacutelite y receptor
Este teacutermino introduce la no linealidad del sistema y el modelo planteado para su
resolucioacuten hay que linealizarlo para ello se efectuacutea un desarrollo en serie de Taylor
en torno a unas coordenadas aproximadas del receptor i( Xc Yc Zc)
8 Hofmann-Wellenhof et al 2008 GNSS Global Navigation Satellite System
9 Berneacute et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
86
Teniendo en cuenta que distancia geomeacutetrica = distancia calculada + diferencial
caacutelculo
j
i
j
iC
j
i
La expresioacuten puede escribirse
|
| |
| |
| ( )
Introduciendo el residuo y pasando Rij al otro lado
|
| |
| |
|
es el residuo de observacioacuten
la distancia calculada entre sateacutelite y receptor
la distancia observada o medida
Las incoacutegnitas o valores a calcular son
( )
estado del reloj del receptor
Esta ecuacioacuten seraacute general a plantear por cada observacioacuten a sateacutelite como se plan-
tean cuatro incoacutegnitas al menos se deberiacutean observar cuatro sateacutelites por eacutepoca
Generalmente se observan maacutes y al estar el modelo sobredimensionado se puede
buscar la mejor solucioacuten por miacutenimos cuadrados y dar valores de precisioacuten y fiabi-
lidad Es decir el nuacutemero de observaciones seraacute nge 4 sateacutelites GPS simultaacuteneamen-
te
Ordenadas de forma matricial
Donde la matriz de coeficientes A estaacute formada por los teacuterminos
(
)
3 Introduccioacuten
87
El vector X paraacutemetros o incoacutegnitas son los valores a determinar (
)
El vector W observaciones
(
)
y el vector v vector residuos a minimizar (
)
En el modelo lo que se calcula son las diferenciales dXi dYi dZi de la posicioacuten ver-
dadera del receptor XYZ a partir de la calculada de forma aproximada ( Xc Yc Zc)
donde se ha realizado la linealizacioacuten
Este valor se puede ir mejorando iterando con las sucesivas correcciones obtenidas
para una misma eacutepoca Es frecuente que en redes GNSS en observaciones estaacuteticas
se obtenga una buena solucioacuten a la tercera iteracioacuten
Y el vector solucioacuten es x = (ATA)
-1A
TW
Algunos autores por simplicidad de desarrollo abrevian de la expresioacuten anterior los
retardos atmosfeacutericos que han sido modelados o eliminados asiacute como el estado del
reloj del sateacutelite tambieacuten modelado dejando la expresioacuten simplificada en
|
| |
| |
|
Las ecuaciones por observacioacuten seraacuten
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
hellip
|
| |
| |
|
3 Introduccioacuten
88
En forma matricial se puede escribir Ax-w = v
(
)
(
)
Vector X y vector V ideacutenticos
La resolucioacuten del sistema se realiza por miacutenimos cuadrados seguacuten el modelo Gauss
Markov como ya se ha indicado
32322 Caacutelculo de la posicioacuten absoluta de un punto por fase de la portadora
Las pseudodistancias tambieacuten pueden ser calculadas a partir de diferencias de fase
La expresioacuten viene dada por
(
) (
( )
)
(en unidades de ciclo como aacutengulo)
( )
(en unidades lineales)
En unidades de ciclo la fase entre el sateacutelite j y el receptor i vendraacute dada por
(
( )
) (
( )
)
Y en unidades lineales
( ) ( )
Donde se ha eliminado el error del reloj sateacutelite (correcciones en el mensaje) y
( ) es la diferencia de fase medida expresada en ciclos es la longitud de onda
y representa el nuacutemero entero de ciclos entre el receptor i y el sateacutelite j en el
momento inicial incoacutegnita que va a permanecer constante
3 Introduccioacuten
89
Igual que en el caso de coacutedigos la distancia geomeacutetrica entre el receptor (XiYiZi) y
el sateacutelite (XjYjZj) podremos expresarla de la siguiente forma
Es decir el problema viene en esta expresioacuten ya que este teacutermino introduce la no
linealidad del sistema Para linealizarlo se efectuacutea del mismo modo que en coacutedigo
por un desarrollo en serie de Taylor en torno a unas coordenadas aproximadas del
receptor i( Xc Yc Zc)
Considerando que distancia geomeacutetrica = distancia calculada + diferencial caacutelculo
j
i
j
iC
j
i
La distancia entre sateacutelite y receptor cuyas coordenadas conocemos una por efe-
meacuterides y otras calculadas de forma aproximada viene dada por
( )
( )
( )
Y desarrollando de la misma manera que en la linealizacioacuten del coacutedigo la expresioacuten
general de ecuacioacuten de observacioacuten en unidades lineales seraacute
|
| |
| |
|
El modelo generalizado seraacute
Esta expresioacuten es comparable con el modelo de pseudodistancia por coacutedigo
Las incoacutegnitas seraacuten las correcciones dXi dYi dZi a los valores de coordenadas
aproximadas el estado del reloj del receptor y el valor N de ambiguumledades
i
c
i
i
c
i
c
i
dZZZi
dYYYi
dXiXXi
222 )()()()( ZiZYiYXXt jj
i
jj
ic
3 Introduccioacuten
90
La matriz A de disentildeo tendraacute los coeficientes
(
)
El vector X de paraacutemetros o incoacutegnitas
(
)
El vector W es ideacutentico al de pseudodistancias salvo el signo del ∆ion que es de
signo contrario
(
)
Donde el modelo general es Ax-W = V
Solucioacuten miacutenimos cuadrados
x = (ATA)
-1A
TW
32323 GNSS Posicionamiento de Punto Preciso (PPP)
El Posicionamiento por Punto Preciso (PPP) destaca como un meacutetodo oacuteptimo para
la prestacioacuten de servicios globales de aumentacioacuten de la precisioacuten utilizando las
constelaciones GNSS actuales y las futuras Combinando las posiciones y estados
de relojes precisos de los sateacutelites con la ayuda de un receptor GNSS de doble fre-
cuencia PPP es capaz de ofrecer soluciones de posicioacuten con precisiones de nivel
centimeacutetrico a decimeacutetrico PPP requiere un menor nuacutemero de estaciones de refe-
rencia distribuidas globalmente a diferencia de los sistemas diferenciales claacutesicos
(por ejemplo RTK) un uacutenico paquete de datos de oacuterbitas precisas y datos de relojes
(calculado por un centro de procesamiento) es vaacutelido para todos los usuarios del
mundo y la solucioacuten no se ve afectada por un fallo en una estacioacuten de referencia
3 Introduccioacuten
91
concreta Siempre hay muchas estaciones de referencia que observan el mismo
sateacutelite porque las oacuterbitas y relojes precisos se calculan a partir de una red mundial
de estaciones de referencia Como resultado PPP da una solucioacuten de la posicioacuten
altamente redundante y robusta (Navipedia 2013)
Introduccioacuten
Posicionamiento por Punto Preciso (PPP) es un servicio global de posicionamiento
preciso que requiere la disponibilidad de la oacuterbita y el estado del reloj del sateacutelite de
referencia de forma precisa en tiempo real a traveacutes de una red de estaciones de
referencia GNSS distribuidas por todo el mundo
Mediante la combinacioacuten de las posiciones y relojes precisos de los sateacutelites con un
receptor GNSS de doble frecuencia (para eliminar el efecto de primer orden de la
ionosfera) PPP es capaz de ofrecer soluciones de posicioacuten de nivel centimeacutetrico a
decimeacutetrico incluso mejor de 1 cm en modo estaacutetico PPP difiere del posiciona-
miento Relativo en Tiempo Real por doble diferencia (RTK) en el sentido de que no
requiere el acceso a las observaciones de una o maacutes estaciones de referencia concre-
tas medidas con precisioacuten y en que PPP proporciona un posicionamiento absoluto
en lugar de la ubicacioacuten con respecto a la estacioacuten de referencia como lo hace RTK
PPP soacutelo requiere oacuterbitas y datos del reloj precisos calculados por un centro de
procesamiento a partir de las mediciones de las estaciones de referencia de una red
de estaciones relativamente escasa (miles de km seriacutea suficiente) Esto hace que
PPP sea una alternativa muy atractiva al RTK para aquellas aacutereas donde la cobertu-
ra RTK no estaacute disponible Por el contrario la teacutecnica de PPP todaviacutea no estaacute tan
consolidada como la RTK y requiere maacutes tiempo para lograr las maacuteximas presta-
ciones Actualmente existen varios servicios de post-procesamiento PPP consoli-
dados Por el contrario los sistemas de PPP en tiempo real estaacuten en fase de desarro-
llo incipiente
El algoritmo de PPP utiliza como entrada observaciones de coacutedigo y fase obtenidas
de un receptor de doble frecuencia y datos de oacuterbitas de sateacutelites y relojes precisos
con el fin de calcular las coordenadas precisas del receptor y el estado del reloj Las
observaciones procedentes de todos los sateacutelites se procesan juntas resolviendo las
diferentes incoacutegnitas a saber las coordenadas del receptor el reloj del receptor el
retardo troposfeacuterico del cenit y las ambiguumledades de fase
La precisioacuten de los relojes de los sateacutelites y las oacuterbitas es uno de los factores maacutes
importantes que afectan a la calidad del PPP Otro factor importante que afecta a los
resultados del PPP es la cantidad y la calidad de las observaciones Al igual que
cualquier teacutecnica GNSS PPP se ve afectada por obstrucciones de liacutenea de visioacuten al
sateacutelite Incluso los datos maacutes precisos de oacuterbitas y relojes son inuacutetiles si el usuario
no puede realizar un seguimiento correcto de sateacutelites concretos Cuando la visibili-dad de los sateacutelites estaacute parcialmente obstruida se pueden obtener mejores resulta-
3 Introduccioacuten
92
dos mediante el uso de todos los sateacutelites disponibles tanto del sistema GPS como
de GLONASS o en el futuro Galileo
La solucioacuten PPP requiere un cierto tiempo para converger debido a la necesidad de
estimar correctamente las ambiguumledades de fase pero el uso de la combinacioacuten de
mediciones GPS y GLONASS proporciona resultados significativamente mejores
cuando el tiempo de observacioacuten es corto Para el usuario de GNSS esto significa
que hasta 18 sateacutelites GPS + GLONASS pueden ser visibles simultaacuteneamente en
zonas a cielo abierto lo que representa un aumento de alrededor del 60 en la dis-
ponibilidad de sateacutelites en comparacioacuten con el uso de soacutelo GPS Esto lleva a una
mayor precisioacuten y una convergencia maacutes raacutepida en aplicaciones de posicionamiento
preciso
Se obtendraacute una mejora en un futuro proacuteximo gracias a la implantacioacuten de nuevos
sistemas regionales en oacuterbitas geoestacionarias Con estos sistemas el tiempo de
convergencia o la exactitud en un tiempo de observacioacuten corto no se veriacutea afectada
pero la precisioacuten en las aplicaciones con tiempo de observacioacuten largo pueden mejo-
rar considerablemente Para lograr esto es importante ser capaz de calcular las oacuterbi-
tas geosiacutencronas precisas lo que es actualmente un desafiacuteo pero parece ser factible
en un futuro proacuteximo (Laiacutenez Samper et al 2011)
Principios
El concepto de PPP fue introducido por primera vez en los antildeos 70 del pasado siglo
y los fundamentos teoacutericos del PPP se documentan en Zumberge et al (1997)
Como se describe en Hofmann-Wellenhof et al (2008) el modelo matemaacutetico
baacutesico de PPP con observables de doble frecuencia se define por la combinacioacuten
libre ionosfera de dos pseudodistancias de coacutedigo y fase de la portadora (Huber et
al 2010)
( ) ( )
( ) ( )
Donde f1 y f2 son las frecuencias GPS L1 y L2 P(Li) y Φ(Li) son los observables
de coacutedigo y fase ρ es la pseudodistancia c es la velocidad de la luz dT es el desfa-
se del reloj del receptor dtrop es el efecto troposfeacuterico Nrsquoi es el teacutermino de ambi-
guumledad de fase en Φ(Li) Las anteriores ecuaciones indican que los paraacutemetros des-
conocidos que se deberaacuten estimar en PPP incluyen coordenadas de posicioacuten
teacuterminos de ambiguumledad de fase desfase del reloj del receptor y efecto troposfeacuterico
(InsideGNSS 2006)
3 Introduccioacuten
93
El marco de referencia
Una caracteriacutestica importante del PPP es su caraacutecter absoluto ya que el uso de las
oacuterbitas y relojes utilizados como datos son de naturaleza global es decir expresa-
das en el mismo marco de referencia que las oacuterbitas de los sateacutelites Por lo que las
soluciones obtenidas aplicando esta teacutecnica seraacuten tambieacuten globales esto es los
resultados se expresan en un marco de referencia definido por los productos globa-
les y no dependen de puntos locales o regionales por lo que el datum geodeacutesico no
estaacute definido a partir de constrentildeimientos de estaciones de referencia Si como
habitualmente se hace se utilizan oacuterbitas precisas del IGS estaraacuten referidas al ac-
tual Marco de Referencia Terrestre Internacional el ITRF08 A su vez hay que
considerar que las coordenadas estaacuten referidas a la eacutepoca en que se realizan las
mediciones De manera que si queremos vincular las coordenadas obtenidas con el
PPP a un marco de referencia diferente es necesario tener en cuenta fundamental-
mente la diferencia entre la eacutepoca de definicioacuten del marco y la eacutepoca de medicioacuten
Por todo ello se podraacuten emplear receptores situados en cualquier lugar de la Tierra
y las coordenadas obtenidas se referiraacuten al mismo marco de referencia Este caraacutecter
absoluto de las coordenadas implica que efectos como mareas oceaacutenicas atmoacutefera y
los producidos en la corteza terrestre se reflejen de forma maacutes aparente en los resul-
tados PPP que en una teacutecnica relativa En consecuencia PPP estaacute maacutes afectado por
las deficiencias del modelo de movimiento de la estacioacuten asumido en el anaacutelisis asiacute
como por los errores en las oacuterbitas del sateacutelite y en los relojes
Sesgos y errores
Aunque se trata de un tema en general poco conocido por el usuario final ya que se
encuentra ldquoencerradordquo dentro de los algoritmos del software que calcula las posi-
ciones es importante conocer que el PPP requiere de una gran cantidad de correc-
ciones para alcanzar las exactitudes que ofrece estas son la rotacioacuten de fase de los
sateacutelites efectos relativistas correccioacuten de las mareas terrestres carga oceaacutenica y
otros paraacutemetros geofiacutesicos como el movimiento del polo y el movimiento de las
placas tectoacutenicas conjunto de correcciones que son propias de este meacutetodo en com-
paracioacuten con el meacutetodo diferencial
Normalmente en PPP se utiliza la combinacioacuten lineal libre de ionosfera de obser-
vaciones de coacutedigo y fase de portadora para eliminar el efecto ionosfeacuterico de primer
orden Esta combinacioacuten lineal sin embargo deja un componente de retardo ionos-
feacuterico residual de hasta unos pocos centiacutemetros que representan teacuterminos ionosfeacuteri-
cos de orden superior (Hoque y Jakowski 2007) Las oacuterbitas de los sateacutelites y los
errores de los relojes se pueden estimar utilizando los productos del IGS de estima-
cioacuten de oacuterbitas y estados de los relojes El error del reloj del receptor se estima co-
mo uno de los paraacutemetros desconocidos El efecto de las cargas oceaacutenicas las ma-reas terrestres efecto wind-up de la fase de la portadora efectos relativistas y las
variaciones de centro de fase de la antena del receptor pueden modelarse o calibrar-
3 Introduccioacuten
94
se El retardo troposfeacuterico se puede reducir mediante el uso de modelos empiacutericos
(por ejemplo modelos de Hopfield o Saastamoinen) o mediante el uso de las co-
rrecciones troposfeacuterica facilitadas por redes regionales GPS En la actualidad los
productos de oacuterbitas precisas y relojes del IGS no tienen en consideracioacuten el retardo
ionosfeacuterico de segundo orden Esto deja un componente de error residual que ralen-
tiza el tiempo de convergencia y deteriora la solucioacuten PPP Para solventar este pro-
blema se pueden utilizar correcciones de retardo ionosfeacuterico de orden superior
cuando se estimen las oacuterbitas precisas y las correcciones de reloj y cuando se forme
el modelo matemaacutetico PPP (Elsobeiey y El-Rabbany 2011)
Ventajas e inconvenientes
Como se ha mencionado antes la teacutecnica PPP ofrece beneficios significativos en
comparacioacuten con las teacutecnicas de posicionamiento diferencial
- PPP requiere un uacutenico receptor de GPS y por lo tanto no se necesitan es-
taciones de referencia proacuteximas al usuario
- PPP se puede considerar un planteamiento de posicionamiento global debi-
do a que sus soluciones de posicioacuten se refieren a un marco de referencia
global Como resultado PPP proporciona mucha mayor consistencia de po-
sicionamiento que el meacutetodo diferencial que proporciona soluciones de
posicioacuten relativas a la estacioacuten o estaciones base
- PPP consigue que desaparezcan las limitaciones referidas a la longitud del
vector o de la base
- PPP reduce los costes en mano de obra y equipos y simplifica la logiacutestica
operativa para el trabajo de campo ya que elimina la dependencia de la es-
tacioacuten base
- PPP puede tener otras aplicaciones maacutes allaacute del posicionamiento Por
ejemplo como la teacutecnica PPP estima los paraacutemetros del reloj del receptor y
los efectos troposfeacutericos ademaacutes de los paraacutemetros de posicioacuten de coorde-
nadas proporciona otra forma para la transferencia de tiempo preciso y la
estimacioacuten troposfera mediante un uacutenico receptor GPS
La principal desventaja del PPP es que requiere tiempos de convergencia largos
necesarios para que la solucioacuten flotante de las ambiguumledades de la fase converja
para garantizar un posicionamiento a nivel centimeacutetrico (Rizos et al 2012) Esto no
supone un problema para el caso que nos ocupa puesto que en lo que a control de
desplazamientos se refiere se realizan observaciones estaacuteticas
Algunos proveedores de datos y productos de PPP
Para el procesamiento con PPP se necesitan datos de efemeacuterides y estado de relojes
de alta precisioacuten Estos datos los proporcionan de forma gratuita organismos como
el IGS una lista detallada de los productos que proporciona el IGS se puede consul-
tar en httpigscbjplnasagov
3 Introduccioacuten
95
En este momento se puede encontrar una variedad de programas PPP comerciales
incluso en liacutenea Los servicios en liacutenea ofrecen la posibilidad de subir archivos de
observacioacuten RINEX (Receiver Independent Exchange Format) para procesarlos de
forma totalmente automatizada en un servidor Los resultados se devuelven a traveacutes
de correo electroacutenico o ftp en un corto intervalo de tiempo
Seguidamente se describen brevemente los diferentes paquetes de software y plata-
formas de Internet
CSRS-PPP
NRCans (Natural Resources Canadarsquos) PPP tambieacuten conocido como CSRS-PPP
(Canadian Spatial Reference System) es un servicio PPP en liacutenea gratuito para
postprocesado de datos GPS disponible desde 2003
(httpwwwgeodnrcangccaproducts-produitsppp_ephp) CSRS-PPP permite a
los usuarios de GPS enviar viacutea internet archivos de datos curdos de observacioacuten
GPS de simple o doble frecuencia estaacuteticas o cinemaacuteticas En el caso de aplicacio-
nes estaacuteticas se pueden alcanzar precisiones globales de nivel centimeacutetrico para
receptores de doble frecuencia asiacute como para los receptores monofrecuencia utili-
zando datos de coacutedigo y fase de portadora Para aplicaciones cinemaacuteticas soacutelo se
pueden alcanzar precisiones subcentimeacutetricas en el caso de receptores de doble
frecuencia
GAPS de UNB
La Universidad de New Brunswick (UNB) desarrolloacute el software de anaacutelisis y posi-
cionamiento GPS Analysis and Positioning Software (GAPS) De acuerdo con
Leandro et al (2007) los algoritmos utilizados en GAPS siguen maacutes o menos los
enfoques estaacutendar de PPP GAPS estaacute disponible como maacutequina de procesamiento
en liacutenea a traveacutes de la paacutegina web httpgapsggeunbcappp Se puede realizar
tanto el procesamiento estaacutetico como el cinemaacutetico
GrafNav de Waypoint
GrafNav es una herramienta de procesamiento de trayectoria para aplicaciones ae-
ronaacuteuticas que proporciona una aplicacioacuten para PPP El software puede procesar
observaciones de coacutedigo y fase de una o doble frecuencia junto con archivos de
informacioacuten precisa de oacuterbitas y relojes Seguacuten Waypoint (2006) se pueden alcan-
zar precisiones de 10-20 cm para mediciones aeronaacuteuticas tiacutepicas
Bernese Software v50 (BSW)
Aunque se trata de una herramienta tradicional de procesamiento de dobles diferen-
cias concretamente la que se ha utilizado para compensar las redes GNSS en esta
Tesis el software Bernese (BSW) (httpwwwberneseunibech) desarrollado en
el Instituto Astronoacutemico de la Universidad de Berna tambieacuten tiene capacidad para
analizar mediciones GNSS sin diferenciar en modo de post-proceso BSW PPP es
3 Introduccioacuten
96
muy raacutepido y eficiente generando coordenadas de precisions centimeacutetricas Sin
embargo no es posible llegar a la precision que se alcanza con el anaacutelisis de redes
Perspectivas
Con respecto a los retos PPP se enfrenta a varios con el fin de alcanzar su pleno
potencial de aplicaciones el maacutes importante es el largo tiempo de inicializacioacuten
que es un inconveniente para aplicaciones en tiempo real
Por todo lo visto anteriormente trataacutendose del estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre la teacutecnica PPP es capaz de aportar posiciones absolutas precisas
Por lo tanto incluso si todas las estaciones se ven afectadas por desplazamientos
siacutesmicos PPP es capaz de ofrecer posiciones absolutas vaacutelidas para el proceso de
monitorizacioacuten Este asiacute como la idoneidad para aplicaciones en tiempo real puede
ser considerado como una ventaja importante de esta estrategia (Mendoza et al 2012)
3233 Radar de apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (InSAR)
Otra de las teacutecnicas maacutes utilizadas para la deteccioacuten de movimientos de la corteza
terrestre es la conocida como InSAR que viene del acroacutenimo SAR (Synthetic Aper-
ture Radar) se trata pues de una teacutecnica que parte de la informacioacuten de un Radar de
Apertura Sinteacutetica La interferometriacutea diferencial (InSAR) usando imaacutegenes radar
de apertura sinteacutetica (SAR) genera una nueva imagen (interferograma) a partir de
dos imaacutegenes SAR de una misma zona Se trata de una teacutecnica en desarrollo y de
gran precisioacuten la cual combinada con datos como pueden ser geoloacutegicos morfoloacute-
gicos sismoloacutegicos etc se muestra muy eficaz en la cuantificacioacuten de deformacio-
nes superficiales en el terreno (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
Las teacutecnicas de teledeteccioacuten tradicionalmente se han caracterizado por aprovechar
la radiacioacuten electromagneacutetica solar (natural) como fuente generadora o emisor de
ondas para el posterior tratamiento y generacioacuten de imaacutegenes Cada sensor o recep-
tor utilizado en cada caso trabaja en una banda concreta Es decir aprovecha una
determinada longitud de onda de todo el espectro electromagneacutetico que un objeto
cualesquiera emite como respuesta a la radiacioacuten recibida para generar una ima-
gen Representa un avance cuando se puede controlar la fuente generadora de on-
das seguacuten el objetivo Asiacute surgen un tipo particular de teacutecnicas de teledeteccioacuten
cuando el emisor de ondas es artificial con lo que se puede controlar la emisioacuten de
ondas en una determinada frecuencia eacuteste es el caso por ejemplo de las imaacutegenes
RADAR (Radio Detection And Ranging) (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
La generacioacuten de imaacutegenes mediante teacutecnica de RADAR trabaja en la zona del
espectro electromagneacutetico correspondiente a las microondas comprendida entre
aproximadamente 10 y 10-3 cm Por tanto las imaacutegenes RADAR tienen una serie
3 Introduccioacuten
97
de ventajas como pueden ser la capacidad de atravesar las nubes y la lluvia asiacute
como la de tomar registro en la oscuridad
Existen varias teacutecnicas de generacioacuten de imaacutegenes mediante RADAR El meacutetodo
tradicional se conoce como Sistema Radar Real o RAR (figura 30 izquierda) por
otro lado tambieacuten existe el conocido Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica o SAR
(Figura 334 derecha) utilizado por los sateacutelites europeos ERS-1 y ERS-2 El SAR
inversamente al RAR logra una resolucioacuten mayor cuanto menor es la longitud de la
antena lo que supone una mejora teacutecnica sensible respecto a este uacuteltimo
Figura 334 Geometriacutea RAR (izquierda) y geometriacutea SAR (derecha) (tomada de
httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de interferometriacutea radar de la Universidad
de Standford Prof Howard Zebker)
32331 Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica
El Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica o SAR se basa fundamentalmente en el
efecto Doopler (cuando la fuente emisora de ondas y el observador estaacuten en movi-
miento relativo el ancho de banda se acorta hacia donde se mueve el emisor y se
alarga hacia donde se aleja) y como se ha mencionado con anterioridad es utiliza-
do por los sateacutelites europeos ERS-1 y ERS-2 El SAR tiene muacuteltiples aplicaciones
como pueden ser (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
- Obtencioacuten del espectro de las olas de agua en el oceacuteano
- Clasificacioacuten de los tipos de hielos
- Seguimiento de desplazamientos del hielo
- Modelos digitales del terreno por interferometriacutea
- Deteccioacuten automaacutetica de vertidos de fuel
- Altiacutemetros radar
- Radargrametriacutea
- Geodesia determinacioacuten del geoide
- Deformaciones del terreno
3 Introduccioacuten
98
Este tipo de imaacutegenes (como cualquier otra anaacuteloga) necesita antes de su genera-
cioacuten definitiva un preprocesado que corresponde fundamentalmente a la elimina-
cioacuten del ruido (Speckle) y un posterior procesado de la imagen mediante un proto-
colo previamente establecido Para la interpretacioacuten de las imaacutegenes hay que tomar
las siguientes consideraciones
- Las sombras observadas son consecuencia del aacutengulo de incidencia y no de
la geometriacutea de la iluminacioacuten solar
- Los niveles de gris estaacuten relacionados con la propiedad de dispersioacuten de la
superficie A mayor dispersioacuten tonos maacutes claros
- Los distintos tipos de superficies generan distintos tipos de dispersiones
o Aacutereas urbanas dispersioacuten muy fuerte
o Bosques dispersioacuten intermedia
o Agua calmada baja dispersioacuten
- La dispersioacuten que proporciona informacioacuten de la superficie es proporcio-
nal a la rugosidad las propiedades dieleacutectricas y las pendientes locales
32332 Interferometriacutea diferencial mediante imaacutegenes de radar de apertura
sinteacutetica
La interferometriacutea se centra en el estudio y explotacioacuten de la informacioacuten propor-
cionada por las imaacutegenes de fase de las imaacutegenes complejas SAR Tanto la teacutecnica
de de interferometriacutea SAR como la interferometriacutea diferencial (InSAR) se basan
en la explotacioacuten contenida en uno o maacutes interferogramas La interferometriacutea es
utilizada para la cuantificacioacuten de deformaciones ocurridas en la superficie terrestre
mediante la obtencioacuten de la altura del suelo a partir de dos imaacutegenes SAR obteni-
das desde puntos proacuteximos con cierto intervalo temporal de separacioacuten como se
puede apreciar en la Figura 335 (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
El avance y desarrollo de esta teacutecnica como tantas otras anaacutelogas va unida a la
capacidad de adquisicioacuten de ordenadores personales y a la disponibilidad de imaacutege-
nes de RADAR de casi cualquier zona del planeta procedentes de los sateacutelites eu-
ropeos ERS-1 ERS-2 y ENVISAT y el japoneacutes J-ERS-1 Se trata de un meacutetodo de
gran precisioacuten cuya potencia radica en que trabaja con la informacioacuten de fase de la
onda emitida por el sateacutelite y por tanto la precisioacuten estaacute uacutenicamente limitada por la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida En el caso de los sateacutelites europeos ERS la
longitud de onda emitida es de 56 mm por lo que pueden llegar a identificarse des-
plazamientos proacuteximos a la mitad de un ciclo es decir 28 mm Todo esto ha propi-
ciado la realizacioacuten de numerosos estudios en los que se identifican y cuantifican
importantes deformaciones superficiales
3 Introduccioacuten
99
Figura 335 Generacioacuten de imaacutegenes SAR (tomada de
httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de interferometriacutea radar de la Universidad
de Standford Prof Howard Zebker)
32333 Metodologiacutea General
La teacutecnica de la interferometriacutea diferencial aplicada al estudio de deformaciones
ocurridas en la superficie terrestre consiste fundamentalmente en la comparacioacuten
de la informacioacuten de fase de dos imaacutegenes SAR de una misma superficie tomadas
antes y despueacutes respectivamente del evento en cuestioacuten sobre la zona afectada (Fi-
gura 336 izquierda) La diferencia resultante de fases origina un nuevo tipo de
imagen llamada interferograma (Figura 336 derecha) y que se define como la dife-
rencia de fase entre las dos imaacutegenes La idea fundamental es la estimacioacuten del
nuacutemero de ciclos completos de longitud de onda para a partir de ella y el interfero-
grama poder determinar la elevacioacuten del terreno Es un proceso complejo y existen
varios algoritmos con estimaciones que pretenden obtener la maacutexima precisioacuten y
bondad del meacutetodo (fase de Unwrapping)
Por tanto mediante esta teacutecnica se puede apreciar deformaciones o variaciones de
altura en la direccioacuten suelo-sateacutelite Cualquier deformacioacuten en la horizontal como
puede ser el caso de una falla de componente exclusivamente en direccioacuten pasaraacute
desapercibida En los casos en los que exista deformacioacuten el interferograma regis-
tra un modelo de interferencia compuesto de franjas (fringes) que contienen toda la informacioacuten sobre la geometriacutea relativa entre las dos imaacutegenes Cada franja que
corresponde con un ciclo de fase equivale a un cambio de distancia suelo-sateacutelite
3 Introduccioacuten
100
de 28 mm Se trata de una deformacioacuten escalar y no vectorial como la obtenida con
sistemas GPS
Figura 336 Reflejo en franjas de interferograma que tendriacutea un levantamiento como el mostrado
(izquierda) Esquema mostrando como la diferencia de fase de la onda emitida y recibida por el
sateacutelite indica la cantidad de movimiento en la direccioacuten suelo-sateacutelite producido en este caso por
un movimiento cosiacutesmico (tomada de httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de
interferometriacutea radar de la universidad de Standford Prof Howard Zebker)
324 Redes de estaciones permanentes
Con el desarrollo de las teacutecnicas GNSS son muchos los organismos que han puesto
en marcha sus propias redes de estaciones permanentes GNSS la mayoriacutea de las
cuales ofrecen sus datos de forma gratuita
Una red de estaciones permanentes GNSS debe tener tres componentes fundamen-
tales
- Las estaciones GPS permanentes funcionando en forma autoacutenoma que re-
colectan las observaciones GPS y las almacenan para despueacutes enviarlas al
centro de control correspondiente
- El centro de coordinacioacuten y almacenamiento de datos que coordina el fun-
cionamiento de la red y concentra las mediciones realizadas en un servidor
- El centro de caacutelculo que procesa las observaciones de la red para obtener
coordenadas de las estaciones correcciones ionosfeacutericas y otros productos
uacutetiles
Las redes de estaciones permanentes ofrecen muacuteltiples beneficios tanto en lo que se
refiere a la emisioacuten de correcciones en tiempo real para trabajar en RTK (Real Time
Kinematic) como en lo referente a la puesta a disposicioacuten de los datos estaacuteticos
recolectados por las estaciones estos datos son los que se han utilizado para la rea-
lizacioacuten de la presente tesis
3 Introduccioacuten
101
Los objetivos de una estacioacuten permanente son varios
- Objetivos de caraacutecter praacutectico como son reducir la inversioacuten en equipa-
miento de los profesionales y mejorar el rendimiento de los trabajos de
campo gracias a las emisiones de correcciones RTK
- Objetivos de caraacutecter geodeacutesico estos son mejorar la georreferenciacioacuten
cartograacutefica perfeccionar los marcos de referencia nacionales o regionales
y contribuir con el marco de referencia mundial (ITRF Internacional Te-
rrestrial Reference Frame)
- Objetivos de caraacutecter geofiacutesico geodinaacutemico u otros determinar los mo-
vimientos de la corteza terrestre realizar estudios climatoloacutegicos investi-
gar la variabilidad ionosfeacuterica etc
Las tareas de una estacioacuten permanente son principalmente la recoleccioacuten de obser-
vaciones de forma continua la verificacioacuten de la calidad de los datos la transfor-
macioacuten de las observaciones a un formato convencional (RINEX) y la compresioacuten
de los archivos de datos asiacute como el almacenamiento de la informacioacuten en un ser-
vidor
Los elementos baacutesicos que componen una estacioacuten permanente son un receptor y
una antena GNSS geodeacutesicos un PC para almacenar y administrar la informacioacuten
programas de automatizacioacuten conexioacuten a Internet fuente continua de alimentacioacuten
Aunque la estacioacuten realiza sus operaciones mecaacutenicamente mediante un programa
de control nunca es posible prescindir totalmente de personal teacutecnico
La ubicacioacuten de una estacioacuten permanente debe cumplir una serie de requisitos
- El horizonte debe estar despejado
- En las cercaniacuteas de la antena no deben encontrarse objetos que puedan in-
ter-ferir con las sentildeales GNSS o producir multicamino
- El terreno debe ser geoloacutegicamente estable
- La antena debe estar montada sobre una estructura riacutegida y perdurable
- El sitio debe estar libre de interferencias electromagneacuteticas
- Debe contarse con la infraestructura indispensable energiacutea eleacutectrica cone-
xioacuten a Internet seguridad y accesibilidad faacutecil
En lo que se refiere a la gestioacuten una estacioacuten permanente puede ser gestionada por
cualquier organismo puacuteblico o privado aunque es interesante que se integre en la
red nacional o regional de estaciones GNSS permanentes
Una red nacional de estaciones permanentes GNSS evita conflictos de coordenadas
entre provincias o municipios por otro lado el procesamiento conjunto de los datos
de toda la red garantiza la homogeneidad de las coordenadas de todas sus estaciones
y proporciona un marco de referencia uniforme
3 Introduccioacuten
102
Si las estaciones permanentes estaacuten integradas en la red nacional
- Sus coordenadas se calculan perioacutedicamente lo que garantiza calidad y fia-
bilidad
- El centro de coordinacioacuten y los centros de caacutelculo brindan soporte teacutecnico
tanto a los profesionales a cargo de la estacioacuten como a los profesionales
usuarios de la estacioacuten
- Los datos de todas las estaciones estaacuten disponibles en un uacutenico servidor
- Los datos se almacenan de acuerdo con estaacutendares
- Las coordenadas de las estaciones permanentes tienen valor legal porque se
hallan referidas al marco de referencia nacional promulgado oficialmente
por la autoridad competente
Existen redes de estaciones permanentes a diferentes niveles a nivel mundial cabe
destacar la red del IGS o la red CORS de Estados Unidos A nivel continental en-
contramos la red EUREF A nivel nacional tenemos la red del IGN (Instituto Geo-
graacutefico Nacional) A nivel autonoacutemico casi todas las autonomiacuteas disponen de una
red de estaciones permanentes asiacute Aragoacuten Andaluciacutea Asturias C Valenciana
Cantabria Castilla y Leoacuten Cataluntildea Extremadura Islas Canarias La Rioja Mur-
cia Navarra y Paiacutes Vasco disponen de sus propias redes de estaciones permanentes
En Castilla La Mancha Islas Baleares y Madrid todaviacutea no disponen de red
325 Estado del arte
El uso de las tecnologiacuteas GNSS ha supuesto un gran avance en el campo de la Geo-
dinaacutemica proporcionando medidas directas de los desplazamientos de las placas y
de las deformaciones intraplaca Esta informacioacuten es baacutesica para la comprensioacuten de
la cinemaacutetica de estos movimientos por lo que actualmente estaacuten operativos nume-
rosos programas de investigacioacuten tanto nacionales como internacionales al respecto
3251 Programas internacionales
32511 International Litosphere Program
El ILP fue establecido en 1980 por el International Council of Scientific Unions
(ICSU) a peticioacuten de la International Union of Geological Sciences (UICG) y la
International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) Se puede consultar in-
formacioacuten maacutes detallada acerca de este programa en su paacutegina web
httpsclilpgfz-potsdamde
El Programa International Litosphere Program (ILP) busca dilucidar la naturaleza
la dinaacutemica el origen y evolucioacuten de la Litosfera a traveacutes de proyectos de investi-
gacioacuten internacionales y multidisciplinares relacionados con las ciencias de la Tie-rra a traveacutes de comiteacutes de coordinacioacuten
3 Introduccioacuten
103
El ILP se encarga de promover proyectos de investigacioacuten de intereacutes para las comu-
nidades geoloacutegica (UISG) y geofiacutesica (IUGG) Se pretende lograr un equilibrio
entre hacer frente a las necesidades sociales como comprender las cataacutestrofes natu-
rales el suministro de informacioacuten para la mejora en la exploracioacuten de recursos y la
proteccioacuten del medio ambiente y satisfacer la curiosidad cientiacutefica
Perfil del programa
El estudio integral de la Tierra soacutelida es fundamental para el programa ILP desde
los siguientes puntos de vista
- La Litosfera constituye la conexioacuten entre el interior terrestre y la superficie
de la Tierra
- La Litosfera es el nexo de unioacuten entre la geologiacutea la geofiacutesica y geoteacutecni-
ca (es decir la interfaz centrada entre la IUGS y IUGG )
- Los avances en el estudio de la Litosfera no pueden prosperar sin la inte-
gracioacuten de teacutecnicas de teledeteccioacuten y monitorizacioacuten (donde es clave el
uso de teacutecnicas GNSS como las empleadas en la presente tesis) recons-
truccioacuten y procedimientos de modelado
Retos del programa
Fomentar la investigacioacuten fundamental sobre la Litosfera para propiciar nuevos
conocimientos en relacioacuten a los procesos de la Tierra Los desafiacuteos a los que se
enfrenta a este respecto el ILP en el futuro cercano son
- Fortalecer la conexioacuten entre aspectos de la Tierra soacutelida y no soacutelida rela-
cionados con la Litosfera
- Fortalecer el perfil y el impacto de la investigacioacuten sobre la Litosfera en
temas de relevancia social como la energiacutea y el medio ambiente
- Ser atractivo para los joacutevenes investigadores mediante la eleccioacuten de temas
interesantes adoptando enfoques integradores
- Promover la formacioacuten de joacutevenes investigadores en los estudios Litosfera
Temas de investigacioacuten propuestos
Desde 1990 los proyectos del ILP se han movido en torno a los cuatro temas de
investigacioacuten principales
- Ciencias de la tierra sobre el cambio global
- Dinaacutemica continental y procesos profundos
- Litosfera Continental
- Litosfera oceaacutenica
Los temas propuestos para los nuevos grupos de trabajo incluyen
- Cartografiacutea integrada de la Litosfera
- Dinaacutemica del Manto
3 Introduccioacuten
104
- Respuesta de la Litosfera en los procesos de superficie
- Estudios paleoclimaacuteticos
Una caracteriacutestica clave en los grupos de trabajo es su caraacutecter dinaacutemico Existen
grupos durante un periacuteodo limitado de cinco antildeos Se da un valor especial a las
iniciativas recientes en Ameacuterica del Norte para la adquisicioacuten de datos a gran escala
(como EarthScope) y para buscar valor antildeadido de los programas nacionales maacutes
importantes como por ejemplo los emprendidos en China India y Ameacuterica del Sur
32512 Programa Topo Europe Euro array
El programa Topo Europe aborda la evolucioacuten topograacutefica 4-D de los oroacutegenos y
regiones internas de la placa europea a traveacutes de un enfoque multidisciplinario que
integra Geologiacutea Geofiacutesica Geodesia y Geoteacutecnica El programa se centra en mo-
nitorizacioacuten tratamiento de imaacutegenes reconstruccioacuten y la modelizacioacuten de los pro-
cesos que interactuacutean y controlan la
topografiacutea continental con los ries-
gos naturales asociados Se puede
consultar informacioacuten maacutes detalla-
da acerca de este programa en su
paacutegina web httpwwwtopo-
europeeu
Topo Europe realiza una serie de
novedosos estudios sobre cuantifi-
cacioacuten de movimientos verticales
(para los que el uso de las teacutecnicas
GNSS es fundamental) relacionan-
do la evolucioacuten de cauces fluviales
con hundimientos debidos a causas
tectoacutenicas en laboratorios naturales
cuidadosamente seleccionados en
Europa Estos laboratorios naturales
incluyen los Alpes Caacuterpatos-cuenca panoacutenica la plataforma de Europa central y
oriental la regioacuten de los Apeninos-Egeo-Anatolia la Peniacutensula Ibeacuterica el margen
continental de Escandinavia la plataforma de Europa del este y la zona oriental del
Caacuteucaso
Se integran instalaciones de investigacioacuten europeas y conocimientos esenciales para
avanzar en la comprensioacuten del papel de la topografiacutea en los sistemas dinaacutemicos
ambientales de la Tierra El objetivo principal es doble
- Integrar los programas nacionales de investigacioacuten en una red europea co-muacuten
- Integrar las actividades de los institutos Topo Europe y los participantes
Figura 337 Programa Topo Europe Aacutembitos
de actuacioacuten
3 Introduccioacuten
105
Los principales objetivos son proporcionar un foro interdisciplinario para compartir
conocimiento e informacioacuten en el campo de la evolucioacuten neotectoacutenica y topografica
de Europa de promover y fomentar la investigacioacuten multidisciplinar en una escala
verdaderamente europea para aumentar la movilidad de los cientiacuteficos y la forma-
cioacuten de joacutevenes cientiacuteficos
Justificacioacuten del programa Topo Europe
La topografiacutea continental es la interfaz de los procesos que ocurren en las profundi-
dades de la Tierra la superficie y la atmoacutesfera La topografiacutea influye en la sociedad
no soacutelo como resultado de cambios lentos en el paisaje sino tambieacuten en teacuterminos de
su impacto sobre los riesgos geoloacutegicos y el medio ambiente Cuando sube el nivel
del mar de un lago o del agua subterraacutenea o bien se produce una subsidencia au-
menta el riesgo de inundaciones que afecta directamente a la sostenibilidad de los
ecosistemas locales y los haacutebitats humanos Por otro lado la disminucioacuten de niveles
de agua y tierras pueden conducir a un mayor riesgo de erosioacuten y desertificacioacuten
En el pasado reciente los deslizamientos catastroacuteficos y caiacutedas de roca han causado
graves dantildeos y numerosas viacutectimas en Europa El raacutepido crecimiento demograacutefico
en las cuencas hidrograacuteficas tierras bajas costeras y las regiones montantildeosas y el
calentamiento global asociado a fenoacutemenos meteoroloacutegicos excepcionales cada vez
maacutes frecuentes pueden agravar el riesgo de inundaciones A lo largo de las zonas
de deformacioacuten activa los terremotos y las erupciones volcaacutenicas causan cambios
en la topografiacutea de corta duracioacuten y localizada Estos cambios pueden presentar
peligros adicionales pero al mismo tiempo permiten cuantificar el estreacutes y la acu-
mulacioacuten de tensioacuten un control de clave para la evaluacioacuten de riesgo siacutesmico y
volcaacutenico A pesar de que los procesos naturales y las actividades humanas causan
riesgos geoloacutegicos y cambios ambientales la contribucioacuten relativa de los distintos
componentes es todaviacutea poco conocida El hecho de que la topografiacutea influye el
clima es conocido desde el comienzo de la civilizacioacuten pero soacutelo recientemente
somos capaces de modelar sus efectos en las regiones donde se dispone de buenos
datos topograacuteficos y climatoloacutegicos
El estado actual y el comportamiento de la superficie de la Tierra es una consecuen-
cia de los procesos que operan en una amplia gama de escalas de tiempo Los efec-
tos maacutes importantes son los relacionados con la actividad tectoacutenica el hundimiento
y el desarrollo de los sistemas fluviales los efectos residuales de las edades de hielo
en los movimientos verticales de la corteza efectos climatoloacutegicos y los poderosos
impactos antropogeacutenicos Si queremos entender el estado actual del sistema de la
Tierra para predecir su futuro y para disentildear nuestro uso de la misma necesitamos
comprender este espectro de procesos operando al mismo tiempo pero en diferentes
escalas de tiempo El desafiacuteo de las ciencias de la Tierra es describir el estado del
sistema para controlar sus cambios prever su evolucioacuten y para evaluar los modos
de su uso sostenible por la sociedad humana
3 Introduccioacuten
106
Objetivos especiacuteficos de Topo Europe
- Modelado de la subsidencia en las cuencas y deltas de Europa
- Cuantificacioacuten de inestabilidades del terreno
- Monitorizacioacuten de alta resolucioacuten de los movimientos corticales en el espa-
cio y el tiempo para cuantificar la relacioacuten entre fuentes y sumideros de se-
dimentos y el disentildeo de modelos tectoacutenicos y siacutesmicos
- Adaptacioacuten de los sistemas de modelizacioacuten numeacuterica y analoacutegica para la
caracterizacioacuten de las relaciones de retroalimentacioacuten entre la tectoacutenica la
topografiacutea y el clima
- Imaacutegenes tomograacuteficas de alta resolucioacuten de la interaccioacuten dinaacutemica entre
el Manto y la Litosfera y sus efectos sobre la topografiacutea de la superficie
- Estudio de los efectos de los procesos neotectoacutenicos en los cauces fluviales
y la evolucioacuten costera con especial atencioacuten a los riesgos de inundacioacuten
32513 Programa Topoiberia
El proyecto Topo-Iberia responde al intereacutes de la comunidad cientiacutefica espantildeola por
establecer un marco cientiacutefico-tecnoloacutegico en el que desarrollar de manera integra-
da estudios geocientiacuteficos multidisciplinares sobre el lsquomicro-continentersquo formado
por la peniacutensula ibeacuterica y sus maacutergenes
La configuracioacuten del relieve terrestre (topografiacutea continental y batimetriacutea marina) y
los cambios que puedan producirse en nuestro entorno geograacutefico natural tienen una
trascendencia social innegable ya que marcan las condiciones de habitabilidad y
desarrollo futuro de la actividad humana
Los cambios en el relieve pueden producirse a ritmos temporales muy variados y
tener causas muy diversas de tipo natural o antropogeacutenico pero deben ser tenidos
muy en cuenta en aspectos como evaluacioacuten de recursos y riesgos naturales cambio
climaacutetico etc
Hasta hace poco tiempo se analizaba la topografiacutea continental en relacioacuten uacutenica-
mente con una serie de procesos que tienen lugar en la superficie terrestre y en la
atmoacutesfera Estudios recientes han reconocido la importancia e influencia que sobre
la topografiacutea ejercen tambieacuten los procesos geoloacutegicos profundos a nivel de Litosfe-
ra y Manto terrestre El grado de impacto de tales procesos profundos y las relacio-
nes de interdependencia y retroalimentacioacuten que existen entre todos ellos son auacuten
mal conocidos y poco cuantificados
Para su comprensioacuten se requieren estudios innovadores multidisciplinares e inte-
grados en el aacutembito de las Ciencias de la Tierra Los modelos estructurales y evolu-
tivos deben basarse en conjuntos de datos con una resolucioacuten muy superior a la
disponible actualmente para lo que se requeriraacuten acciones de adquisicioacuten de nuevos
datos con gran densidad mediante plataformas experimentales multidisciplinares
3 Introduccioacuten
107
El proyecto Geociencias en Iberia Estudios integrados de topografiacutea y evolucioacuten
4D Topo-Iberia es una propuesta que involucra a maacutes de 100 investigadores de 10
grupos distintos y que responde a la voluntad e intereacutes de la comunidad cientiacutefica
espantildeola de establecer un marco cientiacutefico-tecnoloacutegico en el que desarrollar de
manera integrada estudios geocientiacuteficos multidisciplinares Se puede consultar
informacioacuten maacutes detallada acerca de este programa en su paacutegina web
httpwwwigmeesinternetTopoIberia
El lsquomicro-continentersquo formado por
la peniacutensula ibeacuterica y sus maacutergenes
constituye un laboratorio natural
idoacuteneo claramente reconocido a
nivel internacional para desarrollar
investigaciones innovadoras y de
frontera sobre su topografiacutea y evo-
lucioacuten 4D
La finalidad de Topo-Iberia es
comprender la interaccioacuten entre
procesos profundos superficiales y
atmosfeacutericos integrando investiga-
ciones en geologiacutea geofiacutesica geo-
desia y geo-tecnologiacutea El conoci-
miento de los cambios del relieve y
sus causas es de gran trascendencia
social por lo que respecta al cambio
climaacutetico y a la evaluacioacuten de re-
cursos naturales y riesgos
Como se indica en la Figura 338 se identifican tres aacutembitos prioritarios de actua-
cioacuten
- Zona norte de la placa ibeacuterica (Sistema Pirenaico-Cantaacutebrico) Este aacutembito
de actuacioacuten incluye los Pirineos y su prolongacioacuten hacia el oeste por la
Cordillera Cantaacutebrica y el margen continental noribeacuterico lo que constituye
un mismo aacutembito geodinaacutemico ligado a la interaccioacuten entre las placas Ibeacute-
rica y Europea Los relieves pirenaicocantaacutebricos se conectan hacia el sur
con la terminacioacuten norte de la Cordillera Ibeacuterica y terminan gradualmente
hacia el oeste a traveacutes de los Montes de Leoacuten y los suaves relieves del ma-
cizo galaico
- Aacuterea central peninsular (Meseta Sistemas Central e Ibeacuterico) El aacutembito
geodinaacutemico central del microcontinente Ibeacuterico incluye las regiones de-
formadas del interior de la placa como el Sistema Central y Cadena Ibeacuterica
y sus cuencas sedimentarias asociadas
Figura 338 Programa Topo Iberia Aacutembitos
prioritarios de actuacioacuten
3 Introduccioacuten
108
- Zona sur de la placa ibeacuterica (Sistema Beacutetico-Rifentildeo) Este aacutembito geodi-
naacutemico incluye el oroacutegeno Beacutetico-Rifentildeo el prisma de acrecioacuten del Golfo
de Caacutediz y las cuencas y maacutergenes de los mares de Alboraacuten y Argelino-
Balear occidental
Se pretende configurar una base de datos y resultados multidisciplinares que permi-
ta resolver los interrogantes actualmente existentes mediante estrategias novedosas
de interpretacioacuten conjunta
Objetivo fundamental del programa es incrementar decisivamente la informacioacuten
disponible con el despliegue sobre el terreno de una plataforma IberArray de
observacioacuten tecnoloacutegica multiinstrumental y de gran resolucioacuten
En cuanto a finalidades para aplicabilidad a intereses nacionales de los resultados
esperables estas investigaciones propician un incremento en la infraestructura geo-
loacutegica y geofiacutesica en cordilleras y cuencas de aguas territoriales espantildeolas En su
caso pueden ser aplicadas a actuaciones dirigidas a prevenir y disentildear planes de
contingencia para riesgos geoloacutegicos y tambieacuten medioambientales especialmente
en aquellas zonas en que se producen considerables terremotos y numerosos desli-
zamientos del terreno relacionados con el desarrollo actual del relieve y la elevacioacuten
de maacutergenes continentales Su aplicacioacuten en el aacutembito marino afecta a diversas
aacutereas con importante traacutefico mariacutetimo turiacutestico y comercial y viacuteas de paso obligado
para mercanciacuteas peligrosas Tambieacuten es posible la transferencia de nuestros resul-
tados al sector industrial especialmente en cuanto a la potencialidad en hidrocarbu-
ros en determinadas cuencas que han sido y son actualmente sujeto de exploracio-
nes comerciales por compantildeiacuteas petroleras nacionales y extranjeras
Figura 339 Equipos GPS de la Red Topo-Iberia
3 Introduccioacuten
109
Como se ha comentado uno de los objetivos principales del proyecto Topo-Iberia
es obtener informacioacuten sobre el estado de esfuerzos y la deformacioacuten dentro de la
Peniacutensula Ibeacuterica y sus maacutergenes puesto que los equipos GPS permiten medir la
deformacioacuten actual y proporcionan informacioacuten sobre tectoacutenica activa detectando
movimientos relativos entre las estaciones del orden de mmantildeo el proyecto Topo-
Iberia cuenta con un subproyecto GPS que preveacute el despliegue de una red semi-
permanente de 25 GPS de registro continuo durante un periodo de al menos 30
meses que se muestran en la Figura 339 Los equipos GPS cubriraacuten varias transec-
tas y zonas estrateacutegicas complementando los instrumentos actualmente disponibles
instalados por diversas instituciones Informacioacuten maacutes detallada acerca de este pro-
yecto se puede encontrar en su paacutegina web
httpwwwigmeesinternetTopoIberiametodologiashtmltheta
32514 Proyecto CAP (Central Andes Proyect)
Constituye un proyecto cientiacutefico auspiciado por la Fundacioacuten Nacional de Ciencias
de los Estados Unidos de Norteameacuterica y desarrollado por los Doctores Robert
Smalley Jr de la Universidad de Memphis y Mike Bevis de la Universidad de Ohio
que comenzoacute en el antildeo 1992 y consiste en el estudio de la deformacioacuten y desplaza-
miento de la corteza terrestre particularmente en la zona andina en la Repuacuteblica
Argentina
Informacioacuten maacutes detallada acerca del proyecto se puede encontrar en su paacutegina
web httpwwwigngobarNuestrasActividadesIDProyectosColaboracionCap
Figura 340 Central Andes Projetc Desplazamientos cosiacutesmicos asociados al terremoto de Chile
del 27 de febrero de 2010 de 88 Mw
3 Introduccioacuten
110
Desde los inicios del proyecto el Instituto Geograacutefico Nacional de Argentina
(IGN) estuvo directamente vinculado al mismo a traveacutes de la ejecucioacuten de medicio-
nes de campantildea a lo largo de toda la Repuacuteblica Argentina
Estas mediciones se realizan con receptores GPS de uacuteltima generacioacuten ubicados
satisfaciendo las necesidades del proyecto algunos de ellos se instalaron de forma
permanente y han constituido la base sobre la cual se ha desarrollado la Red Argen-
tina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC) administrada por el IGN Otros
puntos son medidos mediante campantildeas de observacioacuten El resultado de uno de sus
trabajos concretamente el estudio de los desplazamientos cosiacutesmicos asociados al
terremoto de Chile del 27 de febrero de 2010 se muestra en la Figura 340
La eleccioacuten y materializacioacuten de los puntos en el terreno es uno de los aspectos
fundamentales del eacutexito del proyecto debido al nivel de precisioacuten de la determina-
cioacuten de las coordenadas de los mismos En este aspecto el IGN capacita a sus profe-
sionales para esta tarea y lo estaacute haciendo actualmente en el procesamiento cientiacutefi-
co de los datos con el software GAMIT ndash GLOB K
A lo largo de maacutes de 15 antildeos de trabajo en conjunto entre las Instituciones y los
profesionales de cada una de las mismas se han publicado numerosos trabajos en
congresos internacionales y en las revistas cientiacuteficas maacutes prestigiosas del mundo
32515 Proyecto Corner Andes Project
El proyecto Corner Andes Project se basa en que los Andes presentan una oportuni-
dad uacutenica para estudiar los procesos de orogeacutenesis producidos por un proceso de
subduccioacuten de una placa oceaacutenica Por otra parte el conocimiento detallado de los
recursos hiacutedricos minerales e hidrocarburos es de vital importancia ya toda la re-
gioacuten presenta considerables riesgos siacutesmicos y volcaacutenicos
El proyecto busca entender en este laboratorio natural los procesos tectoacutenicos y
superficiales con estudios integrados que utilizan la sismologiacutea la geofiacutesica la
geologiacutea estructural y neotectoacutenica petrologiacutea iacutegnea y geoquiacutemica estratigrafiacutea
fiacutesica y anaacutelisis de cuencas la geomorfologiacutea la paleoclimatologiacutea y glaciologiacutea Es
de sentildealar que para la realizacioacuten de estos estudios el uso de las teacutecnis GNSS es
fundamental El aacutembito regional del proyecto constituye el oroacutegeno andino entre el
sur de Peruacute y la Patagonia con los esfuerzos concentrados en Argentina Chile y
Bolivia El proyecto se ha enriquecido y fortalecido por una estrecha cooperacioacuten
con los geocientiacuteficos de Ameacuterica Latina en la industria instituciones puacuteblicas y el
mundo acadeacutemico Informacioacuten maacutes detallada acerca del proyecto se puede encon-
trar en su paacutegina web httpwwwgeocornelledugeologycap
3 Introduccioacuten
111
Objetivos de del proyecto
La mayor parte de la investigacioacuten llevada a cabo por los miembros de Corner An-
des Project se ha centrado en Argentina y Chile aunque tambieacuten se ha trabajado en
Venezuela Bolivia Peruacute y Colombia
Los proyectos de investigacioacuten actuales maacutes importantes son los siguientes
- Estudio de la zona de subduccioacuten del norte de Chile
- Deformacioacuten asociada con la subduccioacuten
- Volcanismo Cenozoico en Argentina central y Chile relacioacuten del magma-
tismo con los aacutengulos de la zona de subduccioacuten y los procesos de la evolu-
cioacuten litosfeacuterica continental
- Las variaciones geoquiacutemicas temporales y espaciales en la zona de rocas
magmaacuteticas de la Patagonia Implicaciones para la evolucioacuten cortical y del
Manto
- Estudio de los cambios climaacuteticos en el inicio del Cuaternario en el desierto
de Atacama y sus relaciones con las aguas subterraacuteneas
- Paleoclima del Mioceno en las tierras bajas de los Andes Centrales
- La rotacioacuten de la vertiente occidental de los Andes Centrales y el origen de
las cuencas sedimentarias del Salar de Atacama y Calama
- Movimiento y migracioacuten de magma volcaacutenico
- Ciclo siacutesmico en la regioacuten andina
3252 Programas nacionales
32521 Programa Earth Scope
Earth Scope es un programa de la National Science Foundation (NSF) que desplie-
ga miles de instrumentos de prospeccioacuten siacutesmica GPS y otros instrumentos geofiacutesi-
cos para estudiar la estructura y la evolucioacuten de Ameacuterica del Norte (ver Figura
341) asiacute como los procesos que producen terremotos y erupciones volcaacutenicas Se
trata de un proyecto que fomenta la colaboracioacuten entre cientiacuteficos educadores
responsables poliacuteticos y ciudadanos para divulgar los avances cientiacuteficos en la
materia Maacutes informacioacuten acerca del proyecto se puede encontrar en su paacutegina web
httpwwwearthscopeorg
Objetivos del proyecto
Ameacuterica del Norte posee uno de los registros maacutes completos de formacioacuten modifi-
cacioacuten y destruccioacuten continental El objetivo de Earth Scope es usar Norteameacuterica
como un laboratorio natural para obtener conocimientos fundamentales sobre coacutemo
funciona la Tierra La complejidad de los procesos geoloacutegicos requiere estudios
multidisciplinares de cientiacuteficos especializados en ciencias de la Tierra Con el pro-grama se pretende alentar a los cientiacuteficos desde un punto de vista maacutes creativo
3 Introduccioacuten
112
permitiendo que las ideas innovadoras proporcionen nuevos conocimientos sobre el
pasado el presente y el futuro del planeta en que vivimos
Figura 341 Red de instrumentacioacuten desplegada en el proyecto Earth Scope www Earhsco-
peorgcurrent_status 10-2013
La temaacutetica estudiada se puede dividir en varias categoriacuteas generales
- Procesos en los maacutergenes convergentes Constituyen algunos de los entor-
nos maacutes dinaacutemicos tectoacutenicamente de la Tierra
- Tensioacuten y deformacioacuten de la corteza La forma en que la Tierra soacutelida res-
ponde a las fuerzas tectoacutenicas
- Deformacioacuten y evolucioacuten de las estructuras continentales Estudio del mar-
gen activo de Ameacuterica del Norte
- Fallas tectoacutenicas y procesos involucrados en los terremotos EarthScope es-
taacute investigando el desarrollo de modelos de prediccioacuten de terremotos des-
entrantildeando los procesos activos y dinaacutemicos a lo largo de fallas
- Estructura y dinaacutemica del interior de la Tierra Uno de los objetivos funda-
mentales es la mejor comprensioacuten de los procesos internos de la Tierra y la
evolucioacuten de la Litosfera continental en relacioacute a los procesos del Manto
superior es un objetivo principal de EarthScope Aprenda maacutes sobre coacutemo
la investigacioacuten EarthScope estaacute impulsando descubrimientos en esta aacuterea
3 Introduccioacuten
113
- Vulcanismo Ameacuterica del Norte posee una amplia gama de sistemas mag-
maacuteticos como los claacutesicos volcanes de maacutergenes convergentes de Casca-
dia y las Aleutianas
32522 Southern California Integrated GPS Network (SCIGN)
La red SCIGN constituye un conjunto de 250 estaciones permanentes distribuidas a
lo largo del sur de California con una mayor densificacioacuten en el aacuterea metropolitana
de Los Aacutengeles La red comienza a instalarse desde hace una deacutecada hasta llegar a
su conformacioacuten actual Maacutes informacioacuten se puede encontrar en la web
wwwscecorg
Figura 342 Mapa en el que se muestran los vectores de desplazamiento de la corteza terrestre en
el sur de California seguacuten la SCIGN wwwscecorginstanet01newsspot010828
El 2 de julio de 2001 cuatro diacuteas antes de su inauguracioacuten programada SCIGN
alcanzoacute su objetivo meta de 250 estaciones operativas diseminadas por todo el sur
de California y el norte de Baja California Meacutexico
3 Introduccioacuten
114
Las estaciones SCIGN estaacuten dirigidas por las siguientes agencias
- 125 estaciones centrales son financiadas por la National Science Founda-
tion (NSF)
- 95 estaciones a lo largo de la Falla de San Andres y en la zona urbana de
Los Angeles que son gestionadas por la oficina local de Pasadena del Ser-
vicio Geoloacutegico de EEUU
- Las estaciones restantes que son gestionadas por el Jet Propulsion Labora-
tory y otras agencias
Objetivos de la red
El sur de California es un lugar sujeto a fuerzas tectoacutenicas de cizalladura estirando
y comprimiendo la corteza terrestre con un patroacuten complejo Estas deformaciones
lentas pero continuas se producen fundamentalmente en las principales fallas tectoacute-
nicas activas responsables por otra parte de la alta sismicidad de la regioacuten La pre-
gunta que trata de responder la SCIGN es si a traveacutes del patroacuten de deformacioacuten se
pueden prever con maacutes precisioacuten futuros terremotos
La red SCIGN fue construida con cuatro grandes objetivos cientiacuteficos en mente
SCIGN estaacute disentildeada para proporcionar una cobertura regional que mejore las esti-
maciones de riesgo siacutesmico identificando fallas activas empujes debajo de Los
Angeles variaciones en las tensiones medidas y mediciones de movimientos per-
manentes mayores de 1 mm no detectables por los sismoacutegrafos (ver figura 37)
incluyendo la respuesta de las fallas a los cambios de tensioacuten regionales La red
consigue esos objetivos haciendo mediciones geodeacutesicas precisas y continuas que
revelan el pequentildeo movimiento continuo producto de la tensioacuten que se transmite a
traveacutes de la corteza en el sur de California Como es conocido la tensioacuten acumulada
estaacute directamente relacionada con la peligrosidad siacutesmica Estas mediciones contri-
buyen a la evaluacioacuten del peligro ayudando y concienciando a los ciudadanos a
prepararse Por lo tanto este instrumento puramente cientiacutefico puede producir efec-
tos sociales positivos siendo sin duda eacuteste el objetivo uacuteltimo del proyecto SCIGN
Los productos generados con los datos SCIGN al igual que esos datos son de libre
acceso en wwwscignorg
32523 Crustal deformation monitoring (United States Geological Survey
USGS)
La superficie de la Tierra estaacute siendo deformada a traveacutes de fallas tectoacutenicas que
acumulan tensioacuten y que se deslizan con el tiempo El USGS utiliza mediciones GPS
para controlar este movimiento cerca de fallas activas
El USGS utiliza GPS para medir la deformacioacuten de la corteza en todo los Estados Unidos Sin embargo la mayor parte del trabajo se concentra en los estados del
3 Introduccioacuten
115
oeste como se puede ver en la figura 38 donde se producen la mayoriacutea de los te-
rremotos y donde las tasas de deformacioacuten de la corteza son maacutes altas
La superficie de la
Tierra cerca de las
fallas activas se
deforma antes du-
rante y despueacutes de
los terremotos Del
mismo modo la
superficie cercana a
los volcanes activos
tambieacuten se deforma
como consecuencia
de las erupciones y
la evolucioacuten volcaacute-
nica La deforma-
cioacuten de la corteza se
puede estudiar des-
de diferentes teacutecni-
cas de observacioacuten
movimiento relativo
de puntos de la
superficie de la Tierra inclinacioacuten del suelo tensiones y deslizamientos de falla El
USGS habitualmente mide estos y otros paraacutemetros que reflejan esta deformacioacuten
32524 Programa CMONOC (Cristal Movement Observation Network of China)
El objetivo cientiacutefico de Crustal Movement Observation Network of China es fun-
damentalmente la prediccioacuten de terremotos aunque tambieacuten satisface necesidades
en el campo de la Geodesia dando servicios de GNSS diferencial en el campo de la
Meterorologiacutea etc Por este motivo estaacute gestionado por el ldquoFirst Crustal Deforma-
tion Monitoring Center China Seismological Bureau Tianjin 300180 Chinardquo
Las caracteriacutesticas principales de la CMONOC son la alta precisioacuten y estabilidad de
sus observaciones la toma de gran cantidad de datos y el procesamiento de esos
datos en tiempo real de forma raacutepida y precisa
El sistema CMONOC consta de cuatro partes la red fiducial la red baacutesica la red
local y el sistema de transmisioacuten procesamiento y anaacutelisis de datos
La red fiducial de CMONOC consta de 25 estaciones GPS en observacioacuten continua
Algunas de estas estaciones tambieacuten utilizan teacutecnicas VLBI y SLR Con una dis-
tancia media de aproximadamente 700 km entre estaciones adyacentes la funcioacuten
Figura 343 Red de estaciones GPS permanentes y no permanentes
del oeste de EEUU httpearthquakeusgs govmonitoringgps
3 Introduccioacuten
116
principal de la red fiducial es el control de los movimientos tectoacutenicos de los blo-
ques de primer orden de China continental Las estaciones fiduciales estaacuten construi-
das sobre la roca madre Las precisiones de alcanzadas son de 13 mm para las
variaciones anuales de las liacuteneas base entre estaciones fiduciales adyacentes 15
mm para las variaciones anuales de las liacuteneas base entre estaciones VLBI adyacen-
tes 21 cm para la determinacioacuten de las coordenadas absolutas de estaciones SLR y
08 - 49 Gal para las medidas absolutas de gravedad La red fiducial se puso en
funcionamiento el 1 de abril de 2000
La red baacutesica se compone de 56 estaciones GPS en las que se realizan observacio-
nes perioacutedicas Como complemento a la red fiducial la red baacutesica se utiliza princi-
palmente para controlar la deformacioacuten de la corteza en y entre los bloques de pri-
mer orden Las estaciones estaacuten dispuestas de manera uniforme junto con las
estaciones fiduciales con una distancia media entre ellas de alrededor de 350 km
Dos mediciones de la red baacutesica se llevaron a cabo tanto en 1998 y 2000 con preci-
siones de menos de 3 mm para la componente horizontal y menos de 10 mm para
la componente vertical
La red local estaacute constituida por 1000 estaciones GPS en las que se realizan obser-
vaciones de manera esporaacutedica Estaacuten dispuestas en diez aacutereas de especial intereacutes
para su monitorizacioacuten Cerca de 700 de ellas se concentran a lo largo de las princi-
pales zonas tectoacutenicas y siacutesmicas con el objetivo de la prediccioacuten de terremotos
Alrededor de 300 de ellas estaacuten dispuestas de manera uniforme en todo el paiacutes co-
mo complemento a las redes fiducial y baacutesica para vigilar los movimientos de los
grandes bloques tectoacutenicos La red local se establecioacute en agosto de 1998 la primera
medicioacuten se realizoacute en 1999 y maacutes de 800 estaciones se volvieron a observar en
2001 Los resultados obtenidos indican que las presiones son mejores de 3 mm para
la componente horizontal y de 10 mm para la vertical
La organizacioacuten del proyecto se basa en un centro de datos y tres subsistemas de
intercambio de datos El centro de datos es el responsable de las operaciones y ges-
tioacuten de la red procesamiento y anaacutelisis de datos que se aplican directamente para la
prediccioacuten de terremotos y mitigacioacuten de desastres El centro de datos tambieacuten pro-
porciona los elementos baacutesicos para cada subsistema de intercambio de datos y de
los ministerios y comisiones relacionados Los subsistemas de intercambio de datos
proporcionan informacioacuten a la comunidad investigadora al programa de Geodinaacute-
mica espacial de Asia y el Paciacutefico y a la red de control geodeacutesico nacional de
Topografiacutea y Cartografiacutea La construccioacuten del centro de datos se llevoacute a cabo en el
antildeo 2000 Sus caracteriacutesticas teacutecnicas principales son 310 Mb diarios para la reco-
leccioacuten de datos 50 Gb para el almacenamiento de datos en liacutenea y 220 estaciones
para el procesamiento de datos A finales del antildeo 2000 probado y revisado por el
Comiteacute de Aceptacioacuten de Estado la red en su conjunto alcanzoacute y superoacute las normas
de calidad preestablecidas y se puso en funcionamiento
3 Introduccioacuten
117
Con una superficie de 95 en la parte continental de China CMONOC ha elevado
la precisioacuten de la medicioacuten tradicional del movimiento de la corteza en China en
tres oacuterdenes de magnitud y la eficiencia de observacioacuten por diez veces Se ha cu-
bierto el objetivo de la monitorizacioacuten casi instantaacutenea de todo el paiacutes y se ha au-
mentado la capacidad de predecir un gran terremoto en China La oficina sismoloacute-
gica de China ya ha utilizado los datos GPS observados en el examen anual
sismoloacutegico y ha obtenido mejores resultados en las predicciones de terremotos
para medio y largo plazo Se ha aumentado la precisioacuten de la red de control geodeacute-
sico mejorando los sistemas geodeacutesicos aplicados en la Topografiacutea y Cartografiacutea del
paiacutes
En los uacuteltimos tres antildeos el CMONOC funciona con normalidad Siete estaciones
fiduciales forman parte de la red de estaciones IGS y los datos obtenidos a partir de
la red se han utilizado en multitud de estudios cientiacuteficos En la Figura 344 se
muestra la tasa de movimiento horizontal de la corteza continental China basada en
los datos de CMONOC
Figura 344 Velocidades horizontales de las estaciones pertenecientes a la red fiducial de CMO-
NOC y principales unidades tectoacutenicas de China (Liren et al 2003)
32525 Islandia Red ISGPS
Islandia se situacutea en el tercio septentrional de la dorsal atlaacutentica que con un eje nor-
te-sur disecciona la isla y al mismo tiempo sirve de liacutemite a las placas continenta-
les americana y eurasiaacutetica La enorme actividad siacutesmica a lo largo de este acciden-
3 Introduccioacuten
118
te geoloacutegico se manifiesta mediante potentes erupciones submarinas bajo el Atlaacuten-
tico y en forma de afloramientos insulares de naturaleza volcaacutenica
Como consecuencia de estas fuerzas tectoacutenicas el territorio formado por una buena
parte de los fiordos occidentales asiacute como una amplia extensioacuten de la franja orien-
tal de Islandia surgieron del mar hace 16 millones de antildeos por lo que desde el
punto de vista geoloacutegico la isla es una de las masas terrestres maacutes joacutevenes del pla-
neta
Figura 345 Red ISGS de estaciones permanentes en Islandia (ISGPS)
La ubicacioacuten de Islandia sobre la mismiacutesima dorsal atlaacutentica y la consecuente parti-
cioacuten de su tierra emergida en dos mitades pertenecientes a cada una de las mencio-
nadas placas tectoacutenicas origina que los seiacutesmos y las erupciones volcaacutenicas se ma-
nifiesten continuamente hasta el punto de haberse estimado que la tercera parte de
todas las coladas de lava surgidas en el globo en uacuteltimo milenio se han generado en
la Islandia
La Oficina Meteoroloacutegica Islandesa gestiona una red de estaciones geodeacutesicas per-
manentes GPS en Islandia para monitorizar la deformacioacuten cortical relacionada con
los movimientos tectoacutenicos la actividad volcaacutenica y los terremotos Con instrumen-
tos de calidad geodeacutesica y software especializado se obtienen posiciones diarias de
las estaciones dentro del rango de unos pocos miliacutemetros Estaciones CGPS por lo
tanto son una excelente herramienta para monitorear la deformacioacuten cortical
3 Introduccioacuten
119
Se puede obtener informacioacuten adicional acerca de esta red en la paacutegina web
httphraunvedurisjaenglishwebgpshtml
La red se inicioacute como un proyecto de colaboracioacuten en el antildeo 1999 para vigilar los
movimientos de la corteza terrestre en zonas tectoacutenicas y volcaacutenicas activas en Is-
landia
Actualmente hay 18 estaciones GPS continuas en Islandia (ver Figura 345) de las
cuales 14 pertenecen a la red ISGPS tres son estaciones IGS y una es gestionada
por la National Land Survey of Iceland El disentildeo de la red ISGPS estaacute se basa en la
simplicidad robustez y eficiencia de costes El nuacutemero de componentes eleacutectricos
en el campo se reduce al miacutenimo se utiliza un disentildeo de monumento de acero
inoxidable para conseguir una alta estabilidad
Los datos de las estaciones ISGPS se descargan automaacuteticamente y se procesan a
diario Se utiliza el software Oberland V42 para procesar los datos Las series ob-
servadas en la mayoriacutea de estaciones de ISGPS estaacuten dominadas por el movimiento
causado por la divergencia de las placas norteamericana y euroasiaacutetica en general
de acuerdo con el modelo NUVEL-1A Las discrepancias se observan en las esta-
ciones que estaacuten dentro de la zona de deformacioacuten liacutemite de placas o cerca de fuen-
tes de deformacioacuten volcaacutenica La red ISGPS a lo largo del tiempo que lleva operati-
va ha demostrado ser una herramienta muy valiosa para monitorizar las
deformaciones
32526 Japoacuten Red GEONET
El archipieacutelago de Japoacuten se ubica en una de las zonas geoloacutegicamente maacutes inesta-
bles y complejas del planeta Se trata de un paiacutes altamente siacutesmico debido a su ubi-
cacioacuten en el Cinturoacuten de Fuego del Pacifico El territorio japoneacutes es el resultado de
continuos e inmensos movimientos tectoacutenicos que llevan producieacutendose durante
centenares de millones de antildeos desde mediados del Periacuteodo Siluacuterico hasta el Pleis-
toceno Este proceso tiene su origen en la subduccioacuten de la placa Filipina y la placa
Paciacutefica debajo de las continentales placa Ojotsk (subplaca de la placa Euroasiaacutetica)
y placa Amuria (subplaca de la Norteamericana)
En Japoacuten los temblores de tierra son frecuentes (con una intensidad reducida a mo-
derada) Tienen lugar maacutes de 5000 movimientos siacutesmicos al antildeo de los cuales
1000 son percibidos por la poblacioacuten y de ellos soacutelo unos cuantos son terremotos
violentos
La autoridad responsable de la informacioacuten geoespacial en Japoacuten ( Geographical
Survey Institute GSI) gestiona una red de estaciones de control GNSS que cubren
archipieacutelago japoneacutes con maacutes de 1200 estaciones con una separacioacuten promedio de
unos 20 km (desde marzo de 2004) para la monitorizacioacuten de la deformacioacuten de la
corteza terrestre para la realizacioacuten de trabajos topograacuteficos Se puede obtener maacutes
3 Introduccioacuten
120
informacioacuten acerca de esta red en su paacutegina web
httpterrasgsigojpjaterras_englishhtml
Los datos de observacioacuten
recogidos en cada estacioacuten
estaacuten abiertos para uso puacuteblico
y privado en Japoacuten Los fiche-
ros en formato RINEX con
intervalo de 30 segundos se
facilitan al puacuteblico a traveacutes de
Internet
Recientemente se actualizoacute el
sistema GEONET para mejo-
rar las capacidades en tiempo
real En la mayoriacutea de las
estaciones se observan y
transmiten datos a 1 Hz en
tiempo real Estos datos en
tiempo real dan servicio a los
usuarios comerciales de servi-
cio de posicionamiento
Por parte de GSI actualmente
se llevan a cabo anaacutelisis casi
en tiempo real de las 1200
estaciones de forma rutinaria
para prevenir situaciones de
emergencia o para dar una respuesta raacutepida a un episodio siacutesmico o volcaacutenico (Ha-
tanaka et al 2007)
32527 Programa indio de red nacional GNSS para el control de deformacioacuten
cortical
El subcontinente indio es una de las regiones maacutes propensas a terremotos del mun-
do En el uacuteltimo siglo varios terremotos de gran magnitud como el de Andaman-
Sumatra (Mw 93) en 2004 y el de 2005 en Cachemira (Mw 76) cuyos epicentros
se situaron tanto en el interior como en el borde de placa La regioacuten cuenta con una
tectoacutenica muy compleja incluyendo los principales sistemas de fallas de la zona de
colisioacutendel Himalaya
Mediante teacutecnicas geodeacutesicas GNSS se pretende comprender la dinaacutemica tectoacutenica
de la zona y medir la acumulacioacuten de esfuerzos
En India los estudios geodeacutesicos basados en teacutecnicas espaciales se iniciaron con el
lanzamiento de un amplio Programa Nacional GNSS en sismologiacutea por el Departa-
Figura 346 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones
de GEONET Hatanaka et al 2007)
3 Introduccioacuten
121
mento de Ciencia y Tecnologiacutea en 1997 Bajo este programa fue establecida una
red de 50 estaciones permanentes GNSS en ubicaciones adecuadas para la investi-
gacioacuten siacutesmica (ver Figura 347)
El programa GNSS Nacional
Indio se estaacute llevando a cabo
con el fin de proporcionar un
impulso a las medidas de
deformacioacuten cortical de la
placa India la identificacioacuten
de las regiones de acumula-
cioacuten de tensioacuten y para esti-
mar las tasas de convergencia
de las fallas maacutes importantes
Bajo este programa se ha
establecido la red de estacio-
nes GNSS permanentes La
red ha generado conjuntos de
datos muy valiosos que han
ayudado en la estimacioacuten de
movimiento de la placa india
Las mediciones tambieacuten se
han utilizado en el control de
deformaciones co-siacutesmicas y
post-sismicas relacionadas con los recientes terremotos ocurridos en la India y las
regiones adyacentes Se puede obtener maacutes informacioacuten acerca de este programa en
la paacutegina web httpwwwisrogovinnewsletterscontentsspaceindiajan2012-
jun2012enewsletterhtm
32528 Turquiacutea Programas del grupo de trabajo en Geodinaacutemica Unioacuten
nacional de Geodesia y Geofiacutesica de Turquiacutea
Turquiacutea estaacute situada en la placa de Anatolia entre las placas de Arabia y Euro-
asia Como consecuencia del movimiento convergente entre eacutestas se produce
un desplazamiento hacia el oeste de la placa de Anatolia Este desplazamiento
se manifiesta a traveacutes de las fallas septentrional y oriental de Anatolia Las fa-
llas transformantes norte y este de Turquiacutea son normalmente verticales y atra-
viesan toda la corteza terrestre con un trazado maacutes o menos lineal que alcanza
cerca de mil kiloacutemetros de longitud siendo aquiacute donde principalmente se locali-
zan los grandes terremotos que suceden en esta regioacuten
La falla de Anatolia es de tipo transformante tiene unos 900 km de longitud y
sus longitudes y tasa de movimiento son similares a los de la falla de San An-
dreacutes en California (Estados Unidos)
Figura 347 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones de la red nacional GNSS india
3 Introduccioacuten
122
Aunque la regioacuten tiene una larga historia de terremotos destructivos el terremo-
to de Izmit en agosto de 1999 fue de los maacutes importantes de este siglo en mag-
nitud y consecuencias
Red turca de estaciones GPS permanentes (TNPGN)
La red TNPGN estaacute formada por 144 estaciones (ver figura 348) aunque esaacute en
continuo crecimiento debido al gran intereacutes que ha despertado en la comunidad
cientiacutefica Los anaacutelisis de los datos de las estaciones TNPGN se llevan a cabo en la
Direccioacuten General de Cartografiacutea sobre una base diaria La finalidad de la red es
fundamentalmente geodeacutesica topograacutefica geodinaacutemica y para trabajos de ingenie-
riacutea
Figura 348 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones de la red TUSAGA Kurt M et al 2011
Las estaciones son TNPGN son utilizadas profusamente en control geodeacutesico y
vigilancia de los movimientos de la corteza terrestre siendo una herramienta indis-
pensable para la investigacioacuten de la actividad tectoacutenica y siacutesmica de una regioacuten muy
activa como es Anatolia y sus alrededores
Igualmente los datos de TUSAGA proporcionan una ayuda importante para la pre-
diccioacuten meteoroloacutegica a corto plazo
32529 Red Geodeacutesica Nacional SIRGAS-Chile Proyecto Feacutenix
Al final del Paleozoico hace 251 millones de antildeos Chile perteneciacutea al bloque con-
tinental denominado Gondwana No era maacutes que una depresioacuten marina con sedi-
mentos acumulados que comenzoacute a levantarse a finales del Mesozoico hace
65 millones de antildeos debido al choque entre las placas de Nazca y Sudamericana
dando origen a la cordillera de los Andes El territorio seriacutea modelado por millones
de antildeos maacutes debido al plegamiento de las rocas configurando el actual relieve
3 Introduccioacuten
123
Chile es considerado uno de los paiacuteses siacutesmicamente maacutes activos debido a su ubica-
cioacuten en el Cinturoacuten de fuego del Paciacutefico Gran parte del territorio continental yace
junto a la zona de subduccioacuten de la placa de Nazca bajo la placa Sudamericana En
cambio al sur del istmo de Ofqui en la Regioacuten de Ayseacuten la subduccioacuten es produ-
cida por la placa Antaacutertica que se mueve a menor velocidad que la de Nazca y por
ende es siacutesmicamente menos activa
A lo largo de su historia diversos terremotos han azotado al paiacutes reconfigurando
su geografiacutea fiacutesica y humana siendo el tipo de cataacutestrofe natural maacutes dantildeino en
Chile Al movimiento siacutesmico en siacute y a la destruccioacuten producida se suman diversos
efectos colaterales entre los que se destacan los aludes y los tsunamis
El terremoto de Chillaacuten de 1939 ha sido el maacutes mortiacutefero en la historia de Chi-
le con una cifra oficial de 5648 muertos El terremoto de Valdivia de 1960 ha sido
el maacutes potente registrado en Chile y en la historia de la humanidad con una magni-
tud de 95 MW
Objetivos del proyecto
Muchas infraestructuras del centro sur de Chile fue dantildeada por el terremoto del 27
de febrero del 2010 el quinto maacutes grande registrado en la historia El sistema geo-
deacutesico nacional que proporciona georreferenciacioacuten de precisioacuten a los usuarios
tambieacuten ha sido afectado por los movimientos cosiacutesmicos y postsiacutesmicos asociados
a este devastador terremoto y a sus reacuteplicas posteriores La manera maacutes raacutepida de
restaurar el sistema de referencia al nivel del centiacutemetro en las aacutereas afectadas es
construir una gran cantidad de nuevas estaciones permanentes GPS lo maacutes raacutepida-
mente posible Eacuteste es el objetivo principal del proyecto y de los miembros que lo
componen
El Proyecto Feacutenix estaacute conformado por el Instituto Geograacutefico Militar (IGM) inge-
nieros y cientiacuteficos del proyecto CAP (Central Andes Project) maacutes un nuacutemero cre-
ciente de colaboradores de Chile de los EEUU Europa y otras partes El Proyec-
to CAP ha estado desarrollando trabajos en conjunto con el IGM en Chile desde
1993 El proyecto Feacutenix ha recibido ya la financiacioacuten significativa del National
Science Foundation (NSF) de los EEUU de la Universidad de Estado de Ohio
de la Universidad de Hawaii del Instituto Tecnoloacutegico de California y de UNA-
VCO (Consorcio cientiacutefico financiado por el NSF)
El Proyecto Feacutenix participa activamente con la Universidad de Chile California
Institute of Technology (USA) Escuela Normal Superior (Francia) Hamilton Co-
llege (USA) y Pacific Geoscience Center (Canada)
3 Introduccioacuten
124
En concreto las actuaciones del proyecto SIRGAS son las siguientes
- Instalacioacuten de 50 estaciones permanentes GPS para labores de monitoriza-
cioacuten cntinuo sumadas a las estaciones ya existentes
- Comunicaciones
- Determinacioacuten de las deformaciones que afectaron a la Red Geodeacutesica Na-
cional su continuidad y validez en el tiempo
- Caacutelculo de efecto co-siacutesmico
- Estimacioacuten del efecto post-siacutesmico
- Anaacutelisis cientiacutefico del terremoto del 27 de febrero del 2010
4 Estudios realizados
125
4 Estudios realizados
El sesenta por ciento de las muertes causadas por desastres naturales en la pasada
deacutecada se debieron a terremotos La monitorizacioacuten de terremotos ha cobrado gran
importancia en los recientes estudios cientiacuteficos y una de las maacutes recientes incorpo-
raciones a las numerosas teacutecnicas interdisciplinares utilizadas para estudiar los te-
rremotos son las tecnologiacuteas GNSS
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento permanente de las aacutereas
cercanas al epicentro Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes
han creado una herramienta y un marco de referencia terrestre esencial para el estu-
dio de dichos desplazamientos
En la tesis que se presenta se trata de situar y cuantificar geograacutefica y temporalmen-
te mediante teacutecnicas GNSS los desplazamientos producidos en el episodio siacutesmi-
co del terremoto de Tohoku el 11 de marzo de 2011 el episodio siacutesmico del terre-
moto de Lorca del 11 de mayo de 2011 el terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre
de 2011 el volcaacuten submarino de El Hierro que entroacute en erupcioacuten el 10 de octubre
de 2011 la subsidencia histoacuterica de la cuenca de Lorca y el movimiento relativo
entre las placas Africana y Eurasiaacutetica en la Peniacutensula Ibeacuterica
4 Estudios realizados
126
41 Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la
distancia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11
de marzo de 2011
411 Introduccioacuten
De acuerdo con el UNFPA (United Nations Population Fund) a fecha de 31 de
octubre de 2011 siete mil millones de personas habitan la Tierra Aproximadamen-
te una de cada dos personas vive en una ciudad y soacutelo en unos 35 antildeos dos de cada
tres En 2015 maacutes de la mitad de la poblacioacuten mundial viviraacute en zonas urbanas y en
2030 las ciudades seraacuten el hogar de casi 5000 millones de personas (United Na-
tions Population Fund 2012)
Seguacuten el CRED (Centre for Researchonthe Epidemiology of Disasters) el 60 por
ciento de las muertes causadas por los desastres naturales en los uacuteltimos diez antildeos
se han debido a los terremotos y la razoacuten es que ocho de las ciudades maacutes pobladas
del planeta estaacuten construidas sobre liacuteneas de fallas tectoacutenicamente activas Estas
ciudades son Katmanduacute Nepal Estambul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta
Indonesia Tokio Japoacuten Meacutexico DF Meacutexico Nueva Delhi India aacuterea de Nueva
York EEUU Vancouver BC Shanghai China y Los Angeles EEUU (Centre for
Research on the Epidemiology of Disasters 2012)
Por esta razoacuten el estudio de los terremotos tiene un gran intereacutes para intentar ser
capaces de predecir en queacute aacutereas la probabilidad de ocurrencia de un terremoto es
maacutes grande y en la medida de lo posible cuaacutel seraacute su intensidad Por lo tanto la
monitorizacioacuten de sismos ha adquirido gran importancia en estudios cientiacuteficos
recientes Una de las maacutes recientes adiciones a las numerosas teacutecnicas interdiscipli-
narias empleadas para el estudio de los terremotos son las teacutecnicas geodeacutesicas (Kul-
karni et al 2004)
Con la aparicioacuten de los datos GPS de alta cobertura las diferencias entre las obser-
vaciones y el modelado siacutesmicos y geodeacutesicos se han vuelto borrosas (Yue and Lay
2011) Wright TJ (2011) utiliza el posicionamiento de punto preciso en el modo
tiempo real con con correcciones de orbitales y de reloj radiodifundidas para dar la
posicioacuten de cada estacioacuten cada segundo permitiendo que los datos puedan detectar
los movimientos de la estacioacuten centraacutendose en alertas de tsunami (Wright et al 2012) La disponibilidad en tiempo real de estos desplazamientos puede ser de gran
utilidad en respuesta al terremoto y alerta de tsunami y hasta cierto punto en la
alerta temprana del terremoto (Grapenthin and Freymueller 2011) Grapenthin
propone un meacutetodo que integra desplazamientos en tiempo real en un sistema de
alarma de terremotos
En 1969 el sismoacutelogo japoneacutes Kiyoo Mogi propuso que existe un patroacuten de sismi-
cidad precursora antes de grandes terremotos (Mogi 1969) uno de estos precurso-
res son los desplazamientos de la corteza El estudio de la deformacioacuten de la corteza
4 Estudios realizados
127
es uno de los aspectos esenciales en el conocimiento de los terremotos (Sagiya
2004) Este artiacuteculo es parte de un estudio maacutes amplio dirigido a investigar la de-
formacioacuten de la corteza terrestre como precursor de los eventos siacutesmicos Las de-
formaciones superficiales detectadas mediante el sistema de posicionamiento global
han aumentado las posibilidades de mitigar futuros riesgos siacutesmicos (Chen et al
2011)
El uso del sistema GPS ha sido la teacutecnica maacutes precisa y conveniente en levanta-
mientos geodeacutesicos en los uacuteltimos 20 antildeos Debido a su alta precisioacuten en las posi-
ciones y su eficacia en una amplia gama de trabajos el GPS en la actualidad ha
superado casi en su totalidad a los meacutetodos terrestres para trabajos geodeacutesicos de
alta precisioacuten (Chang 2000)
Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes han creado una he-
rramienta y un marco de referencia terrestre muy relevante para el estudio de las
deformaciones de la corteza terrestre debidas a fuerzas tectoacutenicas Estas tecnologiacuteas
son de gran intereacutes para estudios de geodinaacutemica y deformaciones Aunque la de-
formacioacuten es un indicador maacutes objetivo que el desplazamiento debido a que no se
requiere marco de referencia (Takahashi 2011) las teacutecnicas GNSS permiten cuanti-
ficar con garantiacutea los desplazamientos de las estaciones ocurridos durante los terre-
motos como consecuencia los movimientos horizontales y verticales se pueden
medir en fallas y regiones tectoacutenicamente activas y relacionarlos con otras zonas no
afectadas El sistema GPS ha demostrado ser una herramienta muy eficaz para lle-
var a cabo estudios de deformacioacuten debido a su alta precisioacuten y exactitud (Kulkarni
et al 2006)
Es posible crear mapas de vectores de desplazamiento de estas redes dentro de los
marcos de referencia geodeacutesica que permiten medir con precisioacuten los desplaza-
mientos hasta una escala milimeacutetrica
En Espantildea tanto el Estado como las regiones o comunidades han creado redes de
estaciones permanentes GNSS con densificacioacuten suficiente para evaluar los efectos
siacutesmicos Esta teacutecnica se ha utilizado desde hace tiempo en California para el anaacuteli-
sis de la falla de San Andreacutes y otras fallas en el aacuterea de Los Aacutengeles (Hudnut
2008) Se utiliza tambieacuten en Chile donde la liberacioacuten de energiacutea siacutesmica conduce a
movimientos continuos Los estudios de desplazamiento del terremoto de Maule
(febrero de 2010) se llevaron a cabo mediante teacutecnicas GPS (Global Position Sys-
tem) (Baacuteez et al 2011) En 2007 el comportamiento cinemaacutetico y mecaacutenicas de la
Falla Chihshang a la luz del terremoto Chengkung fue estudiado tambieacuten por teacutecni-
cas GPS (Hu et al 2007)
En Japoacuten donde suceden maacutes del 20 de los terremotos con valores por encima de
magnitud 60 Mw los expertos del USGS han analizado los datos GNSS y han detectado en las estaciones GNSS maacutes cercanas al epicentro del terremoto movi-
mientos de cuatro metros hacia el este El geofiacutesico Ross Stein dice que como re-
4 Estudios realizados
128
sultado (New York Times 2011) Japoacuten es maacutes ancho de lo que era antes Seguacuten
Gross cientiacutefico del JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA la velocidad de
rotacioacuten de la Tierra tambieacuten se ha visto alterada por el terremoto (Jet Propulsion
Laboratory 2011)
No hay duda sobre el hecho de que las teacutecnicas GNSS poseen un gran intereacutes estra-
teacutegico y constituyen una poderosa herramienta en el anaacutelisis de la deformacioacuten de la
corteza terrestre
El presente estudio trata de situar y cuantificar geograacutefica y temporalmente por
medio de tecnologiacuteas geodeacutesicas concretamente teacutecnicas GNSS los desplazamien-
tos producidos en el episodio siacutesmico del terremoto de Tohoku en la Figura 41 se
muestra la secuencia del prograso del citado tsunami La escala temporal incluye
del 27 de febrero hasta el 15 de abril de 2011
El viernes del 11 de marzo del 2011 a las 144623 hora local (054623 UTC) uno
de los terremotos maacutes grandes y mortiacuteferos de los que hay constancia histoacuterica se
produjo a 130 kiloacutemetros al este de Sendai en la regioacuten de Tohoku Japoacuten La mag-
nitud del terremoto alcanzoacute 90 Mw y provocoacute un tsunami que destruyoacute la costa
oeste de la isla de Honshu provocando enormes peacuterdidas humanas y materiales
destacando la crisis producida en la central nuclear de Fukushima
El terremoto de Tohoku se produce en la zona de subduccioacuten de la placa del Paciacutefi-
co bajo la placa de Okhotsk Es una zona tectoacutenicamente compleja y muy activa en
la que la actividad siacutesmica es muy alta La velocidad de convergencia entre estas
dos placas vecinas es de unos 85 mm al antildeo (Spicak and Vanek 2011)
Figura 41 Secuencia del progreso del tsunami en la zona de Sendai NHK Televisioacuten
4 Estudios realizados
129
412 Objetivo de la investigacioacuten
Los terremotos se puede explicar baacutesicamente con la siguiente secuencia temporal
de sucesos En primer lugar la tensioacuten se almacena en estratos deformados maacutes
tarde se produce una ruptura de rocas en un punto deacutebil producieacutendose finalmente
la liberacioacuten repentina de la tensioacuten acumulada (Wang 2007)
Es de sobra conocido que uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento
de forma permanente de las aacutereas cercanas al epicentro los efectos de cada terremo-
to dependen de las caracteriacutesticas del mismo sobre todo de la intensidad y la pro-
fundidad del epicentro (Gianniou 2010)
El objetivo de este artiacuteculo consiste en la cuantificacioacuten de los movimientos tectoacute-
nicos producidos por el terremoto de Tohoku del 11 de marzo de 2011 Esta inves-
tigacioacuten se llevaraacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del Interna-
tional GNSS Service (IGS) con el objetivo de comprobar los movimientos de la
zona afectada por el terremoto en cuestioacuten en relacioacuten con el aacuterea geograacutefica cir-
cundante en principio no afectada por los citados movimientos
413 Antecedentes
La zona de arcos-isla situada al este del continente asiaacutetico conforma una de las
zonas maacutes activas del mundo desde el punto de vista siacutesmico El noreste de Japoacuten
ha sufrido muchos terremotos interplaca de magnitud 7 Mw a lo largo de esta zona
de subduccioacuten donde la placa Paciacutefica presiona y se introduce bajo la subplaca de
Okhotsk a un ritmo de entre 73 y 78 miliacutemetros por antildeo (Avouac 2011)
Seguacuten el USGS (United States Geological Survey) nueve terremotos de magnitud 7
o mayor se han observado a lo largo de la fosa de Japoacuten cerca de la costa de Hons-
hu desde 1973 (Spicak y Vanek 2011)
Sin embargo no se habiacutea registrado instrumentalmente terremotos interplaca de
magnitud superior a 75 Mw desde 1923 excepto en el aacuterea maacutes septentrional don-
de ha habido sismos de magnitud de hasta 79 Mw
No existen registros histoacutericos de movimientos siacutesmicos de 85 Mw desde el siglo
XVII Es de intereacutes resentildear que el mayor terremoto jamaacutes registrado alcanzoacute una
magnitud de 95 Mw en 1960 por la ruptura de maacutes de mil kiloacutemetros del liacutemite
entre la placa de Nazca y la Sudamericana a lo largo de la costa meridional de Chile
(Avouac 2011)
En 2002 los Responsables de Investigacioacuten de Terremotos del gobierno japoneacutes
comenzaron un estudio acerca de la evaluacioacuten a largo plazo de los terremotos en la
zona de subduccioacuten de la regioacuten de Tohoku y estimaron una probabilidad del 80-90 de que en el aacuterea se produjera un gran terremoto de magnitud 77-82 en los
4 Estudios realizados
130
siguientes 30 antildeos pero nunca mencionaron terremotos de magnitud 9 (Sagiya
2011)
414 Marco geoestructural
El archipieacutelago de Japoacuten se ubica en una de las zonas geoloacutegicamente maacutes inesta-
bles y complejas del planeta Consta de alrededor de 1042 islas y maacutes de 2000
islotes Las cuatro islas centrales son las mayores Hokkaidō Honshū Shikoku y
Kyushu que suman alrededor del 98 de la superficie total El conjunto forma un
arco de noreste a suroeste de 3700 kiloacutemetros (Barnes 2003)
Se trata de un paiacutes altamente siacutesmico debido a su ubicacioacuten en el Cinturoacuten de Fuego
del Pacifico El territorio japoneacutes es el resultado de continuos e inmensos movi-
mientos tectoacutenicos que llevan producieacutendose durante centenares de millones de
antildeos desde mediados del Periacuteodo Siluacuterico hasta el Pleistoceno Este proceso tiene su
origen en la subduccioacuten de la placa Filipina y la placa Paciacutefica debajo de las conti-
nentales placa Ojotsk (subplaca de la placa Euroasiaacutetica) y placa Amuria (subplaca
de la Norteamericana)
En su mayoriacutea el territorio estaacute asentado sobre la placa de Ojotsk ubicaacutendose el
liacutemite con la placa Euroasiaacutetica (sector tambieacuten conocido como placa Amuria) al
centro-sur de la isla de Honshū a la altura del nudo montantildeoso y valle de la Fosa
Magna El resto del territorio japoneacutes se encuentra en la segunda placa indicada
Esta compleja distribucioacuten origina profundas y extensas fosas oceaacutenicas especial-
mente en la costa paciacutefica del archipieacutelago Destaca en particular la Fosa de Japoacuten
de alrededor de 9000 metros de profundidad originada por una falla con borde
convergente por subduccioacuten
Japoacuten estuvo asociado originalmente a la costa este del continente eurasiaacutetico Los
procesos de subduccioacuten movieron Japoacuten hacia el este originando la apertura del
Mar del Japoacuten hace alrededor 15 millones de antildeos y dando lugar a una cuenca sub-
marina El Estrecho de Tartaria y el Estrecho de Corea fueron abiertos mucho maacutes
adelante
Las colisiones entre estas placas y su posterior hundimiento generaron los arcos de
islas de las Kuriles y de Sajalin-Hokkaidocirc (al norte) el arco de Honshucirc que conecta
Kyūshū Shikoku Honshucirc y la porcioacuten oeste de Hokkaidocirc (en el centro) y los arcos
de las Ryucirckyucirc e Izu-Ogasawara (en el sur)
Los bordes entre la placa de Okhotsk y la placa Euroasiaacutetica se situacutean en el centro
de Honshucirc a lo largo de la Fossa Magna un valle que divide a Japoacuten en dos zonas
geoloacutegicas la nororiental y la suroccidental al oeste aparece bordeado por la liacutenea
tectoacutenica de Itoigawa-Shizuoka una falla que se extiende desde la ciudad de Itoi-
gawa (Niigata) hasta la ciudad de Shizuoka pasando por el lago Suwa y por las
montantildeas que conforman la frontera occidental de la Regioacuten de Kantō
4 Estudios realizados
131
En Japoacuten los temblores de tierra son frecuentes (con una intensidad reducida a mo-
derada) Tienen lugar maacutes de 5000 movimientos siacutesmicos al antildeo de los cuales
1000 son percibidos por la poblacioacuten y de ellos soacutelo unos cuantos son terremotos
violentos en la Figura 42 se muestran las intensidades del terremoto de Tohoku
Figura 42- Intensidades del terremoto de Tohoku Este mapa muestra el movimiento del terreno
y la intensidad de las sacudidas en docenas de puntos en todo Japoacuten Cada ciacuterculo representa una
estimacioacuten del movimiento seguacuten los registros del USGS El color amarillo paacutelido representa baja
intensidad y el rojo oscuro alta intensidad Estos datos se superponen a un mapa de densidad de
poblacioacuten proporcionado por Oak Ridge del National Laboratory Tohoku Earthquake Shaking
Intensity NASA Earth Observatory Cartografiacutea realizada por Jesse Allen y Robert Simmon con
datos del USGS Earthquakes Hazard Program y del Oak Ridge National Laboratory Geographic
Information Science and Technology
Gran cantidad de fallas tectoacutenicas locales recorren la superficie originando sismos
de regular intensidad Las maacutes grandes son dos fallas transversales al sur de Hons-
hū la Liacutenea Tectoacutenica de Itoigawa-Shizuoka y la Liacutenea Tectoacutenica Media Japonesa
ambas fallas transformantes que se encuentran en el liacutemite de las placas de Okhotsk
y Euroasiaacutetica a lo largo del sistema montantildeoso de la isla
En ocasiones los terremotos resultan sumamente destructivos originando tsunamis
devastadores con una frecuencia de varias veces en un siglo Los terremotos prin-
4 Estudios realizados
132
cipales maacutes recientes incluyen el Gran terremoto de Hanshin-Awaji en 1995 el
Terremoto de la costa de Chūetsu de 2007 y el Terremoto y tsunami de Japoacuten de
2011 descrito en el presente artiacuteculo
415 Metodologiacutea
La ciencia de los terremotos ha entrado en una nueva era con el desarrollo de tecno-
logiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten de la superficie en las zonas tectoacutenica-
mente activas y en este sentido Japoacuten estaacute a la vanguardia en la puesta en marcha
de estas tecnologiacuteas en concreto con el desarrollo hace unos 15 antildeos de GeoNet
una extensa red de estaciones GPS que toma datos continuamente
Las estaciones de referencia que operan de forma continua pueden ser una forma
muy potente de monitorizar las deformaciones (Oumlzyasar y Oumlzluumldemir 2011)
Sin embargo y dado que el objetivo de este trabajo es contextualizar los movimien-
tos producidos por el terremoto en un marco de referencia maacutes amplio se optoacute por
la utilizacioacuten de los datos proporcionados por el IGS para conseguir una mayor
homogeneidad y amplitud geograacutefica de la informacioacuten
4151 Datos de partida
Todas las estaciones permanentes GPS utilizadas pertenecen al IGS (International
GPS Service) por lo que los resultados obtenidos estaraacuten en el ITRF (International
Terrestrial Reference Frame) (Promthong 2006)
Se tomaron una serie de estaciones maacutes o menos cercanas al epicentro del terremoto
que son MIZU (Mizusawa Iwate Japoacuten) USUD (Usuda Usuda Japoacuten) MTKA
(Mitaka Tokio Japoacuten) KGNI (Koganei Tokio Japoacuten) TSK2 (Tsukuba Ibaraki
Japoacuten) y KSMV (Kashima Ibaraki Japoacuten) De la misma forma se tomaron una
serie de estaciones maacutes alejadas previsiblemente no afectadas por el terremoto
para poder ser utilizadas como marco de referencia estable estas son CHAN (Cha-
gchun Jilin China) SHAO (Shanghai Sheshan China) PETS (Petropavlovsk
Kamchatka Federacioacuten rusa) CCJ2 (Chichijima Ojeasawara Tokio Japoacuten)
KHAJ (Khabarovsk Khabarovsk Federacioacuten rusa) BJFS (Beijing Fangshan
Fangshan Beijing China) STK2 (Shintotsukawa Hokkaido Japoacuten) y AIRA (Aira
Kagoshima Japoacuten)
Del mismo modo se incluyeron en el anaacutelisis una serie de estaciones internaciona-
les del IGS ubicadas maacutes lejos y que probablemente no se ven afectadas por el
terremoto Se eligieron para ser utilizadas como marco estable esto se hace para
establecer una solucioacuten de referencia no deformada (Satirapod 2007) estas esta-
ciones son CHAN (Chagchun Jilin China) SHAO (Shanghai Sheshan China) PETS (Petropavlovsk Kamchatka Russian Federation) CCJ2 (Chichijima
Ojeasawara Tokyo Japan) KHAJ (Khabarovsk Khabarovsk Russian Federation)
4 Estudios realizados
133
BJFS (Beijing Fangshan Fangshan Beijing China) STK2 (Shintotsukawa Hok-
kaido Japan) and AIRA (Aira Kagoshima Japan) La Figura 43 muestra la red
geodeacutesica disentildeada
El IGS nos proporciona datos de observacioacuten GPS de todas las estaciones elegidas
Se tomaron de este organismo los citados datos en forma de archivos RINEX cada
30 segundos asiacute como las coordenadas aproximadas de las estaciones
Otros datos necesarios para los caacutelculos geodeacutesicos realizados se obtuvieron del
Center forOrbitDetermination in Europe (CODE) correcciones ionosfeacutericas oacuterbitas
precisas de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las
estaciones
Los datos acerca de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del OnsalaSpaceObservatory
Figura 43 Cartografiacutea de la red geodeacutesica disentildeada y marco geoestructural del aacuterea que abarca
4152 Marco temporal
Una vez elegidas las estaciones que forman parte del estudio se definioacute el marco
temporal
4 Estudios realizados
134
Se decidioacute realizar los caacutelculos la semana GPS anterior al terremoto concretamente
desde el diacutea 27 de febrero al 5 de marzo asumiendo que se trata de un periodo de
relativa calma para poder estudiar el comportamiento de las coordenadas de las
estaciones los diacuteas previos al terremoto
Una vez obtenidas esas coordenadas se procedioacute a obtener las posiciones diarias de
cada estacioacuten desde dos diacuteas antes del terremoto esto es el 9 de marzo hasta 10
diacuteas despueacutes el 21 de marzo no hay datos del diacutea del terremoto A partir de enton-
ces se calcularon las coordenadas de cada estacioacuten cada 5 diacuteas para el seguimiento
de las posibles reacuteplicas hasta un mes despueacutes el 15 de abril
4153 Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda del programa informaacutetico Bernese de
la Universidad de Berna que nos permite compensar redes geodeacutesicas observadas
mediante teacutecnicas GNSS con una gran precisioacuten y control de las mismas (Dach et
al 2007)
Todos los datos GPS disponibles fueron procesados sesioacuten a sesioacuten para obtener
soluciones diarias En una primera etapa las ambiguumledades se estimaron y se fija-
ron a un entero utilizando la estrategia QIF (QuasiIonosphere Free) Los caacutelculos se
realizaron utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes
tarde las coordenadas de las estaciones maacutes alejadas fueron constrentildeidas para defi-
nir un marco de referencia El retraso troposfeacuterico se corrigioacute aplicando el modelo
de Saastamoinen con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2(z) sien-
do z la distancia cenital La correccioacuten troposfeacuterica seca se aplicoacute a intervalos de
una hora para estimar el retardo de ceacutenit de las sentildeales GPS Por otra parte la de-
mora ionosfeacuterica se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de las frecuencias
L1 y L2 Los errores del reloj del sateacutelite se eliminaron mediante el uso de efemeacuteri-
des precisas proporcionadas por el IGS en formato sp3 Los modelos ionosfeacutericos
velocidades de placas y correcciones Code-Bias se tomaron del CODE (Center for
Orbit Determination in Europe) Por uacuteltimo las correcciones de carga oceaacutenica se
obtuvieron del OnsalaSpaceOrganisation
Como resultado de todo el proceso se obtuvieron coordenadas en el marco de refe-
rencia geodeacutesico WGS84 y en el sistema de coordenadas UTM de cada uno de los
diacuteas calculados
416 Resultados obtenidos
Una vez realizados los caacutelculos se observaron considerables desplazamientos en las
estaciones permanentes situadas cerca del epicentro Este hecho se hace patente de
forma especial en la estacioacuten MIZU situada en la localidad de Mizusawa a 37441 km del epicentro como muestran las Figuras 44 y 45
4 Estudios realizados
135
Figura 44- Graacutefica en la que se muestra el desplazamiento de la estacioacuten de referencia MIZU en
las coordenadas X e Y
Figura 45 Desplazamientos horizontales en la estacioacuten MIZU Se observa la falta de datos desde
el diacutea del terremoto (11 marzo) hasta el diacutea 16 de marzo debido a que la estacioacuten quedoacute tempo-
ralmente dantildeada
4 Estudios realizados
136
Estos desplazamientos se van haciendo menores a medida que nos alejamos del
epicentro aunque resultan apreciables todaviacutea como muestran las Figuras 46 y
47 que hacen referencia a la estacioacuten de Tsukuba
Figura 46- Graacuteficas en las que se muestra el desplazamiento de la estacioacuten de referencia TSK2
en las coordenadas X e Y
Figura 47 Desplazamientos horizontales en la estacioacuten TSK2
4 Estudios realizados
137
Y al elegir la estacioacuten BJFS (Beijing China) situada a maacutes de 2000 km del epicen-
tro vemos como el sismo no produce ninguacuten desplazamiento como muestran las
figuras 48 y 49 De hecho despueacutes de comparar varias soluciones diarias no se
encontraron cambios significativos en la posicioacuten por lo que se puede calificar de
posicioacuten praacutecticamente estable (Kuo et al 2002)
Figura 48- Graacuteficas de la
estacioacuten de referencia BJFS en
la que no se observa desplaza-
mientos horizontales
Figura 49 Desplazamientos horizontales
en la estacioacuten BJFS
4 Estudios realizados
138
El desplazamiento basado en las coordenadas estaacuteticas diarias se ve afectado por los
eventos que se producen en un diacutea sin embargo tiene la ventaja de la precisioacuten
(Nishimura et al 2011)
De acuerdo con el presente estudio el mayor desplazamiento se puede apreciar en
la estacioacuten de MIZU a 37441 kilometros del epicentro
Tambieacuten se deduce del estudio de los desplazamientos en cada una de las estacio-
nes que como cabiacutea esperar los mayores desplazamientos se producen en las esta-
ciones maacutes cercanas al epicentro disminuyendo eacutestos a medida que nos alejamos de
eacuteste como muestran la Tabla 41 y la Figura 410 En la estacioacuten STK2 situada a
579 km del epicentro ya no se detectan desplazamientos
Estacioacuten Distancia epicentral (km) Desplazamiento (m)
MIZU 1403616664 271
KSMV 3034331656 083
TSK2 3185424475 065
MTKA 3851859108 030
KGNI 3868428153 030
USUD 4305464129 028
STK2 5797006672 000
CCJ2 1246230605 000
KHAJ 1275402377 000
AIRA 1289163824 000
CHAN 1539536775 000
PETS 2049470607 000
SHAO 2082604379 000
BJFS 2278574053 000
Tabla 41 Desplazamiento y distancia al epicentro de cada una de las estaciones
4 Estudios realizados
139
Figura 410 Graacutefica en la que se muestra el desplazamiento en funcioacuten de la distancia al epicen-
tro
417 Conclusiones
Del estudio de las coordenadas obtenidas para cada una de las estaciones a lo largo
del periodo calculado se pueden destacar las siguientes conclusiones
- El terremoto Tohoku-Oki ocurrioacute en una de las zonas en las que la Placa
Paciacutefica se desplaza por debajo de Japoacuten a una media de 8 u 85 cm al antildeo
(Simona et al 2011) En el breve periodo del evento siacutesmico la zona proacute-
xima al epicentro de la isla del Honshū se desplazoacute al menos 275 metros
en direccioacuten sureste hacia la placa Paciacutefica (ver Figura 45)
- A medida que nos alejamos del epicentro el desplazamiento decrece consi-
derablemente siguiendo la expresioacuten
donde y es el desplazamiento en metros y x es la distancia al epicentro en
kiloacutemetros La Figura 410 presenta el desplazamiento en funcioacuten de la
distancia al epicentro de acuerdo con esta ecuacioacuten
- El desplazamiento coseismico causado por el terremoto de Tohoku de 2011
se estimoacute en base al anaacutelisis rutinario de GEONET diferenciando las coor-
denadas diarias desde el 10 al 12 de marzo y el desplazamiento horizontal
alcanzoacute 53 m en la Peniacutensula Oshika cerca del epicentro (Nishimura et al
4 Estudios realizados
140
2011) El desplazamiento teoacuterico en la estacioacuten de Oshika GEONET colo-
cada en la Peniacutensula Oshika a 5077 Km del epicentro seriacutea seguacuten nuestra
ecuacioacuten 475 m que es una muy buena aproximacioacuten no teniendo datos
precisos sobre la distancia al epicentro considerada en el anaacutelisis citado
- El terremoto rompioacute maacutes de 400 km de la corteza a lo largo de la zona de
subduccioacuten de Japoacuten (Normil 2011) El equipo de ARIA en el JPL y Cal-
tech determinoacute el desplazamiento del campo coseismic en el arco de Japoacuten
- regioacuten insular que mostroacute desplazamientos significativos hacia el este en
la regioacuten norte de Japoacuten como se muestra en la Figura 411 con despla-
zamientos maacuteximos de aproximadamente 53 m en horizontal y 11 m
(Wang et al 2011) de subsidencia Los resultados de este estudio corrobo-
ran el estudio llevado a cabo por la NASA con soluciones de oacuterbitas raacutepi-
das y usando soacutelo los datos de las estaciones de referencia GEONET
GNSS
Figura 411 Graacutefico en el que se muestra el desplazamiento en las estaciones de referencia
GEONET
- En las estaciones maacutes alejadas como se esperaba no se detecta ninguacuten desplazamiento horizontal el diacutea del terremoto
4 Estudios realizados
141
- En el caso de la componente vertical el terremoto no parece generar nin-
guacuten movimiento vertical detectable en Japoacuten
Como se ha dicho este artiacuteculo es parte de un estudio maacutes amplio dirigido a la in-
vestigacioacuten de la deformacioacuten del terreno como precursor del movimiento siacutesmico
se estaacuten estudiando diferentes eventos siacutesmicos en diferentes lugares para detectar
los patrones de comportamiento
4 Estudios realizados
142
42 Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca
del 11 de mayo de 2011
421 Introduccioacuten
La costa mediterraacutenea es un aacuterea de gran desarrollo turiacutestico motor econoacutemico de
la zona y cuya poblacioacuten se incrementa de forma notable a lo largo de los antildeos
Incluso eventos siacutesmicos moderados pueden producir desplazamientos del terreno o
bien olas marinas con la suficiente intensidad como para producir importantes da-
ntildeos tanto humanos como econoacutemicos (Aacutelvarez-Goacutemez et al 2011)
La zona sureste de la cordillera Beacutetica es el aacuterea con mayor actividad siacutesmica de la
peniacutensula Ibeacuterica Existen varias fallas cuaternarias de longitud superior a 50 km
que hacen de eacutesta un aacuterea de particular intereacutes para estudios paleosiacutesmicos y de
riesgo siacutesmico (Martiacutenez-Diacuteaz et al 2003)
Terremotos causantes de importantes dantildeos han tenido lugar en la provincia de
Murcia varias veces en los uacuteltimos 500 antildeos Aparte del terremoto que estamos
estudiando tres eventos significativos han tenido lugar en un periodo de soacutelo seis
antildeos Mula (1999) Bullas (2002) y La Paca (2005) (Garciacutea-Mayordomo et al 2007)
El mieacutercoles 11 de mayo de 2011 a las 064725 hora local (164725 UTC) se pro-
dujo a 58 Km al WSW de Murcia un terremoto de 1 km de profundidad [USG11]
La magnitud del sismo alcanzoacute los 51 Mw El terremoto de Lorca tuvo lugar en la
regioacuten que marca el liacutemite entre las placas de Eurasia y Aacutefrica (Nubia) donde esta
uacuteltima se mueve hacia el NO (United States Geological Survey 2011)
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento de forma permanente de
las aacutereas cercanas al epicentro los efectos de cada terremoto dependen de las carac-
teriacutesticas del mismo sobre todo de la intensidad y la profundidad del epicentro
(Gianniou 2010)
Las redes geodeacutesicas se usan como base de todo tipo de trabajos geodeacutesicos uno de
los cuales son los estudios geodinaacutemicos que utilizan los cambios en la posicioacuten de
las estaciones de control de una red en un determinado periodo de tiempo para en-
tender las caracteriacutesticas de los movimientos tectoacutenicos (Oumlzyasar y Oumlzluumldemir
2011)
El objetivo de este trabajo es el estudio de los efectos tectoacutenicos producidos por el
terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011
Esta investigacioacuten se llevaraacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) que se consideraraacuten en princi-
pio no afectadas por el sismo y que conformaraacuten el marco de referencia ademaacutes se
4 Estudios realizados
143
integraraacuten estaciones dependientes de otros organismos con el fin de densificar la
informacioacuten
Las deformaciones de la superficie detectadas mediante teacutecnicas GNSS se han de-
mostrado potentes para mitigar futuros riesgos siacutesmicos (Chen et al 2011) es por lo
que este estudio se engloba dentro de un proyecto que pretende estudiar la deforma-
cioacuten del terreno como precursor de fenoacutemenos siacutesmicos
422 Antecedentes
La peniacutensula Ibeacuterica estaacute considerada como una zona de sismicidad moderada den-
tro de esta la regioacuten de Murcia presenta una sismicidad media-alta (Atlas global de
la regioacuten de Murcia 2011)
La sismicidad en el sur de Espantildea estaacute provocada por la convergencia entre la placa
africana y la placa euroasiaacutetica caracterizada por terremotos de baja a moderada
magnitud La velocidad relativa entre las placas se estima entre 4 mm y 9 mm por
antildeo (Santoyo y Luzoacuten 2008)
La sismicidad de la regioacuten de Murcia ha sido estudiada por numerosos autores
seguacuten Ibarguumlen y Rodriacuteguez Estrella (Ibarguumlen y Rodriacuteguez 1996) en la regioacuten de
Murcia existen noticias sobre destrucciones concretas causadas por terremotos des-
de 1579
Figura 412Sismos maacutes importantes en la regioacuten de murcia y alrededores (Sismimur 2011)
4 Estudios realizados
144
El Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) desarrolla una labor continua de revisioacuten de
los cataacutelogos histoacutericos existentes con el fin de introducir modificaciones al cataacutelo-
go siacutesmico oficial La uacuteltima de estas revisiones ha dado lugar a la publicacioacuten del
Cataacutelogo Siacutesmico de la Peniacutensula Ibeacuterica (880 aC-1900) que sustituye a la ante-
rior revisioacuten de 1983 En el nuevo cataacutelogo se ha ampliado el nuacutemero de terremotos
identificados y se ha mejorado su localizacioacuten epicentral asiacute como la asignacioacuten de
la intensidad macrosiacutesmica (Sismimur 2011) De acuerdo con este cataacutelogo en el
interior de la Regioacuten de Murcia consta la ocurrencia de unos 123 terremotos princi-
pales hasta el antildeo 1920 cuyos epicentros aparecen representados en la Figura 412
Estos terremotos corresponden al periodo conocido como de sismicidad histoacuterica
ya que no existiacutea todaviacutea una infraestructura instrumental suficiente
En la Figura 412 se puede observar la distribucioacuten de la sismicidad histoacuterica en la
Regioacuten de Murcia y provincias limiacutetrofes (Sismimur 2011)
La mayoriacutea de los epicentros se localizan en este periodo a lo largo de una franja
central que coincide con la alineacioacuten NE-SW que conforma los valles del Guada-
lentiacuten Sangonera y la vega del Segura Asimismo a lo largo del curso medio del
Riacuteo Segura se distingue otra concentracioacuten de epicentros de direccioacuten NNE-SSW
En contraste destaca la escasa sismicidad localizada en los maacutergenes norte y sur de
la regioacuten lo que debe interpretarse con precaucioacuten ya que puede no responder a la
realidad Conviene tener en cuenta que la identificacioacuten de terremotos histoacutericos
depende de la existencia de suficientes pruebas documentales y evidentemente
eacutestas son maacutes faacuteciles de encontrar en el caso de terremotos ocurridos cerca de po-
blaciones principales (Sismimur 2011)
Seguacuten informacioacuten de la Direccioacuten General de Seguridad Ciudadana y Emergencias
dependiente de la Consejeriacutea de Presidencia de la Regioacuten de Murcia los mayores
sismos ocurridos en la regioacuten hasta 1920 son los que se muestran en la tabla 1 Soacutelo
se muestran aquellos con intensidad mayor de VII con anterioridad a 1920 A partir
de este grado de intensidad comienzan a registrarse dantildeos de importancia en algu-
nas edificaciones
Como puede apreciarse en la tabla en la localidad de Lorca ya se registraron terre-
motos de cierta intensidad en enero de 1579 y agosto de 1674
A partir de 1920 empieza ya a funcionar la primera red siacutesmica espantildeola pasando
asiacute ya al periodo instrumental En la Regioacuten de Murcia se encuentra la estacioacuten
denominada ldquoLa Murtardquo En este punto dado que ya se dispone del instrumental
necesario para ello se pasa a caracterizar a los terremotos por su magnitud en lugar
de por su intensidad lo que supone una forma maacutes objetiva
Desde el antildeo 1920 hasta aproximadamente mediados del antildeo 2005 se han registrado
en el interior de la Regioacuten de Murcia unos 1600 terremotos Entre ellos destacan 19
eventos principales con magnitud superior a 40 junto con dos de magnitud menor
4 Estudios realizados
145
que produjeron importantes dantildeos (Sismimur 2011) Tras la serie siacutesmica que con-
forman los terremotos de 1911 no se conoce actividad siacutesmica hasta 1948 cuando
se produjo el 23 de junio un terremoto de magnitud 53 A partir de entonces des-
tacan los de Mula (1999) Bullas (2002) y La Paca (2005)
Tabla 42 Terremotos y su intensidad Tomado de Sismimur 2011
Podemos observar en la Figura 413 que se producen terremotos por toda la Regioacuten
de Murcia aunque se aprecia una mayor sismicidad en el tercio central y la franja
limiacutetrofe con la Provincia de Alicante
Se pueden sentildealar varias agrupaciones de epicentros destacando las situadas si-
guiendo la alineacioacuten NE-SO de los valles del Guadalentiacuten Sangonera y Segura a
lo largo del curso alto del Riacuteo Segura y en la Cuenca de Fortuna y tambieacuten en el
aacuterea de Caravaca de la Cruz Jumilla y al Norte de Lorca El 97 de la sismicidad
se corresponde con terremotos de magnitudes inferiores a 40 De hecho en la zona
no se ha registrado auacuten un terremoto de gran magnitud (M gt 6) que pudiera tener
consecuencias catastroacuteficas Estudios recientes de paleosismicidad estiman que la
ocurrencia de un terremoto de estas caracteriacutesticas puede tener lugar cada varios
miles de antildeos Sin embargo se puede estimar que la ocurrencia de terremotos mo-
derados (M= 4-5) tiene lugar cada 4-5 antildeos como media Algunos de ellos han pro-
vocado dantildeos significativos (Sismimur 2011) En la Figura 413 podemos observar
la distribucioacuten de la sismicidad instrumental en el periodo de 1920 a 2005 en la Regioacuten de Murcia y zonas adyacentes
4 Estudios realizados
146
Figura 413 Distribucioacuten de la sismicidad instrumental en el periodo de 1920 a 2005 en la Regioacuten
de Murcia y zonas adyacentes (Sismimur 2011)
423 Marco geoestructural
La Regioacuten de Murcia se encuentra en el interior del Oroacutegeno Beacutetico que forma
parte de la zona de contacto de las placas tectoacutenicas de Aacutefrica y Eurasia al no exis-
tir en esta zona de contacto ninguacuten accidente geograacutefico capaz de absorber los es-
fuerzos producidos por el citado contacto los efectos se distribuyen a lo largo de
una zona de orientacioacuten E-W de alrededor de 400 km de ancho Mediante interfe-
rometriacutea espacial se ha calculado una velocidad de movimiento relativo en el centro
de la Peniacutensula Ibeacuterica entre las citadas placas de 02 mmantildeo con una direccioacuten
NO-SE (Sismimur 2011)
El nivel de peligrosidad siacutesmica de la Regioacuten de Murcia viene determinado por la
reparticioacuten de la deformacioacuten producida por la convergencia entre las placas Afri-
4 Estudios realizados
147
cana y Euroasiaacutetica en un aacuterea tan extensa unido a la relativamente baja velocidad
de acercamiento entre las placas ya que la liberacioacuten de energiacutea siacutesmica producto
de la convergencia Aacutefrica-Iberia tiene lugar preferentemente a traveacutes de pequentildeos
terremotos dispersos en lugar de a traveacutes de grandes terremotos singulares La dis-
tribucioacuten difusa de la sismicidad dificulta enormemente la identificacioacuten de fuentes
asociadas a accidentes tectoacutenicos concretos y la definicioacuten de zonas sismogeneacuteticas
resulta muy subjetiva
En la Figura 414 vemos un encuadre geoloacutegico regional de la Regioacuten de Murcia
El recuadro interno identifica la parte oriental de las Cordilleras Beacuteticas
Figura 414 Encuadre geoloacutegico regional de la Regioacuten de Murcia (Sismimur 2011)
Desde el punto de vista sismotectoacutenico la Regioacuten de Murcia presenta gran intereacutes
en lo que se refiere a la obtencioacuten de datos uacutetiles para el caacutelculo de la peligrosidad
siacutesmica Esto es asiacute debido a que las fallas con actividad neotectoacutenica en este sector
de la Cordillera Beacutetica presentan una gran longitud Este hecho hace que las super-
ficies potenciales de ruptura sean muy grandes y por ello las magnitudes maacuteximas
teoacutericas tambieacuten lo sean (Sismimur 2011)
En la Figura 415 se muestra un mapa de sismicidad del Sur de la Peniacutensula Ibeacuterica
y Norte de Aacutefrica (periodo 1980-2003) para magnitudes mayores de 35 Los datos son del Instituto Geograacutefico Nacional Los terremotos profundos se muestran en
4 Estudios realizados
148
negro Los intermedios en gris oscuro y los superficiales en gris claro Se muestran
ademaacutes los vectores de convergencia entre las placas Euroasiaacutetica y Africana
Figura 415 Mapa de sismicidad del Sur de la Peniacutensula Ibeacuterica y Norte de Aacutefrica (periodo 1980-
2003) para magnitudes mayores de 35 (Sismimur 2011)
En los uacuteltimos antildeos existe una tendencia hacia una mayor incorporacioacuten de datos
geoloacutegico-estructurales en los estudios sismotectoacutenicos con el fin de relacionar en
mayor medida el efecto siacutesmico (terremoto) con la fuente generadora (falla activa)
Es una manera de integrar observaciones de tipo geodinaacutemico y tectoacutenico a la hora
de interpretar la sismicidad (Sismimur 2011)
En la Figura 416 se muestra el mapa de sismicidad de intensidad MSK gt IV al este
de las Cordilleras Beacuteticas (periodo 1000-2005)
En este arco sismotectoacutenico la zona de la Regioacuten de Murcia es una zona de activi-
dad siacutesmica actual moderada caracterizada por terremotos de magnitud igual o
inferior a 50 Sin embargo tanto en el registro histoacuterico como en el paleosiacutesmico
se identifican eventos de magnitudes superiores a 60 A esto hay que antildeadir que en
los uacuteltimos 5 antildeos se han producido tres series siacutesmicas en el entorno de la Falla de
Crevillente con magnitudes superiores a 45 que han generado cuantiosos dantildeos
materiales y gran alarma social (Sismimur 2011)
Toda la zona que se describe presenta una alta densidad de fracturacioacuten con orienta-
ciones praacutecticamente en la totalidad de las direcciones Concretamente se pueden
reconocer 4 sistemas de fallas de orientacioacuten general NW-SE N-S (de NNW-SSE a NNE-SSW) NE-SW a ENE-WSW y WSW-ESE La longitud en superficie de estas
fallas no sobrepasa por lo general los 10 km
4 Estudios realizados
149
Se han identificado asociaciones con la sismicidad en todos los sistemas de orienta-
ciones ya sea por la ocurrencia de series siacutesmicas o por alineaciones de epicentros
bien localizados Esta situacioacuten sugiere que todos los sistemas de fallas indepen-
dientemente de su orientacioacuten son siacutesmicamente activos De este modo se explica
la distribucioacuten difusa de la sismicidad en la Regioacuten de Murcia Las fallas con mayor
grado de actividad reciente son las fallas de Alhama de Murcia y Carrascoy
Figura 416 Mapa de sismicidad de intensidad MSK gt IV al este de las Cordilleras Beacuteticas (pe-
riodo 1000-2005) (Sismimur 2011)
En la Figura 417 vemos las grandes Fallas del sureste de Espantildea Se indican los
diferentes segmentos tectoacutenicos que componen cada gran falla asiacute como su grado
de actividad tectoacutenica reciente La falla de Alhama de Murcia es la falla activa de
mayor longitud del sur de la Peniacutensula Ibeacuterica y se encuentra acompantildeada por nu-
merosas fallas secundarias de dimensiones que van desde 2 km hasta 15 oacute 20 km
muchas de las cuales pueden ser siacutesmicamente activas (Martiacutenez-Diacuteaz 1999)
4 Estudios realizados
150
Figura 417 Principales Fallas del sureste de Espantildea Fuente [SIS11]
Las fallas maacutes importantes son las siguientes 1 Pozohondo-Tobarra 2 Socovos-
Calasparra 3 Tiacutescar 4 Crevillente (sector Murcia) 5 Crevillente (sector Alican-
te) 6 Alhama de Murcia 7 Jumilla 8 Carrascoy 9 Bajo Segura 10 Torrevieja
11 San Miguel de Salinas 12 Palomares 13 Corredor de Las Alpujarras 14 Al-
hamilla 15 Carboneras 16 Las Moreras-Escarpe de Mazarroacuten
El segmento Lorca-Totana (b) de la falla de Alhama de Murcia es una estructura de
16 km de longitud compuesta por dos brazos de falla principales NE-SW (1) Una
falla inversa con inclinacioacuten NW con un fuerte buzamiento al NW y (2) una falla
inversa con inclinacioacuten SE buzando al SE con deslizamiento oblicuo (Massana et
al 2004)
La citada falla se desdobla generando un corredor de hasta 2 km de anchura en el sector comprendido entre Lorca y Totana donde se aprecia una complejidad tectoacute-
nica debida al caraacutecter polifaacutesico de este accidente y a los diferentes movimientos
4 Estudios realizados
151
que presenta tanto de caraacutecter inverso como de caraacutecter direccional que responden
seguacuten diversos autores a rotaciones del esfuerzo principal desde tiempos messinien-
ses hasta la actualidad (Martiacutenez-Diacuteaz y Hernaacutendez 1991)
En general todas estas fallas descritas presentan actividad que afecta a materiales
del Mioceno Superior Plioceno o Cuaternario por tanto tienen actividad bajo el
campo de esfuerzos actual Ello hace que sean fallas potencialmente activas capaces
de generar terremotos en cualquier momento de magnitudes superiores a 55 Cono-
ciendo la geometriacutea de una falla es posible estimar la magnitud maacutexima que genera-
riacutea un terremoto que rompiera toda la extensioacuten del plano de falla Por otra parte si
se conoce la edad de las uacuteltimas deformaciones asociadas a la falla o la tasa de
deslizamiento se puede inferir el periodo de recurrencia medio del evento maacuteximo
Los sistemas de fracturacioacuten secundaria que suelen ir asociados a distribuciones
difusas de la sismicidad tienden a incluirse en el caacutelculo de la peligrosidad forman-
do parte de zonas sismogeneacuteticas cualquier evento puede ocurrir con igual probabi-
lidad en cualquier lugar dentro de la zona
424 Metodologiacutea utilizada
Como muchos otros aspectos de la vida la ciencia de los terremotos ha entrado en
una nueva era con el desarrollo de tecnologiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten
de la superficie en las zonas tectoacutenicamente activas
En el presente artiacuteculo se utilizaraacuten teacutecnicas GNSS para cuantificar el desplaza-
miento si lo hubiera de las estaciones permanentes GNSS de la zona objeto del
terremoto tomando como referencia estaciones permanentes GNSS situadas en
zonas que se consideraraacuten no afectadas por el seiacutesmo
4241 Datos de partida
Se procesoacute la informacioacuten proporcionada por cuatro organismos que ofrecen datos
GNSS de sus estaciones permanentes de forma continua estos son
- Red REGAM (Cartomur ndash Infraestructura de datos espaciales de referencia
de la Regioacuten de Murcia) de donde se tomaron datos de las estaciones ALCA (Los
Alcaacutezares Murcia) CARA (Caravaca Murcia) JUMI (Jumilla Murcia) MAZA
(Mazarroacuten Murcia) MORA (Moratalla Murcia) y MULA (Mula Murcia)
- Red MERISTEMUM (Direccioacuten General del Medio Natural Consejeriacutea de
Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia) De la que se tomaron las
estaciones CRVC (Caravaca Murcia) LORC (Lorca Murcia) MURC (Murcia
Murcia)
4 Estudios realizados
152
- Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) De la que se tomoacute informacioacuten
de las estaciones CAAL (Calar Alto Gergal Almeriacutea HUOV (Huercal-Overa
Almeriacutea) PALC (Pozo Alcoacuten Jaeacuten) y VIAR (Villanueva del Arzobispo Jaeacuten)
- Red de estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional (IGN)
De donde se utilizaron los datos de las estaciones ALAC (Alicante Alicante)
ALME(Almeriacutea Almeriacutea) COBA (Coacuterdoba Coacuterdoba) MALA (Malaga Maacutelaga)
SONS (Sonseca Toledo) TERU (Teruel Teruel) Y VALE (Valencia Valencia)
De todas las estaciones citadas se tomaron como marco de referencia las pertene-
cientes al IGN excepto ALME y ALAC en la Figura 418 se muestra la distribucioacuten
de las estaciones permanentes utilizadas Todos los organismos mencionados pro-
porcionan datos de observacioacuten GPS en forma de archivos RINEX cada 30 segun-
dos asiacute como las coordenadas aproximadas de las estaciones datos que se utiliza-
ron para el estudio
Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red se obtuvieron del
Center forOrbitDetermination in Europe (CODE) estos datos son correcciones
ionosfeacutericas oacuterbitas precisas de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra
y velocidades de las estaciones
Los datos acerca de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del OnsalaSpaceObservatory
Figura 418 Estaciones permanentes utilizadas
4 Estudios realizados
153
4242 Marco temporal
Con el objetivo de estudiar el comportamiento de las estaciones antes del terremoto
se tomaron datos desde el 1 de mayo de 2011 hasta el diacutea del terremoto (11 de ma-
yo) considerando eacuteste como un periodo de calma A partir de entonces se procesa-
ron datos diarios hasta el 20 de mayo y desde ese diacutea se procesoacute un diacutea cada cinco
4243 Procesamiento de los datos
Todo el proceso de caacutelculo se llevoacute a cabo con la ayuda del programa informaacutetico
Bernese de la Universidad de Berna que nos permite compensar redes GNSS con
una gran precisioacuten y control de las mismas
Se realizoacute una primera compensacioacuten como red libre con el fin de detectar errores
groseros para posteriormente constrentildeir las coordenadas de las estaciones que
como ya se indicoacute se consideroacute que formariacutean el marco de referencia
Se eligioacute la combinacioacuten de libre ionosfera y el modelo troposfeacuterico de Hopfield
En el proceso de caacutelculo se utilizaron oacuterbitas precisas paraacutemetros ionosfeacutericos
correcciones Code-Bias y correcciones por cargas oceaacutenicas
Se obtuvieron coordenadas en el marco de referencia geodeacutesico ETRS89 y en el
sistema de coordenadas UTM de las estaciones en cada uno de los diacuteas calculados
425 Resultados obtenidos
Cuando se comparan varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calcula-
das en diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se
pueden utilizar para cuantificar los desplazamientos de la superficie terrestre y su
velocidad (Chang 2000)
En la Figura 419 se muestran las graacuteficas de la posicioacuten en funcioacuten del tiempo de
la estacioacuten de Lorca (LORC) Esta estacioacuten es la maacutes cercana al epicentro y en
principio deberiacutea registrar los mayores desplazamientos en el caso de existir
Una vez realizados todos los caacutelculos se observa que no se han producido despla-
zamientos significativos en ninguna de las estaciones estudiadas como consecuencia
del evento siacutesmico del 11 de mayo
4 Estudios realizados
154
Figura 419 Graacuteficas de la posicioacuten en funcioacuten del tiempo de la estacioacuten LORC
426 Conclusiones y recomendaciones
Del estudio de las coordenadas obtenidas para cada una de las estaciones a lo largo
del periodo calculado se pueden destacar las siguientes conclusiones
El terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 no produjo desplazamientos detecta-
bles en la estacioacuten de referencia (LORC) como se puede ver en la Figura 419 ni
en ninguna de las otras utilizadas para el estudio
En el periodo temporal estudiado se ha detectado una tendencia hacia la subsiden-
cia del terreno reflejada en la altura elipsoidal h de la estacioacuten de Lorca Concreta-mente se ha detectado un hundimiento de maacutes de dos centiacutemetros en los dos meses
4 Estudios realizados
155
y medio estudiados La expresioacuten empiacuterica que se ha calculado para la variacioacuten
temporal de dicha variable en el tiempo es la siguiente
h = -2 E-06 t2 + 01896 t - 34859 Eq (1)
Este resultado apoya la hipoacutetesis basada en un hundimiento del terreno en la zona
cercana a Lorca Este fenoacutemeno podriacutea haber tenido su origen en el descenso del
nivel freaacutetico del acuiacutefero del Valle del Guadalentiacuten hecho que produciriacutea a su vez
una compactacioacuten lenta del aacuterea no saturada desde los antildeos sesenta del siglo pasa-
do (Rodriacuteguez Estrella 2012)
La tasa de hundimiento detectada en este estudio es de 101 cmantildeo tasa que coin-
cide con los valores calculados mediante teacutecnicas de interferometriacutea radar diferen-
cial en los trabajos de Gonzaacutelez PJ y Fernaacutendez J (Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2011)
A pesar de no haber detectado movimientos directamente achacables al terremoto
estudiado pensamos que es uacutetil seguir con la monitorizacioacuten de la zona por dos
motivos
- Estudiar y detectar futuras deformaciones en el terreno que nos puedan llevar a
relacionar a priori estos movimientos con futuros eventos siacutesmicos
- Hacer un seguimiento del proceso de subsidencia detectado en la estacioacuten de refe-
rencia de Lorca aunque en este caso se hariacutea necesario densificar la red en la zona
4 Estudios realizados
156
43 Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutec-
nicas GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de
2011
431 Introduccioacuten
Desde la antiguedad los desastres naturales han supuesto la causa de muerte maacutes
importante el sesenta por ciento de las muertes causadas por desastres naturales en
la pasada deacutecada se debieron a terremotos seguacuten el Centro de investigaciones epi-
demioloacutegicas y desastres (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters
CRED) Estos desastres son el resultado del hecho de que ocho de las ciudades maacutes
pobladas de la Tierra estaacuten construidas sobre fallas tectoacutenicas Estas ciudades son
Kathmandu Nepal Estanbul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta Indonesia Tokio
Japoacuten Ciudad de Meacutexico Meacutexico Delhi India Nueva York US Vancouver
BC Shanghai China y Los Aacutengeles California US (Centre for Research on the
Epidemiology of Disasters 2010) Ademaacutes aproximadamente una de cada dos
personas vive en una ciudad y en soacutelo 35 antildeos este nuacutemero se incrementaraacute hasta
dos de cada tres seguacuten la Fundacioacuten para la poblacioacuten de Naciones Unidas (UN-
FPA United Nations Population Fund) En 2011 maacutes de la mitad de la poblacioacuten
viviacutea en aacutereas urbanas y en 2030 las ciudades seraacuten el hogar de casi cinco billones
de personas (United Nations Population Fund 2011)
Por lo tanto el estudio de los terremotos es gran intereacutes en cuanto que puede ayu-
dar a predecir doacutende existe la mayor probabilidad de ocurrencia de un terremoto y
en la medida de lo posible determinar su intensidad Asiacute la monitorizacioacuten de te-
rremotos ha cobrado gran importancia en los recientes estudios cientiacuteficos Una de
las teacutecnicas que maacutes recientemente se ha sumado a las numerosas teacutecnicas interdis-
ciplinares utilizadas en el estudio de terremotos es la Geodesia espacial (N Kul-
karni et al 2001)
La ciencia de los terremotos ha entrado en una nueva era con el desarrollo de las
tecnologiacuteas espaciales para medir las deformaciones de la superficie de la Tierra en
zonas tectoacutenicamente activas Las esta ciones de referencia que operan contiacutenua-
mente pueden ser una herramienta muy potente para monitorizar las deformaciones
(Oumlzyasar y Oumlzluumldemir 2011) Esta cantidad tan elevada de datos GPS disponibles
hace que la distinction entre observaciones geodeacutesicas y seiacutesmicas y modelado no
esteacute clara (Yue y Lay 2011)
Por lo tanto los grandes terremotos son claves importantes para la comprensioacuten de
los fenoacutemenos de deformacioacuten de la corteza incluidos los efectos coseismicos (la
ruptura principal y los primeros temblores) y postseismicos (que incluyen un corto
plazo despueacutes de la fase de deslizamiento y una fase de relajacioacuten viscoelaacutestica a
largo plazo) (USGS (Encuesta geoloacutegica de EEUU) 2011)
4 Estudios realizados
157
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento permanente de las aacutereas
cercanas al epicentro y por consiguiente de las estaciones de referencia Las coor-
denadas geodeacutesicas de los puntos en la superficie de las placas tectoacutenicas cambian
con el tiempo debido al movimiento de las placas y por lo tanto dependen de la
eacutepoca en que se obtuvieron las coordenadas Si se conocen estos elementos (direc-
cioacuten y magnitud) es posible determinar la variacioacuten de las coordenadas del punto
en funcioacuten del tiempo (Peacuterez et al 2003) Ademaacutes los resultados geodeacutesicos pue-
den ser una valiosa informacioacuten para gestionar los sistemas en cuanto a la toma de
decisiones basadas en las caracteriacutesticas geoloacutegicas de la zona de estudio (Rangin et
al 2002)
Seguacuten Meade (2002) la mayoriacutea de los desplazamientos geoloacutegicos se producen a
lo largo de las fallas y el desplazamiento de las fallas generalmente tiene lugar du-
rante los terremotos (MEADE et al 2002)
Sin embargo los efectos de cada terremoto dependen de sus caracteriacutesticas y espe-
cialmente de la intensidad y la profundidad del epicentro (Gianniou 2002 y Wright
et al 2011) utilizan posicionamiento de punto preciso en modo tiempo real con
estados de reloj radiodifundios y correcciones orbitales para dar la posicioacuten de las
estaciones cada segundo permitiendo que los datos detecten los movimientos de la
estacioacuten centraacutendose en las alertas de tsunami (Wright et al 2011) La disponibili-
dad en tiempo real de los citados desplazamientos puede ser de gran utilidad en la
capacidad de accioacuten frente al terremoto y la alerta de tsunamis y hasta cierto punto
en la predicioacuten de terremotos (Grapenthin y Freymueller 2011) Grapenthin propo-
ne un meacutetodo que integra desplazamientos en tiempo real en un sistema de alarma
de terremotos
Sin embargo las anteriores teacutecnicas estudian los desplazamientos cerca del epicen-
tro mientras que el objetivo de este estudio era determinar si los terremotos produ-
cen desplazamientos de permanentes de placas suficientemente representativos para
ser detectados mediante teacutecnicas GNSS Para este fin el terremoto en Van se estu-
dioacute en el marco general definido por las estaciones permanentes del Servicio Inter-
nacional GNSS (International GNSS Service IGS)
Tanto las investigaciones sismoloacutegicas como las geodinaacutemicas ponen de manifiesto
que la Regioacuten del Egeo que comprende el Arco Heleacutenico la Grecia continental y
Turquiacutea occidental es la regioacuten maacutes seiacuteosmicamente activa de Eurasia occidental
La convergencia de las placas litosfeacutericas de Eurasia y Aacutefrica obliga a un movi-
miento hacia el oeste de la placa de Anatolia con respecto a la Euroasiaacutetica (Hali-
cioglu y Ozener 2008)
La sismicidad de la regioacuten de Turquiacutea se controla por la interaccioacuten compleja de
varias placas tectoacutenicas la placa africana la placa aacuterabe y la placa eurasiaacutetica (pla-ca de Anatolia y placa del mar Egeo) Como consecuencia de la dinaacutemica de este
4 Estudios realizados
158
ambiente geotectoacutenico complejo la historia de terremotos de grandes magnitudes es
larga sobre todo en la regioacuten nor-occidental de Turquiacutea
La falla tectoacutenica del norte de Anatolia constituye el liacutemite de las placas Anatolia-
Egea y Eurasiaacutetica al norte Esta falla es responsable de una secuencia de terremo-
tos de magnitudes superiores a 67 desde 1939 (Hammer y Mosquera Machado
2002)
Turquiacutea es un paiacutes tectoacutenicamente activo que experimenta terremotos destructivos
frecuentes Este terremoto es un recordatorio de los muchos eventos siacutesmicos mor-
tales que Turquiacutea ha sufrido en el pasado reciente
- En 1999 un devastador terremoto de magnitud 76 cerca de Izmit rompioacute una
seccioacuten de la falla de Anatolia del Norte (aproximadamente 1000 kiloacutemetros al
oeste del terremoto que acontecioacute el 23 de octubre de 2011) matando a 17000
personas hiriendo a 50000 y dejando sin hogar a 500000
- En 1976 ocurrioacute un terremoto de magnitud 73 cerca de la frontera entre Turquiacutea e
Iraacuten (aproximadamente a 65 kiloacutemetros del terremoto que tuvo lugar el 23 de octu-
bre de 2011) destruyendo varias aldeas y matando a entre 3000 y 5000 personas
- En 1939 hubo un terremoto de magnitud 78 cerca de Erzincan matando a unas
33000 personas (Ergintav et al 2002)
Figura 420 Situacioacuten de la localidad de Van al Este de Turquiacutea
4 Estudios realizados
159
La red de estaciones permanentes de Turquiacutea se puede ver en la seccioacuten ldquo32528
Turquiacutea Programas del grupo de trabajo en Geodinaacutemica Unioacuten nacional de Geo-
desia y Geofiacutesica de Turquiacuteardquo
El domingo 23 de octubre de 2011 a las 014121 PM hora local (104121 UTC)
hubo un terremoto en el este de Turquiacutea y en concreto en la ciudad de Van La
magnitud del terremoto alcanzoacute 72 Mw (Servicio Geoloacutegico de los EEUU 2011)
Su hipocentro se ubicoacute a 16 km de profundidad y su epicentro como se muestra en
la Figura 420 se encontraba en la ciudad de Van en el este de Turquiacutea
Las zonas maacutes afectadas fueron la regioacuten central y parte de la zona este de Turquiacutea
relacionadas con la colisioacuten continental entre la Placa Araacutebiga y la placa Euroasiaacuteti-
ca Todo este sector estaacute afectado por la convergencia entre las dos placas manifes-
taacutendose fundamentalmente a lo largo del pliegue Bitlis-Zagros
Seguacuten el USGS (United States Geological Survey) se alcanzoacute el grado IX en la
escala de Intensidad Estimada Modificada de Mercalli (Estimated Modified Mecalli
Intensity) Tambieacuten se detectaron movimientos que llegaron a la magnitud V y III
especiacuteficamente en los paiacuteses vecinos como Armenia Azerbaiyaacuten Georgia Iraacuten
Irak y Siria Seguacuten el Instituto Geofiacutesico de Israel el sismo fue sentido en zonas tan
alejadas como Tel Aviv
432 Marco geoestructural
En el aacuterea en la que se produjo el terremoto la Placa Araacutebica estaacute colisionando con
la Placa Euroasiaacutetica y ha creado un mosaico complejo de montantildeas como conse-
cuencia del fallado lateral e inverso La colisioacuten entre ambas placas tiene lugar en la
parte oriental de Turquiacutea
Largos sistemas de fallas traslacionales se extienden a traveacutes de la mayor parte del
centro-oeste de Turquiacutea y facilita el movimiento hacia el oeste del Bloque de Ana-
tolia mientras se compresa por la convergencia de las Placas Araacutebicas y Asiaacuteticas
Como puede verse en la Figura 421 en el aacuterea de Van y en la parte maacutes al este la
tectoacutenica es dominada por la zona de sutura de Bitlis (al este de Turquiacutea) y el cintu-
roacuten plegado de los Zagros (cercaniacuteas de Iraacuten)
En cuanto al movimiento relativo en esta zona como se aprecia en la Figura 421
las porciones del norte de Arabia se desplazan con un giro de 40 grados Noroeste
aproximadamente consistente con el modelo global NUVEL-1a del movimiento de
placa El Este de Turquiacutea muestra una deformacioacuten distribuida mientras que Tur-
quiacutea occidental y la placa Egea rotan como la placa de Anatolia alrededor de un
polo cerca de la peniacutensula del Sinaiacute causando un movimiento de fuerte desliza-
miento a lo largo de la falla del Norte de Anatolia
4 Estudios realizados
160
Figura 421 Sistema de fallas de Turquiacutea de Rangin et al 2002 (Hammer and mosquera macha-
do 2002)
433 Metodologiacutea
Dado que el objetivo de este trabajo era estudiar movimientos permanentes de las
placas producidos por el terremoto se utilizaron datos GNSS de estaciones perma-
nentes proporcionados por el IGS Las estaciones elegidas se encuentran en diferen-
tes placas
Por otro lado la metodologiacutea fundamental de deteccioacuten de las tendencias de movi-
miento se basa en la utilizacioacuten de las redes permanentes GNSS de monitorizacioacuten
continentales (Pospisil et al 2012)
Se seleccionaron un total de doce estaciones permanentes algunas de las cuales
estaban relativamente cerca del epicentro y otros que a priori estaban completa-
mente fuera del aacuterea de accioacuten del terremoto
El criterio para seleccionar las estaciones fue formar una red lo maacutes homogeacutenea
posible y la distribucioacuten de las estaciones entre las diferentes placas tectoacutenicas que
presumiblemente podriacutean estar relacionados con el evento siacutesmico estudiado Por
otra parte teniendo en cuenta que hay una relacioacuten entre la distancia al epicentro y los desplazamientos de la estacioacuten (Garrido-Villen et al 2011) las estaciones ele-
gidas deben estar a diferentes distancias del epicentro
4 Estudios realizados
161
Concretamente como se muestra en la Figura 422 y la Tabla 43 se utilizaron las
siguientes estaciones
- Placa Eurasiaacutetica
o ANKR (Ankara Turquiacutea) ARTU (Arti Ekaterinburg Rusia)
MOBJ (Obninsk Rusia) NOT1 (Noto Italia) PENC (Penc Hun-
griacutea) POL2 (Bishkek Kyrgyzstan) TEHN (Tehran Iraacuten) y ZECK
(Zelenchukskaya Rusia)
- Placa Africana
o ADIS (Addis Abeba Etiopiacutea) ndash subplaca Nubia DRAG (Metzoki
dragot Israel) y NICO (Nicosia Chipre)
- Placa Arabiga
o ISER (Erbil Iraq)
o
Figura 422 Cartografiacutea de la red geodesic disentildeada Modificada de Terrametrics 2013
4 Estudios realizados
162
Permanent station Epicentre distance
ISER 277338
ZECK 542987
TEHN 767209
ANKR 932560
NICO 975290
DRAG 107149
MOBJ 190419
PENC 219594
ARTU 226819
NOT1 250050
POL2 265419
ADIS 332070
Tabla 43 Distance in kilometers from the epicentre of the stations
El IGS proporciona datos de observacioacuten GPS de cada estacioacuten elegida Estos datos
se toman como archivos RINEX cada 30 segundos y registran las coordenadas
aproximadas de las estaciones Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensa-
cioacuten de la red se obtuvieron del Centro Europeo de Determinacioacuten de Oacuterbitas (CO-
DE) estos datos son correcciones ionosfeacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la
Tierra correcciones instrumentales Code-Bias y velocidades de las estaciones Las oacuterbitas precisas de los sateacutelites se obtuvieron del IGS Los datos de cargas oceaacuteni-
cas se obtuvieron del Observatorio Espacial Onsala
4 Estudios realizados
163
Marco temporal
Una vez seleccionadas las estaciones a estudiar se definioacute el calendario
En primer lugar se decidioacute realizar los caacutelculos de la red geodeacutesica diacutea a diacutea diez
diacuteas antes del terremoto asumiendo que se trata de un periodo de relativa calma y
diez diacuteas despueacutes Posteriormente a los diez primeros diacuteas se tomaron datos ya cada
5 diacuteas
Las posiciones calculadas los diacuteas previos al terremoto se usaron como coordenadas
patroacuten a comparar con las obtenidas los diacuteas posteriores al evento siacutesmico
Definicioacuten del Datum
El datum geodeacutesico se puede definir constrintildeendo las coordenadas de las estaciones
de referencia a sus valores a priori
Las estaciones permanentes GNSS lejanas al epicentro se utilizaron para definir el
marco de referencia constrintildeeacutendolas Estas estaciones son ARTU POL2 ADIS
NOT1 PENC y MOBJ
Todas las estaciones son estaciones permanentes GNSS del IGS y por lo tanto los
resultados geodeacutesicos se dan en el Marco Global de Referencia Terrestre Interna-
cional (ITRF)
Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda de software Bernese Bernese es un
software cientiacutefico desarrollado por la Universidad de Berna que permite compen-
sar redes geodeacutesicas GNSS con alta precisioacuten con un alto control del proceso(Dach
et al 2007)
Los datos GPS disponibles fueron procesados sesioacuten a sesioacuten para obtener las solu-
ciones diarias En un primer paso se estimaron las ambiguumledades y se fijaron a un
entero utilizando la estrategia de Quasi Libre Ionosfera (QIF) Los caacutelculos se reali-
zaron utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes
tarde las coordenadas de las estaciones que definen el Datum se constrintildeeron El
retardo troposfeacuterico se corrigioacute usando el modelo Saastamoinen con una pondera-
cioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2 (z) donde z es la distancia cenital La
correccioacuten troposfeacuterica huacutemeda se aplica en intervalos de una hora para estimar el
Retardo Troposfeacuterico del Zenith de las sentildeales GPS Por otra parte el retardo ionos-
feacuterico se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de datos GPS en las frecuen-
cia L1 y L2 los errores del reloj de los sateacutelites se eliminaron mediante el uso de
efemeacuterides precisas proporcionadas por el IGS sp3
Las coordenadas se obtuvieron en el Marco de Referencia Geodeacutesico ITRF y en el sistema de coordenadas UTM para cada diacutea calculado
4 Estudios realizados
164
434 Resultados
Despueacutes ajustada la red geodeacutesica las coordenadas calculadas de cada estacioacuten para
cada diacutea se obtuvieron con desviaciones planimeacutetricas que oscilan entre 08 y 11
mm
Basaacutendose en los caacutelculos no existen desplazamientos relativos detectables entre
las diferentes estaciones seleccionadas comparando las posiciones calculadas antes
y despueacutes del terremoto
Figura 423 Graacutefica que muestra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten de referencia ISER (Erbil Iraq ndash Placa Arabiga)
Las figuras 4 5 y 6 muestran la variacioacuten de las posiciones de las estaciones Erbil
(Iraq) Ankara (Turquiacutea) y Metzoki Dragot (Israel) localizadas en la placa Araacutebiga Placa Euroasiaacutetica y la placa Africana respectivamente
4 Estudios realizados
165
Como se muestra en la Figura 423 a pesar de ser la maacutes cercana al terremoto los
movimientos de la estacioacuten permanente ISER en las coordenadas X e Y durante el
periacuteodo estudiado fueron menores de 2 centiacutemetros incluso teniendo en cuenta los
diacuteas anteriores y posteriores al terremoto lo que no es suficiente para demostrar la
existencia de un desplazamiento permanente de la placa Araacutebiga debido al terremo-
to estudiado
Figura424 Graacutefica que muestra el desplazamiento en las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten permanente de referencia ANKR (Ankara Turquiacutea ndash Placa Eurasiaacutetica)
Como puede verse en la Figura 424 los desplazamientos de la estacioacuten permanen-
te ANKR en las coordenadas X e Y durante el periacuteodo estudiado fueron menores de
2 centiacutemetros lo cual es consistente con los resultados obtenidos por la estacioacuten
ISER teniendo en cuenta que a pesar de que la estcioacuten ANKR pertenece al mismo
paiacutes estaacute bastante lejos del epicentro del terremoto Estos desplazamientos tambieacuten
son insuficientes para demostrar la existencia de un desplazamiento de la placa de Eurasia causado por el terremoto en Turquiacutea
4 Estudios realizados
166
Figura 425 Graacutefica que muestra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten de referencia DRAG (Metzoki dragot Israel ndash Subplaca Nubia)
Finalmente la Figura 425 presenta los resultados para la estacioacuten permanente
DRAG situada en Metzoki Dragot Israel Esta figura como las figuras anteriores
muestra movimientos de menos de 2 centiacutemetros que no permiten llegar a la con-
clusioacuten de que hubo un desplazamiento de la placa africana debido al terremoto
4 Estudios realizados
167
Figura 426 Graacutefica que muestra el desplazamiento en coordenadas Xutm e Yutm de la estacioacuten
de referencia TEHN (Teheraacuten Iraacuten ndash Placa Eurasiaacutetica)
Las Figuras 426 y 427 muestran la variacioacuten de las posiciones de las estaciones
de Teheraacuten (Iraacuten) y Zelenchukskaya (Rusia) localizadas en la placa de Eurasiaacutetica
Como se muestra en la Figura 426 los movimientos de las coordenadas X e Y de la
estacioacuten permanente TEHN en en el periodo estudiado fueron menos de 1 centiacuteme-
tro incluso teniendo en cuenta los diacuteas anteriores y posteriores al terremoto
Como se puede ver en la Figura 427 los desplazamientos de las coordenadas X e
Y de la estacioacuten permanente ZECK en durante el periodo de estudio fueron de me-
nos de 2 centiacutemetros Estos desplazamientos tambieacuten fueron insuficientes para de-
mostrar la existencia de un desplazamiento de la placa de Eurasiaacutetica a causa del
terremoto de Turquiacutea
El desplazamiento general de estaciones permanentes durante todo el periodo de estudio se muestra en la Tabla 44
4 Estudios realizados
168
Figura 427 Graacutefica que muetra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm de la esta-
cioacuten de referencia ZECK (Zelenchukskaya Rusia ndash Placa Eurasiaacutetica)
Station Vx (mm) Vy (mm) Vx
(mmantildeo)
Vy
(mmantildeo)
ISER (Iraq) ndash Arabian plate 15 60 79 317
ANKR (Turkey) ndash Eurasian plate 18 11 95 58
DRAG (Israel) ndash Nubian subplate) 25 18 132 95
TEHN (Iran) ndash Eurasian plate 30 25 155 132
ZECK (Russia) ndash Eurasian plate 50 31 409 254
Tabla 44 Velocidades de las estaciones permanents a lo largo del periodo estudiado y extrapo-
lando los datos para el periodo de un antildeo
4 Estudios realizados
169
435 Conclusiones
Debido a la precisioacuten de las coordenadas obtenidas a partir del ajuste de red disentildea-
da se puede afirmar que este meacutetodo es capaz de detectar desplazamientos perma-
nentes de orden milimeacutetrico
Como se muestra en las figuras 423 424 425 426 y 427 no se observa nin-
guacuten desplazamiento permanente en las estaciones elegidas en las placas Africana
Araacutebiga o Eursiaacutetica ocasionado por el terremoto estudiado el diacutea del terremoto ni
en los diacuteas siguientes Sin embargo se pugraveede apreciar un movimiento bastante regu-
lar independiente del evento siacutesmico que se corresponde con el desplazamiento
general de las placas estudiadas
Varios investigadores han comentado en sus estudios tras antildeos de observacioacuten que
la placa de Anatolia tiene una tasa de deslizamiento de 24mmyear (Westaway
2003 y Turgut et al 2010) Otros autores como Vigny (Vigny et al 2006) reducen
la tasa de deslizamiento a Vx = 131 mm antildeo y Vy = 22 mm antildeo para la estacioacuten
ANKR sin embargo los valores obtenidos en este estudio son Vx = 9 5 mm antildeo
y Vy = 58 mm
Los valores obtenidos en este estudio para la estacioacuten DRAG situada en la placa
Nubia estaacuten maacutes cerca de los resultados obtenidos por C Vigny (Vigny et al
2006) Vx = 193 mm antildeo y Vy = 244 mm antildeo como se muestra en la Tabla
44 Lo mismo ocurre con la estacioacuten de TEHN situada en la placa de Eurasiaacutetica
que se mueve de acuerdo con CVigni Vx = 165 mm antildeo y Vy = 324 mm antildeo
Todos los movimientos descritos anteriormente han ocurrido temporalmente de
manera uniforme En el presente estudio se buscoacute una ruptura en las graacuteficas que
indicara un cambio repentino Sin embargo no se encontroacute ninguacuten cambio detecta-
ble el diacutea del terremoto ya sea en las estaciones maacutes cercanas tales como ISER o
ZECK que se encuentran en la placa de Eurasiaacutetica o en el resto de la red de esta-
ciones que se distribuyen a lo largo de la placa Africana y la placa Araacutebiga
Es probable que el terremoto no haya sido de la magnitud suficiente para producir
un movimiento permanente en placas vecinas Esa es la razoacuten por la cual creemos
que seriacutea interesante seguir estudiando el fenoacutemeno con terremotos de mayor mag-
nitud o terremotos localizados en otras aacutereas que puedan desempentildear un papel maacutes
activo en los movimientos relativos entre las placas tectoacutenicas
4 Estudios realizados
170
44 Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erup-
cioacuten submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas
GNSS
441 Introduccioacuten
Se estima que maacutes de 500 millones de personas viven en zonas expuestas a riesgos
volcaacutenicos En los uacuteltimos 500 antildeos maacutes de 200 000 personas han perdido la vida
debido a las erupciones volcaacutenicas Un promedio de 845 personas murieron cada
antildeo entre 1900 y 1986 a consecuencia de fenoacutemenos volcaacutenicos
El nuacutemero de muertes es considerablemente mayor que en los siglos pasados Este
aumento no se debe a una actividad volcaacutenica maacutes alta sino a que maacutes personas
viven en laderas de volcanes activos y en valles cercanos a ellos (Tilling et al
1993)
En la madrugada del 10 de octubre 2011 cesaron repentinamente los terremotos
que se registraban en El Hierro desde mediados de julio Este fenoacutemeno fue detec-
tado con gran precisioacuten por el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) Los temblores
siacutesmicos fueron reemplazados por temblores volcaacutenicos caracteriacutesticos del paso del
magma en el interior de la chimenea volcaacutenica
Figura 428 Gases y erupcioacuten piroclaacutestica submarina A) Vista de la erupcioacuten submarina Modifi-
cado del Observatorio de la Tierra de 2012 NASA Advanced Tierra Imager (ALI) a bordo del
4 Estudios realizados
171
Earth Observing-1 satellite (EO-1) B) Muestra evidente del caraacutecter fisural de la erupcioacuten subma-
rina (fotografiacutea realizada por helicoacuteptero de la Guardia Civil el 4 de noviembre de 2011)
A media mantildeana comenzaron a difundirse noticias sobre una posible erupcioacuten sub-
marina a 8-10 km al sur de la isla y a unos 300 m de profundidad
La erupcioacuten submarina ha sido la culminacioacuten de un proceso de casi tres meses
cuando una bolsa de magma se situoacute en la base de la corteza oceaacutenica Desde en-
tonces el hipocentro emigroacute hacia el sur en busca de un aacuterea propicia para abrirse
paso a la superficie
Esta cordillera submarina o grieta donde se han localizado muchas de las recientes
erupciones de El Hierro es un aacuterea de la corteza de alta debilidad debido a la inyec-
cioacuten de magma asociada a erupciones anteriores y posiblemente la permanencia de
una memoria teacutermica que habriacutea permitido finalmente la relativamente raacutepida
salida del magma a la superficie en este caso en el lado de la grieta submarina (Ca-
rracedo et al 2012) como se muestra en la Figura 428 (Peacuterez-Torrado et al
2012)
Las erupciones volcaacutenicas se pueden explicar mediante los siguientes procesos Las
rocas al fundirse en el interior de la Tierra aumentan su volumen aunque su masa
sigue siendo la misma producieacutendose rocas menos densas que las circundantes
Este magma maacutes ligero se eleva hacia la superficie en virtud de su flotabilidad Si la
densidad del magma entre la zona de su generacioacuten y la superficie es menor que la
de las rocas circundantes y que recubre el magma llega a la superficie y entra en
erupcioacuten (Kilinc 2008)
En los uacuteltimos antildeos con la erupcioacuten del Monte St Helens y El Monte Pinatubo se
ha avanzado mucho en el estudio de los volcanes en particular en la prediccioacuten de
las erupciones volcaacutenicas Los volcanes son difiacuteciles de estudiar debido a que a
pesar de sus similitudes cada volcaacuten se comporta de manera diferente y tiene una
peligrosidad caracteriacutestica Por lo tanto es de gran importancia el estudio y monito-
rizacioacuten individualizados de los volcanes Muchos volcanes activos cerca de zonas
pobladas no se han estudiado lo suficiente como para evaluar su riesgo potencial
El estudio de los riesgos asociados a los volcanes es una tarea multidisciplinar
Cartografiacutea histoacuterica de los depoacutesitos volcaacutenicos vigilancia por sateacutelite de manifes-
taciones volcaacutenicas como nubes de cenizas y gases mediciones geodeacutesicas de de-
formaciones del terreno controles siacutesmicos geomagneacuteticos gravimeacutetricos activi-
dad geoeleacutectrica y teacutermica control de la temperatura flujo transporte de
sedimentos control del nivel del agua de riacuteos y lagos cercanos al volcaacuten etc
El estudio de un volcaacuten durante largos periacuteodos de tiempo puede ayudar a predecir
cuaacutendo es maacutes probable que se produzca una erupcioacuten La interaccioacuten entre los cientiacuteficos los funcionarios del gobierno local y el desarrollo de un plan de emer-
gencia puede salvar vidas y promover una ordenacioacuten del territorio maacutes segura
4 Estudios realizados
172
Figura 429 Situacioacuten de la isla de El Hierro y vista de la mancha verde producida por la erupcioacuten
submarina 14-10-2011 Modificado de PlanetaGea
Los terremotos de pequentildea magnitud y las deformaciones del terreno son precurso-
res de la actividad volcaacutenica (Kilburn C 2012) Este artiacuteculo es parte de un estudio
maacutes amplio dirigido a la investigacioacuten de la deformacioacuten del terreno como precur-
sor de erupciones volcaacutenicas
Las teacutecnicas GNSS han sido las maacutes precisas y convenientes en levantamientos
geodeacutesicos en los uacuteltimos 20 antildeos Debido a su alta precisioacuten en la determinacioacuten
de posiciones y su eficacia en la metodologiacutea de trabajo las teacutecnicas GNSS han
superado casi por completo a otros meacutetodos geodeacutesicos terrestres de alta precisioacuten
(Chang 2000)
Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes constituyen un marco
de referencia terrestre esencial y una potente herramienta para el estudio de defor-
maciones de la corteza terrestre causadas por la actividad volcaacutenica y las fuerzas de
la gravedad Estas tecnologiacuteas son de gran intereacutes para el estudio de fenoacutemenos
geodinaacutemicos Aunque la tensioacuten es un indicador maacutes objetivo que el desplaza-
miento debido a que se no requiere un marco de referencia (Takahashi 2011) las
teacutecnicas GNSS hacen posible calcular con precisioacuten el desplazamiento de una esta-
cioacuten antes y durante las erupciones volcaacutenicas En este sentido los movimientos
horizontales y verticales pueden ser medidos en regiones activas volcaacuten y sus mo-
vimientos a continuacioacuten pueden relacionarse con otras aacutereas no afectadas Las
4 Estudios realizados
173
teacutecnicas GNSS han demostrado ser una herramienta muy eficaz para el estudio de la
deformacioacuten del suelo debido a su alta precisioacuten y exactitud (Kulkarni et al 2006)
La tecnologiacutea GNSS permite la creacioacuten de mapas de vectores de desplazamiento
del terreno dentro de los marcos de referencia geodeacutesicos Las bases de datos y
series temporales de observaciones permiten realizar mediciones con precisiones
milimeacutetricas
En Espantildea tanto de la Administracioacuten central como las autoridades autonoacutemicas
han creado una serie de redes de estaciones permanentes GNSS que permite estu-
diar efectos volcaacutenicos
Por lo tanto no hay duda de que las teacutecnicas GNSS son de intereacutes estrateacutegico cons-
tituyendo una poderosa herramienta para el anaacutelisis de deformacioacuten de la corteza
terrestre El objetivo de este estudio consiste en situar y cuantificar temporal y geo-
graacuteficamente los desplazamientos causados por la erupcioacuten del volcaacuten submarino de
El Hierro (ver Figura 429) mediante el uso de teacutecnicas geodeacutesicas GNSS El estu-
dio se llevoacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del International
GNSS Service (IGS) y tiene como objetivo medir los movimientos de la zona afec-
tada por la erupcioacuten en relacioacuten con el aacuterea geograacutefica circundante que no se consi-
dera afectada por estos movimientos El periacuteodo de tiempo bajo estudio comprende
desde el 27 de junio hasta el 15 de diciembre de 2011
442 Marco geoestructural
Hay varias teoriacuteas que tratan de explicar el origen de las Islas Canarias Es conocido
que las islas no se formaron simultaacuteneamente sino que lo hicieron de forma progre-
siva empezando por las islas orientales (Lanzarote y Fuerteventura) hace unos 20
millones de antildeos y continuando hacia el oeste (La Palma y El Hierro) hace 2 mi-
llones de antildeos como se muestra en la Figura 430
Las principales teoriacuteas propuestas para explicar la geacutenesis de las Islas Canarias (en
las que se basan otras) son las del punto caliente una fractura litosfeacuterica probable-
mente vinculada con el tectonismo del sistema del Atlas y un bloque elevado La
primera de ellas parece ser la que maacutes adeptos aglutina con la incorporacioacuten de
datos tomograacuteficos y de dataciones de isoacutetopos contenidos en las rocas volcaacutenicas
que refuerzan la hipoacutetesis de la circulacioacuten de material de la pluma astenosfeacuterica
canaria a lo largo de un corredor litosfeacuterico que se extiende hacia el continente afri-
cano (Grupo de investigacioacuten en ingenieriacutea siacutesmica 2012)
El Hierro con poco maacutes de un milloacuten de antildeos es la isla maacutes joven de las Islas Ca-
narias Situado junto a la vecina isla de La Palma en el extremo occidental del ar-
chipieacutelago se eleva del fondo del oceacuteano Atlaacutentico desde una profundidad de entre
3500 y 4000 metros
4 Estudios realizados
174
Figura 430 Edad de las rocas volcaacutenicas en las distintas islas (datadas por el meacutetodo K-Ar)
mostrando un aumento en las edades de oeste a este (Guillou et al 2004)
Las islas de La Palma y El Hierro son las primeras islas del archipieacutelago que se han
formado de forma simultaacutenea con una posible alternancia de actividad eruptiva por
lo menos en el periacuteodo maacutes reciente Esta separacioacuten en una doble liacutenea de las
islas y la mayor profundidad de su basamento oceaacutenico explica que hayan tardado
maacutes que sus islas vecinas para emerger Aunque ambas islas se formaron maacutes tarde
que el resto de las islas eacutestas no siguieron la misma evolucioacuten y mientras se produ-
ciacutea actividad volcaacutenica en una isla la otra permaneciacutea inactiva En el Holoceno la
fase maacutes activa parece corresponder a La Palma lo que explica las numerosas erup-
ciones volcaacutenicas que se produjeron en este periodo 6 de ellas histoacutericas (hace
menos de 500 antildeos) mientras que la erupcioacuten fechada por radiocarbono en El Hie-
rro ubicada en el rift NE cerca del pueblo de San Andreacutes presenta una edad de
2500 plusmn 70 antildeos probablemente seguido por el volcaacuten Tanganasoga situado al no-
roeste de la falla con menos de 4000 antildeos de antiguumledad
Imaacutegenes de sonar del edificio Insular de El Hierro (Figura 431) muestran que las
erupciones submarinas son maacutes abundantes que la actividad volcaacutenica subaeacuterea lo
que indica que alrededor del 90 de la isla estaacute bajo el agua El ejemplo maacutes claro
es el volcaacuten El Golfo en el lado norte de la isla con un gran escarpe de 1500 metros
y menos de 100000 antildeos de antiguumledad (Peacuterez-Torrado 2012)
4 Estudios realizados
175
Figura 431 Batimetriacutea de la zona de la erupcioacuten submarina realizada mediante ecosondas por
distintos buques oceanograacuteficos (imaacutegenes tomadas del IEO) A) Imagen 3D de la batimetriacutea
anterior a la erupcioacuten realizada por el buque oceanograacutefico Hespeacuterides (CSIC) en 1998 B) Iacutedem
por el buque oceanograacutefico Ramoacuten Margalef despueacutes de iniciada la erupcioacuten submarina el 24 de
octubre de 2011 C) Mapa en relieve de la zona de la erupcioacuten realizado por el buque oceanograacute-
fico Ramoacuten Margalef el 24 de octubre de 2011 Modificado de Peacuterez-Torrado F J et al 2012
La configuracioacuten de El Hierro se completa con tres dorsales o rifts que forman las
aristas de la piraacutemide donde se ha concentrado ndashy se concentraraacuten previsiblemente
en el futurondash la mayor parte de las erupciones subaeacutereas El rift sur se prolonga maacutes
de 40 km como estructura submarina lo que evidencia que es en eacutesta donde se han
agrupado buena parte de las erupciones submarinas recientes de la isla En la Figura
432 se muestra un esquema de la reciente erupcioacuten
La erupcioacuten submarina de El Hierro ha supuesto la uacuteltima manifestacioacuten volcaacutenica
en Canarias despueacutes de 40 antildeos de inactividad desde la erupcioacuten del Teneguiacutea en la
isla de La Palma en 1971 Supone asimismo la decimocuarta erupcioacuten histoacuterica
(uacuteltimos 520 antildeos) en Canarias y la primera en la isla de El Hierro con registro
fidedigno
4 Estudios realizados
176
Figura 432 Seccioacuten E-O de El Hierro mostrando la sismicidad precursora asociada a la erupcioacuten
de 2011-12 desde el 19 de julio de 2011hasta el comienzo de la erupcioacuten el 10 de octubre (con
datos del IGN) Obseacutervese la disposicioacuten de los hipocentros en la base de la corteza forzando su
abombamiento y su migracioacuten N-S hasta alcanzar el rift S en su flanco sumergido Los hipocen-
tros emigraron a zonas someras muy raacutepidamente los diacuteas anteriores a la erupcioacuten indicando una
fractura hidraacuteulica en camino a la superficie La erupcioacuten fue tiacutepicamente fisural al abrirse ca-
mino el magma entre la malla de diques del rift (modificado de Carracedo et al 2011)
443 Meacutetodos
El sistema global de navegacioacuten por sateacutelite (GNSS) proporciona una de las teacutecni-
cas maacutes comunes que se utilizan para controlar deformaciones del terreno en volca-
nes Ademaacutes de tasas de desplazamiento lentas (varios centiacutemetros por antildeo) las
teacutecnicas GNSS se pueden utilizar para estudiar erupciones y episodios volcaacutenicos
violentos que dan como resultado movimientos mucho mayores y maacutes raacutepidos (de-
cenas de centiacutemetros o maacutes en intervalos de horas o diacuteas) Las comparaciones con
mediciones proporcionadas por inclinoacutemetros muestran que el GNSS puede deter-
minar con mayor precisioacuten el tiempo de evolucioacuten de cualquier actividad volcaacutenica
(Larson et al 2010)
Aunque existen estaciones de referencia funcionando continuamente que se pueden
utilizar para monitorizar deformaciones del terreno (Oumlzyasar and Oumlzluumldemir 2011)
ya que el objetivo de este artiacuteculo es contextualizar los movimientos del terreno producidos por la erupcioacuten del volcaacuten de El Hierro en un marco geograacutefico maacutes
4 Estudios realizados
177
amplio se utilizaron datos del IGS para garantizar una mayor homogeneidad de los
resultados obtenidos
Datos de red geodeacutesica
La red geodeacutesica disentildeada como se puede ver en la Figura 433 estaacute formada por
once estaciones permanentes GNSS de dos tipos Las que conformaraacuten el marco de
referencia estable pertenecientes al IGS y las que se utilizaraacuten para la deteccioacuten de
los posibles movimientos dependientes del Gobierno de Canarias
Se tratoacute de disentildear la red con una configuracioacuten geomeacutetrica lo maacutes homogeacutenea
posible Las cuatro estaciones maacutes alejadas del Hierro son estaciones permanentes
del International GNSS Service (IGS) pertenecientes al Global International Te-
rrestrial Reference Frame (ITRF) (Promthong 2006) usadas para enmarcar el estu-
dio en este estable marco de referencia (Satirapod 2007) Estas cuatro estaciones
fueron MORP (Morpeth Reino Unido) NOT1 (Noto Italia) BJCO (Cotonou
Benin) and FLRS (Santa Cruz das Flores Portugal)
Las estaciones locales usadas en las Islas Canarias fueron FRON (Hierro) SNMG
(Tenerife) GRAF (Tenerife) ARGU (Gran Canaria) MORJ (Fuerteventura) y
HRIA (Lanzarote)
Figura 433 Red geodeacutesica disentildeada para detectar los movimientos asociados a la erupcioacuten Las
estaciones situadas en Gran Bretantildea Italia Portugal (islas Azores) y Benin se consideran fijas en
el proceso de caacutelculo Las estaciones situadas en las Islas Canarias por el contrario se dejan
libres
4 Estudios realizados
178
Las estaciones del Gobierno regional de las Islas Canarias facilitan los datos de
observacioacuten GNSS de cada estacioacuten Los datos se obtuvieron en formato RINEX
cada 30 segundos registraacutendose las coordenadas aproximadas de las estaciones
Fecha Diacutea del antildeo Semana GPS Diacutea de la semana
01062011 152 1638 3
16062011 167 1640 4
01072011 182 1642 5
16072011 197 1644 6
01082011 213 1647 1
16082011 228 1649 2
01092011 244 1651 4
16092011 259 1653 5
01102011 274 1655 6
16102011 289 1658 0
01112011 305 1660 2
16112011 320 1662 3
01122011 335 1664 4
16122011 350 1666 5
31122011 365 1668 6
Tabla 45 Calendario de las observaciones
4 Estudios realizados
179
Otros datos necesarios para los caacutelculos geodeacutesicos realizados se obtuvieron del
Centro para la determinacioacuten de la oacuterbita de Europa (CODE) correcciones ionosfeacute-
ricas determinacioacuten de la oacuterbita precisa de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten
de la Tierra y velocidades de las estaciones
Las correcciones por cargas de mareas oceaacutenicas para cada estacioacuten se obtuvieron
del Onsala Space Observatory
Marco temporal
Tras la seleccioacuten de las estaciones se definioacute el marco de referencia temporal
Se eligioacute un periodo de tiempo de 15 diacuteas para seguir la evolucioacuten del proceso vol-
caacutenico El intervalo de tiempo estudiado como se detalla en la Tabla 45 com-
prende desde el 1 de Junio al 31 de Diciembre del 2011
Procesamiento de los datos
Los caacutelculos se realizaron con la ayuda del software Bernese programa cientiacutefico
desarrollado por la Universidad de Berna que realiza con un alto grado de control el
caacutelculo y compensacioacuten de redes geodeacutesicas GNSS (Dach et al 2007)
Los datos GPS se procesaron sesioacuten a sesioacuten para obtener soluciones diarias En un
primer momento se estimaron las ambiguumledades y se fijaron en valores enteros
utilizando la estrategia Quasi Ionosphere Free (QIF) Los caacutelculos se realizaron
utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Las coordena-
das de las estaciones maacutes alejadas se ajustaron al marco de referencia El modelo
Saastamoinen se utilizoacute para corregir los errores producidos por el retardo troposfeacute-
rico con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten con la expresioacuten cos2 (z)
donde z es la distancia cenital La parte huacutemeda de la correccioacuten troposfeacuterica se
aplica en intervalos de una hora para estimar el retardo troposfeacuterico del zeacutenit de las
sentildeales GPS Los errores provocados por el retardo ionosfeacuterico se corrigieron usan-
do una combinacioacuten de GPS de doble frecuencia de datos L1 y L2 Y los errores del
reloj del sateacutelite se corrigieron utilizando efemeacuterides precisas proporcionadas por el
International GNSS Service (IGS) Modelos ionosfeacutericos velocidades de las placas
tectoacutenicas y correcciones Code-Bias se obtuvieron del CODE (Center for Orbit
Determination in Europe) y las correcciones de carga oceaacutenica de Onsala Space
Organisation
Las coordenadas se obtuvieron en el marco geodeacutesico de referencia WGS84 y en el
sistema de coordenadas UTM para cada diacutea calculado
Resultados
Los datos muestran cambios significativos en la posicioacuten de la estacioacuten permanente situada cerca del epicentro Fron en el municipio de La Frontera en la isla de El
Hierro a una distancia de 162 km del epicentro como se muestra en la Figura 434
4 Estudios realizados
180
Figura 434 Ortoimagen de la isla de Hierro donde se aprecia la ubicacioacuten de la estacioacuten perma-
nente FRON y el punto de la erupcioacuten submarina La distancia que los separa es de 1623 km
Modificado de GRAFCAN Gobierno de Canarias 2012
Figura 435 Graacuteficas que muestran el desplazamiento en las coordenadas X e Y de la estacioacuten de
referencia FRON
4 Estudios realizados
181
Figura 436 Graacutefica que muestra el desplazamiento de la altura elipsoidal h de la estacioacuten de
referencia FRON
Figura 437 Desplazamiento horizontal de la estacioacuten FRON
h
308240
308250
308260
308270
308280
308290
308300
308310
17-Apr 6-Jun 26-Jul 14-Sep 3-Nov 23-Dec 11-Feb
4 Estudios realizados
182
Figura 438 Evolucioacuten temporal de la altura elipsoidal en la estacioacuten FRON en valor absoluto
durante el periodo estudiado
Figura 439 Evolucioacuten del desplazamiento en 3D en valor absoluto de la estacioacuten FRON a lo
largo del periodo de estudio
Figure 440 Evolucioacuten de la velocidad de la estacioacuten FRON durante el periodo estudiado
4 Estudios realizados
183
En el resto de las estaciones no se detectoacute desplazamiento lo que indica que sus
coordenadas no fueron afectadas por la erupcioacuten del volcaacuten De hecho despueacutes de
comparar los resultados diarios no se encontraron cambios significativos pudieacuten-
dose usar como un marco praacutecticamente estable (Kuo et al 2002)
Los desplazamientos basados en datos tomados a lo largo de un diacutea estaacuten afectados
por todos los eventos que ocurren en ese diacutea sin embargo tiene la ventaja de la alta
precisioacuten alcanzada (Kuo et al 2002)
444 Discusioacuten y conclusiones
Del estudio de las coordenadas de la estacioacuten FRON durante el periacuteodo estudiado
se pueden extraer las siguientes conclusiones
- La erupcioacuten volcaacutenica de El Hierro provocoacute desplazamientos del terreno
que pudieron ser detectados por teacutecnicas GNSS
- El desplazamiento horizontal de la estacioacuten permanente durante el periacuteodo
de estudio como se muestra en las Figuras 435 y 437 muestra un movi-
miento del terreno discontinuo con avances y retrocesos en direccioacuten no-
reste siguiendo un azimut medio de 47 deg 50 El avance total con el final
de este periacuteodo fue de 5 cm Sin embargo el desplazamiento de la estacioacuten
alcanzoacute 7 cm el 1 de octubre Estos resultados son coherentes en magnitud
y direccioacuten con los obtenidos por Berrocoso (Berrocoso et al 2012)
- La evolucioacuten del desplazamiento vertical de la estacioacuten permanente mos-
trado en las Figuras 436 y 438 nos indica que el terreno muestra una
tendencia a la elevacioacuten como consecuencia de la erupcioacuten volcaacutenica sin
embargo este abombamiento no es ni uniforme ni continuo ya que a lo lar-
go del estudio se producen elevaciones y descensos La diferencia de ele-
vacioacuten entre el inicio del estudio y el final es de 2 cm aunque la amplitud
maacutexima detectada es de 6 cm Los resultados de este estudio corroboran el
estudio llevado a cabo por IGN (Instituto Geograacutefico Nacional) a traveacutes de
soluciones raacutepidas de oacuterbita y el uso de datos de estaciones de referencia
GNSS de servicios internacionales
- El proceso para entender el abombamiento detectado puede ser el siguiente
La bolsa de magma situada en el Manto y maacutes ligera que el material cir-
cundante asciende y choca con la base de la corteza oceaacutenica donde se
acumula y expande en forma de cabeza de champintildeoacuten en un fenoacutemeno que
se conoce como ldquounderplatingrdquo Este fenoacutemeno puede ser debido al con-
traste de densidad existente entre el Manto y la corteza de forma que el
magma surgido en el Manto queda atrapado en la base de la corteza oceaacute-
nica (discontinuidad de Mohorovičić) ya que eacutesta presenta una densidad
similar o ligeramente inferior a la suya (Carracedo et al 2012) La subsi-
guiente presioacuten ascendente del magma abomba la corteza generando los
sismos y provocando la hinchazoacuten en la superficie de la isla ver Figura
4 Estudios realizados
184
432 medida en el presente estudio Sin embargo estudiando los datos ob-
tenidos se deduce que este abombamiento no es uniforme ya que hay pe-
riodos de tiempo en los que se detectan subsidencias para posteriormente
volver a incrementar la cota todo ello a diferentes velocidades como se
puede apreciar en las figuras 436 y 438
- La deformacioacuten del terreno debido a la intrusioacuten de magma volcaacutenico es
una sentildeal importante de la inminencia de actividad eruptiva del volcaacuten Las
teacutecnicas GNSS son adecuadas para este propoacutesito ya que permiten medir
cambios en el tiempo de coordenadas tridimensionales en los puntos de
monitorizacioacuten (Janssen 1997) Del diacutea 16 de julio hasta el momento de la
erupcioacuten que se produce el 10 de octubre se observa un aumento ininte-
rrumpido de 45 cm en la altura de la estacioacuten de referencia FRON Desde
ese momento y probablemente debido a la liberacioacuten de la presioacuten acumu-
lada no se producen aumentos en la altura de la estacioacuten Este hecho co-
rrobora que la deteccioacuten temprana de los abombamientos de zonas volcaacuteni-
cas puede ser considerada como un soacutelido precursor de una inminente
erupcioacuten volcaacutenica y las teacutecnicas de GNSS son una herramienta uacutetil para
este propoacutesito
En la actualidad este proceso estaacute siendo estudiado en profundidad y esto llevoacute al
IGN a implantar en julio de 2001 cuatro nuevas estaciones permanentes para moni-
torizar el fenoacutemeno HI01 (en el aacuterea de La Cumbre) y HI02 HI03 and HI04 (en el
aacuterea de El Golfo) Y cinco maacutes en septiembre de 2011 HI00 (Valverde) HI05
(Orchilla) HI08 (El Pinar) HI09 (La Restinga) y HI10 (Tacoron) (Berrocoso et al 2012)
4 Estudios realizados
185
45 Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutec-
nicas GNSS
451 Introduccioacuten
La subsidencia del terreno es un fenoacutemeno geoloacutegico que implica el asentamiento
de la superficie terrestre Las causas pueden ser naturales o relacionadas con activi-
dades humanas Este fenoacutemeno no suele ocasionar viacutectimas mortales sin embargo
los dantildeos materiales producidos pueden llegar a ser enormes sobre todo en zonas
urbanas afectando especialmente a todo tipo de construcciones apoyadas sobre el
terreno que se deforma (Tomaacutes et al 2009)
Con el fin de evitar posibles dantildeos el conocimiento de las aacutereas afectadas por sub-
sidencia es de gran importancia pero tambieacuten lo es la determinacioacuten de las causas
de esa subsidencia
Estudios recientes como los realizados por Gonzaacutelez et al en 2012 con el uso de
teacutecnicas de Radar de apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (Interpherometric Synthetic
Aperture Radar InSAR) demuestran que un aacuterea especiacutefica en Lorca tiene una tasa
de hundimiento de unos 10 cm por antildeo (Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2011)
El aacuterea de estudio se situacutea en el sudeste de la peniacutensula Ibeacuterica en el entorno de la
ciudad de Lorca Murcia (ver Figura 441) Es una vega muy feacutertil y durante las
uacuteltimas deacutecadas ha desarrollado un potente sector agrario haciendo que la demanda
de agua para sostener las explotaciones agriacutecolas haya crecido enormemente desde
mediados de los antildeos 60
Figura 441 Situacioacuten de la zona estudiada Mapa base de Google maps
Estudios como el mencionado anteriormente de Gonzaacutelez et al atribuyen este fe-
noacutemeno a la sobreexplotacioacuten del acuiacutefero del Guadalentiacuten Sin embargo ninguno
de estos estudios analiza en profundidad la hidrogeologiacutea de la zona con sus varia-
ciones piezomeacutetricas ni la estacionalidad en la velocidad de la tasa de subsidencia
4 Estudios realizados
186
observada elementos que a priori podriacutean apoyar o descartar que la sobreexplota-
cioacuten hiacutedrica sea la causa de la subsidencia observada Aunque el objetivo de este
trabajo es el estudio de los movimientos verticales del terreno en los alrededores de
la localidad de Lorca mediante teacutecnicas GNSS desde septiembre del 2009 hasta
septiembre del 2012 se estudia tambieacuten su posible relacioacuten con la extraccioacuten de
agua para riego del acuiacutefero del Guadalentiacuten
452 Antecedentes
La subsidencia del terreno es el asentamiento de la superficie terrestre se trata de
un peligro natural que afecta a amplias zonas y que causa importantes dantildeos eco-
noacutemicos y alarma social La subsidencia puede deberse a varias causas tales como
la disolucioacuten de materiales en profundidad la excavacioacuten de tuacuteneles o galeriacuteas de
minas la erosioacuten profunda la fluencia lateral del terreno la compactacioacuten de los
materiales del suelo o la actividad tectoacutenica Todas las causas mencionadas ante-
riormente se evidencian en el terreno como deformaciones verticales que pueden
variar desde unos pocos miliacutemetros a varios metros durante periacuteodos que van desde
minutos hasta antildeos (Tomaacutes et al 2009) Seguacuten Tomaacutes et al 2009 desde un punto
de vista geneacutetico se pueden describir dos tipos de subsidencia endoacutegena y exoacutege-
na La primera se refiere a los movimientos de la superficie de la tierra asociados a
los procesos geoloacutegicos internos como pliegues fallas volcanes etc La segunda
se refiere a los procesos de deformacioacuten de superficie relacionados con la compac-
tacioacuten natural o antropogeacutenica del suelo La subsidencia tambieacuten se puede clasificar
seguacuten los mecanismos de activacioacuten
En un marco geodinaacutemico global la regioacuten de Murcia se encuentra dentro de la
orogenia Beacutetica (Cordilleras Beacuteticas) que incluye el aacuterea espantildeola continental de
contacto entre las placas tectoacutenicas africana e ibeacuterica Esta zona no tiene ninguacuten
gran accidente capaz de absorber la presioacuten de las dos placas En cambio la defor-
macioacuten producida por la convergencia de las placas se distribuye en una banda cuya
direccioacuten principal es EW y que tiene unos 400 kiloacutemetros de ancho Las medidas
de los movimientos relativos entre las placas indican una velocidad de movimiento
relativo en el centro de la Peniacutensula Ibeacuterica entre la placa Ibeacuterica y la placa africana
de 02 mm antildeo NO-SE (SISMIMUR 2011) Esto sugiere que el 95 de la tasa de
4 mm antildeo de movimiento entre la placa ibeacuterica y la placa africana es absorbida por
la deformacioacuten de las Cordilleras Beacuteticas Mar de Alboraacuten Rif and Tell (SISMI-
MUR 2011)
La cuenca del Lorca se encuentra al suroeste de la Regioacuten de Murcia en la zona de
contacto entre las zonas externas e internas de las Cordilleras Beacuteticas Se compone
de doce formaciones neoacutegenas marinas y continentales agrupadas en cinco unida-
des tectoacutenicas sedimentarias (STU) Las condiciones climaacuteticas semiaacuteridas se carac-terizan por pequentildeas cantidades de precipitacioacuten (180-400mmantildeo) y una tempera-
tura media de entre 12 y 18 ordm C (Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura 1998) El
4 Estudios realizados
187
riacuteo Guadalentiacuten drena la parte occidental de la gran depresioacuten que se caracteriza por
un fondo de valle casi plano con una serie de abanicos aluviales bien desarrollados
Los bordes de cuenca se controlan principalmente por las grandes fallas de desgarre
y tienen asociada actividad hidrotermal (Gonzaacutelez et al 2011)
El acuiacutefero del Valle de Guadalentiacuten se extiende sobre un aacuterea de 740km2 entre la
Cordillera de Enmedio y su confluencia con el riacuteo Segura Hidro-geoloacutegicamente el
basamento del acuiacutefero se compone de varios complejos metamoacuterficos paleozoicos
relativamente impermeables cubiertos por conglomerados permeables del Mioceno
yo series de calcarenitas La parte superior de la sucesioacuten comprende conglomera-
dos de compresioacuten arenas limos y arcillas Plioceno-Cuaternarios de baja permea-
bilidad (Ceroacuten et al 1996)
En la actualidad la Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura considera que el acuiacutefe-
ro Guadalentiacuten consiste en dos acuiacuteferos principales el acuiacutefero del Alto Guadalen-
tiacuten y el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten La Confederacioacuten considera actualmente la
liacutenea liacutemite noreste maacutes al norte que la definida en 1975 por el Instituto Geoloacutegico y
Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Ambas liacuteneas se
muestran en la Figura 442 La Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura ha elaborado
una serie de informes titulados Caracterizacioacuten adicional de las masas de agua
subterraacutenea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales en 2015 (Con-
federacioacuten Hidrograacutefica del Segura de 2013 (1)) En el informe sobre el acuiacutefero
Alto Guadalentiacuten afirman que la frontera norte con el acuiacutefero multicapa del Bajo
Guadalentiacuten es cerrada lo que obviamente significa que no puede haber una
transferencia de agua entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y del Bajo Guadalen-
tiacuten
En el documento Anexo B Fichas de los temas importantes la mencionada Con-
federacioacuten Hidrograacutefica del Segura afirma que los dos acuiacuteferos estaacuten sobreexplo-
tados (Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura de 2013 (2)) teniendo en cuenta el
liacutemite que se trasladoacute en 1975 como se muestra en la Figura 442
Los estudios realizados por Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 muestran una subsidencia
de aproximadamente 15 m en 15 antildeos con tasas de hundimiento que alcanzan
valores maacuteximos que van de 6 a 15 centiacutemetros por antildeo como se puede observar en
las Figuras 442 y 452 Esto hace que sea una de las zonas con la tasa de hundi-
miento maacutes raacutepido del mundo por no mencionar que es el aacuterea maacutes grande de Eu-
ropa con una tasa tan alta (aproximadamente 690 kiloacutemetros cuadrados)
En base a estas consideraciones generales se hace necesario un estudio hidrogeoloacute-
gico de la zona para determinar la causa de la subsidencia observada
4 Estudios realizados
188
453 Datos y metodologiacutea
4531 Datos de acuiacuteferos
Seguacuten el informe denominado Investigacioacuten Hidrogeoloacutegica de la Cuenca Baja del
Segura (Instituto Geoloacutegico y Minero de 1975) el acuiacutefero del Valle de Guadalen-
tiacuten en realidad consta de cuatro acuiacuteferos independientes incluyendo un acuiacutefero
kaacuterstico calizo-dolomiacutetico con presencia frecuente de gases (con una elevacioacuten de
aproximadamente 250 m) situado fuera de la zona en la que se ha detectado la sub-
sidencia y que no se muestra en la Figura 443 La Figura 443 muestra los tres
acuiacuteferos independientes ubicados en el aacuterea de estudio
Figura 442 Situacioacuten de las liacuteneas liacutemite entre el acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten y el acuiacutefero del
Bajo Guadalentiacuten liacutenea liacutemite actual y liacutenea liacutemite definida en 1975 por el Instituto Geoloacutegico y
Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Situacioacuten de los piezoacutemetros
estudiados El curvado representa la tasa de hundimiento anual en centiacutemetros detectada por
Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 usando teacutecnicas de interferometriacutea de radar de sateacutelite multitempora-
les Bases imagen espacial CNES Spot Image Digital Globe Geo Eye Instituto Andaluz de
Cartografiacutea 2013
4 Estudios realizados
189
Figura 443 Perfil hidrogeoloacutegico longitudinal del Valle del Guadalentiacuten entre Lorca y Puerto
Lumbreras seguacuten los estudios geofiacutesicos realizados en los antildeos 70 por el IGME (Instituto Geoloacute-
gico y Minero de Espantildea) Estos estudios han sido confirmados por recientes sondeos profundos
45311 Acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten
En el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten se pueden encontrar varias secciones permea-
bles con niveles de agua subterraacutenea independientes
El acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten conocido como acuiacutefero multicapa del Valle del
Guadalentiacuten se extiende desde Lorca a Murcia la liacutenea divisoria entre el Bajo Gua-
dalentiacuten y el Alto Guadalentiacuten se considera casi coincidente con la carretera Lorca-
Vado (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Las Figuras 444 445 446
y 447 ilustran la evolucioacuten de los niveles de agua subterraacutenea del acuiacutefero en los
uacuteltimos antildeos
Figura 444 Graacutefica de la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Sat La Casilla Corto localizado 35
km al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4 Estudios realizados
190
Figura 445 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Plantones de Mata ubicado
41 kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura
Alimentacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
Figura 446 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Purias El Gallego ubicado a
7 kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Ali-
mentacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4 Estudios realizados
191
Figura 447 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo El Gallego ubicado a 7
kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimen-
tacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
45312 Acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten
El acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten en el aacuterea de estudio es como sigue Una barrera
natural de arcillas margosas que separa la cuenca sedimentaria de Puerto Lumbre-
ras Hasta llegar a una profundidad de 200-250m la parte superior de la cuenca se
compone principalmente de grava y arena gruesa posiblemente transportada desde
las ramblas del norte en Torrecilla Beacutejar y Nogalte Histoacutericamente la produccioacuten
de agua en la base ha sido alta Los primeros pozos fueron perforados a finales de
los antildeos 50 dando caudales superiores a 100 litros por segundo a poca profundidad
Sin embargo debido a la impermeabilidad de los bordes laterales la recarga y la
conexioacuten con el resto del valle era imposible La sobreexplotacioacuten se hizo inevitable
y el nuacutemero de pozos en el aacuterea crecioacute en las deacutecadas siguientes lo que llevoacute a que
la extraccioacuten de agua superoacute la recarga del acuiacutefero
A partir de los niveles de agua subterraacutenea estudiados se puede decir que el del
Alto Guadalentiacuten es el uacutenico acuiacutefero sobreexplotado Consiste en una pequentildea
cuenca detriacutetica que ocupa soacutelo el 15 del valle situado al lado de Puerto Lumbre-
ras Los graacuteficos de evolucioacuten piezomeacutetrica como se muestra en las Figuras 448 y
449 indican que el acuiacutefero estaacute sobreexplotado
4 Estudios realizados
192
Figura 448 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Los Valencianos ubicado a
3 km al suroeste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimenta-
cioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
Figura 449 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Los Jarros ubicado a 3 km
al suroeste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
45313 Acuiacutefero profundo del Valle del Guadalentiacuten
El acuiacutefero Profundo del Valle del Guadalentiacuten se encuentra por debajo de los anteriores a una altitud de alrededor de 50-60m Varios sondeos realizados por la
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura evidencian la existencia de este acuiacutefero
4 Estudios realizados
193
profundo como los estudios realizados por Joseacute Mariacutea Montes y Francisco Turrioacuten
Pelaacuteez (Turrioacuten Pelaacuteez 2012) Como se muestra en la Figura 450 no se trata de un
acuiacutefero sobreexplotado y sus niveles incluso muestran una tendencia creciente
Figura 450 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Torrecilla situado a 25km
al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4532 GNSS
Al igual que en el caso de muchas otras aacutereas la ciencia del control de deformacio-
nes ha entrado en una nueva era debido al desarrollo de las tecnologiacuteas espaciales
para medir el movimiento de la superficie de la corteza terrestre
Las redes geodeacutesicas se utilizan para diferentes tipos de trabajos topograacuteficos y
geodeacutesicos Un ejemplo de ello son los estudios geodinaacutemicos que utilizan los
cambios en la posicioacuten de las estaciones permanentes GNSS en un periacuteodo determi-
nado de tiempo para entender las caracteriacutesticas de los movimientos producidos
(Oumlzyasar et al 2011) En lo referente a este estudio las teacutecnicas de GNSS se han
utilizado para cuantificar el desplazamiento vertical en su caso de la zona afectada
por el proceso de subsidencia La fiabilidad de la deteccioacuten de movimiento de las
estaciones permanentes depende fundamentalmente de la realizacioacuten de una red de
monitoreo estable en torno a las estaciones (Dogani et al 2013) Por lo tanto para
este estudio se constrintildeeron las coordenadas de las estaciones permanentes del
Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) ya que no se consideran afectadas
por el fenoacutemeno en estudio Ademaacutes de las mencionadas estaciones se procesaron
datos de estaciones permanentes GNSS de otros organismos regionales para obtener
el resto de la maacutes informacioacuten
4533 Datos de entrada
A efectos de caacutelculo se procesaron los datos de cuatro agencias que ofrecen datos
de estaciones permanentes GNSS el criterio para la seleccioacuten de las estaciones fue
la disponibilidad de datos Para que una estacioacuten permanente sea incluida en la red
4 Estudios realizados
194
de organismo oficial se deben cumplir algunos requisitos como son horizonte
despejado en los alrededores de la antena no debe haber ninguacuten objeto que pueda
interferir con las sentildeales GPS o producir multicamino Ademaacutes el sitio debe ser
geoloacutegicamente estable la antena se debe montar en una estructura riacutegida y durade-
ra y el sitio debe estar libre de interferencias electromagneacuteticas La tabla 46 mues-
tra la lista de las estaciones utilizadas y algunas de sus caracteriacutesticas
ESTACIOacuteN ORGANISMO SITUACIOacuteN INSTALACIOacuteN Y ESTRUCTURA
ALAC IGN Alicante Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
ALME IGN Almeriacutea Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
COBA IGN Coacuterdoba Bloque de hormigoacuten armado sobre edificio
MALA IGN Maacutelaga Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
SONS IGN Sonseca Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
TERU IGN Teruel Pilar de hormigoacuten armado de 3 m de altura
YEBE IGN Yebes Pilar de hormigoacuten armado de 12 m de
altura sobre edificio
VALE IGN Valencia Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
ALCA REGAM Los Alcaacutezares Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
CARA REGAM Caravaca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
LORC REGAM Lorca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
MAZA REGAM Mazarroacuten Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
MORA REGAM Moratalla Reinforced concrete cube on building
metal tower 2 m height
4 Estudios realizados
195
MULA REGAM Mula Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
CRVC MERISTE-
MUM Caravaca
Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 15 m de altura
LORC MERISTE-
MUM Lorca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
MURC MERISTE-
MUM Murcia
Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 1 m de altura
CAAL RAP Calar Alto
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 180 m de
altura y 009 m de diaacutemetro en pilar geodeacute-
sico construido sobre roca
HUOV RAP Huercal-
Overa
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 05 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado a un
pilar del edificio en la terraza
PALC RAP Pozo Alcoacuten
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 12 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado por
abrazaderas y soportes a una columna y
una viga de la terraza del edificio
VIAR RAP Villanueva
Arzobispo
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 05 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado a un
pilar del edificio en la terraza
Tabla 46 Lista de las estaciones utilizadas
La distribucioacuten de las estaciones utilizadas se puede ver en la Figura 451 De las
estaciones anteriores las que pertenecen a IGN fueron tomadas como referencia
excluyendo ALME y ALAC
Las agencias mencionadas proporcionaron datos de observacioacuten GPS cada 30 se-
gundos para este estudio se utilizaron los archivos RINEX y las coordenadas apro-
ximadas de las estaciones que proporcionan estos organismos
Como se ha mencionado anteriormente hay dos estaciones permanentes cerca de
Lorca la estacioacuten incluida en la red REGAM estaacute situada en el suroeste de la ciu-
dad de Lorca y la estacioacuten incluida en la red MERISTEMUM estaacute situada a 24 km
de la anterior en las afueras de la ciudad La ubicacioacuten de las estaciones se muestra
en la Figura 452
4 Estudios realizados
196
Figura 451 Estaciones permanentes GNSS utilizadas en el proceso de caacutelculo Base imagen
espacial TerraMetrics de 2013
Figura 452 Situacioacuten de las estaciones permanentes GNSS cerca de Lorca y liacutenea liacutemite entre el
acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten y el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten El curvado representa la tasa de
hundimiento anual en cm detectada por Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 usando teacutecnicas de interfe-
rometriacutea de radar de sateacutelite multitemporales
4 Estudios realizados
197
4534 Ventana temporal
La ventana temporal de los datos de la estacioacuten de Lorca REGAM utilizados se
extiende del 22 de octubre del 2009 cuando la estacioacuten comenzoacute a ser operativa
hasta febrero 10 de 2011 cuando la estacioacuten dejoacute de funcionar Los datos tomados
de la estacioacuten Lorca MERISTEMUM son desde el 21 de abril de 2011 cuando la
estacioacuten comenzoacute a ser operativo al 27 de octubre de 2012 Aunque Blewitt y La-
valleacutee recomiendan que se adopte un periodo de 25 antildeos como conjunto de datos
miacutenimos estaacutendar para que pueda haber una correcta interpretacioacuten tectoacutenica (Ble-
witt y Lavalleacutee 2002) se han utilizado todos los datos disponibles y los resultados
obtenidos para el periacuteodo elegido se considera que son correctos ya que son consis-
tentes con los resultados anteriores de Gonzaacutelez y Fernaacutendez en 2012 obtenidos
mediante el uso de teacutecnicas de interferometriacutea de radar de sateacutelite multitemporales
Se procesoacute un diacutea completo una vez por semana el nuacutemero de posiciones calcula-
das fue de 141
4535 Procesamiento de los datos
El proceso de caacutelculo se llevoacute a cabo con el software Bernese 50 desarrollado por
la Universidad de Berna que nos permite compensar las redes GNSS con gran pre-
cisioacuten y control
Ademaacutes de los archivos de observacioacuten de estaciones permanentes se obtuvieron
del Centro para la determinacioacuten de Oacuterbitas de Europa (CODE) otros datos necesa-
rios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red incluyendo los siguientes correccio-
nes ionosfeacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las esta-
ciones Las oacuterbitas precisas de los sateacutelites de se obtuvieron del Servicio GNSS
Internacional (IGS) Datos de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del Observatorio Es-
pacial de Onsala
Se realizoacute una compensacioacuten inicial como red libre para detectar errores groseros y
seguidamente se constrintildeeron las coordenadas de las estaciones que forman el mar-
co de referencia
A efectos de compensacioacuten se escogioacute la combinacioacuten libre de ionosfera y el mo-
delo troposfeacuterico de Hopfield Se consideraron las oacuterbitas precisas los paraacutemetros
ionosfeacutericos los paraacutemetros de desplazamiento del polo las correcciones de sesgos
instrumentales Code-Bias y las correcciones por mareas
Las coordenadas de las estaciones calculadas para cada diacutea una vez por semana se
obtuvieron en el marco de referencia geodeacutesico ETRS89 y en el sistema de coorde-
nadas UTM
4 Estudios realizados
198
4536 Resultados
Al comparar varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calculados en
diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se pueden
usar para cuantificar el movimiento de la superficie y la velocidad (Chang 2000)
Figura 453 Variacioacuten en altitud en la estacioacuten LORC (REGAM) durante el periacuteodo estudiado
Figura 454 Variacioacuten en altitud en la estacioacuten LORC (MERISTEMUM) durante el periacuteodo
estudiado
4 Estudios realizados
199
Las Figuras 453 y 454 muestran las variaciones en altitud en las estaciones de
Lorca
454 Observaciones de campo
En marzo de 2013 se visitoacute el aacuterea de estudio para comprobar la estabilidad de las
estaciones permanentes GNSS ademaacutes se encontraron varios casos de piping en el
aacuterea de subsidencia como se muestra en la Figura 455
Figura 455 Fenoacutemenos de piping observados en el aacuterea de subsidencia A fotografiacutea tomada
cerca de Santa Gertrudis (ver Figura 452) B fotografiacutea tomada cerca de la estacioacuten de Puerto
Lumbreras (ver Figura 452) C Fotografiacutea tomada cerca de la estacioacuten de Puerto Lumbreras
455 Discusioacuten y conclusiones
A partir del estudio de las coordenadas obtenidas para cada estacioacuten permanente
GNSS durante el periodo calculado se ha detectado una tendencia hacia la subsi-
dencia como muestra la altura de las dos estaciones de Lorca en las Figuras 453 y
454 En concreto se detectoacute una tasa de hundimiento de 080cmantildeo en la estacioacuten
de LORC (REGAM) y se calculoacute una tasa de hundimiento de 864cmantildeo para la
estacioacuten LORC (MERISTEMUM)
Las expresiones empiacutericas calculadas para las variaciones temporales de altura
respectivamente fueron las ecuaciones (1) y (2)
h = -1E-08 t2 + 01896 t + 3884 (1)
h = -2E-08 t2 + 00010 t + 3460 (2)
4 Estudios realizados
200
donde h es la altura y t es el tiempo
La tasa de subsidencia detectada es consistente en magnitud y posicioacuten con los
valores calculados utilizando teacutecnicas de interferometriacutea radar diferencial en el
estudio llevado a cabo por Gonzaacutelez y Fernaacutendez (Gonzaacutelez et al 2011) que se
muestran en las Figuras 442 y 452
Como resultado de este estudio y teniendo en consideracioacuten el estudio realizado por
Gonzaacutelez y Fernaacutendez se puede concluir que la subsidencia en Lorca es un hecho
Sin embargo la causa de esta subsidencia estaacute poco clara
De acuerdo con estudios realizados por Gonzaacutelez y Fernaacutendez la causa de la subsi-
dencia es la extraccioacuten de agua (Gonzaacutelez et al 2011) sin embargo como se ha
demostrado no hay sobreexplotacioacuten de todos los pozos en el aacuterea en la cual se
detecta subsidencia
Como se muestra en las Figuras 442 y 452 la zona de subsidencia se encuentra
entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y Bajo Guadalentiacuten seguacuten la liacutenea liacutemite
del Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espa-
ntildea 1975) la liacutenea de liacutemite oficial estaacute actualmente situada maacutes al norte como se
muestra en las Figuras 442 y 452
La liacutenea liacutemite entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y Bajo Guadalentiacuten se colo-
coacute en 1975 como una liacutenea coacutencava que une Lorca con Vado veacutease la Figura 452
esta liacutenea liacutemite se deduce de estudios geofiacutesicos y es consistente con los estudios
piezomeacutetricos que se han mostrado Maacutes tarde en 1987 cuando se redactoacute la decla-
racioacuten de sobreexplotacioacuten de los acuiacuteferos la liacutenea liacutemite se trasladoacute hacia el norte
pero este cambio no estaacute cientiacuteficamente justificado (Instituto Geoloacutegico y Minero
de Espantildea 1987) Teniendo en cuenta la liacutenea liacutemite de 1975 y los datos piezomeacute-
tricos el acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten es el uacutenico sobreexplotado El acuiacutefero del
Alto Guadalentiacuten ocupa soacutelo el 39 de la zona en la que se detecta la subsidencia y
el aacuterea con la mayor tasa de hundimiento no se encuentra por encima del mismo
Otra razoacuten para cuestionar la sobreexplotacioacuten como causa de la subsidencia es la
presencia de una barrera impermeable entre el acuiacutefero de Alto Guadalentiacuten y el
acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten lo demuestran los estudios geofiacutesicos mencionados
del Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea Esta barrera se deberiacutea reflejar en el
curvado de tasa de hundimiento sobre todo teniendo en cuenta que se trata de una
barrera entre dos zonas con diferente comportamiento hidrogeoloacutegico el acuiacutefero
del Alto Guadalentiacuten es una pequentildea cuenca detriacutetica y el acuiacutefero del Bajo Guada-
lentiacuten tiene varias secciones permeables con niveles de aguas subterraacuteneas indepen-
dientes
Por lo tanto se debe buscar otra razoacuten para justificar la subsidencia observada
4 Estudios realizados
201
Una explicacioacuten para el fenoacutemeno observado puede estar relacionada con los proce-
sos de piping asociados con el gran nuacutemero de pozos (la mayoriacutea de ellos ilegales y
abandonados) en la zona afectada por la subsidencia en los que el agua estaacute decan-
tando continuamente sedimentos de la parte superior a la inferior del acuiacutefero Este
fenoacutemeno se ha documentado en el aacuterea de estudio (veacutease la Figura 455 A
(httpwwwyoutubecomwatchv=3uBBly8LhOA)) Sin embargo teniendo en
cuenta la magnitud de la subsidencia observada el volumen de material desplazado
deberiacutea ser muy alto y por lo tanto la subsidencia no puede atribuirse uacutenicamente a
fenoacutemenos de piping Por lo tanto se deben buscar causas adicionales para explicar
la subsidencia encontrada
Otra explicacioacuten para la subsidencia observada podriacutea estar relacionada con la con-
figuracioacuten tectoacutenica del basamento metamoacuterfico paleozoico De acuerdo con los
estudios geofiacutesicos y perforaciones profundas el Alto Guadalentiacuten tiene una estruc-
tura de graben un horst tectoacutenico se puede observar dentro de la zona hundida que
estaacute delimitada por fallas N 60 E el horst estaacute interrumpido y desplazado lateral-
mente por otras fallas N 120 E que tienen un desgarro dextral predominante (el
bloque oriental se mueve al sur y el occidental al norte) Se han detectado fallas
normales con rumbo N 150-170 E cruzando el horst (Rodriacuteguez Estrella et al
1996)
Durante la visita a la zona se observoacute una grieta kilomeacutetrica absolutamente lineal
la grieta teniacutea una anchura de 05 a 3 m una profundidad de 1-5 m y una direccioacuten
de N 160 E que coincide con la falla normal descrita por Rodriacuteguez Estrella et al en el antildeo 1987 Esta grieta evidencia la existencia de distensioacuten neotectoacutenica en el
aacuterea de estudio Rodriacuteguez Estrella et al sentildealoacute que se ha producido esta actividad
distensiva desde el Mioceno Tardiacuteo
La actividad distensiva asociada con los esfuerzos orogeacutenicos de direccioacuten casi NS
podriacutea ser la causa de la subsidencia Ademaacutes este mecanismo tectoacutenico explica la
intensa actividad de piping observada en el aacuterea de estudio
Como conclusioacuten final es necesario llevar a cabo un estudio multidisciplinario maacutes
a fondo de este fenoacutemeno con el fin de determinar las causas y el alcance de la sub-
sidencia ya que podriacutea implicar un peligro potencial para el aacuterea pudieacutendose pro-
ducir derrumbes de tierra y grietas en la zona afectada (veacutease la Figura 455 B y C)
4 Estudios realizados
202
46 Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordi-
llera Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS
461 Introduccioacuten
El uso de GNSS para monitorizar de forma continua deformaciones en la corteza
terrestre implica una infraestructura de redes fijas de receptores tomando datos
GNSS las 24 horas del diacutea (Bock 1991) Es una praacutectica habitual la realizacioacuten de
mediciones geodeacutesicas para detectar deformaciones intersiacutesmicas y cosiacutesmicas En
la mayoriacutea de los casos estos estudios se han realizado en fallas activas y poten-
cialmente activas con tasas altas o muy altas de actividad
En los uacuteltimos antildeos los estudios geofiacutesicos y geoloacutegicos de las Cordilleras Beacuteticas
se han centrado en el reconocimiento de las estructuras tectoacutenicamente activas y las
aacutereas siacutesmicas Como resultado de las investigaciones geofiacutesicas (incluyendo sismi-
cidad tomografiacutea siacutesmica perfiles siacutesmicos de reflexioacuten profunda gravedad y
magnetismo) se ha llegado a la conclusioacuten de que algunos de los elementos maacutes
activos de la zona estaacuten relacionados con la subduccioacuten de la corteza continental
del Macizo Ibeacuterico por debajo de las Cordilleras Beacuteticas (Morales et al 1999)
Ademaacutes en el sector central de la cordillera se ha detectado un contacto de des-
prendimiento de entre 10 y 15 km de profundidad (Galindo-Zaldiacutevar et al 1997
Ruano et al 2004) se considera que es la base sismogeneacutetica de la corteza (Galin-
do-Zaldiacutevar et al 2007)
La reciente y la actual convergencia NW-SE (De Mets et al 1990) produce el desa-
rrollo simultaacuteneo de grandes pliegues y fallas que continuacutea activo hasta la actuali-
dad (Galindo-Zaldiacutevar et al 2003) Uno de los sectores con maacutes intensa actividad
tectoacutenica en esta regioacuten se encuentra en zona interna de la parte central en las Cor-
dilleras Beacuteticas El levantamiento de las cordilleras se relaciona principalmente con
el desarrollo de pliegues en este contexto regional compresivo (Sanz de Galdeano y
Alfaro 2004) Sin embargo las fallas maacutes abundantes reconocidas en la superficie a
lo largo de la parte central de la Cordillera muestran un deslizamiento normal a
veces con componentes dextrales o sinistrales (Galindo-Zaldiacutevar et al 2007)
En el presente estudio se pretende determinar la dinaacutemica de las fallas activas de la
cordillera beacutetica oriental mediante la red de estaciones permanentes dependientes de
cuatro organismos puacuteblicos estatales Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) Infraes-
tructura de datos espaciales de referencia de la Regioacuten de Murcia (REGAM) Con-
sejeriacutea de Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia (MERISTEMUM) y
Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) Se han utilizado datos desde el momento
en que se instalaron las redes en octubre de 2009 hasta octubre de 2012
4 Estudios realizados
203
462 Marco geoestructural
La Cordillera Beacutetica se situacutea en el extremo maacutes occidental del cinturoacuten orogeacutenico
alpino adosada al borde Sur de la subplaca Ibeacuterica (ver Figura 456) La evolucioacuten
geodinaacutemica de esta subplaca ha sido bastante compleja durante los uacuteltimos 200
millones de antildeos debido a su posicioacuten intermedia entre las dos grandes placas Euro-
asiaacutetica y Africana asiacute como por su relativa independencia cinemaacutetica en determi-
nadas etapas Durante el Juraacutesico y gran parte del Cretaacutecico se produjo un movi-
miento relativo de caraacutecter transcurrente entre las placas Africana y Euroasiaacutetica
asociado a los procesos de apertura primero del Atlaacutentico Sur y luego del Atlaacutentico
Norte Durante esta etapa la microplaca ibeacuterica presenta una cinemaacutetica individuali-
zada respecto a la de las dos grandes placas que separa sufriendo procesos de rota-
cioacuten (Le Pichon et al 1970 Choukroune et al 1973) Durante el Terciario este
movimiento transcurrente relativo se frena de modo que durante los uacuteltimos 9 mi-
llones de antildeos (Mioceno superior-actualidad) la subplaca Ibeacuterica ha estado sometida
al proceso de convergencia entre las placas Africana y Euroasiaacutetica (Dewey 1988)
Figura 456 Principales elementos de los liacutemites de placas y la cinemaacutetica de las placas tectoacuteni-
cas AB Cuenca del Algarve PB Margen de Portimao GB Margen del Guadalquivir CPR
Coral Patch Ridge GCIW Gulf of Cadiz Imbricate Wedge HGU Horseshoe Gravitational Unit
Modificado de Iribarren et al 2007
Como consecuencia de esta convergencia se generan las cordilleras que configuran el Oroacutegeno Alpino Mckenzie (1972) utilizando datos de los oceacuteanos circundantes
y analizando los mecanismos focales de la sismicidad describe esa convergencia
4 Estudios realizados
204
entre Eurasia y Aacutefrica deduciendo una rotacioacuten horaria en la direccioacuten de conver-
gencia y un aumento en el valor absoluto de la misma hacia el este Dicha conver-
gencia estaacute controlada por la actividad de grandes fallas transformantes de direccioacuten
proacutexima a E-O que conectan la dorsal centro-oceaacutenica con la zona de Gibraltar
fundamentalmente las fallas Gloria y Azores-Gibraltar (Argus et al 1989)
La direccioacuten de convergencia gira desde la zona de Gibraltar hacia el mediterraacuteneo
central cambiando de orientacioacuten desde NO-SE a NNO-SSE Al mismo tiempo que
se produce este proceso de convergencia se genera un proceso distensivo entre las
placas Ibeacuterica y Africana que da lugar a la formacioacuten de la cuenca de Alboraacuten y el
golfo de Valencia (Vegas 1985 y Sanz de Galdeano 1990)
Figura 457 Mapa de las principales fallas situadas en la zona analizada que son CRF falla de
Crevillente BSF Falla del Bajo Segura CF Falla Carrascoy AMF Falla de Alhama de Murcia
PF Falla de Palomares CBF Falla de Carboneras MF falla Moreras y AF Falla de Albox Mo-
dificado de Ortuntildeo et al (2012)
Las medidas de movimientos relativos entre las placas indican una velocidad de
movimiento relativo en el centro de la Peniacutensula Ibeacuterica entre la placa Ibeacuterica y la
placa Africana de 02 mmantildeo seguacuten una direccioacuten NO-SE Ello parece indicar que
el 95 de los 4 mmantildeo de la tasa de movimiento entre la placa Ibeacuterica y la placa
Africana es absorbida por la deformacioacuten en las cordilleras Beacuteticas Mar de Albo-
raacuten Rif y Tell (Sismimur 2011)
4 Estudios realizados
205
La zona analizada en el presente estudio como se puede ver en la Figura 457 se
localiza en zona oriental del Oroacutegeno Beacutetico el cual comprende la parte continental
espantildeola de la zona de contacto entre las placas tectoacutenicas de Aacutefrica e Iberia Dicha
zona se caracteriza por la ausencia de un accidente principal que absorba la defor-
macioacuten producida por el empuje de ambas placas repartieacutendose el esfuerzo a lo
largo de una amplia zona con gran cantidad de fallas activas
463 Metodologiacutea utilizada
Como muchos otros aspectos de la vida la ciencia de los terremotos ha entrado en una
nueva era con el desarrollo de tecnologiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten de la
superficie en las zonas tectoacutenicamente activas
Las mediciones permanentes con datos GPS ofrece la posibilidad efectiva e inde-
pendiente de la monitorizacioacuten directa de los movimientos asociados a un fenoacute-
meno (Schenk et al 2009) Por lo tanto para los propoacutesitos de este estudio las
teacutecnicas de GNSS se han utilizado para cuantificar el desplazamiento vertical en el
caso de que hayan producido de la zona afectada por el proceso de subsidencia
La fiabilidad en la deteccioacuten de los movimientos del objeto estudiado depende
fundamentalmente de la realizacioacuten de una red estable en torno a esos objetos (Do-
gani et al 2013) Por lo tanto este estudio se llevaraacute a cabo en el marco definido
por estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) y de
otros organismos puacuteblicos Las estaciones situadas fuera de la zona estudiada de la
cordillera beacutetica en zonas tectoacutenicamente poco activas se consideraraacuten en principio
no afectadas por el fenoacutemeno estudiado y fijaraacuten el marco de referencia Ademaacutes se
procesaraacuten las estaciones permanentes GNSS de otros organismos regionales para
obtener la informacioacuten buscada
464 Datos de partida
Se procesoacute la informacioacuten proporcionada por cuatro organismos que ofrecen datos
GNSS de sus estaciones permanentes de forma continua estos son
- Red de estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional (IGN)
De donde se utilizaron los datos de las estaciones ALAC (Alicante Ali-
cante) ALME (Almeriacutea Almeriacutea) COBA (Coacuterdoba Coacuterdoba) MALA
(Maacutelaga Maacutelaga) SONS (Sonseca Toledo) TERU (Teruel Teruel) YE-
BE (Yebes Guadalajara) y VALE (Valencia Valencia)
- Red REGAM (Cartomur ndash Infraestructura de datos espaciales de referencia
de la Regioacuten de Murcia) de donde se tomaron datos de las estaciones
ALCA (Los Alcaacutezares) CARA (Caravaca) JUMI (Jumilla) LORC (Lor-
ca) MAZA (Mazarroacuten) MORA (Moratalla) y MULA (Mula)
4 Estudios realizados
206
- Red MERISTEMUM (Direccioacuten General del Medio Natural Consejeriacutea de
Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia) De la que se toma-
ron las estaciones CRVC (Caravaca) LORC (Lorca) MURC (Murcia)
- Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) De la que se tomoacute informacioacuten
de las estaciones CAAL (Calar Alto Gergal Almeriacutea HUOV (Huercal-
Overa Almeriacutea) PALC (Pozo Alcoacuten Jaeacuten) y VIAR (Villanueva del Arzo-
bispo Jaeacuten)
La distribucioacuten de las estaciones utilizadas se puede observar en la Figura 458 De
todas las estaciones citadas se tomaron como marco de referencia las pertenecien-
tes al IGN excepto ALME y ALAC
Figura 458 Estaciones permanentes GNSS utilizadas en el proceso de caacutelculo Imagen espacial
base TerraMetrics 2013
Las agencias mencionadas proporcionaron los datos de observacioacuten GPS cada 30
segundos los archivos RINEX y las coordenadas aproximadas de las estaciones
utilizadas
Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red se obtuvieron del
Centre for Orbit Determination in Europe (CODE) incluyendo correcciones ionos-feacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las estaciones Las
4 Estudios realizados
207
oacuterbitas precisas de los sateacutelites se obtuvieron del Internacional GNSS Service
(IGS) Los datos de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del Onsala Space Observatory
465 Marco temporal
La ventana temporal de los datos utilizados se extiende del 22 de octubre de 2009
cuando comenzaron a ser operativas las estaciones al 27 de octubre de 2012 Se
procesaron los datos de un diacutea entero una vez por semana siendo el nuacutemero de
posiciones calculadas de 141
466 Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda del programa informaacutetico Bernese de
la Universidad de Berna que nos permite compensar redes geodeacutesicas observadas
mediante teacutecnicas GNSS con una gran precisioacuten y control de las mismas (Dach et
al 2007)
En una primera etapa las ambiguumledades se estimaron y se fijaron a un entero utili-
zando la estrategia QIF (Quasi Ionosphere Free) Los caacutelculos se realizaron utili-
zando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes tarde las
coordenadas de las estaciones definidas para conformar el marco de referencia fue-
ron constrentildeidas El retraso troposfeacuterico se corrigioacute aplicando el modelo de Saasta-
moinen con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2(z) siendo z la
distancia cenital La correccioacuten troposfeacuterica seca se aplicoacute a intervalos de una hora
para estimar el retardo de ceacutenit de las sentildeales GPS Por otra parte el retardo ionos-
feacuterico se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de las frecuencias L1 y L2
Los errores del reloj del sateacutelite se eliminaron mediante el uso de efemeacuterides preci-
sas proporcionadas por el IGS en formato sp3 Los modelos ionosfeacutericos velocida-
des de placas y correcciones Code-Bias se tomaron del CODE (Center for Orbit
Determination in Europe) Por uacuteltimo las correcciones de carga oceaacutenica se obtuvie-
ron del Onsala Space Observatory
Como resultado de todo el proceso se obtuvieron coordenadas en el marco de refe-
rencia geodeacutesico ETRS89 y en el sistema de coordenadas UTM de cada uno de los
diacuteas calculados
467 Resultados obtenidos
Cuando se comparan varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calcula-
das en diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se
pueden utilizar para cuantificar los desplazamientos de la superficie terrestre y su
velocidad (Chang 2000)
Despueacutes de calcular y compensar la red geodeacutesica para cada uno de los diacuteas proce-
sados las desviaciones tiacutepicas de las coordenadas oscilaron entre 08 y 11 mm
4 Estudios realizados
208
En la Figura 459 se reflejan los vectores obtenidos a partir del estudio realizado y
su situacioacuten en relacioacuten a las fallas activas maacutes importantes de la zona
Figura 459 Mapa de las principales fallas activas de la zona analizada estaciones permanentes
vectores obtenidos y velocidades en mmantildeo (NA Movimiento no apreciable) La nomenclatura
de las fallas es la siguiente BSF Falla del Bajo Segura CF Falla de Carrascoy CRF Falla de
Crevillente AMF Falla de Alhama de Murcia PF Falla de Palomares CBF Falla de Carbone-
ras AF Falla de Albox CAF Falla de Campo de las Alpujarras EF Falla de Estancias NF
Falla Norbeacutetica SF Falla de Socobos MF Falla de Moreras y SMF Falla de San Miguel Ima-
gen espacial tomada como base TerraMetrics 2013
Dos de las fallas maacutes importantes en la zona de estudio desde el punto de vista de
actividad tectoacutenica son las de Alhama de Murcia y Carboneras Las estaciones
permanentes de LORC Y HUOV se encuentran relativamente cerca de dichas fallas
Oeste de la falla de Alhama de Murcia (AMF) y este de la falla de Albox (AF)
La falla de Alhama de Murcia es una falla de desgarre sinistrorsa con componente
inversa que cruza la cordillera Beacutetica oriental con una direccioacuten NE_SW como se
puede apreciar en la Figura 460 La AMF acomoda ~ 01 - 06 mm antildeo de los
4 Estudios realizados
209
aproximadamente 5 mm antildeo de convergencia entre la placa Nubia y la euroasiaacuteti-
ca siendo una de las mayores fallas de la zona de cizalla del este de las Beacuteticas
Muchos de los grandes sismos histoacutericos dantildeinos que ocurrieron en esta aacuterea tienen
que ver con esta estructura (Martiacutenez Diacuteaz et al 2012a)
Estacioacuten Velocidad (mmantildeo) Acimut Falla
ALAC 15 8143ordm CRF
ALCA 19 4873ordm SMF
ALME 20 25175ordm CF
CAAL No apreciable - CAF y AF
CRVC 21 33847ordm CRF y SF
HUOV 17 4758ordm AMF y AF
LORC (MERISTEMUM) 129 12943ordm AMF
LORC (REGAM) 71 12943ordm AMF
MAZA 25 1741ordm MF
MULA 14 1924ordm NF
MURC 15 8318ordm AMF
PALC No apreciable - CRF
Tabla 47 Resultados obtenidos para cada una de las estaciones permanentes estudiadas y su
relacioacuten geograacutefica con las fallas activas maacutes cercanas
Varias fallas convergen hacia el este fusionaacutendose con la falla NEndashSW de Alhama
de Murcia cerca de la localidad de Goacutentildear Hacia el oeste el relieve suave controla-
do por estas fallas inversas desaparece gradualmente despueacutes de algunos kiloacuteme-
tros La falla de Albox cruza la cuenca de Huercal-Overa al sur de Goacutentildear Esta falla
normal neoacutegena se ha reactivado en la actualidad como falla inversa probablemente
controlada por la actividad de la falla de Alhama de Murcia (Masana et al 2005)
4 Estudios realizados
210
Figura 460 Mapa en relieve de la zona de las fallas de Alhama de Murcia y de Albox (ilumina-
cioacuten del NO) en el que se muestran las estaciones analizadas y las principales fallas Sistema de
coordenadas UTM en metros Modificado de E Masana et al 2005
Como se puede ver en la Figura 460 la estacioacuten HUOV estaacute situada al este de la
AF y al oeste de la AMF En el presente estudio como se puede comprobar en las
Figuras 461 462 y 463 se detecta un movimiento de 17 mmantildeo con un azimut
de 4758ordm direccioacuten coincidente con la direccioacuten de la AMF
4 Estudios realizados
211
Figura 461 Posiciones de la estacioacuten permanente HUOV durante el periodo estudiado
Figura 462 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Xutm para la estacioacuten
permanente HUOV
4 Estudios realizados
212
Figura 463 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente HUOV
En cuanto a las estaciones situadas en Lorca LORC (REGAM) y LORC (MERIS-
TEMUM) situadas a menos de un kiloacutemetro y dos kiloacutemetros respectivamente al
sur de la AMF se detectan los mayores desplazamientos del estudio con 71 y 129
mmantildeo respectivamente y un azimut para las dos estaciones de 12943ordm ver Tabla
47 y Figuras 464 y 465 La direccioacuten como se puede apreciar en la Figura 459
es perpendicular a la alineacioacuten de la AMF lo que se explica por el hecho de que el
buzamiento de las principales fallas de la AMF es considerablemente uniforme a lo
largo de los segmentos de 60ordm a 70ordm NW Una clave para entender la estructura del
sistema de fallas es que estas fallas se han formado recientemente y no estaacuten conec-
tadas en profundidad con la AMF o por el contrario son estructuras que amortiguan
el movimiento en profundidad NW de las fallas de buzamiento (Martiacutenez Diacuteaz et al 2012)
Es de resentildear que el 11 de mayo de 2011 se produjo un terremoto de magnitud 51
Mw en la localidad de Lorca Los datos procesados en este estudio de las dos esta-
ciones de Lorca corresponden temporalmente a las siguientes fechas
- Estacioacuten LORC (REGAM) Observaciones desde el 19112009 hasta el
27012011 (deja de ser operativa)
- Estacioacuten LORC (MERISTEMUM) Observaciones desde el 26052011
(inicio de operatividad) hasta el 13092012
Es decir el terremoto sucedioacute entre los dos periodos de observaciones
4 Estudios realizados
213
Figura 464 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia la coordenada Xutm para la estacioacuten perma-
nente LORC (MERISTEMUM)
Figura 465 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente LORC (MERISTEMUM)
La falla de Carboneras es una de las tres principales fallas de desgarre cenozoicas
de la Cordillera Beacutetica La historia del deslizamiento de la falla de Carboneras du-
rante los uacuteltimos 100 ka en el periodo cuaternario parece que se responde a una de
elevacioacuten vertical en lugar de un movimiento de desgarre si atendemos a los meca-nismos focales actuales (Bell et al 1997) Constituye una parte importante de la
zona de cizallaTrans-Alboraacuten del Cenozoico La CBF separa el bloque del Cabo de
4 Estudios realizados
214
Gata (Rocas volcaacutenicas neoacutegenas) de los sedimentos de la cuenca Neoacutegena y el
basamento (Reicherter y Reiss 2001) como se puede observar en la Figura 466
Figure 466 Mapa geoloacutegico generalizado de la regioacuten de la falla de Carboneras Modificado de
Fortuin and Krijgsman (2003)
Como se puede ver en las Figuras 459 y 466 la estacioacuten ALME (Almeriacutea) estaacute
situada al norte de la CBF En el presente estudio se detecta un movimiento de 20
mmantildeo con un azimut de 25175ordm direccioacuten coincidente con la direccioacuten de la fa-
lla como se puede ver en las Figuras 467 468 y 469
4 Estudios realizados
215
Figura 467 Posiciones de la estacioacuten permanente ALME durante el periodo estudiado
Figura 468 Evolucioacuten temporal y linea de tendenciade la coordenada Xutm para la estacioacuten
permanente ALME
4 Estudios realizados
216
Figura 469 Evolucioacuten temporal y linea de tendenciade la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente ALME
En lo que se refiere a la estacioacuten de MAZA cercana a la falla NS situada por Mar-
tinez and Hernaacutendez entre la falla Carrascoy y la falla de Moreras como se muestra
en la Figura 459 en este estudio se ha detectado un movimiento de 25 mmantildeo
con un acimut de 1741ordm la direccioacuten coincide con la direccioacuten de la falla
En lo que a la estacioacuten CRVC se refiere estando esta falla situada cerca de la falla
de Socobos como muestra la Figura 459 se ha detectado en este estudio preliminar
un movimiento de 21 mmantildeo con un acimut de 33847ordm la direccioacuten coincide de
nuevo con la direccioacuten de la falla
En lo que se refiere a la estacioacuten MURC se ha detectado un movimiento de 15
mmantildeo con un acimut de 8318 ordm lo que coincide con el movimiento general de la
falla de Alhama de Murcia
Por uacuteltimo en lo que se refiere a la estacioacuten MULA se ha detectado un movimiento
de 14 mmantildeo con un acimut de 1924ordm lo que no coincide con el movimiento de
ninguna falla ni siquiera de la falla Norbeacutetica que es la maacutes cercana
468 Conclusiones y recomendaciones
Como resultado del estudio realizado se puede afirmar que la metodologiacutea utilizada
para cuantificar de forma grosera la dinaacutemica de zonas tectoacutenicamente activas es
relativamente barata y de sencilla aplicacioacuten Utilizando la infraestructura geodeacutesica
puacuteblica que es de acceso faacutecil y gratuito se pueden llevar a cabo estudios previos
para determinar queacute aacutereas son las maacutes activas y las maacutes interesantes para llevar a
4 Estudios realizados
217
cabo estudios maacutes detallados como los que se estaacuten realizando con la red GPS
CuaTeNeo para estudiar la tectoacutenica del este de la peniacutensula ibeacuterica (Gil de la Igle-
sia 2008)
Basaacutendonos en la precisioacuten de las coordenadas obtenidas a partir del ajuste de red
geodeacutesica disentildeada se puede afirmar que este meacutetodo es capaz de detectar despla-
zamientos permanentes de orden milimeacutetrico
Por otro lado atendiendo a las graacuteficas de desplazamiento obtenidas se ha compro-
bado que los movimientos descritos anteriormente tienen lugar temporalmente de
forma sin saltos bruscos en las posiciones diarias con la excepcioacuten de las estacio-
nes de Lorca
En las dos estaciones de Lorca se produce un cambio brusco en la velocidad del
desplazamiento calculado Este cambio coincide temporalmente con el terremoto
del diacutea 11 de mayo de 2011 de magnitud 51 Mw cuyo epicentro se situoacute a 2 y 3
km de las estaciones de referencia Antes del terremoto la velocidad del desplaza-
miento calculada es de 71 mmantildeo y despueacutes del evento siacutesmico de 129 mmantildeo
El azimut del vector desplazamiento no cambia con un valor en ambos casos de
12943ordm lo que es consistente con los estudios de Martiacutenez-Diacuteaz et al (Martiacutenez-
Diacuteaz et al 2012b)
5 Conclusiones
218
5 Conclusiones
219
5 Conclusiones
A pesar de que ya se han expuesto las conclusiones de forma individual para cada
una de las investigaciones realizadas a continuacioacuten se indicaraacuten las conclusiones
generales maacutes destacadas aplicables al conjunto del trabajo realizado
En esta tesis doctoral se ha comprobado mediante seis estudios geodeacutesicos de alta
precisioacuten la capacidad de los sistemas GNSS para monitorizar movimientos del
terreno de forma perioacutedica asiacute como para detectar precursores de ciertos fenoacutemenos
geodinaacutemicos
La metodologiacutea utilizada en todos los casos praacutecticos analizados ha sido la solucioacuten
de redes geodeacutesicas mediante posicionamiento relativo con medidas de fase Este
meacutetodo ha permitido obtener a posteriori precisiones milimeacutetricas al utilizar soft-
ware cientiacutefico eliminando la mayoriacutea de los errores sistemaacuteticos
Sin embargo se ha de indicar que el meacutetodo aplicado a pesar de su alta precisioacuten
posee una serie de limitaciones
La influencia del marco de referencia utilizado en el caacutelculo de los desplazamientos
especialmente cuando estos son muy pequentildeos Es decir que el movimiento de las
estaciones elegidas para fijar el marco de referencia de la red no se puede conside-
rar despreciable en relacioacuten al movimiento que queremos detectar
El hecho de realizar los caacutelculos con observaciones de 24 horas hace imposible
detectar los movimientos no permanentes que se producen en los episodios siacutesmicos
y volcaacutenicos que suelen ser de corta duracioacuten Movimientos que son de gran impor-
tancia en el estudio de precursores de riesgo
En cuanto a la buacutesqueda de precursores se pueden extraer dos conclusiones en
funcioacuten del fenoacutemeno estudiado
En vulcanologiacutea la deformacioacuten del terreno debido a la intrusioacuten de magma volcaacute-
nico es una sentildeal importante de la inminencia de actividad eruptiva del volcaacuten Las
teacutecnicas GNSS son adecuadas para este propoacutesito ya que permiten medir cambios
en el tiempo de coordenadas tridimensionales en los puntos de monitorizacioacuten El
estudio realizado en la erupcioacuten submarina de la isla del Hierro corrobora que la
deteccioacuten temprana de los abombamientos de zonas volcaacutenicas puede ser conside-
rada como un soacutelido precursor de una inminente erupcioacuten volcaacutenica y las teacutecnicas
de GNSS son una herramienta uacutetil para este propoacutesito
En sismologiacutea en cambio las cosas son diferentes y queda mucho camino por
recorrer para poder predecir geograacutefica y temporalmente terremotos potencialmente
destructivos Desafortunadamente en los estudios realizados no se ha podido en-contrar ninguacuten precursor al respecto
6 Liacuteneas futuras
220
6 Liacuteneas futuras
221
6 Liacuteneas futuras
Vista la potencia de la metodologiacutea utilizada en la deteccioacuten de desplazamientos del
terreno en zonas geodinaacutemicamente activas los futuros trabajos a realizar para con-
tinuar con esta liacutenea de investigacioacuten seriacutean
Estudios de implantacioacuten de redes GNSS permanentes para la deteccioacuten de defor-
maciones en tiempo real con sistemas de alerta en zonas potencialmente peligrosas
o activas
Para solventar las limitaciones indicadas en las conclusiones ademaacutes del posicio-
namiento relativo con medidas de fase en postproceso se aplicariacutea el meacutetodo de
posicionamiento absoluto ldquoPrecise point positioningrdquo (PPP) que nos permitiriacutea
solventar las limitaciones impuestas por el marco de referencia aunque sacrificando
precisioacuten para detectar los desplazamientos de corta duracioacuten no permanentes Para
zonas en las que el fenoacutemeno a estudiar presente tasas de desplazamiento elevadas
no comparables al movimiento general del marco de referencia se podriacutea emplear
la solucioacuten de red mediante enviacuteo de correcciones diferenciales
En esta investigacioacuten se han analizado dos aacutereas especialmente sensibles en este
sentido
- La cuenca de Lorca constituye una zona de especial intereacutes Por una parte
se encuentra al lado de la falla Alhama de Murcia una de las mayores fa-
llas de la zona de cizalla del este de las Beacuteticas responsable de muchos de
los grandes sismos histoacutericos dantildeinos que han sucedido en este sector Por
otro lado parte de la cuenca estaacute en estos momentos afectada por un proce-
so de hundimiento con una de las tasas maacutes altas de Europa superaacutendose
en ciertos puntos los 10 cm anuales
- La isla de El Hierro en las Islas Canarias La erupcioacuten submarina que tuvo
lugar en octubre de 2011 constituye la uacuteltima manifestacioacuten volcaacutenica en
Canarias despueacutes de 40 antildeos de inactividad pero nos recuerda que la isla
es todaviacutea volcaacutenicamente activa Los desplazamientos y movimientos del
terreno en zonas proacuteximas a los volcanes son uno de los signos precursores
de las erupciones volcaacutenicas y en este sentido el estudio realizado pone de
manifiesto que antes de la erupcioacuten estudiada se produjeron movimientos
del terreno
La implantacioacuten de una red geodeacutesica local de alta precisioacuten podriacutea
resultar de ayuda de cara a estudiar el comportamiento volcaacutenico de la zona
y a predecir futuras erupciones volcaacutenicas potencialmente peligrosas para
la poblacioacuten
6 Liacuteneas futuras
222
Esta investigacioacuten se podriacutea aplicar
para la deteccioacuten y cuantificacioacuten de
desplazamientos del terreno en zonas
en las que se producen extracciones
de hidrocarburos mediante el proceso
de fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica comuacuten-
mente conocida como ldquofrackingrdquo es
un proceso en el cual se fracturan las
rocas a traveacutes de la inyeccioacuten de
fluidos a alta presioacuten Recientemen-
te en durante una exploracioacuten de gas
de esquisto en Lancashire en el
Reino Unido la fracturacioacuten hidraacuteu-
lica ha sido asociada con temblores
de tierra causando una gran alarma
en la poblacioacuten
Se piensa que la inyeccioacuten de fluidos
para crear fracturas como se indica
en la Figura 61 permite que las
redes de fracturas se propaguen a las
zonas de fallas Consecuentemente
los fluidos inyectados pueden propa-
garse dentro de la zona de falla provocando un deslizamiento Los mecanismos
magnitud y frecuencia de la sismicidad inducida relacionada con la fracturacioacuten
hidraacuteulica no son totalmente comprendidos y hasta ahora no se ha estudiado su
lugar dentro del contexto global con otras formas de sismicidad inducida (Davies et
al 2013)
Disentildeando e implantando redes GNSS en zonas de extraccioacuten y monitorizando las
fallas afectadas se podriacutea hacer un seguimiento en tiempo real de todo el proceso
de fracking Se podriacutea obtener informacioacuten cientiacutefica baacutesica sobre la sismicidad
inducida y si fuera el caso activar las alarmas oportunas
Figura 61 Corte tridimensional simplificado de
un campo de produccioacuten de gas de esquisto Un
pozo se perfora hasta alcanzar los depoacutesitos pro-
fundos Los fluidos a alta presioacuten son inyectados
en la roca causando que eacutesta se rompa y libere el
gas atrapado Se piensa que la sismicidad induci-
da ocurre cuando esta fracturacioacuten hidraacuteulica
permite que los fluidos se muevan a la zona de la
falla (Davies et al 2013)
7 Bibliografiacutea
223
7 Bibliografiacutea
Altamimi Z Metivier L y Collilieux X (2011) ldquoITRF2008 plate motion mod-
elrdquo Journal of Geophysical Research Solid Earth (1978ndash2012) Vol 117 Issue B7
Aacutelvarez-Goacutemez J A et al Tsunami hazard at the Western Mediterranean Spanish
coast from seismic sources Natural hazards and Earth System Sciences 11 (227-
240)
Argus DF Gordon RG Demets C y Stein S (1989) ldquoClosure of the Africa-
Eurasia-North America plate motion circuit and tectonics of the Gloria faultrdquo Jour-
nal of Geophysical Research 94 5585-5602
Atlas global de la regioacuten de Murcia wwwatlasdemurciacom Visitada
28062011
Avouac J P 2011 ldquoThe lessons of Tohoku-Okirdquo Nature Vol 475 300-301
Baacuteez JC Parra H y Maturana R (2011) ldquoMonitoreamiento del efecto postsiacutesmi-
co del terremoto del Maule a partir de observaciones GNSSrdquo
httpwwwsirgasorgfileadmindocsBoletinesBol16Baez_et_al_Efecto_potsismi
co_del_Maulepdf Visitada 150512
Barnes G L (2003) ldquoOrigins of the Japanese Islands The New ldquoBig Picturerdquordquo
University of Durham
Baxter P J (2000) ldquoErupciones volcaacutenicas Impacto de los desastres en la salud
puacuteblicardquo Organizacioacuten panamericana de la salud
Bell J W Geoffrey F A y King C P (1997) ldquoPreliminary late quaternary slip
history of the Carboneras fault south-eastern Spainrdquo Journal of Geodynamics Vol
24 Nos 1-4 pp 51-66
Benciolini B Biagi L Crespi M Manzino AM y Roggero M (2008) ldquoRef-
erente frames for GNSS positioning services some problems and proponed solu-
tionsrdquo Journal of Applied Geodesy 2 pp 53-62
Berneacute Valero J L Anquela Juliaacuten A B y Garrido Villeacuten N (2013) ldquoGPS Fun-
damentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacuteardquo Ed Universitat Politegravecnica de
Valegravencia
Berrocoso M Fernandez-Ros A Prates G Martin M Hurtado R Pereda J y
Garcia M J Garcia-Cantildeada L Ortiz R y Garcia A (2012) Analysis of surface
deformation during the eruptive process of El Hierro Island (Canary Islands Spain)
Detection Evolution and Forecasting EGU General Assembly 2012 Geophysical
Research Abstracts Vol 14 EGU2012-4351 2012
7 Bibliografiacutea
224
Beutler G (2011) ldquoRevolucion in Geodesy and Surveyingrdquo International Associa-
tion in Geodesy (IAG)
Blewitt G y Lavalleacutee D (2002) ldquoEffect of annual signals on geodetic velocityrdquo
Journal of Geophysical Research VOL 107 NO B7 1010292001JB000570
Bock Y 1991 ldquoContinuous monitoring of crustal deformationrdquo GPS World
240-47
Calero E 2003 Historia de la Geodesia
httpecalerotripodcomsitebuildercontentsitebuilderfileshistoria_ipdf Visitada
031012
Carracedo J C Fernaacutendez-Turiel J L Peacuterez-Torrado F J Rodriacuteguez-Gonzaacutelez
A Troll V y Wiesmaier S (2012) ldquoCrisis siacutesmica de 2011 en el Hierro Croacutenica
de una erupcioacuten anunciadardquo httpwwwgiulpgcesgeovolpdfEl20Hierro-
2011pdf Visitada 131012
Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (2010)
httpwwwcredbesitesdefaultfilesADSR_2010pdf Visitada 140411
Ceroacuten J C y Pulido-Bosch A (1996) ldquoGroundwater problems resulting from
CO2 pollution and overexploitation in Alto Guadalentiacuten aquifer (Murcia Spain)rdquo
Environmental Geology 28 223-228
Chang C C 2000 ldquoEstimates of horizontal displacements associated with the
1999 Taiwan earthquakerdquo Survey Review 35 (278) 563-568
Chen CH Yeh TK Liu JY Wang CH Wen S Yen HY y Chang SH
(2011) ldquoSurface deformation and seismic rebound implications and applicationsrdquo
Survey in Geophysics 32291-313
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura (2013 - 1) ldquoCaracterizacioacuten adicional de las
masas de agua subterraacutenea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales
en 2015rdquo (Archivo 070-050 - Bajo Guadalentiacuten) (Archivo 070-057 - Alto Guada-
lentiacuten) httpwwwchseguraeschsplanificacionydmaplanificacionfichashtml
Visitada 08-10-2013
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura (2013 - 2) ldquoAnexo B Fichas de los temas
importantesrdquo
httpswwwchseguraesexportdescargasplanificacionydmaplanificaciondocsdes
cargaAnexo_B_ETIpdf P 181 Visitada 10-10-2013
Dach R Hugentobler U Fridez P y Meindl M (2007) ldquoBernese GPS Software
Version 50rdquo Astronomical Institute University of Bern
7 Bibliografiacutea
225
Davies R Foulger G Bindley A and Styles P (2013) ldquoInduced seismicity and
hydraulic fracturing for the recovery of hydrocarbonsrdquo Marine and Petroleum Ge-
ology Volume 45 Pages 171ndash185
De Mets C Gordon R G Argus D y Stein S (1990) ldquoCurrent plate motionsrdquo
Geophysical Journal International 101 425-478
Dewey J F (1988) ldquoExtensional collapse of orogensrdquo Tectonics 7-6 1123-1139
Dogani U Oz D y Ergintav S (2013) ldquoKinematics of landslide estimated by
repeated GPS measurements in the Avcilar region of Istanbul Turkeyrdquo Studia
Geophysica et Geodaetica 57 217-232
Elsobeiey M y El-Rabbany A (2011) ldquoGPS Precise Point Positioning Some
Recent Developmentsrdquo Proceedings Geomatics Technologies in The City Arabia
Saudiacute
Ergintav S Buumlrgmann R McClusky S Akmak R C Reilinger R E Lenk
O Barka A y Ozener H ldquoPostseismic Deformation near the I˙zmit Earthquake
(17 August 1999 M 75) Rupture Zonerdquo Bulletin of the Seismological Society of
America 92 1 2002 pp 194ndash207
Fortuin AR y Krijgsman W ldquoThe Messinian of the Nijar Basin (SE Spain) sed-
imentation depositional environments and paleogeographic evolutionrdquo Sedimen-
tary Geology Volume 160 Issues 1ndash3 1 August 2003 Pages 213ndash242
Fuentes S (2006) ldquoDiagnoacutestico del uso de proyecciones transversales de Mercator
en escalas urbanasrdquo Tesis doctoral Universidad Tecnoloacutegica Metropolitana de
Chile
Galindo-Zaldivar J Jabaloy A Gonzaacutelez-Lodeiro F y Aldaya F (1997) ldquoCrus-
tal structure of the central sector of the Betic Cordillera (SE Spain)rdquo Tectonics 16
18-37
Galindo-Zaldiacutevar J Gil AJ Borque MJ Gonzaacutelez-Lodeiro F Jabaloy A
Mariacuten-Lechado C Ruano P y Sanz de Galdeano C (2003) ldquoActive faulting in
the internal zones of the central Betic Cordilleras (SE Spain)rdquo Journal of Geody-
namics 36 239-250
Galindo-Zaldiacutevar J Gil AJ Sanz de Galdeano C Shanov S y Stanica D
(2007) ldquoMonitoring of active tectonic structures in Central Betic Cordillera (south-
ern Spain) Acta Geodynamica et Geomaterialia Vol 4 No 1 (145) 19-29
Garciacutea de la Noceda Maacuterquez C Octavio de Toledo y Ubieto F y Pozo Goacutemez
M (1999) ldquoPrograma de actualizacioacuten del inventario hidrogeoloacutegico (PAIH)rdquo
Instituto Geominero de Espantildea
7 Bibliografiacutea
226
Garciacutea-Mayordomo J Gaspar-Escribano J M y Benito B (2007) ldquoSeismic haz-
ard assessment of the Province of Murcia (SE Spain) analysis of source contribu-
tion to hazardrdquo Journal of Seismology 11 (453-471)
Garrido-Villeacuten N Berneacute-Valero JL Antoacuten-Merino A y Huang C Q (2013)
ldquoDisplacement of GNSS permanent stations depending on the distance to the epi-
center due to Japanrsquos earthquake on 11 March 2011rdquo Survey Review Volume 45
330 pp 159-165 doi 1011791752270612Y0000000025
Gianniou M (2010) ldquoInvestigating the effects of earthquakes using HEPOS Grav-
ity Geoid end Earth Observationrdquo International Association of Geodesy Symposia
135
Gil de la Iglesia A (2008) ldquoEstudio de fallas activas en la Cordillera Beacutetica Orien-
tal entre 3ordm-0ordm O y 36ordm30rsquo-36ordm30rsquoNrdquo Universidad de Barcelona Proyecto fin de ca-
rrera httphdlhandlenet24454641 Visitada 090411
Gonzaacutelez PJ y Fernaacutendez J 2011 ldquoDrought-driven transient aquifer compaction
imaged using multi-temporal satellite radar interferometryrdquo Geology 396 551ndash
554 doi101130G319001
Gonzaacutelez P J Tiampo K F Palano M Cannavoacute F y Fernaacutendez J (2012)
ldquoThe 2011 Lorca earthquake slip distribution controlled by groundwater crustal
unloadingrdquo Nature Geoscience Vol 5 821-825
Grapenthin R y Freymueller J T (2011) ldquoThe dynamics of a seismic wave field
Animation and analysis of kinematic GPS data recorded during the 2011 Tohoku-
oki earthquake Japanrdquo Geophysical Research Letters 38 L18308
doi1010292011GL048405
Grupo de Investigacioacuten en Ingenieriacutea Siacutesmica Universidad Politeacutecnica de Madrid
httpwww2topografiaupmesgrupossismodataCONTEXTOgeologicopdf
Visitada 10102012
Gu G y Wang W (2013) Advantages of GNSS in Monitoring Crustal Defor-
mation for Detection of Precursors to Strong Earthquakes Positioning Vol 4 No
1 2013 pp 11-19 doi 104236pos201341003
Halicioglu K y Ozener H (2008) ldquoGeodetic Network Design and Optimization on
the Active Tuzla Fault (Izmir Turkey) for Disaster Managementrdquo Sensors 8(8) pp
4742-4757 doi103390s8084742 No 821393 1906
Hammer J y Mosquera Machado S (2002) ldquoMicrozonificacioacuten Siacutesmica y Orde-
namiento Territorialrdquo III Coloquio sobre Microzonificacioacuten Siacutesmica del 15 al 18
de julio de 2002 Fundacioacuten Venezolana de Investigaciones Sismoloacutegicas Ministe-rio de Ciencias y Tecnologiacutea Caracas Venezuela
7 Bibliografiacutea
227
Hatanaka Y Yamagiwa A Iwata M y Otaki S (2007) ldquoAddition of real-time
capability to the Japanese dense GPS Networkrdquo Geographical Survey Institute
Japan
Hoque M y Jakowski N (2007) ldquoHigher order ionospheric effects in precise
GNSS positioningrdquo Journal of Geodesy Vol 81 pp 259-268
Hofmann-Wellenhof B Lichtenegger H y Wasle E (2008) ldquoGNSS Global
Navigation Satellite Systemrdquo Ed Springer Wien New York
Hu JC Cheng LW Chen HY Wu YM Lee JC Chen YG Lin KC
Rau RJ Kuochen H Chen HH Yu SB y Angelier J (2007) ldquoCoseismic
deformation revealed by inversion of strong motion and GPS data the 2003
Chengkung earthquake in eastern Taiwanrdquo Geophysical Journal International 169
667ndash674
Huber K Heuberger F Abart C Karabatic A Weber R y Berglez P (2010)
ldquoPPP Precise Point Positioning ndash Constraints and Opportunitiesrdquo FIG Working
Week Sydney Australia
Hudnut K W 2008 ldquoImproving GNSS for Future Natural Disaster Reduction
Earthquakesrdquo U S Geological Survey httpwwwpntgovpublic20082008-12-
ICGhudnutpdf Visitada 250112
Ibarguumlen S y Rodriacuteguez E (2012)
wwwatlasdemurciacomindexphpsecciones13sismicidad Visitada 40612
InsideGNSS (2006) ldquoGNSS Solutions Precise Point Positioning and Its Challeng-
es Aided-GNSS and Signal Tracking What is precise point positioning (PPP) and
what are its requirements advantages and challengesrdquo
httpwwwinsidegnsscomnode282 Visitada 220913
Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (1975) ldquoInvestigacioacuten Hidrogeoloacutegica de
la Cuenca Baja del Segura Informe Teacutecnico 5rdquo El Valle del Guadalentiacuten P65
Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (1987) ldquoDeclaracioacuten provisional de acuiacutefe-
ro sobreexplotado relativa al sistema acuiacutefero del Valle del Guadalentiacuten (Murcia)rdquo
P11
Iribarren Gonzaacutelez L Vergeacutes Llahiacute J Camurri F Fullea J y Fernagravendez Ortiga
M (2007) ldquoThe structure of the AtlanticndashMediterranean transition zone from the
Alboran Sea to the Horseshoe Abyssal Plain (IberiandashAfrica plate boundary)rdquo Ma-
rine Geology Volume 243 Issues 1ndash4 Pages 97ndash119
Janssen V (1997) ldquoA Mixed-Mode GPS Network Processing Approach for Vol-
cano Deformation Monitoringrdquo University of Bonn Germany
7 Bibliografiacutea
228
Jimeacutenez-Peraacutelvarez JD (2012)rdquoMovimientos de ladera en la vertiente meridional
de Sierra Nevada (Granada Espantildea) identificacioacuten anaacutelisis y cartografiacutea de sus-
ceptibilidad y peligrosidad mediante SIGrdquo Tesis doctoral Universidad de Granada
Kilburn C (2012) ldquoPrecursory deformation and fracture before brittle rock failure
and potential application to volcanic unrestrdquo Journal of Geophysical Reseach Vol
117 B02211 12 pp
Kilinc A (2008) ldquoWhat causes a volcano to erupt and how do scientists predict
eruptionsrdquo Scientific American November 6
Kulkarni M N Likhar S Tomar V S y Pillai P (2004) ldquoPreliminary results of
GPS studies for the January 2001 Gujarat earthquakerdquo Survey Review 37 (292)
490-497
Kulkarni M N Radhakrishnan N y Rai D (2006) ldquoGlobal positioning system in
disaster monitoring of Koyna Dam western Maharashtrardquo Survey Review 38
(301) 629-636
Kuo L C Yu S B Hsu Y J Hou C S Lee Y H Tsai C S y Chen C S
(2002) ldquoImpact of a large earthquake on a GPS network the case of the 1999 Chi-
Chi Taiwan earthquakerdquo Survey Review 36 (284) 423-431
Laiacutenez Samper M D Romay Merino M M Mozo Garciacutea A Piacuteriz Nuntildeez R y
Tashi T (2011) ldquoMultisystem real time precise-point-positioningrdquo
httpmycoordinatesorgmultisystem-real-time-precise-point-positioningall1
Visitada 061013
Larson K M Poland M y Miklius A (2010) ldquoVolcano monitoring using GPS
Developing data analysis strategies based on the June 2007 Kīlauea Volcano intru-
sion and eruptionrdquo Journal of Geophysical Research VOL 115 B07406 10 PP
Le Pichon X Bonnin J y Pautot G (1970) ldquoThe Gibraltar end of the Azores-
Gibraltar Plate boundary an example of compressive tectonics (Abstract)rdquo Upper
Mantle Committee Symposium Flagstaff Arizona July 1970
Leick A (2004) ldquoGPS Satellite Surveyingrdquo Ed John Wiley amp Sons New Jersey
Liren H Yang F Wuxing D Qing M y Xin M (2003) ldquoActive tectonic
boundaries of the China mainland inferred from GPS observationsrdquo Chinese Jour-nal of Geophysics Vol46 No5 pp 874-882
Martiacuten Furones A (2011) ldquoSistema y marco de referencia terrestre Sistemas de
coordenadasrdquo Apuntes
httpwwwupvesunigeoindexdocenciaetsigctastronomiateoriaastronomiaT2p
df Visitado 110913
7 Bibliografiacutea
229
Martiacutenez Diacuteaz JJ (1998) ldquoNeotectoacutenica y tectoacutenica activa del Sector Centro-
Occidental de la Regioacuten de Murcia y Sur de Almeriacutea (Cordillera Beacutetica ndash Espantildea)rdquo
Universidad Complutense de Madrid Tesis doctoral
Martiacutenez-Diacuteaz J J ldquoSismotectoacutenica de la falla de Alhama de Murcia Implicacio-
nes sismogeneacuteticas del terremoto de Lorca de junio de 1977 (Mb42)rdquo Estudios
geoloacutegicos 55 (251-256)
Martiacutenez-Diacuteaz J J y Hernaacutendez Enrile J L ldquoReactivacioacuten de la falla de Alhama
de Murcia (sector de Lorca-Totana) Cinemaacutetica y campos de esfuerzos desde el
Messiniense hasta la actualidadrdquo Geogaceta 9 (38-42)
Martiacutenez-Diacuteaz JJ Masana E Hernaacutendez-Enrile JL y Santanach P (2003)
ldquoEffects of repeated paleoearthquakes on the Alhama de Murcia Fault (Betic Cor-
dillera Spain) on the Quaternary evolution of an alluvial fan systemrdquo Annals of Geophysics Vol 46 N 5 (775-791)
Martiacutenez Diacuteaz JJ Massana E y Ortuntildeo M (2012a) ldquoActive Tectonics of the
Alhama de Murcia fault Betic cordillera Spainrdquo Journal of Iberian Geology 38
(1) 2012 253-270
Martiacutenez Diacuteaz J J Aacutelvarez Goacutemez J A Garciacutea Mayordomo J Insua Areacutevalo J
M Martiacuten Gonzaacutelez F y Rodriacuteguez Peces M J (2012b) ldquoInterpretacioacuten tectoacutenica
de la fuente del terremoto de Lorca de 2011 (Mw 52) y sus efectos superficialesrdquo
Boletiacuten geoloacutegico y minero Vol 123 Nordm 4 441-458
Masana E Pallas R Perea H Ortuntildeo M Martiacutenez-Diacuteaz JJ Garciacutea-Melendez
E y Santanacha P (2005) ldquoLarge Holocenemorphogenic earthquakes along the
Albox fault Betic Cordillera Spainrdquo Journal of Geodynamics 40 (2005) 119ndash133
Massana E Martiacutenez-Diacuteaz JJ Hernaacutendez-Enrile JL y Santanach P (2004)
ldquoThe Alhama de Murcia fault (SE Spain) a seismogenic fault in a diffuse plate
boundary Seismotectonic implications for the Ibero-Magrebian regionrdquo Journal of
Geophysical Reseach B Solid Earth 109 (1-17)
McKenzie D P (1970) ldquoPlate tectonics of the Mediterranean regionrdquo Nature
226 239
McKenzie D P (1972) ldquoActive tectonics of the mediterranean regionrdquo Geophys-ical Journal of the Royal Astronomical Society 30 109-185
Meade B J Hager B H McClusky S C Reilinger R E Ergintav S Lenk
O Barka A y Ozener H (2002) ldquoEstimates of Seismic Potential in the Marmara
Sea Region from Block Models of Secular Deformation Constrained by Global
Positioning System Measurementsrdquo Bulletin of the Seismological Society of Ameri-ca 92 1 pp 208ndash215
7 Bibliografiacutea
230
Mendoza L Kehm A Koppert A Martiacuten Daacutevila J Gaacuterate J y Becker M
(2012) ldquoThe Lorca Earthquake observed by GPS a Test Case for GPS Seismolo-
gyrdquo Fiacutesica de la Tierra Vol 24 (2012) 129-150
Millaacuten Gamboa J M (2006) Geodesia y Topografiacutea JM Ediciones Caacutediz
Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y Medio Ambiente Sistema de informa-
cioacuten de recursos subterraacuteneos (Spanish) httpsigmagramaesrecursossub Visita-
da 05032013
Mogi K (1969) ldquoSome features of recent Seismic activity in and near Japan (2)
Activity before and after great earthquakesrdquo Bulletin of the Earthquake Research Institute University of Tokyo 47 395ndash417
Morales J Serrano I Jabaloy A Galindo-Zaldiacutevar J Zhao D Torcal F Vi-
dal F y Gonzaacutelez-Lodeiro F (1999) ldquoActive continental subduction beneath the
Betic Cordillera and the Alboran Seardquo Geology 27 735-738
NASA Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology
httpwwwjplnasagovnewsnewscfmrelease=2011-080 Visitada 090211
Navipedia httpwwwnavipedianetindexphpPrecise_Point_Positioning Visita-
da 050913
Normile D (2011) ldquoDevastating earthquake defied expectationsrdquo Science Vol
331 1375
Ortuntildeo M Masana E Garcia-Melendez E Martinez-Diaz J Stepancikova P
Cunha PP Sohbati R Canora C Buylaert J-P y Murray AS (2012) ldquoAn
exceptionally long paleoseismic record of a slow-moving fault The Alhama de
Murcia fault (Eastern Betic shear zone Spain)rdquo Geological Society of America Bul-
letin 124 910 1474
Oumlzyasar M y Oumlzluumldemir M T (2011) ldquoThe contribution of engineering surveys
by means of GPS to the determination of crustal movements in Istanbulrdquo Natural
Hazards and Earth system Sciences 11 1705-1713
Peacuterez J Monico J y Chaves J (2003) Velocity Field Estimation Using GPS
Precise Point Positioning The South American Plate Case Positioning Vol 1 No
5
Perez-Torrado F J Carracedo J C Rodriacuteguez-Gonzaacutelez A Soler V Troll V
R y Wiesmaier S (2012) ldquoLa erupcioacuten submarina de La Restinga en la isla de El
Hierro Canarias Octubre 2011-Marzo 2012rdquo Estudios Geoloacutegicos 68(1) enero-
junio 5-27
7 Bibliografiacutea
231
Pospiacutesil L Hefty J y Hipmanovaacute L (2012) ldquoRisk and geodynamically active
areas of the carpathian lithosphere on the base of geodetical and geophysical datardquo
Acta Geodaetica et Geophisica Hungarica Vol 47(3) pp 287ndash309
Promthong C (2006) ldquoDeformation of geodetic network in Thailand due to crustal
movementrdquo Royal Thai Survey Department Seventeenth United Nations Regional
Cartographic Conference for Asia and the Pacific Bangkok
Ramiacuterez M y Ortiz D (2003) ldquoEstimacioacuten de los paraacutemetros de transformacioacuten
entre los sistemas de referencia WGS84 y PSAD-56 para una zona de Calamardquo 124
p Universidad de Santiago de Chile
Rangin C Bader AG Pascal G Ecevitoglu B y Goumlruumlr N (2002) ldquoDeep struc-
ture of the Mid Black Sea High (offshore Turkey) imaged by multi-channel seismic
survey (BLACKSIS cruise)12rdquo Marine Geology 182 pp 265-278
Ray J Dong D y Altamimi Z (2004) ldquoIGS reference frame status and future
improvements dentro de Proceedings of IGS Celebrating a decade of the Interna-
tional GPS Service Berna 1-5 de marzo de 2004
Reicherter KR y Reiss S (2001) ldquoThe Carboneras Fault Zone (southeastern
Spain) revisited with Ground Penetrating Radar ndash Quaternary structural styles from
high-resolution imagesrdquo Netherlands Journal of Geosciences Geologie en
Mijnbouw 80 (3-4) 129-138
Rizos C Janssen V Roberts C y Grinter T (2012) ldquoPrecise Point Positioning
Is the Era of Differential GNSS Positioning Drawing to an Endrdquo FIG Working
Week 2012 Knowing to manage the territory protect the environment evaluate the
cultural heritage Rome Italy
Rodriacuteguez Estrella T Hernaacutendez Peacuterez F F y Navarro Hewaacutes F (1996) ldquoPosi-
ble relacioacuten de la tectoacutenica actual distensiva con el alargamiento de los piping en el
saladar de La Mata-Los Ventorrillos (Valle del Guadalentiacuten Murcia)rdquo Papeles de
Geografiacutea N 23-24 263-281
Rodriacuteguez Estrella T (2012) httpnuestra-
tierralaverdadesnaturalezageologia2730-la-sobreexplotacion-del-acuifero-del-
guadalentin-no-causo-el-terremoto Visitada 40612
Ruano P Galindo-Zaldiacutevar J y Jabaloy A (2004) ldquoRecent Tectonic Structures in
a Transect of the Central Betic Cordillerardquo Pageoph 161 541-563
Sagiya T (2004) ldquoA decade of GEONET 1994ndash2003 The continuous GPS obser-
vation in Japan and its impactrdquo Earth Planets Space 56 xxixndashxli
Sagiya T (2011) ldquoRebuilding seismologyrdquo Nature Vol 473 146-148
7 Bibliografiacutea
232
Sansograve Fernando A (2003) ldquoWindow on the Future of Geodesyrdquo International
Assotiation of Geodesy Symposia Volume 128 Springer
Santoyo M A y Luzoacuten F (2008) ldquoStress relations in three recent seismic series in
the Murcia Region southeastern SpainrdquoTectonophysics 457 (86-95)
Sanz de Galdeano C (1990) ldquoGeologic evolution of the Betic cordilleras in the
Western Mediterranean Miocene to presentrdquo Tectonophysics 172 107-109
Sanz de Galdeano C y Alfaro P (2004) ldquoTectonic significance of the present
relief of the Betic Cordillerardquo Geomorphology 63 178-190
Satirapod C 2007 ldquoDeformation of Thailand as detected by GPS Measurements
due to the december 26th 2004 megathrust Earthquakerdquo Survey Review 39 (304)
109-115
Schenk V Kadlečiacutek P Wegmuumlller U Schenkovaacute Z y Seidlovaacute Z (2009)
ldquoSurface deformation of Prague and Ostrava-Karvinaacute areas determined by PS and
Differential Interferometry Products 5th User Workshop 25th-26th March 2009
ESAESRIN Frascati Italy Final Programme amp Abstract Book 16ndash-17
httpwwwterrafirmaeucom
Seeber G (2003) ldquoSatellite Geodesyrdquo Ed Walter de Gruyter bull Berlin bull New York
Sevilla de Lerma Miguel J (2001) ldquoIntroduccioacuten histoacuterica a la Geodesiardquo Univer-
sidad Complutense de Madrid
Simons M Minson SE Sladen A Ortega F Jiang J Owen SE Meng L
Ampuero JP Wei S Chu R Helmberger DV Kanamori H Hetland E
Moore AW y Webb FH (2011) ldquoThe 2011 Magnitude 90 Tohoku-Oki
Earthquake Mosaicking the Megathrust from Seconds to Centuriesrdquo Science Vol
332 1421-1425
SISMIMUR (2011) httpwww112rmcomdgsceplanessismimursis_4_1html
Visitada 04112011
Spicak A y Vanek J (2011) ldquoThe MW 90 Tohoku Earthquake Japan March 11
2011rdquo Studia Geophysica et Geodaetica 55 389-395
Takahashi H (2011) ldquoStatic strain and stress changes in eastern Japan due to 2011
off the Pacific coast of Tohoku Earthquake as derived from GPS datardquo Earth Planets and Space 63(7) 741-744
Takuya Nishimura Hiroshi Munekane y Hiroshi Yarai (2011) ldquoThe 2011 off the
Pacific coast of Tohoku Earthquake and its aftershocks observed by GEONETrdquo
Earth Planets Space Vol 63 (No 7) pp 631-636
Tarbuck Edward J y Lutgens Frederick K (2005) ldquoCiencias de la Tierra una
introduccion a la Geologiacutea Fiacutesicardquo Ed Pearson Educacioacuten
7 Bibliografiacutea
233
Tilling RI y PW Lipman (1993) ldquoLessons in reducing volcano riskrdquo Nature
364 p 277-280
Tomaacutes R Herrera G Delgado J y Pentildea F (2009) ldquoSubsidencia del terrenordquo
Ensentildeanza de las Ciencias de la Tierra (173) 295-302 ISSN 1132-9157
Turgut U Kamil E y Ahmet A (2010) ldquoMonitoring Plate Tectonic and Subsid-
ence in Turkey by CORS-TR and InSARrdquo FIG Congress 2010
Turrioacuten Pelaacuteez F (2012) ldquoNuevas aportaciones al conocimiento hidrogeoloacutegico
del valle del Guadalentiacuten y su evolucioacuten en los uacuteltimos 30 antildeosrdquo
httpwwwfranciscoturrioncom201212el-acuifero-de-lorca-no-estahtml Visita-
da 16052012
United Nations Population Fund
httpwwwunfpaorgpublichomepublicationspid8726 Visitada 05062011
USGS (United States Geological Survey) (2011)
httpearthquakeusgsgovearthquakeseqarchiveslast_eventworldworld_spainph
p Visitada 03112011
USGS (United States Geological Survey) 2011 Science Features Categories Fea-
tured Natural Hazards
Vegas R (1985) ldquoTectoacutenica del aacuterea Iacutebero-Magrebiacute Mecanismo de los Terremo-
tos y Tectoacutenicardquo Ed Univ Complutense Madrid 197-215
Vigny C Huchon P Ruegg J Khanbari K y Asfaw L M (2006) ldquoConfirma-
tion of Arabia plate slow motion by new GPS data in Yemenrdquo Journal of Geophys-
ical Research VOL 111 B02402 doi1010292004JB003229
Wang F Shen ZK Wang YZ y Wang M (2011) ldquoInfluence of the March 11
2011 Mw 90 Tohoku-Oki earthquake on regional volcanic activitiesrdquo Chinese
Science Bulletin Vol 56 2077-2081
Wang K (2007) ldquoElastic and viscoelastic models of crustal deformation in sub-
duction earthquake cyclesrdquo Earth Science Series Columbia Univ press New York
USA 545ndash575
Westaway R (2003) ldquoKinematics of the Middle East and Eastern Mediterranean
Updatedldquo Turkish Journal of Earth Sciences Vol 12 pp 5-46
Wright T J N Houlieacute M Hildyard y T Iwabuchi (2012) ldquoReal-time reliable
magnitudes for large earthquakes from 1 Hz GPS precise point positioning The
2011 Tohoku-Oki (Japan) earthquakerdquo Geophysical Research Letters 39 pp 47-
63 L12302 doi1010292012GL051894
7 Bibliografiacutea
234
Yue H y T Lay (2011) ldquoInversion of high-rate (1 sps) GPS data for rupture pro-
cess of the 11 March 2011 Tohoku earthquake (Mw 91)rdquo Geophysical Research
Letters 38 pp 66-79 L00G09 doi1010292011GL048700
Zusheng Z First Crustal Deformation Monitoring Center China Seismological
Bureau Tianjin 300180 China
1
Vas hacia el camino y si no cuidas tus pasos no sabes hacia doacutende te arrastraraacuten
Bilbo Bolsoacuten
2
Agradecimientos
3
Agradecimientos
En primer lugar gracias a Natalia por su apoyo incondicional ideas criacuteticas y su
ayuda sin la cual todo esto no tendriacutea sentido
Todo mi agradecimiento para mi codirector de Tesis Joseacute Luis Berneacute por sus
ideas material consejos y por compartir conmigo su gran experiencia investigado-
ra
Gracias a Joel Isis y Axel que han compartido a su padre con este trabajo
4
Resumen
5
Resumen
La Tierra es un planeta en continua transformacioacuten Si retrocedieacuteramos en el tiempo
1500 millones de antildeos no reconoceriacuteamos ninguacuten rasgo actual en su superficie ni
montantildeas ni cuencas oceaacutenicas ni posiciones relativas de los continentes Por el
contrario si pudieacuteramos mirar la Luna con un telescopio que nos mostrara coacutemo era
hace 1500 millones de antildeos observariacuteamos que su superficie salvo algunos nuevos
craacuteteres no ha variado Esto es debido a que la Tierra al contrario que la Luna auacuten
no se ha enfriado y se mantiene geoloacutegicamente activa y en continuo movimiento
En esta tesis doctoral se ha tratado de validar las teacutecnicas GNSS como herramienta
fundamental en estudios de geodinaacutemica interna orientando la investigacioacuten hacia
la buacutesqueda de precursores en el aacutembito de la sismologiacutea y vulcanologiacutea
Para poner en praacutectica la utilidad de dichas teacutecnicas se han realizado investigacio-
nes geodinaacutemicas aisladas publicadas en diversos medios
- Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la distan-
cia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de
2011 Publicado en Survey Review Mayo 2013
- Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca del
11 de mayo de 2011 Topcart Octubre 2012
- Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutecnicas
GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de 2011 Publi-
cado en Mapping Diciembre 2013
- Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erupcioacuten
submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas GNSS En
revisioacuten
- Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutecnicas
GNSS En revisioacuten
- Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordillera
Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS En revisioacuten
6
Resum
7
Resum
La Terra eacutes un planeta en contiacutenua transformacioacute Si retrocediacuterem en el temps 1500
milions danys no reconeixeriacuteem cap tret actual en la seua superfiacutecie ni muntanyes
ni conques oceagraveniques ni posicions relatives dels continents Al contrari si pogueacute-
rem mirar la Lluna amb un telescopi que ens mostrara com era fa 1500 milions
danys observariacuteem que la seua superfiacutecie excepte alguns nous cragraveters no ha va-
riat Accedilograve eacutes degut al fet que la Terra al contrari que la Lluna encara no sha refredat
i es manteacute geologravegicament activa i en continu moviment
En este treball sha tractat de validar les tegravecniques GNSS com a ferramenta fona-
mental en estudis de geodinagravemica interna orientant la investigacioacute cap a la busca de
precursors en lagravembit de la sismologia i vulcanologia
Per a posar en pragravectica la utilitat de dites tegravecniques shan realitzat investigacions
geodinagravemiques aiumlllades publicades en diversos mitjans
- Desplaccedilament destacions permanents GNSS en funcioacute de la distagravencia a
lepicentre a consequumlegravencia del terratreacutemol de Japoacute de l11 de marccedil de 2011
Publicat en Survey Review Maig 2013
- Estudi dels desplaccedilaments produiumlts pel terratreacutemol de Lorca de l11 de maig
de 2011 Topcart Octubre 2012
- Estudi dels desplaccedilaments permanents de plaques per mitjagrave de tegravecniques
GNSS deguts al terratreacutemol de Turquia del 23 doctubre de 2011 Publicat
en Mapping Desembre 2013
- Estudi dels desplaccedilaments del terreny produiumlts per lerupcioacute submarina dEl
Hierro doctubre de 2011 per mitjagrave de tegravecniques GNSS En revisioacute
- Estudi de la subsidegravencia en Lorca Murcia (Espantildea) per mitjagrave de tegravecniques
GNSS En revisioacute
- Estudi bagravesic dels desplaccedilaments de les falles actives en la serralada Begravetica
oriental per mitjagrave de tegravecniques GNSS En revisioacute
8
Abstract
9
Abstract
Planet Earth is in continuous transformation If we could move back in time 15
billion years we would not recognize any current feature on its surface no moun-
tains no ocean basins and relative positions of the continents By contrast if we
look at the Moon with a telescope to show us how was 1500 million years ago we
would observe its surface except for some new craters has not changed This is
because the Earth Moon unlike not yet cooled and geologically remains active and
in continuous movement
This paper has attempted to validate GNSS techniques as a fundamental tool in
internal geodynamic studies directing research toward finding precursors in the
field of seismology and volcanology
To implement the utility of such techniques there have been isolated geodynamic
investigations published in various media
- Displacement of GNSS permanent stations depending on the distance to the
epicentre due to Japanrsquos earthquake on 11 March 2011 Published in Sur-
vey review May 2013
- Study of displacements produced by Lorca earthquake on 11 May 2011
Topcart Octuber 2012
- Study of permanent plate displacement by GNSS techniques due to the
earthquake in Turkey on October 23 2011 Published in Mapping Decem-
ber 2013
- Study of ground displacement produced by El Hierro submarine eruption
on October 2011 through GNSS techniques In revision
- Study of land subsidence in Lorca Murcia (Spain) by GNSS techniques
In revision
- Basic study of active fault displacements in eastern Betic Cordillera by
GNSS techniques In revision
10
Iacutendice
11
1 Iacutendice
Agradecimientos 3
Resumen 5
Resum 7
Abstract 9
1 Iacutendice 11
2 Objetivo de la investigacioacuten 15
3 Introduccioacuten 17
31 Introduccioacuten a la Geodesia Espacial 17
311 Concepto 17
312 Historia 17
32 Introduccioacuten a la monitorizacioacuten de fenoacutemenos geodinaacutemicos mediante teacutecnicas GNSS 26
321 Introduccioacuten a la geodinaacutemica interna de la Tierra 26
322 Sistemas geodeacutesicos de referencia 38
323 Teacutecnicas maacutes utilizadas 60
324 Redes de estaciones permanentes 100
325 Estado del arte 102
4 Estudios realizados 125
41 Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la distancia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de 2011 126
411 Introduccioacuten 126
412 Objetivo de la investigacioacuten 129
413 Antecedentes 129
414 Marco geoestructural 130
415 Metodologiacutea 132
416 Resultados obtenidos 134
Iacutendice
12
417 Conclusiones 139
42 Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 142
421 Introduccioacuten 142
422 Antecedentes 143
423 Marco geoestructural 146
424 Metodologiacutea utilizada 151
425 Resultados obtenidos 153
426 Conclusiones y recomendaciones 154
43 Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutecnicas GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de 2011 156
431 Introduccioacuten 156
432 Marco geoestructural 159
433 Metodologiacutea 160
434 Resultados 164
435 Conclusiones 169
44 Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erupcioacuten submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas GNSS 170
441 Introduccioacuten 170
442 Marco geoestructural 173
443 Meacutetodos 176
444 Discusioacuten y conclusiones 183
45 Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutecnicas GNSS 185
451 Introduccioacuten 185
452 Antecedentes 186
453 Datos y metodologiacutea 188
454 Observaciones de campo 199
455 Discusioacuten y conclusiones 199
Iacutendice
13
46 Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordillera Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS 202
461 Introduccioacuten 202
462 Marco geoestructural 203
463 Metodologiacutea utilizada 205
464 Datos de partida 205
465 Marco temporal 207
466 Procesamiento de los datos 207
467 Resultados obtenidos 207
468 Conclusiones y recomendaciones 216
5 Conclusiones 219
6 Liacuteneas futuras 221
7 Bibliografiacutea 223
Iacutendice
14
2 Objetivo de la investigacioacuten
15
2 Objetivo de la investigacioacuten
De acuerdo con la UNFPA (United Nations Population Fund) siete mil millones de
personas habitaban la Tierra el 31 de octubre de 2011 Aproximadamente una de
cada dos personas vive en una ciudad y en tan soacutelo 35 antildeos esta cifra habraacute au-
mentado a dos de cada tres personas En 2011 maacutes de la mitad de la poblacioacuten
mundial viviraacute en zonas urbanas y en 2030 los pueblos y ciudades albergaraacuten a casi
5000 millones de personas (United Nations Population Fund 2011)
Seguacuten el CRED (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters) el 60 por
ciento de las muertes humanas causadas por los desastres naturales en la uacuteltima
deacutecada se debieron a terremotos dado que ocho de las ciudades maacutes pobladas del
planeta estaacuten construidas sobre fallas tectoacutenicas Estas ciudades son Katmanduacute
Nepal Estambul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta Indonesia Tokio Japoacuten
Meacutexico DF Meacutexico Nueva Delhi India Nueva York EEUU Vancouver Cana-
daacute Shanghai China y Los Aacutengeles California EEUU (Centre for Research on the
Epidemiology of Disasters 2010)
Por otro lado los riesgos producidos por otros fenoacutemenos geoloacutegicos como erup-
ciones volcaacutenicas subsidencias o deslizamientos aunque hayan sido algunas veces
subestimados tambieacuten albergan potenciales efectos devastadores Valga como
ejemplo el veloz y continuo crecimiento de las poblaciones que viven en aacutereas de
actividad volcaacutenica que a finales del siglo XX llegaron a los 500 millones de per-
sonas (Baxter 2000)
A nivel nacional el reciente terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 con una
magnitud de 51 Mw 9 viacutectimas mortales y grandes dantildeos materiales supone un
claro ejemplo sobre el gran esfuerzo que auacuten queda por hacer en este campo de
investigacioacuten Concretamente para este evento siacutesmico se barajan varias causas sin
que hasta ahora haya consenso entre la comunidad cientiacutefica sobre su origen En
esta tesis se realizan dos estudios encaminados a aportar algunos resultados sobre la
compleja geodinaacutemica de la zona en la que se produjo el terremoto
Partiendo de estas premisas y siempre desde el punto de vista geodeacutesico y cartograacute-
fico se considera que es necesario seguir realizando esfuerzos para profundizar en
el conocimiento de estos fenoacutemenos sobre todo en lo que concierne a su predic-
cioacuten ya que esto redundariacutea en una reduccioacuten de viacutectimas y de dantildeos materiales
El objetivo de esta tesis consiste entonces en el estudio geodeacutesico aplicando teacutecni-
cas GNSS (Global Navigation Satellite System) de alta precisioacuten de fenoacutemenos
geodinaacutemicos susceptibles de producir desastres naturales Concretamente se reali-
zaraacuten anaacutelisis de eventos siacutesmicos erupciones volcaacutenicas y subsidencias del te-
rreno En todos estos casos se estudiaraacuten fundamentalmente los desplazamientos del
terreno producidos antes durante y despueacutes del fenoacutemeno para buscar signos pre-
2 Objetivo de la investigacioacuten
16
cursores cuantificar los movimientos y proponer estrategias de monitorizacioacuten para
las zonas maacutes sensibles
3 Introduccioacuten
17
3 Introduccioacuten
31 Introduccioacuten a la Geodesia Espacial
Siendo el objetivo de esta tesis el estudio de fenoacutemenos geodinaacutemicos aplicando
teacutecnicas GNSS resulta loacutegico comenzar introduciendo la rama de la Geodesia alre-
dedor de la cual se va a desarrollar el estudio
Desde el momento en que el ser humano evoluciona hacia un animal racional ha
mostrado su intereacutes por la Tierra Los fenoacutemenos naturales que le rodean condicio-
nan su comportamiento y la necesidad de comprenderlos ha dado lugar en un pri-
mer momento a las maacutes variadas supersticiones mitos ritos y cultos La necesidad
del ser humano de ubicarse o ubicar otros elementos y comunicar estas localizacio-
nes a otros seres humanos puede decirse que fue el origen de las teacutecnicas geodeacutesi-
cas
311 Concepto
Etimoloacutegicamente la palabra Geodesia del griego γηδαιω (divido la tierra) signifi-
ca la medida de las dimensiones de la Tierra En su acepcioacuten moderna tambieacuten
engloba el estudio del campo de gravedad Concretamente la Geodesia Espacial es
una relativamente nueva rama de la Geodesia que trata principalmente con sateacutelites
artificiales cuya observacioacuten resulta maacutes coacutemoda y precisa que la tradicional aplica
teacutecnicas tridimensionales y resuelve todos los problemas de la Geodesia tanto geo-
meacutetricos como dinaacutemicos (Sevilla de Lerma 2001)
312 Historia
Es sorprendente el grado de conocimiento alcanzado sobre determinados fenoacutemenos
naturales en culturas muy antiguas y cuyas evidencias para nosotros proceden del
estudio de los monumentos que nos han llegado (Stonehenge en Inglaterra la Gran
Piraacutemide de Egipto templos y ciudades Indias de Ameacuterica Central etc) La mayo-
riacutea de estos fenoacutemenos estaacuten relacionados con la Tierra el Sol o la Luna no pu-
dieacutendose separar en la etapa inicial la Geodesia de la Astronomiacutea (Calero 2003)
3121 Desde los oriacutegenes hasta la eacutepoca romana
De las civilizaciones maacutes antiguas no ha pervivido mucha documentacioacuten no obs-
tante quedan indicios de que en Sumeria Egipto China y la India se hicieron ob-
servaciones precisas y aunque no se alcanzoacute un conocimiento profundo si se ad-
quirieron nociones baacutesicas sobre los movimientos de la Tierra en el espacio (Calero
2003)
3 Introduccioacuten
18
En la civilizacioacuten babiloacutenica como se puede ver en la Figura 31 se consideraba
que la Tierra era un disco plano que flotaba en el oceacuteano y en cuyo centro se encon-
traba Babilonia
De la civilizacioacuten egipcia resulta relevante la extraordinaria precisioacuten en la orienta-
cioacuten de algunos monumentos con respecto a los puntos cardinales hecho que resul-
ta especialmente admirable en las piraacutemides de Keops y Kefren con unas desviacio-
nes menores a 3rsquo
En el periodo griego fue Pitaacutegoras (582-
500 aC) el primer humano que se conoce
que admitiera la idea de la esfericidad de la
Tierra Siglos maacutes tarde Aristoacuteteles (384-
322 aC) dedujo que su forma debiacutea ser
esfeacuterica al ver la sombra que produciacutea la
Tierra sobre la Luna en los eclipses Un
siglo despueacutes Eratoacutestenes (284-192 aC)
fue el primer ser humano que desarolloacute un
meacutetodo cientiacutefico para determinar el radio
de la Tierra (Millaacuten Gamboa 2006) Se le
puede considerar el fundador de la Geode-
sia
Hacia el antildeo 46 aC Julio Ceacutesar con la
ayuda del astroacutenomo Sosiacutegenes de Alejan-
driacutea fija en 36525 la duracioacuten del antildeo y
establece el Calendario Juliano que hoy
todaviacutea utilizan las iglesias ortodoxas grie-
gas y rusas
3122 La edad media
Las teoriacuteas aristoteacutelicas tuvieron una gran influencia la Edad Media en Europa Se
admitiacutea la esfericidad de la Tierra pero se explicaba muy mal Se suponiacutea la Tierra
cubierta de agua excepto la parte habitada (ecumene) La historia de esos siglos estaacute
salpicada de avances descubrimientos de matemaacuteticos y astroacutenomos que no dejan
de considerar los problemas geodeacutesicos en sus trabajos un resumen de los conoci-
mientos matemaacuteticos es realizado por el geoacutemetra Papus (400)
Es de destacar la medida del arco de meridiano realizada por el monje budista chino
I Hsing en el antildeo 727
Las aportaciones aacuterabes a la Geodesia son muy reducidas aunque merecen desta-
carse las expediciones organizadas en las llanuras de Palmira y Zinjar cerca de
Bagdad y Al Raqqah por el califa Al-Mamuacuten (786-833) hijo del Haroun al-
Figura 31 Reproduccioacuten de una tablilla
babiloacutenica del 500 aC donde aparece al
pie un mapa del mundo Biblioteca del
Congreso EEUU
3 Introduccioacuten
19
Raschid (830) para determinar la longitud del grado y los trabajos del matemaacutetico
Al-Khwarizmi que publicoacute un mapa del mundo conocido y determinoacute el radio de la
Tierra ademaacutes de introducir en las matemaacuteticas los numerales hinduacutees 12 y de
cuyo nombre se tomoacute la palabra algoritmo tantas veces usada despueacutes
El astroacutenomo Al-Battani (858-929) hacia el antildeo 900 publica un tratado de Geogra-
fiacutea dando las posiciones de las principales ciudades sirvieacutendose de la trigonometriacutea
publica tablas astronoacutemicas de uso comuacuten Los astroacutenomos aacuterabes Aboul Wefa y
Ben Younis recalculan las constantes astronoacutemicas y Alhazen (966-1039) escribe
un tratado de oacuteptica En 1154 en Sicilia aparece la gran compilacioacuten de Geografiacutea
Universal de Idrisi (1098-1166)
Las primitivas ensentildeanzas griegas de maestros de la categoriacutea de Pitaacutegoras Eudo-
xio Aristoacuteteles Eratoacutestenes Hiparco y Tolomeo entre otros sobreviven gracias a
la civilizacioacuten aacuterabe y en el siglo XII a traveacutes de Espantildea llegan a Europa en las
traducciones al latiacuten hechas en el reinado de Alfonso X de Castilla
Un caso digno de mencioacuten es el de Roger Bacon (1214-1294) creador de la oacuteptica
estudioso de la refraccioacuten y las mareas terrestres
3123 Siglos XV y XVI
Estos dos siglos coinciden con el periodo del Renacimiento en Europa Occidental y
se caracterizan entre otros aspectos por las grandes exploraciones Este hecho
propicioacute que se formaran grandes escuelas de cartoacutegrafos quienes con los conoci-
mientos muchas veces imprecisos aportados por la Geodesia confeccionaron gran
cantidad de mapas El cartoacutegrafo por excelencia de esta eacutepoca cuyos mapas satisfa-
ciacutean las necesidades de la navegacioacuten fue el flamenco Gerhard Kaufmann (1512-
1594) maacutes conocido por Mercator
Hasta finales del siglo XV no aparecen en Europa nuevas ideas en el terreno de la
Geodesia o de la Astronomiacutea Quizaacute deba recordarse al cardenal alemaacuten Nicolaacutes de
Cusa (1401-1464) que se hizo famoso por su idea del Universo infinito y que estu-
dioacute el movimiento diurno de la Tierra Otros como Peurbach (1423-1461) Walthe-
rus (1430-1504) y Regiomontano (1436-1476) hicieron algunos intentos para evo-
lucionar las ideas y Leonardo da Vinci (1452)-1519) ademaacutes de un artista
confirmado fue un buen cientiacutefico sugiriendo ya ideas sobre la isostasia y las ma-
reas terrestres
El gran astroacutenomo de esta eacutepoca es Nicolaacutes Copeacuternico (1473-1543) quien en su
obra De Revolutionibus Orbium Coelestium de 1543 desarrolla la teoriacutea helioceacuten-
trica del sistema solar que vino a revolucionar el pensamiento de la eacutepoca anclado
en las ideas aristoteacutelicas se entablaron duras poleacutemicas y se logroacute indirectamente
que la atencioacuten de los astroacutenomos y geodestas se dirigiese por este camino Prolife-
raron las observaciones se construyeron observatorios y en general la Astronomiacutea
3 Introduccioacuten
20
tuvo el apoyo de gobiernos y particulares que de otra manera difiacutecilmente se hubie-
se logrado Naturalmente la Geodesia y la navegacioacuten se beneficiaron enormemen-
te de los resultados que se esta-
ban obteniendo pues pronto
dispusieron de un mejor cono-
cimiento de las posiciones de
los cuerpos celestes indispen-
sables para sus fines de posi-
cionamiento y orientacioacuten La
teoriacutea helioceacutentrica pronto fue
admitida por el mundo cientiacutefi-
co la razoacuten se imponiacutea a la
teologiacutea aunque no sin grandes
sacrificios Kepler (1571-
1630) ademaacutes de descubrir las
leyes del movimiento planeta-
rio propuso un meacutetodo para
determinar el radio terrestre
En cuanto a las medidas del
arco de meridiano cabe desta-
car que el meacutedico franceacutes Fer-
nel (1485-1558) en 1525 midioacute
la distancia entre Pariacutes y Amiens con un cuadrante y contando las vueltas que daban
las ruedas de su carruaje
3124 Siglos XVII y XVIII
En este periodo las investigaciones y los avances geodeacutesicos continuacutean pero con
unas bases mucho maacutes cientiacuteficas Stevin (1548-1620) intuye la gravedad Las me-
didas del arco continuacutean En 1615 el holandeacutes Snellius (1580-1626) realiza la pri-
mera triangulacioacuten precisa y estudia la refraccioacuten midioacute un arco entre Bergen op
Zoom y Alkmaar con una base cerca de Leyden Este meacutetodo cuyos principios
fueron desarrollados por Gemma Frisius en 1533 perduroacute hasta el siglo XX con las
mejoras aportadas por los instrumentos de observacioacuten y medios de caacutelculo Tam-
bieacuten se efectuacutean mediciones en Inglaterra por Norwood (1590-1675) que en 1633
mide el arco entre Londres y York y en Italia por los jesuitas Riccioli (1598-1671) y
Grimaldi usando por primera vez aacutengulos cenitales reciacuteprocos en 1645 En Espantildea
aparece en 1615 un mapa de Aragoacuten realizado por Juan Bautista de Labantildea (1555-
1625) en el que se utilizan triangulaciones para los levantamientos En 1670 en
Francia el abad Picard (1620-1683) mejora los procedimientos de observacioacuten y
midiendo por triangulacioacuten el arco de Pariacutes entre Malvoisine (al sur de Pariacutes) y
Sourdon (al sur de Amiens) determina el radio terrestre Su resultado (6275 Km de
Figura 32 Mapa de Mercator 1595 Cartografiacutea que
muestra la tierra imaginaria del Aacutertico British Librarys
Mercator Atlas of Europe (c1570)
3 Introduccioacuten
21
radio) fue de trascendental importancia pues sirvioacute a Newton (1642-1727) para
calcular la distancia a la Luna que veniacutea dada en unidades del radio terrestre y
comprobar su ley de gravitacioacuten universal La aplicacioacuten de la Ley de Newton a la
teoriacutea de figuras de equilibrio permitioacute concluir que la Tierra no era una esfera sino
que debiacutea ser un elipsoide de revolucioacuten achatado por los polos del eje de rotacioacuten
Fundamentalmente Newton trata el problema de la figura de la Tierra en las propo-
siciones XVIII XIX y XX de su obra ldquoPhilisophiae naturalis principia mathemati-
cardquo tambieacuten en esta obra da la primera explicacioacuten correcta del fenoacutemeno de las
mareas y efectua caacutelculos precisos de las mismas Ya en 1672 Richer habiacutea obser-
vado que el peacutendulo astronoacutemico es maacutes lento en Cayena que en Pariacutes y Huygens
(1629-1695) el gran experto en relojes utilizando el primer reloj de peacutendulo preci-
so interpretoacute estas variaciones diciendo que la gravedad aumenta del ecuador a los
polos porque la Tierra es aplanada
Dominico Cassini (1625-1712) director del observatorio de Pariacutes observa que el
planeta Juacutepiter aparece aplanado y deduce que la Tierra tambieacuten debe serlo pero no
dice coacutemo Los resultados de posteriores mediciones confirmaron las conclusiones
de Cassini y Newton Desde entonces la Tierra se considera en segunda aproxima-
cioacuten como un elipsoide de dos ejes achatado por los polos del eje de rotacioacuten El
problema desde entonces es determinar las dimensiones de la Tierra obteniendo
valores numeacutericos del semieje y del aplanamiento del elipsoide terrestre
En 1742 Maclaurin (1698-1746) que habiacutea leiacutedo una tesis a los 17 antildeos sobre ldquoEl
poder de la gravedadrdquo estudiando las mareas demuestra que el elipsoide de revolu-
cioacuten aplanado puede ser una figura de equilibrio de una masa fluida y homogeacutenea
sometida a su propia gravitacioacuten y dotada de un movimiento de rotacioacuten deducien-
do la correspondiente ley de gravedad
En 1743 Clairaut que a los 18 antildeos fue aceptado como miembro de la Academia
Francesa publica su ldquoTheacuteorie de la figure de la Terrerdquo que puede considerarse co-
mo el origen de la Geodesia Dinaacutemica
En 1791 la ldquoCommission Geacuteneacutenal des Poids et Mesuresrdquo adopta el sistema meacutetrico
decimal El metro quedoacute definido en funcioacuten de la longitud del meridiano terrestre
Para dar la longitud del metro Delambre (1749-1822) y Pedro Andreacutes Mechain
(1744-1804) miden el meridiano de Francia entre Dunkerque y Perpignan
Trabajos tambieacuten importantes son los emprendidos por Lagrange (1736-1813)
quien en 1788 publica la primera edicioacuten de su ldquoMeacutechanique Analitiquerdquo y obtiene
las ecuaciones del movimiento del polo En 1785 Legendre (1752-1833) introduce
la nocioacuten de potencial y funda la teoriacutea de funciones esfeacutericas y en 1787 publica su
memoria sobre observaciones trigonomeacutetricas donde aparece su famoso teorema de
resolucioacuten plana de triaacutengulos esfeacutericos
3 Introduccioacuten
22
Desde el punto de vista praacutectico Borda (1733-1799) perfecciona los instrumentos
geodeacutesicos con la introduccioacuten del ciacuterculo repetidor y realiza la unioacuten geodeacutesica
Greenwich-Pariacutes
A partir de entonces quedoacute demostrado que a partir de medidas de aacutengulos y dis-
tancias podiacutean obtenerse posiciones de puntos sobre la superficie de la Tierra Pron-
to proliferaron debido principalmente a necesidades cartograacuteficas con fines milita-
res civiles y de navegacioacuten las invenciones de nuevos instrumentos de observacioacuten
y se perfeccionaron los teodolitos para la medida de aacutengulos
3125 Siglos XIX y XX
La primera gran operacioacuten geodeacutesica en el siglo XIX fue la prolongacioacuten hacia
Espantildea del meridiano de Francia preparada por Mechain por encargo del ldquoBureau
des Longitudesrdquo
Las medidas de grandes arcos de meridiano y paralelo se sucedieron a lo largo de
este siglo En 1817 Struve (1793-1864) y Tanner comienzan la medida del arco del
Danubio al Aacutertico que termina en 1849 En 1819 aparece calculado el elipsoide de
Walbeck en Rusia En 1823 Everest (1790-1866) mide el arco de la India y en 1830
publica los datos de su elipsoide Este mismo antildeo Airy calcula su elipsoide con
arcos de meridiano y paralelo de Gran Bretantildea En 1866 el Coronel norteamericano
Clarke (1828-1914) obtiene los elementos de su primer elipsoide que se utiliza en
Ameacuterica del Norte y en 1880 publica el segundo
Un gran impulso instrumental es el dado por Perrier (1833-1888) en 1868 con los
ciacuterculos acimutales para la observacioacuten de triangulaciones de primer orden que son
construidos por los hermanos Bruumlnner En 1885 Jaumlderin emplea los hilos en suspen-
sioacuten para la medida de bases geodeacutesicas
Es en el siglo XIX cuando la mayor parte de los cientiacuteficos de eacutelite establecen y
desarrollan las bases de la Geodesia matemaacutetica y experimental Carlos Federico
Gauss (1777-855) astroacutenomo geodesta y matemaacutetico inventoacute el helioacutegrafo y dise-
ntildeoacute calculoacute y compensoacute utilizando por primera vez el meacutetodo de miacutenimos cuadra-
dos la red geodeacutesica del reino de Hannover en 1821 Tambieacuten dio las bases de la
geometriacutea diferencial de superficies de uso obligado en Geodesia geomeacutetrica y
dinaacutemica Igualmente establecioacute los fundamentos teoacutericos de la Geodesia con la
definicioacuten de la superficie matemaacutetica de la Tierra que posteriormente en 1872
Listing llamariacutea geoide
Los trabajos geodeacutesicos en Ameacuterica del Norte condujeron a la medida de largos
arcos de meridiano y a la obtencioacuten del elipsoide de Hayford que posteriormente
fue adoptado por la Unioacuten Internacional de Gedodesia y Geofiacutesica como Elipsoide
Internacional
3 Introduccioacuten
23
Pratt (1774-1872) en 1855 presenta su modelo isostaacutetico y Airy hace lo propio el
mismo antildeo Otro gran matemaacutetico geodesta y astroacutenomo fue Bessel (1784-1846)
director del observatorio de Koumlnigsberg que midioacute el arco prusiano en 1838 de-
terminoacute el primer valor fiable del aplanamiento de la Tierra Su elipsoide de 1840
ha formado parte de algunos datums europeos
La aplicacioacuten de las ondas electromagneacuteticas a la medida de distancias en Geodesia
fue iniciada por Michelson (1852-1931) Maacutes tarde en 1948 el sueco Bergstrand
inventoacute el geodiacutemetro y Wadley en 1956 el teluroacutemetro
El siglo XX comienza con la aparicioacuten de la obra de Helmert (1843-1917) que vie-
ne a sintetizar los trabajos geodeacutesicos hasta entonces y que ha servido y sirve como
libro de referencia inexcusable Helmert es el introductor del meacutetodo de nivelacioacuten
astrogeodeacutesica para la determinacioacuten del geoide a partir de desviaciones de la verti-
cal En 1900 crea el Sistema Gravimeacutetrico de Viena y en 1901 da su foacutermula de la
gravedad normal
En 1909 el geodesta norteamericano Hayford con datos de la red geodeacutesica de los
Estados Unidos y aplicando el meacutetodo de las aacutereas con la hipoacutetesis isostaacutetica de
Pratt publica los resultados de su elipsoide que posteriormente es adoptado como
elipsoide de referencia Internacional en Madrid en 1924 Se establece el sistema de
gravedad de Potsdam
En 1928 Vening-Meinesz publica un libro con las foacutermulas que llevan su nombre y
que determinan las componentes de la desviacioacuten de la vertical a partir de medidas
gravimeacutetricas
Las observaciones de eclipses de Sol y de ocultaciones de estrellas por la Luna
proporcionan datos suficientes para la determinacioacuten de los paraacutemetros del elipsoi-
de terrestre y para la unioacuten en un mismo sistema de referencia de puntos de la su-
perficie terrestre alejados
En 1940 aparecen los trabajos del geodesta finlandeacutes Weiko A Heiskanen sobre
aplanamiento de elipsoides de dos y tres ejes sobre cartas de anomaliacuteas de la gra-
vedad y sobre correcciones isostaacuteticas siguiendo la hipoacutetesis de Airy
En 1950 el japoneacutes Takeuchi resuelve por primera vez numeacutericamente el sistema de
ecuaciones diferenciales que gobierna las deformaciones elaacutesticas de una Tierra no
homogeacutenea
En 1950 se aplica la triangulacioacuten Hiran con precisioacuten de 5 metros Aparecen los
niveles automaacuteticos los graviacutemetros de muelle de alta precisioacuten y los graviacutemetros
marinos Graf y LaCoste
En 1957 el 4 de octubre se lanza el primer sateacutelite artificial de la Tierra por los
rusos el Sputnik 1 En 1958 comienza la Geodesia por sateacutelites con las caacutemaras
Baker-Nunn y fotografiacutea con fondo de estrellas
3 Introduccioacuten
24
En 1964 se lanzan los primeros sateacutelites Doppler Transit por los EEUU que quedan
operativos para uso civil en 1967 En 1968 aparece el graviacutemetro superconductor de
Goodkind y se lanzan los sateacutelites Echo I y II ANNA 1B Geos1 y 2 Pageos Dia-
deme1-2 Oscar 14 y Timation
De 1966 a 1976 se realiza la primera gran operacioacuten europea de Geodesia por Sateacute-
lites denominada WEST (Western European Satellite Triangulation) Participan 17
paiacuteses europeos entre ellos Espantildea con un total de 40 estaciones En 1969 el Apo-
llo 11 deposita en la Luna los reflectores laser y se miden distancias desde los ob-
servatorios de Lick y McDonald Tambieacuten en 1969 se mide la primera gran base por
VLBI entre Haystack y Greenbank
En los antildeos sesenta se perfeccionan los equipos Doppler se continuacutean lanzando
sateacutelites geodeacutesicos y se desarrolla el receptor Mark I para VLBI Aparecen las
investigaciones de Kaula sobre teoriacutea de sateacutelites geodeacutesicos de Kaula Bjerham-
mar y Moritz sobre investigaciones estadiacutesticas del campo de gravedad y los de
Baarda y Bjerhammar sobre fiabilidad de redes geodeacutesicas Tambieacuten se estudia la
determinacioacuten de movimientos recientes de la corteza por Boulanger Se perfeccio-
na el seguimiento Doppler de sateacutelites
En los antildeos setenta el avance de la Geodesia es espectacular se termina y adopta la
IGSN71 Red Gravimeacutetrica Internacional estandarizada aparecen los sistemas de
levantamiento inercial se despliega el sistema Doppler Tranet-2 y se perfeccionan
los receptores Doppler como los JMR y los Magnavox En cuanto a la VLBI se
desarrollan los equipos Mark II y III y el primer sistema moacutevil
Tambieacuten en estos antildeos setenta se perfecciona el seguimiento laser a la Luna con
nuevos reflectores depositados alliacute por los sateacutelites Apollo14 y 15 y el Lunakhod II
El lanzamiento de sateacutelites continuacutea El primer sateacutelite GPS del Bloque I el PRN4
fue lanzado el 22 de febrero de 1978
Otros importantes avances en esta deacutecada los constituyen las investigaciones sobre
movimientos recientes de la corteza con resultados experimentales en el este de
Europa Se obtienen perfiles de marea gravimeacutetrica Aparecen modelos de marea
oceaacutenica Los sistemas de posicionamiento por sateacutelites Doppler y laser llegan a
precisiones relativas de 2 deciacutemetros Estas precisiones tambieacuten son alcanzadas con
medidas VLBI intercontinentales Los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra quedan
determinados con precisiones de 2 centeacutesimas de segundo de arco
En la deacutecada de los ochenta se establecen las primeras redes geodeacutesicas mundiales
con VLBI para la definicioacuten del sistema de orden cero Se siguen lanzando sateacutelites
geodeacutesicos como los Navstar 6 a 13 de GPS El primer sateacutelite GPS del Bloque II
fue lanzado en febrero de 1989
3 Introduccioacuten
25
En esta deacutecada las investigaciones se dirigen fundamentalmente a la Geodesia inte-
grada Geodesia operativa optimizacioacuten de redes rotacioacuten de la Tierra y determi-
nacioacuten del geoide
Las teacutecnicas espaciales de posicionamiento alcanzan precisiones relativas de 1 cen-
tiacutemetro y los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra se determinan con precisiones de
la mileacutesima de segundo de arco
En los antildeos noventa continuacutean los desarrollos iniciados en la deacutecada anterior pre-
sentaacutendose ya resultados tangibles de gran precisioacuten Se establecen las redes conti-
nentales por teacutecnicas GPS y las redes nacionales de orden cero
En la Geodesia espacial continuacutean los avances en VLBI GPS y los modernos sis-
temas DORIS PRARE y DGPS para aumentar la precisioacuten y facilidad de segui-
miento de sateacutelites y posicionamiento de estaciones Se lanzan nuevos sateacutelites GPS
del bloque II y se prepara el bloque III tambieacuten se lanzan sateacutelites Laser como el
LAGEOS-2 el ESTELLA y en GFZ-1
3126 Situacioacuten actual y desarrollo futuro
En Geodesia como en otras ramas de la ciencia hay que distinguir entre las cues-
tiones cientiacuteficas planteadas y las herramientas utilizadas para responder a estas
preguntas Muchas de las preguntas formuladas hoy en Geodesia siguen siendo las
mismas que las realizadas en el siglo XIX
Los actuales y previsiblemente futuros desarrollos teacutecnicos relacionados con la era
espacial el disentildeo de potentes ordenadores y los sistemas de comunicacioacuten permi-
tiraacuten en el futuro abordar muchas preguntas maacutes y encontrar respuestas maacutes detalla-
das a problemas claacutesicos
Sin embargo hay un aspecto que previsiblemente se mantendraacute invariable la inves-
tigacioacuten geodeacutesica soacutelo podraacute ser abordada con eacutexito a traveacutes de la colaboracioacuten
internacional (Beutler 2011)
El futuro de la Geodesia previsiblemente estaraacute basado en los siguientes ejes de
desarrollo
- Desarrollos de hardware y de software La ley exponencial que dirige la
evolucioacuten de la potencia de caacutelculo no ha agotado completamente su ten-
dencia y nuevas tecnologiacuteas se abren paso raacutepidamente en el mercado
abriendo las puertas a los caacutelculos maacutes avanzados
- Tecnologiacuteas maacutes avanzadas en instrumentacioacuten geodeacutesica con dos caracte-
riacutesticas principales una es la tendencia histoacuterica en la mejora de la preci-
sioacuten y la otra es el aumento de la cantidad de informacioacuten disponible gra-cias a la difusioacuten de un gran nuacutemero de instrumental geodeacutesico Este
instrumental en algunos casos puede ser de menor precisioacuten que los siste-
3 Introduccioacuten
26
mas maacutes avanzados sin embargo el coste econoacutemico es muy bajo lo que
los hace accesibles a una amplia comunidad de usuarios como sucede con
los equipos GNSS
- Un conocimiento maacutes avanzado de la fiacutesica de la Tierra soacutelida facilitando
el modelado de las deformaciones de la corteza terrestre la mejora del co-
nocimiento del patroacuten oceaacutenico de circulacioacuten global la altimetriacutea por sateacute-
lite para la estimacioacuten del geoide marino
- Un progreso maacutes soacutelido en matemaacuteticas por ejemplo en el aacuterea de los sis-
temas dinaacutemicos o en estadiacutestica impulsada por las grandes posibilidades
ofrecidas por las nuevas herramientas electroacutenicas (Sansograve 2003)
32 Introduccioacuten a la monitorizacioacuten de fenoacutemenos geodinaacutemicos me-
diante teacutecnicas GNSS
Dado que el objetivo de esta investigacioacuten es el estudio geodeacutesico de fenoacutemenos
geodinaacutemicos susceptibles de producir desastres naturales vamos a realizar una
breve introduccioacuten de la rama de la Geologiacutea que estudia los agentes fuerzas y
consecuencias de los procesos dinaacutemicos de la Tierra
321 Introduccioacuten a la geodinaacutemica interna de la Tierra
3211 Concepto
Se denomina geodinaacutemica a la suma de los procesos geoloacutegicos que afectan a la
Tierra y determinan su constante evolucioacuten Igualmente se puede definir como el
conjunto de causas y efectos que provocan los cambios estructurales quiacutemicos yo
morfoloacutegicos que afectan al planeta
La superficie terrestre estaacute en continua transformacioacuten Mientras la geodinaacutemica
interna describe los procesos de creacioacuten continua la geodinaacutemica externa estudia
la alteracioacuten de dicha superficie por fuerzas que actuacutean desde fuera Estas fuerzas
externas son el viento el agua las olas los glaciares las aguas de infiltracioacuten y los
cambios de temperatura
3212 Agentes geodinaacutemicos internos Tectoacutenica de placas
La Tectoacutenica de Placas proporciona un marco teoacuterico para entender la estructura
composicioacuten y los procesos geodinaacutemicos internos a una escala global
La Tierra es el uacutenico planeta del Sistema Solar en el cual opera la Tectoacutenica de
Placas y para comprender por queacute la Tierra tiene caracteriacutesticas que la hacen uacutenica
es necesario remontarnos al Origen del Sistema Solar ya que la estructura interna
de la Tierra asiacute como la composicioacuten de la atmoacutesfera temprana y sus diferentes
etapas evolutivas se relacionan con el mismo origen de la Tierra
3 Introduccioacuten
27
32121 Origen de la Tierra
La hipoacutetesis de la nebulosa primitiva sugiere que los cuerpos de nuestro Sistema
Solar se formaron a partir de una enorme nube en rotacioacuten Hace cerca de 5000
millones de antildeos esta inmensa nube y granos diminutos de elementos maacutes pesados
empezaron a contraerse lentamente debido a las interacciones gravitatorias entre sus
pertiacuteculas y a adoptar la forma de disco en rotacioacuten como se aprecia en la Figura
33 Una influencia externa como una onda de choque procedente de una explosioacuten
catastroacutefica como una supernova pudo haber iniciado el colapso Durante el colap-
so la energiacutea gravitacional se convirtioacute en energiacutea teacutermica aumentando la tempera-
tura del disco
La formacioacuten del Sol marcoacute el fin del periodo de contraccioacuten y en consecuencia el
fin del calentamiento gravitacional Las temperaturas de la regioacuten en la que ahora se
encuentran los planetas interiores empezaron a disminuir Esta reduccioacuten de la tem-
peratura hizo que las sustancias con puntos de fusioacuten elevados se condensaran en
pequentildeas partiacuteculas que empezaron a unirse Materiales como el hierro el niacutequel y
los elementos que componen los minerales que forman las rocas formaron masas
metaacutelicas y rocosas que orbitaban alrededor del Sol Millones de colisiones repeti-
das entre estas masas produjeron la creacioacuten de objetos cada vez maacutes grandes que a
su vez seguiacutean atrayendo cada vez con maacutes intensidad el material del disco proto-
planetario En unas pocas decenas de
millones de antildeos estos objetos crecie-
ron hasta convertirse en los cuatro
planetas interiores
A medida que los protoplanetas atraiacutean
cada vez maacutes material los impactos de
alta velocidad provocaron el aumento
de temperatura de estos cuerpos A
causa de sus temperaturas relativamen-
te elevadas y sus campos gravitaciona-
les deacutebiles los planetas interiores a
diferencia de los exteriores no podiacutean
acumular muchos de los componentes
maacutes ligeros como el hidroacutegeno y el
helio que fueron barridos por el viento
solar
Centraacutendonos ya en la Tierra a medi-
da que se acumulaba el material los
impactos y la desintegracioacuten de ele-mentos radiactivos provocaron un aumento constante de la temperatura Durante ese
periodo se produjo la diferenciacioacuten de los materiales pesados que debido a su
Figura 33 Esquema del origen del Sistema
Solar 2005 Ciencias de la Tierra
3 Introduccioacuten
28
mayor densidad ocuparon el centro del planeta Este primer periodo de calentamien-
to tambieacuten provocoacute otro proceso de diferenciacioacuten quiacutemica formaacutendose masas
flotantes de roca fundida que ascendieron a la superficie formando la corteza primi-
tiva Estas diferenciaciones establecieron las divisiones baacutesicas del interior de la
Tierra
32122 Estructura de la Tierra
La segregacioacuten material que empezoacute muy temprano en la historia de la Tierra tuvo
como resultado la formacioacuten de tres capas definidas por su composicioacuten quiacutemica la
corteza el Manto y el nuacutecleo Ademaacutes de estas tres capas de diferente composi-
cioacuten la Tierra se puede dividir en diferentes zonas maacutes o menos conceacutentricas en
funcioacuten de sus propiedades fiacutesicas Esta divisioacuten es de gran importancia dado que
tiene una relacioacuten directa con la explicacioacuten de los fenoacutemenos geodinaacutemicos estu-
diados en esta investigacioacuten Las propiedades fiacutesicas utilizadas para definir estas
zonas son su caracter soacutelido o liacutequido y cuaacuten duacutectiles o resistentes son El conoci-
miento de esta estructra en capas es esencial para la comprensioacuten de los procesos
geodinaacutemicos baacutesicos como el vulcanismo los terremotos o la formacioacuten de mon-
tantildeas
La Tierra puede dividirse en cinco capas principales en funcioacuten de sus propiedades
fiacutesicas y por tanto seguacuten su resistencia mecaacutenica Litosfera Astenosfera mesosfe-
ra nuacutecleo externo y nuacutecleo interno
321221 Litosfera
Seguacuten sus propiedades fiacutesicas la capa exterior de la Tierra comprende la corteza y
el Manto superior y forma un nivel relativamente riacutegido y friacuteo Aunque este nivel
consta de materiales cuyas composiciones quiacutemicas son notablemente diferentes
tiende a actuar como una unidad que muestra un comportamiento riacutegido principal-
mente porque es friacuteo y en consecuencia resistente Sin embargo no toda la Litosfe-
ra se comporta como un soacutelido quebradizo similar a las rocas encontradas en la
superficie sino que se vuelve progresivamente maacutes caliente y duacutectil conforme au-
menta la profundidad
Esta capa tiene un grosor medio de unos 100 kiloacutemetros pero puede alcanzar 250
kiloacutemetros de grosor debajo de las porciones maacutes antiguas de los continentes como
se indica en la Figura 34 Dentro de las cuencas oceaacutenicas la Litosfera tiene un
grosor de tan solo unos pocos kiloacutemetros debajo de las dorsales oceaacutenicas pero
aumenta hasta quizaacute 100 kiloacutemetros en regiones donde hay corteza maacutes antigua y
friacutea
3 Introduccioacuten
29
321222 Astenosfera
Debajo de la Litosfera en el Manto superior a una profundidad de unos 660 kiloacute-
metros se encuentra una capa blanda comparativamente paacutestica denominada Aste-
nosfera La porcioacuten superior de la Astenosfera tiene unas condiciones de temperatu-
ra y presioacuten que permiten la existencia de una pequentildea porcioacuten de roca fundida
Dentro de esta zona muy duacutectil la Litosfera estaacute mecaacutenicamente separada de la
capa inferior La consecuencia es que la Litosfera es capaz de desplazarse con inde-
pendencia de la Astenosfera un hecho fundamental para que se produzcan los mo-
vimientos que tratamos de detectar
Figura 34 Esquema de la estructura en capas de la Tierra (Tarbuck et al 2005)
Es importante destacar que la resistencia a la deformacioacuten de los diversos materia-
les de la Tierra es funcioacuten de su composicioacuten de la temperatura y de la presioacuten a la
que estaacuten sometidos A la profundidad de la Astenosfera superior las rocas estaacuten lo
suficientemente cerca de sus temperaturas de fusioacuten para que sean faacuteciles de defor-
mar
321223 Mesosfera y nuacutecleo
Por debajo de la zona duacutectil de la parte superior de la Astenosfera el aumento de la
presioacuten contrarresta los efectos de la temperatura maacutes alta y la resistencia de las
3 Introduccioacuten
30
rocas crece de manera gradual con la profundidad Entre las profundidades de 660 y
2900 kiloacutemetros se encuentra una capa maacutes riacutegida denominada Mesosfera o Manto
Inferior A pesar de su resistencia las rocas de la Mesosfera estaacuten todaviacutea muy
calientes y son capaces de fluir de una manera muy gradual
El Nuacutecleo se divide en dos regiones que muestran resistencias mecaacutenicas muy dis-
tintas El Nuacutecleo Externo es una capa liacutequida de 2270 kiloacutemetros de grosor Las
corrientes convectivas de hierro metaacutelico en esta zona son las que generan el campo
magneacutetico de la Tierra El Nuacutecleo Interno es una esfera con un radio de 1216 kiloacute-
metros A pesar de su temperatura maacutes elevada el material del Nuacutecleo Interno es
maacutes resistente que el del Nuacutecleo Externo debido a la enorme presioacuten y se comporta
como un soacutelido
32123 Tectoacutenica de placas
Antes del siglo XX la opinioacuten establecida consistiacutea en que la cuencas oceaacutenicas y
los continentes eran estructuras permanetes y muy antiguas Esta opinioacuten era res-
paldada por las pruebas recogidas del estudio de las ondas siacutesmicas que revelaron la
existencia de un Manto soacutelido rocoso que se extendiacutea hasta medio camino hacia el
centro de la Tierra El concepto de un Manto soacutelido indujo a la mayoriacutea de investi-
gadores a la conclusioacuten de que la Corteza externa de la Tierra no podiacutea moverse
Fue a principios del siglo XX cuando se incicia la historia de la Teacutectoacutenica de Pla-
cas La teoriacutea comienza con la deriva continental que fue postulada por Alfred
Wegener y recogida en 1915 en su obra ldquoEl origen de los continentes y los oceacutea-
nosrdquo Aunque existiacutean algunos indicios a su favor en un principio la mayoriacutea de los
geoacutelogos se mostraron esceacutepticos ya que no se conociacutea ninguacuten mecanismo plausi-
ble que explicase el movimiento de grandes masas de tierra a traveacutes del oceacuteano
El concepto moderno de placas tectoacutenicas moacuteviles fue propuesto en 1962 por Harry
H Hess de la Universidad de Princeton Hess habiacutea sido capitaacuten de un carguero
militar estadounidense durante la Segunda Guerra Mundial durante sus viajes
habiacutea utilizado el soacutenar del barco para elaborar un mapa del fondo del Paciacutefico
Defendioacute la hipoacutetesis de que la totalidad de la Corteza terrestre tanto la oceaacutenica
como la continental se desplazaba sobre el Manto como consecuencia de la con-
veccioacuten en eacuteste La Corteza se formariacutea en las dorsales oceaacutenicas lugares en los que
emerge y solidifica el magma y la Corteza ya existente se hundiriacutea en las fosas
oceaacutenicas en los procesos conocidos como subduccioacuten de placas
Las ideas de Hess fueron aceptadas por la comunidad cientiacutefica despueacutes de que
algunos estudios hallasen que el magnetismo de las rocas del fondo marino se ajus-
taba a sus predicciones el campo magneacutetico terrestre cuya polaridad se invierte
cada cientos de miles de antildeos deja su huella en la roca a medida que eacutesta solidifica
lo que provoca la formacioacuten de bandas magneacuteticas alternas y paralelas a las dorsales
oceaacutenicas
3 Introduccioacuten
31
El modelo que describe la tectoacutenica de placas se basa en que la Litosfera estaacute rota
en fragmentos denominados placas que se mueven unas con respecto a otras y cam-
bian continuamente de forma y tamantildeo
Uno de los principales fundamentos de la tectoacutenica de placas constituye el hecho de
que las placas se mueven como unidades coherentes en relacioacuten con todas las demaacutes
placas Las placas litosfeacutericas se mueven a una velocidad muy lenta pero continua
de media unos cinco centiacutemetros anuales Este movimiento es impulsado en uacuteltima
instancia por la distribucioacuten desigual del calor en el interior de la Tierra El material
caliente que se encuentra en las profundidades del Manto se mueve despacio hacia
arriba y alimenta una parte del sistema de conveccioacuten interna de nuestro planeta
Simultaacuteneamente laacuteminas maacutes friacuteas y densas de la Litosfera oceaacutenica descienden al
Manto poniendo en movimiento la capa externa riacutegida de la Tierra Como conse-
cuencia de todo lo descrito los roces entre las placas litosfeacutericas generan terremo-
tos crean volcanes y deforman grandes masas de rocas
Figura 35 Distribucioacuten geograacutefica de las placas tectoacutenicas actuales Modificado de Sociedad
mexicana de ingenieriacutea siacutesmica 2013
Como se muestra en la Figura 35 se reconocen siete placas principales Son la
placa Norteamericana la Sudamericana la del Paciacutefico la Africana la Euroasiaacutetica
la Australiana y la Antaacutertica La mayor es la placa del Paciacutefico que abarca una
porcioacuten significativa de la cuenca del oceacuteano Paciacutefico La mayoriacutea de las grandes
placas incluye un continente entero ademaacutes de una gran aacuterea de suelo oceaacutenico
Igualmente es de destacar el hecho de que ninguna de las placas estaacute definida com-
pletamente por los maacutergenes continentales
3 Introduccioacuten
32
Las placas de tamantildeo medio son la Caribentildea la de Nazca la Filipina la Araacutebiga la
de Cocos la de Scotia y la de Juan de Fuca Ademaacutes se han identificado maacutes de
una docena de placas maacutes pequentildeas o microplacas Placa de Ojotsk de Amuria del
Explorador de Gorda placa Somaliacute de la Sonda del Altiplano de Birmania placa
Yangtseacute de Timor placa Cabeza de Paacutejaro de Panamaacute de Rivera de Pascua de
Juan Fernaacutendez de Chiloeacute de Kula de Faralloacuten
Sin embargo para el caacutelculo de los modelos globales uacutenicamente se tienen en cuen-
ta las placas maacutes grandes Concretamente a partir del caacutelculo del campo de veloci-
dades del ITRF2008 se estimoacute un modelo de movimiento de placas tectoacutenicas que
tuvo en cuenta las 14 placas maacutes grandes (Altamimi et al 2011) como se aprecia
en la Figura 36
Figura 36 Placas que se utilizaron para el caacutelculo del modelo de movimiento de placas
ITRF20081
321231 Bordes de placas
Aunque el interior de las placas puede experimentar alguna deformacioacuten las princi-
pales alteraciones se producen a lo largo de sus bordes De hecho los bordes de
placa se establecieron por primera vez representando las localizaciones de las zonas
con mayor cantidad de terremotos es por ello que los bordes coinciden con las
1Altamimi Z Metivier L y Collilieux X (2011) ldquoITRF2008 plate motion modelrdquo Journal of Geophysical Research Solid
Earth (1978ndash2012) Vol 117 Issue B7
3 Introduccioacuten
33
zonas de maacutes intensa actividad siacutesmica y volcaacutenica de la Tierra Las placas tienen
tres tipos distintos de bordes que se diferencian en funcioacuten del tipo de movimiento
que poseen
Bordes divergentes Zonas donde dos placas se separan lo que produce el ascenso
de material desde el Manto para crear nuevo suelo oceaacutenico Geograacuteficamente se
ubican en las dorsales oceaacutenicas y el rift africano
Bordes convergentes Zonas donde dos placas se juntan provocando el descenso de
la Litosfera oceaacutenica debajo de una placa superpuesta que es finalmente reabsorbi-
da en el Manto o la colisioacuten de dos bloques continentales para crear un sistema
montantildeoso Geograacuteficamente como se aprecia en la Figura 37 las zonas maacutes acti-
vas son
- El cinturoacuten de fuego del Paciacutefico Situado en las costas del oceacuteano Paciacutefico
conecta algunas de las zonas de subduccioacuten maacutes importantes del mundo
Incluye a Chile parte de Bolivia Peruacute Ecuador Colombia Centroameacuterica
Mexico parte de los Estados Unidos parte de Canadaacute luego gira a la altu-
ra de las Islas Aleutianas y baja por las costas e islas de Rusia Japoacuten Tai-
wan Filipinas Papuacutea Nueva Guinea y Nueva Zelanda
- El cinturoacuten montantildeoso alpino-Himalayo que de oeste a este se inicia con
las cordilleras Beacuteticas y los Atlas en el sur de Espantildea y el norte de Aacutefrica
continuacutea con los Pirineos los Apeninos los Alpes los Caacuterpatos los Dinaacute-
ricos y los Balcanes sigue a traveacutes de los montes de Crimea el Caacuteucaso la
meseta de Iraacuten el Pamir Hindukush Karakorum e Himalaya Este cinturoacuten
tiene continuacioacuten hacia el sureste Indochina y las islas de Indonesia
Bordes de falla transformante Zonas donde dos placas se desplazan lateralmente
una respecto de la otra sin la produccioacuten ni destruccioacuten de Litosfera La mayoriacutea se
localizan geograacuteficamente dentro de las cuencas oceaacutenicas aunque algunas atravie-
san la corteza continental como la falla de San Andreacutes en California y la falla Alpi-
na en Nueva Zelanda
Cada placa estaacute rodeada por una combinacioacuten de estos tres tipos de bordes que
como ya se ha indicado no son fijos sino que estaacuten en continuo movimiento
Actualmente es posible determinar la magnitud del movimiento de las placas em-
pleando modelos globales de placas tectoacutenicas Algunos de estos modelos maacutes utili-
zados son
- NNR-NUVEL 1A (DeMets et al 1994)
- SOPAC (Scripps Orbit and Array Center)
- ITRF2005 (Altamimi 2007)
3 Introduccioacuten
34
Figura 37 Distribucioacuten geograacutefica de las zonas de maacutes intensa actividad siacutesmica y volcaacutenica de
la Tierra Modificado de geofaveblogspotcom 2013
3212311 Bordes divergentes
La mayoriacutea de los bordes divergentes se situacutean a lo largo de las crestas de las dorsa-
les oceaacutenicas dado que es donde se genera nueva Litosfera oceaacutenica Aquiacute a medi-
da que las placas tectoacutenicas se separan del eje de la dorsal las fracturas creadas se
llenan inmediatamente con roca fundida que asciende desde el Manto caliente si-
tuado debajo Este magma se enfriacutea de una manera gradual generando una roca
dura produciendo asiacute nuevos fragmentos de fondo oceaacutenico De una manera conti-
nua las placas adyacentes se sepa-
ran y una nueva Litosfera oceaacutenica
se forma entre ellas Aunque no es
lo normal los bordes divergentes
no se situacutean uacutenicamente en los
fondos oceaacutenicos sino que tambieacuten
pueden formarse sobre los conti-
nentes El mecanismo que actuacutea a
lo largo del sistema de dorsales
oceaacutenicas para crear nuevo fondo
oceaacutenico se denomina expansioacuten del fondo oceaacutenico
Figura 38 Esquema tectoacutenico del valle del rift
africano 2013 Bgreenprojectwordpresscom
3 Introduccioacuten
35
Las velocidades tiacutepicas de expansioacuten se mueven en torno a los 5 centiacutemetros al antildeo
A lo largo de la dorsal Centroatlaacutentica se encuentran velocidades de 2 centiacutemetros a
antildeo mientras que en secciones de la dorsal del Paciacutefico se han medido velocidades
superiores a los 15 centiacutemetros
En el caso de desarrollarse bordes de placa divergentes en el interior de un conti-
nente la fragmentacioacuten comienza con la formacioacuten de una depresioacuten alargada de-
nominada rift continental Un ejemplo moderno de rift continental es el rift de Aacutefri-
ca oriental que representa el estadio inicial de la ruptura de un continente De
mantenerse las fuerzas tensoriales en la zona el valle del rift se alargaraacute y aumenta-
raacute su profundidad alcanzando al final el borde de la placa separaacutendola en dos
como se puede ver en la Figura 38
3212312 Bordes convergentes
La superficie de nuestro planeta a pesar de que continuamente se estaacute produciendo
nueva Litosfera obviamente no aumenta
Para compensar la adicioacuten de Litosfera
creada las porciones maacutes antiguas de
Litosfera oceaacutenica descienden al Manto
a lo largo de los bordes convergentes o
bordes de placa destructivos
Aparecen bordes de placas convergentes
donde dos placas se mueven una hacia
otra y el movimiento se ajusta con el
deslizamiento de una placa por debajo de
otra La expresioacuten superficial producida
por la placa descendente es una fosa
submarina Los bordes convergentes
tambieacuten se denominan zonas de subduc-
cioacuten porque son lugares donde la Litosfe-
ra desciende hasta la Astenosfera La
subduccioacuten se produce porque la densi-
dad de la placa litosfeacuterica descendente es
mayor que la de la Astenosfera subya-
cente En general la Litosfera oceaacutenica
es maacutes densa que la Astenosfera mien-
tras que la Litosfera continental es menos
densa y resiste a la subduccioacuten Por con-
siguiente es siempre la Litosfera oceaacuteni-
ca la que experimenta la subduccioacuten Las capas de Litosfera oceaacutenica descienden
en la Astenosfera con unos aacutengulos de
Figura 39 Esquema de los diferentes tipos de
convergencia entre placas A Oceacuteano-
contiente B Oceacuteano-oceacuteano C Continente-
continente (Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
36
unos pocos grados o pueden caer casi en vertical pero el aacutengulo medio es de unos
45ordm El aacutengulo al que la Litosfera oceaacutenica desciende depende de su densidad Por
ejemplo a lo largo de la fosa Peruacute-Chile la zona de subduccioacuten al estar cerca de un
centro de expansioacuten y por tanto existir una Litosfera auacuten caliente presenta unos
aacutengulos de descenso pequentildeos
Aunque todas las zonas convergentes tienen las mismas caracteriacutesticas baacutesicas
poseen rasgos muy variables Cada una estaacute controlada por el tipo de material de la
Corteza que interviene y por el ambiente tectoacutenico Los bordes convergentes se
pueden formar entre dos placas oceaacutenicas una placa oceaacutenica y una continental o
dos placas continentales Las tres situaciones se ilustran en la Figura 39
3212313 Bordes de falla transformante
El tercer tipo de borde de placa es el transformante en el cual las placas se deplazan
una al lado de otra sin producir ni destruir Litosfera La verdadera naturaleza de
estas grandes fallas la descubrioacute en 1965 H Tuzo Wilson quieacuten sugirioacute que conec-
tan los cinturones activos globales en una red continua que divide la superficie ex-
terna de la Tierra en varias
placas riacutegidas Por tanto
Wilson se convirtioacute en el el
primero en sugerir que la
Tierra estaba compuesta por
placas individuales
La mayoriacutea de las fallas trans-
formantes une dos segmentos
de una dorsal centrooceaacutenica
Aquiacute son parte de unas liacuteneas
prominentes de rotura en la
corteza oceaacutenica conocidas
como zonas de fractura que
abarcan las fallas transfor-
mantes y sus extensiones
inactivas en el interior de las
placas Estas zonas de fractu-
ra se encuentran aproxima-
damente cada 100 kiloacutemetros
a lo largo de la direccioacuten del
eje de la dorsal Como se
muestra en la Figura 310
las fallas transformantes acti-vas se encuentran soacutelo entre
los dos segmentos desplaza-
Figura 310 Esquema de un borde transformante que
desplaza los segmentos de la dorsal Centtroatlaacutentica
(Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
37
dos de la dorsal Como la orientacioacuten de estas zonas de fractura es aproximadamen-
te paralela a la direccioacuten del movimiento de la placa en el momento de su forma-
cioacuten se pueden utilizar para cartografiar la direccioacuten del movimiento en el pasado
Aunque la mayoriacutea de las fallas transformantes estaacute localizada dentro de las cuencas
oceaacutenicas unas pocas atraviesan la corteza continental Dos ejemplos de ellas son la
falla de San Andreacutes en California con gran actividad siacutesmica y la falla Alpina en
Nueva Zelanda
321232 Fuerzas impulsoras de las placas tectoacutenicas
Varias fuerzas actuacutean sobre las placas tectoacutenicas algunas de ellas son fuerzas im-
pulsoras mientras que unas pocas se oponen al movimiento de las placas Las fuer-
zas impulsoras son la fuerza de arrastre de la placa la fuerza de empuje de la dorsal
y la fuerza de succioacuten de la placa las fuerzas que tienden a impedir el movimiento
de las placas son la fuerza de resistencia de la placa y la fuerza de arrastre del Man-
to (ver Figura 311)
Existe acuerdo general en
que la subduccioacuten de las
capas friacuteas y densas de la
Litosfera oceaacutenica es la
principal fuerza impulsora
del movimiento de las
placas A medida que estas
capas se hunden en la As-
tenosfera tiran de la placa
a remolque Este fenoacute-
meno denominado fuerza
de arrastre de la placa se
produce porque las capas
antiguas de la Litosfera
oceaacutenica son maacutes densas
que la Astenosfera subyacente y por tanto se hunden en ella Otra fuerza impulsora
importante se denomina fuerza de empuje de la dorsal Este mecanismo accionado
por la gravedad es consecuencia de la posicioacuten elevada de la dorsal oceaacutenica que
hace que las capas de la Litosfera se deslicen hacia abajo por los flancos de la dor-
sal La fuerza de empuje de la dorsal parece contribuir mucho menos a los movi-
mientos de las placas que la fuerza de arrastre de la placa El hecho de que cuando
maacutes del 20 del periacutemetro de una placa consta de zonas de subduccioacuten las veloci-
dades son relativamente raacutepidas respalda la nocioacuten de que la fuerza de arrastre de la
placa es maacutes importante que la fuerza de empuje de la dorsal Otra fuerza impulsora se produce por el arrastre de una placa en subduccioacuten en el Manto adyacente El
resultado es una circulacioacuten inducida del Manto que empuja ambas placas la sub-
Figura 311 Esquema de algunas de las fuerzas que actuacutean
sobre las placas (Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
38
ducida y la superpuesta hacia la fosa Dado que la corriente del Manto tiende a
succionar las placas cercanas se denomina fuerza de succioacuten de la placa
Entre las fuerzas que contrarrestan el movimiento de las placas se encuentra la fuer-
za de resistencia de la placa (friccioacuten) que se produce cuando una placa en subduc-
cioacuten roza contra una placa superpuesta El grado de resistencia a lo largo de una
zona de subduccioacuten puede determinarse a partir de la actividad siacutesmica
Debajo de la placa la fuerza de arrastre del Manto ayuda a producir el movimiento
de las placas cuando la corriente de la Astenosfera tiene la misma direccioacuten y su
magnitud supera a la de la placa Sin embargo a menudo la fuerza de arrastre del
Manto actuacutea en la direccioacuten opuesta y contrarresta el movimiento de la placa La
fuerza de arrastre del Manto por debajo de los continentes es varias veces mayor
que por debajo de la Litosfera oceaacutenica porque la Litosfera continental es maacutes grue-
sa que la Litosfera oceaacutenica y por tanto se extiende a maacutes profundidad en el Man-
to
322 Sistemas geodeacutesicos de referencia
Los sistemas de referencia terrestres son necesarios para la determinacioacuten de coor-
denadas sobre la Tierra y para el estudio del movimiento y deformaciones de la
corteza terrestre de manera que constituyen una herramienta imprescindible en el
desarrollo de las diferentes ciencias de la Tierra en especial de la Geodesia Geofiacute-
sica Geodinaacutemica Cartografiacutea Topografiacutea Navegacioacuten sobre la superficie terres-
tre y para la localizacioacuten de cualquier observacioacuten que se realice (Berneacute Valero et
al 2013)2
En primer lugar se deben distinguir los conceptos Sistema de referencia Sistema de
referencia Convencional Marco de referencia y Sistema de Coordenadas
Un sistema de referencia (Reference System) es la definicioacuten teoacuterica e ideal de
una estructura geomeacutetrica para referenciar las coordenadas de puntos en el espacio
estaacute constituido por un conjunto de paraacutemetros modelos convencionales y algorit-
mos y queda definido por un origen direcciones de los ejes escala y algoritmos
para sus transformaciones espaciales y temporales y las constantes utilizadas en las
definiciones y correcciones A los sistemas de referencia geodeacutesicos se le asocia un
elipsoide con sus paraacutemetros geomeacutetricos y fiacutesicos como forma tamantildeo constante
gravitacional y velocidad de rotacioacuten Los sistemas de referencia se pueden clasifi-
car en globales y locales en funcioacuten del espacio geograacutefico de aplicacioacuten (ver Figu-
ra 312)
2 Berneacute Valero et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
39
Un sistema de referencia convencional es un sistema de referencia donde todas las
constantes numeacutericas paraacutemetros e hipoacutetesis y teoriacuteas para el establecimiento del
sistema de referencia son especificadas de modo concreto
Un marco de referencia (Reference Frame) es la realizacioacuten practica de un siste-
ma es la materializacioacuten de un sistema de referencia convencional es decir el con-
junto de puntos y sus coordenadas y las teacutecnicas aplicadas en las medidas y los
meacutetodos utilizados
Un sistema de coordenadas es la parametrizacioacuten de las coordenadas de los puntos
que forman el marco de referencia En este sentido existen infinitos sistemas de
coordenadas para parametrizar el marco de referencia (Martiacuten Furones 2011)
Los sateacutelites que forman la constelacioacuten GNSS aparecen en un dominio celeste y la
descripcioacuten de su movimiento se hace en principio en eacuteste pero los receptores estaacuten
generalmente ligados a la Tierra y sus coordenadas se tratan en un sistema terrestre
Por ello es necesario definir dos tipos de sistemas de referencia en el espacio uno
celeste ICRS Sistema Internacional de Referencia Celeste para la descripcioacuten del
movimiento satelital y otro terrestre ITRS Sistema Internacional de Referencia
Terrestre para describir la posicioacuten de los usuarios
El CGRS es un sistema de referencia celeste geoceacutentrico a este sistema se refieren
las observaciones hechas desde la Tierra y a eacutel se asocian los procesos dinaacutemicos y
los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra (EOP) pues no depende de la rotacioacuten de la
Tierra Es un sistema en movimiento acelerado (geocentro) asociado a un triedro
centrado en el centro de masas de la Tierra incluyendo oceacuteanos y atmosfera El eje
Oz se dirige al polo medio de rotacioacuten y el eje X pasa por el Ecuador en el meri-
diano de Greenwich
El CGRS estaacute ligado al ITRS mediante los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra
Tanto la matriz de rotacioacuten como el resto de paraacutemetros para pasar de un sistema a
otro pueden encontrase en la web del International Earth rotation amp reference sys-tems service y el Observatorio Naval de Estados Unidos (USNO)
El marco de referencia utilizado para representar las coordenadas cartesianas en
GPSGLONASS se llama (ECEF) y es un marco de referencia terrestre centrado en
la Tierra y fijo a ella (Earth Centered Earth Fixed)
En 1988 se creoacute el servicio de rotacioacuten de la Tierra internacional (IERS del ingleacutes
Internacional Earth Rotation Service) como responsable del mantenimiento tanto
del sistema celeste como del sistema terrestre
3 Introduccioacuten
40
Servicios teacutecnicos especializados Servicio combinado
IVS International VLBI Service
ILRS International Laser Ranging Service
IGS International GPS Service for Geodynamics
IDS International DORIS Service
Tabla 31 Servicios de IERS
En la Tabla 31 se muestra un esquema de los servicios especializados del IERS
- IVS proporciona las observaciones efectuadas por medio de teacutecnicas VLBI
las cuales son las uacutenicas que pueden establecer el enlace con el sistema de
referencia celeste (sistema inercial)
- ILRS suministra las observaciones que pueden determinar de la mejor for-
ma posible el geocentro
- IGS proporciona observaciones GPS Considerado eacuteste como un meacutetodo de
bajo costo y faacutecil de manejar por lo que resulta ser el mejor meacutetodo para
densificar redes geodeacutesicas con objeto de controlar los procesos geodinaacute-
micos
- IDS proporciona datos sobre la navegacioacuten de los sateacutelites
Los estaacutendares del IERS abarcan un conjunto de constantes y modelos que se utili-
zan en el centro de caacutelculo del IERS y en la oficina central para la combinacioacuten de
los resultados que suministran los distintos servicios Estos estaacutendares contienen
entre otros
- las teoriacuteas de precesioacuten y nutacioacuten de la IAU
- ratios para el desplazamiento continental (por ejemplo NUVEL NNR-1A)
- constantes gravitacionales etc
Los sistemas de referencia convencionales mantenidos por el IERS se componen
de
- El Internacional Celestial Reference System (ICRS)
- El Internacional Terrestrial Reference System (ITRS)
IERS
3 Introduccioacuten
41
El sistema de referencia celeste internacional (ICRS) se define como3 (Seeber
2003)
- El origen estaacute fijado en el baricentro del sistema solar (heliocentro)
- La orientacioacuten se efectuacutea
o relativa a las radiofuentes estelares
o paralelo a los ejes del FK5 (cataacutelogo fundamental de estrellas)
o ecuador medio en la eacutepoca J20000
o eje x punto medio de Aries en la eacutepoca J20000
- El sistema del tiempo definido por el Tiempo Dinaacutemico Bariceacutentrico
- Los meacutetodos de observacioacuten empleados astronoacutemicos (FK5) VLBI sateacuteli-
te Hipparcos
Figura 312 Clasificsacioacuten de los sistemas de referencia
3 Seeber G (2003) ldquoSatellite Geodesyrdquo
3 Introduccioacuten
42
3221 Sistemas geodeacutesicos de referencia globales Sistema de Referencia
Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System
ITRS)
Los sistemas de referencia fijos al espacio o inerciales son los maacutes apropiados para
definir la situacioacuten y el movimiento de objetos externos a la Tierra como las estre-
llas los planetas y de forma especial los sateacutelites artificiales Al ser sistemas libres
de aceleracioacuten o inerciales permiten efectuar caacutelculos empleando sin modificacio-
nes la formulacioacuten newtoniana
Los sistemas geodeacutesicos de referencia globales tienen como finalidad principal el
control geodeacutesico tridimensional en cualquier parte de la Tierra es por ello que han
sido desarrollados por organizaciones internacionales La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es el origen geoceacutentrico de las coordenadas cartesianas tridimensio-
nales asociadas
Un sistema geodeacutesico de referencia global se caracteriza por
- Origen Centro de masas terrestres o geocentro incluyendo la atmoacutesfera y
los oceacuteanos
- Eje Z coincide con el eje de rotacioacuten terrestre
- Plano meridiano pasa por cualquier punto de la tierra y contiene al eje de
rotacioacuten
- Plano ecuador es perpendicular al eje de rotacioacuten y para por el geocentro
- Eje X se situacutea en la direccioacuten del plano meridiano que pasa por Greenwich
y contenido en el plano ecuador Es considerado internacionalmente como
meridiano origen o meridiano cero desde 1884
- Eje Y contenido en el plano
ecuador y perpendicular al eje X y su
sentido seraacute tal que los tres ejes formen
una tripleta dextroacutegira
El eje z se ve afectado por la variacioacuten en
la direccioacuten del eje de rotacioacuten terrestre
con el tiempo fenoacutemeno que se denomi-
na movimiento del polo
La direccioacuten del eje de rotacioacuten terrestre
variacutea con respecto a la propia superficie
terrestre y por tanto respecto al sistema
de referencia geoceacutentrico terrestre El
polo describe a lo largo del tiempo una
trayectoria libre que es una curva maacutes o
menos circular de radio 6 metros como
se indica en la Figura 314 y periodo aproximado de 430 diacuteas provocado por el
Figura 314 Movimiento del polo
Movimiento libre y oscilaciones forzadas
(Martiacuten Furones 2011)
3 Introduccioacuten
43
caraacutecter deformable de la Tierra redistribuciones interiores de las masas terrestres
efectos del rebote postglaciar en Canadaacute y Fenoscandia movimientos tectoacutenicos
redistribuciones atmosfeacutericas etc Superpuesta a eacutesta trayectoria libre se encuen-
tran una serie de oscilaciones forzadas provocadas por la influencia gravitatoria del
Sol y la Luna con una magnitud de 60 centiacutemetros ver Figura 314
Este movimiento del polo afecta directamente a las coordenadas de los puntos sobre
la superficie terrestre ya que el sistema de referencia iraacute cambiando Lo maacutes indi-
cado es tomar como eje Z de referencia el origen o centro de los ciacuterculos de movi-
miento libre quedando asiacute determinado el eje Z de un modo convencional Si las
coordenadas de los puntos se refieren al polo convencional tendremos coordenadas
absolutas si se refieren al polo instantaacuteneo (situacioacuten del eje de rotacioacuten en un de-
terminado momento) tendremos coordenadas instantaacuteneas
No hay teoriacutea cientiacutefica que pueda predecir el movimiento del polo y por lo tanto
su posicioacuten asiacute que se monitoriza continuamente mediante observaciones Fenoacuteme-
nos como los grandes terremotos pueden producir importantes desplazamientos del
eje terrestre y por consiguiente del polo el terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de
2011 en el que se centra uno de los artiacuteculos que forman parte de esta tesis movioacute
el eje terrestre cerca de 17 centiacutemetros en direccioacuten 133 grados longitud este (se-
guacuten un estudio del Jet Propulsion Laboratory de la NASA) Esta materializacioacuten se
realizaba con observaciones astronoacutemicas lo que dio lugar al establecimiento de tres
polos diferentes
- Polo CIO desde 1899 la International Latitude Service (ILS) utilizando
observaciones astronoacutemicas sobre cinco estaciones en un mismo paralelo
llegoacute a la definicioacuten del polo CIO (Convencional International Origen) de-
finido como la posicioacuten media del polo entre 1900 y 1905 de manera que
se obtuvieron determinaciones precisas de los largos periacuteodos del movi-
miento del polo La precisioacuten de estas determinaciones se cifroacute en 3 me-
tros
- Polo BIH (Bureau International de lrsquoHeure) Proporcionoacute estimaciones
maacutes frecuentes (medias de 5 diacuteas) y precisiones de 1 metro en la determi-
nacioacuten del movimiento del polo
- Polo IPMS Cada vez con maacutes frecuencia se empezoacute a necesitar los mo-
vimientos de corto periodo del polo para aplicaciones geodeacutesicas y astro-
noacutemicas por lo que el ILS se reorganizoacute en 1962 en el Internacional Polar
Motion Service (IPMS) asiacute surge el polo IPMS generado a partir de deter-
minaciones de latitud astronoacutemica en 80 estaciones y con precisioacuten de un
metro en la determinacioacuten del movimiento del polo
La irrupcioacuten de las teacutecnicas espaciales supuso un gran avance asiacute en 1984 la BIH establecioacute un nuevo sistema de referencia terrestre basado en las coordenadas car-
tesianas geoceacutentricas de las estaciones fundamentales donde se habiacutean aplicado
3 Introduccioacuten
44
teacutecnicas espaciales este nuevo sistema coincide con el polo CIO astronoacutemico si se
tienen en cuenta las precisiones en la determinacioacuten del CIO lo cual permite dar
continuidad a las coordenadas determinadas antiguamente
Finalmente en 1987 se creoacute la Internacional Earth Rotacion Service (IERS) reem-
plazando a la BIH y a la IPMS para entre otras cosas monitorizar el movimiento
del polo basaacutendose en teacutecnicas espaciales de forma continua con lo que el polo BIH
determinado en 1984 pasoacute a llamarse polo IERS Desde abril de 2003 el nombre fue
cambiado al de Internacional Earth Rotation and Reference Systems Service
(IERS) proporcionando las coordenadas instantaacuteneas del polo para cada diacutea referi-
das al polo IERS cuyo eje X seraacute el meridiano de Greenwich convencional y el eje
Y estaacute situado hacia el Oeste (direccioacuten de su sentido positivo) formando 90 grados
(Martiacuten Furones 2011)
Uno de los sistemas geodeacutesicos de referencia globales es el Sistema de Referencia
Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System ITRS) que
constituye un conjunto de prescripciones y convenios necesarios para definir origen
escala orientacioacuten y tiempo de evolucioacuten de un sistema convencional de referencia
terrestre Es un sistema de referencia ideal definido por la Resolucioacuten Nordm 2 de la
IUGG adoptada en Viena en 1991
El ITRS se define como
- Geoceacutentrico fijado al centro de masas de la Tierra definida eacutesta como la
masa de toda la Tierra incluida la de los oceacuteanos y la de la atmoacutesfera
- La unidad de longitud es el metro del sistema internacional (SI) la escala
estaacute entendida en el contexto de la teoriacutea relativista de la gravitacioacuten
- La orientacioacuten de los ejes estaacute dada por la orientacioacuten inicial del BIH (Bu-reau Internacional de lrsquoHeure) dada en 1984
- La evolucioacuten temporal de la orientacioacuten no crea residuo de la rotacioacuten glo-
bal respecto a la corteza terrestre
- Los meacutetodos de observacioacuten son VLBI SLR GPS DORIS PRARE
- El elipsoide de referencia es el GRS80
La orientacioacuten de los ejes en el ITRS estaacuten definidos seguacuten se muestra en la Figura
315 como
- El eje Z es el establecido por la orientacioacuten media del eje polar en el pe-
riodo 1900-1905 llamado Polo Terrestre Convencional (CTP) u Origen
Internacional Convencional (CIO) En el vocabulario de la IERS se deno-
mina ldquoIERS Reference Polerdquo (IRP)
- El eje X es el vector de origen el geocentro y que pasa por la interseccioacuten
del plano ecuatorial con el plano meridiano de Greenwich 1984 este uacutelti-
mo es denominado en la nomenclatura del IERS como ldquoIERS Reference Meridianrdquo (IRM)
3 Introduccioacuten
45
- El eje Y corresponde al respectivo eje perteneciente a un sistema dextroacutegi-
ro
Figura 315 Marco de referencia ECEF
3222 El marco de referencia internacional terrestre ITRF4
Para conseguir una realizacioacuten praacutectica de un marco geodeacutesico global de referencia
se tienen que establecer una serie de puntos con un conjunto de coordenadas El
marco de referencia terrestre Internacional (ITRF) es seguacuten el IERS la materializa-
cioacuten del ITRS definido por un conjunto de puntos fiacutesicamente establecidos con sus
coordenadas cartesianas tridimensionales geoceacutentricas o geograacuteficas y sus veloci-
dades junto con la matriz varianza covarianza de su solucioacuten En la Figura 316 se
muestra la paacutegina web del ITRF Se trata de un sistema de referencia ideal definido
por la Resolucioacuten Nordm 2 de la IUGG adoptada en Viena en 1991
Es un marco tridimensional geoceacutentrico adaptado a la Tierra y gira con eacutesta su
origen estaacute centrado con respecto al centro de masas incluido oceacuteanos y atmosfera
con una precisioacuten del orden del centiacutemetro su orientacioacuten es ecuatorial es decir el
eje Z es paralelo al Polo
La orientacioacuten de sus ejes tal como establecioacute la BIH en 1984 es
- Eje Z Polo medio determinado por la IERS y llamado IERS Reference Po-
le (IRP) o Convencional Terrestrial Pole (CTP)
- Eje X Meridiano de Greenwich Convencional determinado por la IERS y
llamado IERS Reference Meridian (IRM) o Greenwich Mean Origin
(GMO)
4 httpitrfensgignfr
3 Introduccioacuten
46
- Eje Y Formando una tripleta dextroacutegira con los ejes anteriores sobre el
plano del ecuador convencional
Figura 316 Web del ITRF
El marco estaacute formado por coordenadas cartesianas y velocidades de una serie de
estaciones equipadas con teacutecnicas de observacioacuten espacial (VLBI SLR LLR GPS
desde 1991 y DORIS desde 1994) en la Figura 317 se pueden ver las estaciones
para el ITRF2005 La teacutecnica VLBI posee el mayor peso en la definicioacuten de la
orientacioacuten Estas coordenadas definen impliacutecitamente el origen la escala y la
orientacioacuten de los ejes coordenados X Y Z del sistema de referencia Para expre-
sar las posiciones de las coordenadas geodeacutesicas se utiliza el elipsoide GRS80
geoceacutentrico
3 Introduccioacuten
47
Figura 317 Mapa en el que se muestran las estaciones que forman el marco de referencia ITRF
2005 Cada forma y color corresponde a una teacutecnica espacial utilizada diferente International
Terrestrial Reference Frame
La conexioacuten entre las diferentes teacutecnicas de observacioacuten se realiza en aquellas esta-
ciones que posean dos o maacutes teacutecnicas de observacioacuten y sea posible la determinacioacuten
precisa (plusmn4-5 mm de error) de los incrementos de coordenadas X Y Z entre los
instrumentos de medida (receptores GPS o DORIS telescopios y radiotelescopios)
utilizando mediciones topograacuteficas o con GPS
Las actualizaciones de la ITRF incluyen ITRF89 ITRF90 ITRF91 ITRF92
ITRF93 ITRF94 ITRF95 ITRF96 ITRF97 ITRF2000 ITRF2005 y ITRF2008
estaacute preparaacutendose ITRF2013 Las sucesivas versiones de ITRF representan mejor
las cantidades y calidades de las observaciones hay mejoras en los algoritmos de
procesamiento y presentan mejores modelos de los movimientos (o velocidades) de
las placas tectoacutenicas
El ITRF se nombra ITRFyy y eacutepoca to donde yy indica el uacuteltimo antildeo cuyos datos se
usaron en la formacioacuten del ITRF y to es el instante o eacutepoca de la que se refieren los
paraacutemetros asiacute el ITRF97 fue publicado en 1999 con los datos disponibles en 1997
Esto es necesario ya que todos los puntos de la corteza terrestre se asientan sobre
placas tectoacutenicas que sufren movimientos constantes
La transformacioacuten rigurosa entre dos sistemas terrestres arbitrarios como el ITRFyy
eacutepoca to y el ITRFzz eacutepoca t se designa simboacutelicamente por
ITRFyy(to) -gt ITRFzz(t)
3 Introduccioacuten
48
La relacioacuten entre dos marcos de referencia viene dada por una transformacioacuten de 7
paraacutemetros (3 Traslaciones 3 Rotaciones y un cambio de escala D) maacutes otras siete
de sus variaciones temporales primeras derivadas respecto al tiempo
Z
Y
X
DRR
RDR
RRD
T
T
T
Z
Y
X
Zs
Ys
Xs
12
13
23
3
2
1
X Y Z son las coordenadas en el marco origen
XS YS ZS son las coordenadas a obtener en el marco destino
Por ejemplo entre ITRF92 e ITRF 2000 para la eacutepoca 19880
0012
13
23
3
2
1
0092 ITRFITRFITRFZ
Y
X
DRR
RDR
RRD
T
T
T
Z
Y
X
Zs
Ys
Xs
Para un paraacutemetro dado P su valor en una eacutepoca t se obtiene a partir de la ecua-
cioacuten P (t) = P (t0) +P (t-t0)
En estos marcos de referencia la posicioacuten de un punto y su evolucioacuten sobre la su-
perficie terrestre se expresan de la siguiente manera
X (t) = X0 + V0 (t-t0) + sum i Xi (t)
X (t) = X (t0) + (t - t0) VX
Y (t) = Y (t0) + (t - t0) VY
Z (t) = Z (t0) + (t - t0) VZ
Donde t0 es la eacutepoca de definicioacuten del marco de referencia V es la velocidad del
punto debida a los movimientos tectoacutenicos y el sumatorio final son los efectos va-
riables en el tiempo que modifican la posicioacuten del punto por ejemplo los efectos de
mareas terrestres carga oceaacutenica etc
ITRF es el Sistema de Coordenadas establecido por el IERS (International Earth
Rotation Service) De este modo el IGS (International GNSS Service) difunde las
efemeacuterides precisas expresadas en este marco de referencia Pero en el marco del
IGS aunque se apoya en el ITRF las coordenadas han sido soacutelo obtenidas a partir
de estaciones GNSS (no se incluyen observables de SLR VLVI o DORIS) por eso
al marco ITRF donde el IGS da las coordenadas se le llama IGS08 o IGb08 el ter-
mino b es una correccioacuten o actualizacioacuten del IGS concreto
3 Introduccioacuten
49
El establecimiento de un marco de referencia de precisioacuten no es tarea sencilla ya
que la Tierra sufre deformaciones debido a su caraacutecter elaacutestico y las precisiones de
las observaciones son cada vez mayores por lo que las observaciones deben ser
corregidas por los efectos de
- Mareas terrestres
- Carga atmosfeacuterica y oceaacutenica
- Tectoacutenica de placas El movimiento de la corteza terrestre causado por la
tectoacutenica de placas produce el desplazamiento de los puntos de las redes
geodeacutesicas en el tiempo generando distorsiones (ver Figura 318) Actual-
mente es posible determinar la magnitud empleando modelos globales de
placas tectoacutenicas Las placas se desplazan de 25 a 5 cm antildeo El modelo uti-
lizado hasta el ITRF2005 es el NNR-NUVEL-1A basado en que no exis-
ten rotaciones sobre el Manto de las placas tectoacutenicas y por tanto la suma
de las velocidades de las placas sobre toda la Tierra es cero Para el
ITRF2008 se utiliza un modelo basado en las propias velocidades de las es-
taciones ITRF observadas con teacutecnicas espaciales el APKIM2005 (las ve-
locidades presentan tambieacuten error ya que se obtienen a partir de caacutelculos)
- Movimientos locales y regionales Un ejemplo seriacutea el rebote postglacial de
Escandinavia Por tanto el ITRF es un marco dinaacutemico que cambia de
acuerdo a las variaciones temporales de las coordenadas y velocidades de-
bido a los efectos anteriores (Martiacuten Furones 2011)
Figura 318 Vectores de velocidad de las placas
3 Introduccioacuten
50
3223 Marco de referencia GNSS Materializacioacuten del ITRS IGSyy
La determinacioacuten de coordenadas a partir de observaciones GNSS debe producirse
en un marco que permita establecer una relacioacuten directa con las coordenadas y mar-
cos terrestres y en el caso de GNSS se utilizan los sistemas y marcos ITRS e ITRF
IGS es la realizacioacuten del ITRS es el marco IGS (Internacional GNSS Service)
(Ray et al 2004 y Benciolini et al 2008) y su singularizacioacuten IGS e IGb Este
marco de referencia ha sido el maacutes utilizado como se veraacute maacutes adelante en los
estudios realizados
IGS es un organismo compuesto por maacutes de 200 agencias de todo el mundo que
comparten recursos y datos de estaciones GPS o GLONASS permanentes de todo el
mundo con el fin de generar productos GNSS de alta precisioacuten
El ITRF incluye observaciones GPS (Global Positioning System) SLR (Satellite
Laser Ranging) VLBI (Very Long Baseline Interferometry) y DORIS (Doppler
Orbit determination and Radiopositioning Integrated on Satellite) Pero esta red de
estaciones no es muy homogeacutenea a nivel mundial y el IGS soacutelo selecciona estacio-
nes GPS y como no todas las estaciones GPS incluidas en el ITRF tienen una pre-
cisioacuten homogeacutenea selecciona aquellas que satisfacen ciertos criterios de calidad y
las utiliza como marco de referencia en el caacutelculo de sus productos finales (oacuterbitas
satelitales correcciones a los relojes de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten
terrestre etc) Las estaciones elegidas cuentan uacutenicamente con la teacutecnica espacial
GPS o GLONASS es por esto que si se utilizan uacutenicamente las observaciones de
estas estaciones se puede formar un marco (el marco IGS) de referencia que seraacute
maacutes consistente que el ITRF ya que no utiliza ni mezcla observaciones de otras
teacutecnicas espaciales con esto no se quiere decir que sea un marco maacutes preciso que el
marco ITRF
Esta red que se muestra en la Figura 319 conformada por las estaciones de refe-
rencia seleccionadas por el IGS cerca de 400 no presenta traslaciones ni transfor-
maciones ni cambio de escala con respecto al ITRF por ello nominalmente el
marco de referencia del IGS y el ITRF son iguales El 17 de abril de 2011 (semana
GPS 1632) el servicio internacional de GNSS (IGS) dejoacute de usar el marco de refe-
rencia de IGS05 y adoptoacute uno nuevo llamado IGS08 el cual se entiende equivalen-
te al ITRF2008
3 Introduccioacuten
51
Figura 319 Mapa en el que se muestran las estaciones que forman el marco de referencia IGS
International GNSS Service
El IGS anuncioacute en octubre del 2012 (semana 1709) la introduccioacuten de una versioacuten
actualizada del Marco de Referencia IGS08 la cual se denomina IGb08 Esta actua-
lizacioacuten se debe a que muchas de las estaciones contenidas en el IGS08 han sufrido
discontinuidades posteriores a la eacutepoca 20095 lo que las hace inutilizables como
puntos fiduciales en el ajuste de marcos de referencia Las regiones maacutes afectadas
son Ameacuterica del Sur Aacutefrica y el Este de Asia El IGb08 se utiliza para reemplazar
el IGS08 a partir del 7 de octubre de 2012 semana GPS 1709
Las diferencias entre el ITRF y el IGS en la misma eacutepoca apenas es de alguacuten miliacute-
metro por ello a todos los efectos se consideran similares
Una de las principales diferencias entre los marcos IGS05 e IGSb00 o entre IGS05
e ITRF05 (en sus veacutertices GPS) radica en un refinamiento en la estrategia de caacutelcu-
lo para las coordenadas para obtener una gran precisioacuten de las coordenadas de un
punto GPS es necesario conocer exactamente la posicioacuten del centro de fase tanto del
sateacutelite como de la antena receptora La posicioacuten para la antena receptora se des-
compone en dos partes un sesgo entre el centro de fase y el punto de referencia de
la antena y una variacioacuten respecto a este sesgo ya que el centro de fase no es algo
fijo sino que depende de la elevacioacuten acimut y la intensidad de la sentildeal de los sateacute-
lites
Normalmente los fabricantes dan las coordenadas (3D) del sesgo del centro de fase
respecto al punto de referencia de la antena (normalmente la interseccioacuten de la ver-
tical mecaacutenica con la parte baja de la antena) y se considera que las variaciones a
este sesgo son despreciables por lo que se fijan a cero a este esquema se le deno-
mina correcciones relativas del centro de fase de la antena Actualmente tanto los
3 Introduccioacuten
52
sesgos como las variaciones se pueden modelar (Seeber 2003) para los diferentes
tipos de antena existentes en el mercado esta modelizacioacuten dependeraacute de la eleva-
cioacuten y acimut de los sateacutelites de los que recibe sentildeal El resultado final seraacute una
mejora en la precisioacuten de las coordenadas determinadas en estas estaciones a este
esquema se le denomina correcciones absolutas del centro de fase de la antena Este
efecto afecta sobre todo a la determinacioacuten de la escala del marco IGS Asiacute el mar-
co ITRF2005 no es consistente con las calibraciones absolutas de antena GPS
Los usuarios GNSS que utilicen productos IGS (oacuterbitas paraacutemetros de rotacioacuten de
la Tierra etc) en sus caacutelculos estaraacuten obteniendo las coordenadas finales de sus
estaciones en el marco IGS (actualmente en el IGS08) por lo tanto seraacute el marco
especiacutefico para usuarios GPS
3224 Sistemas geodeacutesicos de referencia locales ETRS 89 datum europeo
Los sistemas de referencia locales o fijos a la Tierra se utilizan para determinar
coordenadas de puntos sobre la superficie terrestre o en sus proximidades Por tan-
to al igual que la Tierra estaacuten en continua rotacioacuten En este tipo de sistemas de
referencia no se cumplen las ecuaciones del movimiento de Newton al aparecer
aceleraciones rotacionales (centriacutefuga y de Coriolis) Reciben por ello el nombre de
sistemas no inerciales
Figura 320 Desplazamiento del centro de masas de un sistema de referencia local
3 Introduccioacuten
53
Estos sistemas pueden ser faacutecilmente relacionados con el campo gravitatorio De
esta forma permiten establecer sistemas de coordenadas intuitivos en los que se
describen los movimientos tal y como se producen ante nuestros ojos Estos siste-
mas asignan dos coordenadas para los desplazamientos planimeacutetricos sobre la su-
perficie terrestre y una tercera para definir la separacioacuten respecto a eacutesta
Un sistema geodeacutesico de referencia local estaacute determinado por un datum geodeacutesico
conjunto de paraacutemetros que definen la posicioacuten de un elipsoide respecto a la Tierra
Ademaacutes se define un punto fundamental en el cual se determinan paraacutemetros como
la orientacioacuten y el origen de coordenadas Los sistemas geodeacutesicos de referencia
locales son sistemas cuasi-geoceacutentricos es decir poseen una considerable desvia-
cioacuten con respecto al centro de masas de la Tierra o geocentro como se puede ver en
la Figura 320 (∆X ne ∆Y ne∆Z ne 0) y estaacuten asociados a un elipsoide de referencia
cuyo objetivo es ajustar el geoide a una zona determinada del globo
Un punto fundamental debe contar con Coordenadas astronoacutemicas (Φ Λ) coorde-
nadas geodeacutesicas (φ λ) altura ortomeacutetrica (H) azimut hacia otro veacutertice (astronoacute-
mico y geodeacutesico) componente meridiana (ξ) primer vertical (η) y ondulacioacuten del
geoide (N) nula
Dicho de otra forma El sistema local queda definido por siete paraacutemetros (o mejor
dicho 6 maacutes una condicioacuten) valores para a y f (geometriacutea del elipsoide) valores de
las desviaciones de la vertical (ξ η) y de la ondulacioacuten del geoide (distancia entre el
elipsoide de referencia y el geoide) con estos tres paraacutemetros se obtiene la orienta-
cioacuten del elipsoide el acimut geodeacutesico de una liacutenea y como condicioacuten que el semi-
eje menor del elipsoide y el eje medio de rotacioacuten terrestre sean paralelos Ademaacutes
se intenta que el elipsoide se ajuste lo maacuteximo posible a la zona a cartografiar (ver
Figura 320) de manera que la reduccioacuten de observaciones sea lo maacutes sencilla
posible
Los sistemas geodeacutesicos de referencia locales estaacuten relacionados a coordenadas
bidimensionales ya sean estas geodeacutesicas curviliacuteneas (φ λ) o planas (x y) La
altura (H) se determina mediante un sistema de referencia vertical el cual es inde-
pendiente del sistema bidimensional Las precisiones alcanzables por la materiali-
zacioacuten de un sistema local de primer orden corresponden a 10 ppm Sin embargo la
zona de efectividad de este nivel de precisioacuten estaraacute limitada por la relacioacuten geomeacute-
trica que exista entre el elipsoide y el geoide pudiendo alcanzar errores relativos a
decenas de metros en aacutereas bastante alejadas del punto fundamental (Fuentes
2006)
EUREF (European Reference Frame) es la subcomisioacuten de la IAG creada en 1987
que se encarga de la definicioacuten realizacioacuten y materializacioacuten del sistema de refe-
rencia europeo ETRS y del sistema de referencia vertical europeo EVRS Para el mantenimiento del ETRS se creoacute una red de estaciones permanentes EPN que con-
tribuyen al mantenimiento del ETRS y se muestra en la Figura 321
3 Introduccioacuten
54
Figura 321 Red EUREF
Dado que sobre la parte estable de Europa la precisioacuten de las posiciones individua-
les se encontraba ya en algunos pocos centiacutemetros en X Y y Z en 1989 se decidioacute
que las coordenadas ITRF89 de las 36 estaciones europeas definieran el Marco de
Referencia Terrestre Europeo (ETRF89) el cual rota con la parte estable de la placa
euroasiaacutetica y es coincidente con el ITRF en la eacutepoca 19890 Esto quiere decir que
al ajustar el marco a los movimientos de la placa las coordenadas de las estaciones
que forman el marco seraacuten siempre iguales (al margen de posibles movimientos
producidos por causas locales) A cada determinacioacuten ITRF(antildeo) le corresponde
una ETRF89(antildeo) o simplemente ETRF(antildeo)
El ETRS89 es el marco de referencia tridimensional europeo basado en una red de
estaciones GPS EUREF En el disentildeo de este marco de referencia europeo los as-
pectos que se tuvieron en cuenta fueron
- Establecer un marco de referencia geoceacutentrico cara cualquier proyecto de ingenieriacutea o geodinaacutemico en Europa
3 Introduccioacuten
55
- Constituir una referencia de precisioacuten para geodesia y navegacioacuten en Euro-
pa
- Eliminar los datums locales en Europa de manera que constituyese un mar-
co de referencia moderno que los diferentes servicios cartograacuteficos nacio-
nales adoptasen
Estaacute definido con una precisioacuten de 1 cm Este sistema de referencia geodeacutesico estaacute
ligado a la placa estable de la placa continental europea El ETRS se desplaza res-
pecto a los ITRS globales pero su relacioacuten es conocida y sus coordenadas se pue-
den trasladar a un ITRS sin peacuterdida de precisioacuten (ETRS89 Boucher and Altamimi)
Este sistema geodeacutesico de referencia lleva asociado entre otros paraacutemetros un
elipsoide de referencia que es el GRS80 completamente equivalente a nivel usuario
con el WGS84
Los primeros caacutelculos de ETRF89 son ideacutenticos a ITRF89 Comparando estos
caacutelculos con resultados ITRFyy encontramos que la plataforma continental Euro-
pea (a excepcioacuten de Grecia y Turquiacutea) se mueve uniformemente a una velocidad de
2-3 cm por antildeo con respecto al ITRS como se puede ver en la Figura 322
Figura 322 Desplazamiento de la plataforma continental Europea de ETRF en comparacioacuten con
ITRF (httpwwwignbeFRFR2-1-5-1-3shtm)
La trasposicioacuten de los avances en marcos de referencia a la legislacioacuten espantildeola se
materializa mediante el Real Decreto 10712007 de 27 de julio por el que se regula
el sistema geodeacutesico de referencia oficial en Espantildea
- El sistema de referencia ETRS89 (European Terrestrial Reference System
1989) Sistema de Referencia Terrestre Europeo 1989 ligado a la parte es-
3 Introduccioacuten
56
table de la placa continental europea es consistente con los modernos sis-
temas de navegacioacuten por sateacutelite GPS GLONASS y el europeo GALILEO
Su origen se remonta a la resolucioacuten de 1990 adoptada por EUREF (Sub-
comisioacuten de la Asociacioacuten Internacional de Geodesia AIG para el Marco
de Referencia Europeo) y trasladada a la Comisioacuten Europea en 1999 por lo
que estaacute siendo adoptado sucesivamente por todos los paiacuteses europeos
- El objeto de este real decreto es la adopcioacuten en Espantildea del sistema de refe-
rencia geodeacutesico global ETRS89 sustituyendo al sistema geodeacutesico de re-
ferencia regional ED50
Actualmente la IERS pretende actualizar el marco de referencia aproximadamente
cada cinco antildeos esto puede producir saltos en las coordenadas de las estaciones y
discontinuidades que pueden llevar a cierto grado de confusioacuten (por ejemplo se ha
constatado un salto en el eje Z entre ITRF2000 e ITRF2005 de 18 mmantildeo debido
entre otras cosas a la incertidumbre de las medidas SLR en la determinacioacuten del
geocentro terrestre evidentemente estos saltos pasaraacuten a la definicioacuten ETRF del antildeo
correspondiente Este salto u offset se ha introducido en la correspondiente solucioacuten
ETRF rompiendo con el caraacutecter teoacuterico de ldquocoordenadas constantesrdquo del marco
europeo Para evitar que esto vuelva a suceder dado que estos saltos son inherentes
del propio proceso de generacioacuten y caacutelculo de los sucesivos marcos ITRF se reco-
mienda no utilizar el ETRF2005 (ni siquiera se ha creado) sino que se debe adoptar
el ETRF2000 como marco de referencia convencional definitivo (es decir se ldquocon-
gelardquo el marco ETRF89 al ETRF2000) de todas formas para poder aprovechar las
precisiones del marco ITRF2005 se recomienda que todas las estaciones europeas
que posean solucioacuten en el marco ITRF2005 se expresen en el marco ETRF2000
llamando a estas coordenadas ETRF2000(R05) Esta decisioacuten se adoptoacute ademaacutes
para armonizar las futuras realizaciones del sistema ETRS89 estableciendo asiacute un
uacutenico marco de forma convencional comuacuten para toda Europa El marco de referen-
cia se ha ido densificando poco a poco sobre todo gracias a las determinaciones
GPS En 1990 se antildeadieron 30 estaciones maacutes a las originales desde entonces se
han ido introduciendo estaciones sobre todo en Europa del Este Actualmente cerca
de 90 forman la red EUREF permanente (ver Figura 321)
Transformacioacuten entre ITRS-ETRS89
La transformacioacuten entre ITRS y ETRS89 se desarrolla por el EUREF TWC y se
compone de tres pasos
- Estimacioacuten de coordenadas en el ITRF actual en la eacutepoca actual t
- Transformacioacuten de ITRF a ETRF en la eacutepoca actual
- Propagacioacuten de las coordenadas en tiempo en el ETRF
En cuanto a la segunda etapa hay que sentildealar que hasta el ITRF 2000 el EUREF
recomienda transformar ITRS a ETRS89 soacutelo en las mismas versiones (de
ITRF2000 y ETRF2000 etc) sin embargo en el caso de ITRF2005 se recomienda
3 Introduccioacuten
57
no utilizar el uacuteltimo ejercicio ETRF205 sino maacutes bien adoptar la ETRF2000 como
un marco convencional del sistema de ETR89 (Boucher and Altamimi)
EUREF Permanent Network (EPN) httpepncbomabe
EUEF perteneciente a la IAG es el Marco de Referencia para EUROPA y realiza y
mantiene los ETRS Sistema Europeo de Referencia El instrumento de EUREF es la
red de estaciones Permanente EPN que cubre Europa con 223 estaciones GNSS
(ver Figura 321)
Proyecto EUVN (European Vertical Reference Network)
La Red Vertical Europea GPS de Referencia (EUVN) disentildeada para la unificacioacuten
de los diferentes sistemas de altitudes en Europa se observoacute en mayo de 1997 y sus
resultados se presentaron en junio de 1998 Incluye 195 puntos distribuidos por toda
Europa 79 puntos EUREF 53 puntos nodales de las redes de nivelacioacuten del este y
oeste de Europa y 63 mareoacutegrafos En Espantildea existen 8 estaciones EUVN (Alican-
te Almeriacutea Barcelona Casetas La Coruntildea Palma Puertollano y Santander) Cada
una de ellas posee un conjunto de coordenadas tridimensionales X Y Z latitud
longitud altitud elipsoidal y altitud fiacutesica derivada de medidas de nivelacioacuten y gra-
vedad con respecto a UELN yo los sistemas nacionales de altitudes El proyecto
EUVN contribuye a la realizacioacuten de un datum Europeo Vertical y a conectar los
diferentes niveles del mar de los diferentes paiacuteses europeos con respecto al PSMSL
(Servicio Permanente del Nivel Medio del Mar) asiacute como a la determinacioacuten de un
sistema global absoluto de altitudes
3225 Sistemas de referencia geodeacutesicos globales GRS80 y WGS84
El Geodetic Reference System 1980 (GRS80) adoptado por la IUGG (International
Union of Geodesy and Geophysics) por su asamblea general de Camberra en 1979
pertenece a este grupo Este sistema reemplaza al GRS67 por no representar ade-
cuadamente el tamantildeo forma y el campo gravitatorio con precisioacuten suficiente para
la mayoriacutea de aplicaciones geodeacutesicas geofiacutesicas astronoacutemicas e hidrograacuteficas Los
principales paraacutemetros del sistema se muestran en la Tabla 32
El paraacutemetro a se ha obtenido a partir de medidas SLR y Doppler el coeficiente del
potencial gravitatorio J2 se ha obtenido a partir de perturbaciones en la oacuterbita de
sateacutelites la constante gravitacional GM ha sido obtenida a partir de SLR LLR y
pruebas espaciales y ω = 729311510-11 rdsg se ha obtenido a partir de medidas
astronoacutemicas
La orientacioacuten del eje Z seraacute la definida por el polo CIO como eje X el meridiano
0 definido por la BIH y el eje Y formando la tripleta dextroacutegira
3 Introduccioacuten
58
Paraacutemetro Abreviacioacuten Valor
Radio ecuatorial de la Tierra Semieje
mayor
a 6378137 m
Aplanamiento f 1298257222101
Primera excentricidad e 0081819191043
Segunda excentricidad eacute 00820944379496
Constante gravitacional geoceacutentrica GM 3986005 10-8
m3s
-2
Factor dinaacutemico J2 10826310-8
ω 729311510-11
rds
Tabla 32 Principales paraacutemetros del sistema Geodetic Reference System 1980 (GRS80)
Este sistema sigue en vigor y no se ha actualizado en su definicioacuten ya que se debe
tener en cuenta que por debajo del metro en la diferencia de paraacutemetros no existe
una diferencia praacutectica en la determinacioacuten de coordenadas Asiacute las mejoras del
mismo se consideran avances cientiacuteficos pero el estaacutendar (GRS80) no se debe cam-
biar
Cuando la informacioacuten sobre el datum se obtiene a partir de posiciones dentro de la
oacuterbita de los sateacutelites (determinacioacuten dinaacutemica del sistema) los coeficientes del
potencial gravitatorio (J2) asiacute como algunas constantes (ω velocidad de la luz
constante gravitatoria geoceacutentrica) forman parte de la definicioacuten del datum ya que
se calculan todas juntas
Un ejemplo de eacuteste uacuteltimo grupo es el World Geodetic System 1984 (WGS84) utili-
zado por la teacutecnica GPS y obtenido exclusivamente a partir de los datos de la cons-
telacioacuten de sateacutelites GPS
World Geodetic System es un sistema de referencia terrestre convencional desa-
rrollado por el servicio geograacutefico de la armada de los EEUU (DMA-Defense Map-
ping Agency Posteriormente NIMA) El sistema de coordenadas cartesianas tridi-
mensional GPS es un marco de referencia terrestre centrado en la Tierra ECEF y
fijo a ella (Earth Centered Earth Fixed)
El WGS-84 se realizoacute a partir de un conjunto de maacutes de 1500 posiciones terrestres
cuyas coordenadas se derivaron de observaciones Doppler Posteriormente se reali-
zan refinamientos del sistema Actualmente el utilizado es el marco WGS84
(G1150) que fue introducido en 2002 y que estaacute de acuerdo con ITRF2000 a nivel
de centiacutemetro
El marco de referencia WGS lo constituyen los sateacutelites y sus efemeacuterides transmiti-
das no existe un marco en Tierra por esos se realizan sucesivas aproximaciones o
refinamiento al ITRF de manera que sus coordenadas absolutas apenas difieran
3 Introduccioacuten
59
Las caracteriacutesticas de WGS84 se muestran en la figura 323 y son
- Su origen es coincidente (2 m) con el centro de masas de la Tierra inclui-
dos oceacuteanos y mares
- El eje Z estaacute en direccioacuten del Polo terrestre Convencional del BIH eacutepoca
1984
- Eje X es la interseccioacuten del plano del meridiano de referencia meridiano
cero Greenwichcon el ecuador
- Eje Y completa el sistema ortogonal dextrorsum
Figura 323 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de WGS84
Las funciones derivadas para el elipsoide de referencia WGS84 se muestran en la
Tabla 33
Elipsoide de referencia WGS84
Nombre Constantes y Magnitudes
a semieje mayor 6378137 m precision 2 m
b semieje menor 635675231424518
e Excentricidad 008181919084
F aplanamiento
1298257223563
We velocidad rotacion Tierra 72921151467 10-5
rads
cte gravitacional GM 3986004418108 m
3s
2
Tabla 33 Constantes para el elipsoide WGS84
El WGS 84 utilizoacute originalmente el elipsoide GRS80 de referencia pero ha sido
objeto de algunas mejoras menores en posteriores ediciones desde su publicacioacuten
inicial La mayoriacutea de estas mejoras son importantes para los caacutelculos orbitales de
3 Introduccioacuten
60
alta precisioacuten para los sateacutelites pero tienen poco efecto praacutectico sobre los usos tiacutepi-
cos topograacuteficos Actualmente WGS 84 utiliza el geoide EGM96 (modelo gravita-
cional de la Tierra 1996) revisado en 2004 Este geoide define la superficie del
nivel del mar nominal por medio de una serie de armoacutenicos esfeacutericos de grado 360
que proporciona unos 100 km de resolucioacuten horizontal
De acuerdo con el IERSITRS las versiones maacutes actuales del sistema WGS84
(G730 G873 y G1150) y las del sistema ITRS (ITRFyy) se pueden considerar ideacuten-
ticas al nivel de los 10 cm Por tanto para relacionar el ETRS89 y el WGS84 consi-
deraremos la equivalencia entre el ETRS89 y el ITRS
La diferencia entre GRS80 y WGS84 es despreciable
323 Teacutecnicas maacutes utilizadas
Varias son las teacutecnicas que se utilizan para el estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre las maacutes utilizadas se explican brevemente en este apartado En la
Figura 324 se muestra un esquema resumen de las teacutecnicas maacutes habituales
Figura 324 Esquema de las teacutecnicas maacutes utilizadas para el estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre
En todos los casos analizados en esta tesis se ha tratado de determinar los despla-
zamientos permanentes producidos por diferentes fenoacutemenos geodinaacutemicos terre-
motos movimiento general de las placas tectoacutenicas movimiento de fallas subsi-
dencia del terreno y vulcanismo Para lograr este fin se ha utilizado el posiciona-
miento relativo GNSS con medidas de fase Se ha empleado esta metodo-logiacutea por
ser la que ofrece mayores precisiones en la deteccioacuten de desplazamientos perman-
tentes que son los que buscamos
3 Introduccioacuten
61
En el caso de que se tratara de detectar desplazamientos no permanentes producidos
en cortos periodos de tiempo como es el caso de los terremotos la teacutecnica maacutes
adecuada seriacutea el posicionamiento por punto preciso (PPP) como se puede ver en la
figura 325
Figura 325 Posiciones calculadas mediante PPP del terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011
de magnitud Mw 51 (164740 GPST)
Del mismo modo si analizaacuteramos una
zona en la que no existe infraestructura
de estaciones permanentes GNSS o
bien por cualquier motivo no se pueden
realizar campantildeas perioacutedicas de obser-
vaciones GNSS la metodologiacutea maacutes
adecuada seriacutea la utilizacioacuten del radar de
apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (in-
SAR) Un ejemplo de lo indicado se
muestra en la figura 326
Figura 326 Deformaciones co-siacutesmicas
otbenidas mediante inSAR del terremoto de
Lorca del 11 de mayo de 2011 Institut
Geologravegic de Catalunya
3 Introduccioacuten
62
3231 GNSS posicionamiento relativo56
Se trata de la teacutecnica utilizada para llevar a cabo los estudios que se presentan en
esta tesis
El objetivo del posicionamiento relativo consiste en la determinacioacuten de las compo-
nentes del vector que une dos puntos A y B donde uno de ellos se establece como
fijo Las citadas componentes se determinaraacuten bien en incrementos de coordenadas
o en la determinacioacuten del azimut de la distancia relativa y la diferencia de altura
Este posicionamiento puede hacerse tanto con pseudodistancias como con medidas
de fase pero soacutelo se va a tratar el caso de medidas de fase
Este posicionamiento requiere observaciones simultaacuteneas de dos estaciones A y B y
dos sateacutelites j y k y dos eacutepocas o tiempos de observacioacuten y a partir de estas exi-
gencias se pueden crear diversas combinaciones lineales para eliminar o atenuar los
errores sistemaacuteticos propios de la observacioacuten de fase Este meacutetodo permite obtener
grandes precisiones puesto que elimina la mayoriacutea de los errores sistemaacuteticos y da
solucioacuten a una red estaacutetica para obtener las precisiones que habitualmente se requie-
ren Al vector AB se le llama liacutenea base
Las componentes del vector AB son
(
) (
)
32311 Simples diferencias de fase
Si se realiza una observacioacuten desde dos receptores A y B a un sateacutelite j en un mismo
instante como se muestra en la Figura 327 Las ecuaciones de la diferencia de fase
para los dos puntos son las siguientes
La ecuacioacuten de fase del receptor A sateacutelite j
(
) (
(( ) )
)
5 Hofmann-Wellenhof et al 2008 GNSS Global Navigation Satellite System
6 Berneacute et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
63
Y la ecuacioacuten de fase receptor B sateacutelite j
(
) (
(( ) )
)
Figura 327 Simples diferencias entre receptores
Y la diferencia entre las dos ecuaciones
( )
( ) [
( ) ( )
]
( ( ) ( ))
De forma abreviada se puede poner como
( )
( )
Es la forma final de la ecuacioacuten en simples diferencias donde ha desaparecido el
teacutermino de desviacioacuten del reloj del sateacutelite Las incoacutegnitas de este modelo asiacute defi-
nido son la diferencia entre los estados de los relojes de los receptores la diferencia
de ambiguumledades las diferencias de distancias al sateacutelite desde los puntos A y B y
el estado atmosfeacuterico
Un caso anaacutelogo es la construccioacuten de las simples diferencias de observaciones simultaacutenea de dos sateacutelites i j desde un mismo punto o receptor A como se muestra
en la Figura 328 En este caso se elimina el estado del reloj del receptor pero per-
3 Introduccioacuten
64
manece la del estado del sateacutelite Algunos autores a esta expresioacuten la denominan
simples diferencias entre sateacutelites
Figura 328 Simples diferenciase entre sateacutelites
Las simples diferencias tambieacuten reducen errores orbitales y de refraccioacuten atmosfeacuteri-
ca en el caso que los receptores esteacuten a distancias cortas ya que los errores men-
cionados seraacuten muy proacuteximos y el valor diferencia seraacute muy pequentildeo
32312 Dobles diferencias de fase
El modelo de dobles diferencias requiere que eacutestas sean referidas a un sateacutelite co-
muacuten (sateacutelite de referencia)
Sean dos puntos A B y dos sateacutelites j k implicados como muestra la Figura 329
se pueden formar dos simples diferencias de acuerdo con la ecuacioacuten anterior con
esta combinacioacuten del meacutetodo de simples diferencias entre estaciones y sateacutelites se
eliminan los estados de los relojes tanto de receptor como de sateacutelite
( )
( )
( )
( )
3 Introduccioacuten
65
Luego la ecuacioacuten de diferencia de fases entre dos receptores y dos sateacutelites en el
mismo instante t vendraacute dada por
(
) (
) (
)
(
)
Figura 329 Dobles diferencias
Mediante el uso de esta expresioacuten se eliminan las desviaciones de los osciladores de
los receptores con respeto a la escala de tiempos GPS
Todaviacutea quedan como incoacutegnitas la ambiguumledad inicial en ambas estaciones N y
los errores atmosfeacutericos troposfera e ionosfera
32313 Triples diferencias de fase
Con objeto de eliminar la ambiguumledad Remondi sugirioacute substraer dos dobles dife-
rencias en dos eacutepocas infinitamente proacuteximas t1 y t2 llamada triples diferencias
como muestra la Figura 330
3 Introduccioacuten
66
Figura 330 Triples diferencias
Planteemos el modelo de acuerdo a las expresiones de dobles diferencias
En el instante t1
( )
( )
( ( ) ( )
) (
( )
( )
)
(
( )
( )
) (
( )
( )
)
En el instante t2
( )
( )
( ( ) ( )
) (
( )
( )
)
(
( )
( )
) (
( )
( )
)
3 Introduccioacuten
67
Es decir la triple diferencia vendraacute dada por
( ( )
( )
) ( ( )
( )
)
( ( )
( )
) (
( )
( )
)
Que de acuerdo a las expresiones anteriores se podraacute poner como
( ( )
( )
) ( ( )
( )
)
( ( )
( )
) (
( )
( )
)
Al ser dos instantes o eacutepocas tan proacuteximas se eliminan los teacuterminos de N pues son
praacutecticamente iguales y lo mismo ocurre con el efecto atmosfeacuterico pues no habraacute
habido cambios entre ambas observaciones
Por lo tanto la expresioacuten de triples diferencias queda soacutelo vinculada a los valores de
distancias ρ Con triples diferencias se calcula una distancia ρ y con este valor se
trabaja con dobles diferencias para obtener el nuacutemero N de ambiguumledades Si la
solucioacuten que se obtenga con dobles diferencias da un valor N fijo es la solucioacuten fija
dobles diferencias que es la deseada caso de no poder obtenerse dobles diferencias
con solucioacuten fija de N se resuelve con el mejor N posible y la solucioacuten es solucioacuten
flotante
flotante En la figura 28 se muestra un esquema del proceso de caacutelculo
3 Introduccioacuten
68
32314 Esquema de caacutelculo mediante programa comercial
Figura 331 Proceso de caacutelculo mediante programa comercial
3 Introduccioacuten
69
32315 Esquema de caacutelculo mediante programa cientiacutefico geodeacutesico de alta precisioacuten
Figura 331 Proceso de caacutelculo mediante programa cientiacutefico geodeacutesico de alta precisioacuten
3 Introduccioacuten
70
Para la realizacioacuten de todos los caacutelculos en la presente tesis se ha utilizado un pro-
grama cientiacutefico de procesamiento de datos GNSS
El uso de un programa cientiacutefico aporta precisioacuten a los caacutelculos en cuanto que es
capaz de introducir paraacutemetros que los programas comerciales no contemplan
Velocidades de las estaciones
Actualmente como ya se ha indicado las coordenadas de las estaciones de las redes
geodeacutesicas se publican con respecto a un marco de referencia y en una eacutepoca espe-
ciacutefica en el tiempo este hecho implica que las coordenadas para un punto con res-
pecto al marco de referencia son vaacutelidas solamente para la fecha o eacutepoca especi-
ficada Se puede afirmar por tanto que las coordenadas de una red en un marco y
eacutepoca definida son como ldquouna fotografiacuteardquo de dicha red La aplicacioacuten del efecto del
tiempo en el procesamiento de datos GPS se traduce en la obtencioacuten de oacuterdenes de
exactitud maacutes altos y una mejora en la consistencia con el marco de referencia
adoptado en especial para las zonas en donde intervienen en el procesamiento de
datos estaciones de referencia en diferentes placas tectoacutenicas o en las que existan
otro tipo de desplazamientos como vulcanismo sismicidad o subsidencia
Paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra Movimiento del polo
Los EOP (Earth Orientation Parameters) son paraacutemetros de orientacioacuten que permi-
ten relacionar el sistema terrestre medio con el sistema celeste medio Estos paraacute-
metros se estiman a partir de la combinacioacuten de soluciones de VLBI SLR DORIS
y GNSS posibles gracias a la presencia de estaciones que poseen mas de una de
estas teacutecnicas Son calculados por el IERS (International Earth Rotation And Refer-
ence Systems Service) El IGS (International GNSS Service) proporciona solucio-
nes de EOP como un servicio del IERS Uno de los paraacutemetros fundamentales del
Sistema de Referencia Terrestre Interna-cional esta dado por el eje de rotacioacuten te-
rrestre Eacuteste no se encuentra fijo en el espacio es por ello que sus movimientos
deben ser tenidos en cuenta a la hora de realizar caacutelculos GNSS de alta precisioacuten
Los movimientos del eje pueden ser descriptos como una superposicioacuten de varios
movimientos agrupados bajo los teacuterminos de Precesioacuten y Nutacioacuten Por otra parte
las variaciones del eje de rotacioacuten instantaacuteneo respecto del convencional se deno-
minan Movimiento del Polo A estos movimientos se agrega la rotacioacuten terrestre
propiamente dicha compuesta por una velocidad de rotacioacuten media y sus propias
irregularidades
Correcciones por cargas oceaacutenicas
La corteza presenta una respuesta elaacutestica frente a las variaciones de las mareas
oceaacutenicas Esta respuesta en de mayor magnitud para estaciones cercanas a los bor-
des continentales y de mucha menor influencia en las estaciones ubicadas en el
interior del continente
3 Introduccioacuten
71
Las cargas oceaacutenicas originan una serie de efectos sobre la superficie terrestre Es-
tos efectos pueden dividirse en tres partes principales La primera la deformacioacuten
elaacutestica de la Tierra bajo el peso de las masas de agua oceaacutenica La segunda la
atraccioacuten gravitatoria directa que ejercen estas masas de agua Finalmente como
consecuencia de las dos anteriores se produce una redistribucioacuten de masas en el
interior de la Tierra que origina a su vez variaciones de gravedad
Sobre la superficie terrestre el efecto de las cargas oceaacutenicas se observa perioacutedica-
mente en forma de deformaciones y variaciones de gravedad y afecta por tanto a
observaciones geodeacutesicas y geofiacutesicas Los desplazamientos originados por las
cargas oceaacutenicas pueden alcanzar un rango de varios centiacutemetros por lo que dichos
desplazamientos deben corregirse sobre las observaciones GPS para obtener altas
precisiones
Correcciones por mareas terrestres
La suma de los efectos gravitatorios del Sol la Luna y los planetas del Sistema
Solar afectan a la Tierra no solo a la hidrosfera sino tambieacuten en las zonas continen-
tales ocasionando las mareas terrestres Este hecho afectaraacute a cualquier medida
geodeacutesica efectuada sobre la superficie terrestre por lo que para caacutelculos precisos
debemos tener en cuenta tal efecto y corregirlo adecuadamente ya que las mareas
terrestres provocan que los observables geodeacutesicos de precisioacuten sean dependientes
del tiempo debiendo reducirse a un estado cuasi-estacionario de invarianza tempo-
ral Este efecto se ha de tener en cuenta en las medidas GNSS de alta precisioacuten ya
que cambiaraacuten la posicioacuten del punto El fenoacutemeno afectaraacute sobretodo a la compo-
nente radial es decir a la altura elipsoidal mientras que el efecto en planimetriacutea
seraacute mucho maacutes modesto En el proceso de caacutelculo utilizado estos efectos se han
tenido en cuenta introduciendo en el programa las efemeacuterides planetarias corres-
pondientes
Correcciones por errores instrumentales de coacutedigo
Desde hace tiempo se sabe que existen sesgos en los sateacutelites GNSS sesgos depen-
dientes de la combinacioacuten de observables y de los receptores utilizados La comuni-
dad cientiacutefica tiene disponibles diferentes combinaciones de observables GNSS
pero debido a este efecto el posicionamiento preciso de las liacuteneas de base se puede
llegar a degradar debido a esta mezcla de tipos de observables para redes con varios
modelos de receptor Debido a que estos sesgos pueden afectar negativamente a la
resolucioacuten de ambiguumledades de fase de la portadora es necesario tenerlos en cuenta
para corregirlos
Los programas cientiacuteficos para caacutelculos GNSS maacutes relevantes son GAMIT-
GLOBK del Department of Earth Atmospheric and Planetary Sciences (Masachu-
setts Institute of Technology) GIPSY-OASIS (Jet Propulsion Laboratory ndash NASA)
y el BERNESE desarrollado por la Universidad de Berna
3 Introduccioacuten
72
En esta tesis se ha utilizado el programa Bernese 50 Para realizar los caacutelculos en
este programa se han de ejecutar una serie de procesos y dependiendo de queacute resul-
tado queramos conseguir ejecutaremos los citados procesos en un determinado
orden teniendo en consideracioacuten que generalmente ejecutaremos el mismo proceso
varias veces con diferentes datos de entrada El procedimiento estaacutendar de caacutelculo
que se ha utilizado para la compensacioacuten de las redes GNSS en esta tesis se mues-
tra en la Figura 331 y se detalla a continuacioacuten
El primer paso consiste en la generacioacuten de un archivo con la informacioacuten de las
estaciones eacuteste es un archivo que utilizaraacute maacutes tarde Bernese y su importancia radi-
ca en el hecho de que al generarlo al programa chequea la informacioacuten contenida
en los archivos RINEX de observacioacuten detectando posibles incohorencias
Las coordenadas de las estaciones de referencia estaacuten referidas a una eacutepoca especiacute-
fica El proceso COOVEL propaga las coordenadas de estas estaciones a la eacutepoca
de observacioacuten utilizando las velocidades de cada una de esas estaciones Las velo-
cidades de las estaciones son proporcionadas por diversos organismos gestores de
datos GNSS pero si no se tiene las velocidades de los veacutertices se puede utilizar el
programa NUVELO de Bernese para calcularlas mediante el modelo NUVEL-1
Para cualquier procesamiento GNSS de precisioacuten son necesarias las oacuterbitas precisas
de los sateacutelites estas oacuterbitas las facilitan varios organismos en archivos sp3 que
ademaacutes contienen la informacioacuten de los relojes El proceso PRETAB transforma las
citadas oacuterbitas precisas en un formato tabular ademaacutes extrae la informacioacuten de reloj
de las oacuterbitas precisas La transformacioacuten la realiza mediante la conversioacuten de la
posicioacuten de los sateacutelites del sistema fijo en la Tierra al sistema Inercial J20000
utilizando los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra movimiento del polo
A continuacioacuten deben transformarse las oacuterbitas tabulares obtenidas anteriormente a
oacuterbitas estaacutendar es el proceso ORBGEN el que se encarga de esta funcioacuten utilizan-
do distintos modelos de oacuterbitas predefinidos estos modelos estaacuten definidos por un
modelo de potencial gravitatorio las perturbaciones planetarias DE200 las correc-
ciones debidas a la relatividad general y las correcciones por mareas terrestres y
oceaacutenicas
Ademaacutes junto con los modelos predefinidos utiliza paraacutemetros de presioacuten debido a
la radiacioacuten del Sol para la generacioacuten de las oacuterbitas estaacutendares este modelo se
define como
D=D0+DCCOS(U)+DSSIN(U)
Y=Y0+YCCOS(U)+YSSIN(U)
X=X0+XCCOS(U)+XSSIN(U)
donde
3 Introduccioacuten
73
D presioacuten de la radiacioacuten solar en la direccioacuten de sol ndash sateacutelite
Y direccioacuten del eje de los paneles solares del sateacutelite
X direccioacuten perpendicular a D y Y
Una vez se dispone de los paraacutemetros orbitales se puede pasar a la importacioacuten de
datos de observacioacuten El proceso RXOBV3 transforma los archivos de observacioacuten
en formato RINEX a formato de Bernese En el proceso de transformacioacuten el pro-
grama compara el encabezado del archivo RINEX con el archivo de informacioacuten de
las estaciones (STA) para la verificacioacuten de los datos de cada estacioacuten como tipo
de antenas tipo de receptor nombre de la estacioacuten altura de las antenas Es necesa-
rio que el nombre de las estaciones tipo de receptores y los tipos antenas coincidan
y que a la vez esteacuten en la base de datos del programa Bernese contenido en los ar-
chivos RECEIVER (informacioacuten de los receptores) y PHASE_CODI08 (informa-
cioacuten de las antenas) que deberaacuten estar actualizados
El siguiente paso consiste en la sincronizacioacuten de los relojes de los receptores y
deteccioacuten de errores groseros para ello el programa CODSPP sincroniza el tiempo
del receptor al tiempo GPS Es decir obtiene el desfase entre el tiempo del receptor
y el tiempo GPS δk El programa utiliza el meacutetodo de ajustes por miacutenimos cuadra-
dos Los observables son las mediciones de cero-diferencias de coacutedigo y se utiliza
la combinacioacuten L3 libre de ionoacutesfera Las correcciones obtenidas se guardan en los
archivos de observacioacuten de Bernese Este proceso ademaacutes de los archivos de oacuterbi-
tas estaacutendares la informacioacuten de relojes las observaciones de coacutedigo las coordena-
das a priori y los paraacutemetros de orientacioacuten de la tierra utiliza los errores instru-
mentales de coacutedigo que se introducen para dar solucioacuten al hecho de que algunos
receptores que utilizan el coacutedigo P otros CAhellip y este archivo permite procesarlos
juntos calculando la diferencia y aplicaacutendola si utilizamos L3 como es nuestro
caso no es estrictamente necesario
El proceso CODSPP ademaacutes de sincronizar los relojes tambieacuten calcula las coorde-
nadas de las estaciones y detecta errores groseros en los observables Si se tiene
coordenadas a priori precisas como es nuestro caso no es necesario calcularlas con
el CODSPP para el procesamiento por doble diferencias Sin embargo siacute se realiza
la deteccioacuten de errores groseros el programa CODSPP procesa los observables
eacutepoca a eacutepoca y obtiene el resultado de los valores ldquoObservado ndash Calculadordquo (O-C)
para cada eacutepoca Basaacutendose en los valores O-C se obtiene una correccioacuten de reloj
para cada eacutepoca Despueacutes de corregir los valores O-C para todas las observaciones
por la correccioacuten de reloj se analizan los residuales para la deteccioacuten de errores
groseros El programa considera que un observable contiene error grosero si
- El residuo de una eacutepoca sobrepasa el valor especificado de la media de los residuos O-C de esa eacutepoca
3 Introduccioacuten
74
- El residuo es mayor que n veces el valor del residuo maacutes pequentildeo de todos
los observables de eacutesa eacutepoca donde n es un valor especificado
Seguidamente se calculan las simples diferencias con el proceso SNGDIF que se
basa en las siguientes estrategias
- Observaciones maacuteximas (OBS-MAX) las liacuteneas base se crean tomando en
cuenta el nuacutemero comuacuten de observaciones para cada estacioacuten Para todas
las posibles combinaciones se toma la liacutenea base que tenga el maacuteximo de
observaciones Es el meacutetodo utilizado en la presente tesis
- Distancia maacutes corta (SHORTEST) se crean liacuteneas bases no redundantes en
funcioacuten de la distancia maacutes corta entre las estaciones Este meacutetodo se utili-
za cuando las estaciones tienen el mismo intervalo de tiempo de medicioacuten
- Estacioacuten inicial (STAR) se selecciona una estacioacuten como referencia y las
liacuteneas bases la forman las demaacutes estaciones con la estacioacuten de referencia
- Definido por el usuario (DEFINED) las liacuteneas bases se crean en funcioacuten de
un archivo que contiene las liacuteneas bases predefinidas por el usuario
- Manual en este caso se selecciona manualmente dos estaciones para for-
mar una liacutenea base En este caso soacutelo se crea una sola liacutenea base
Una vez generadas las simples diferencias se realiza un pre-procesamiento de los
observables por simples diferencias mediante el proceso MAUPRP que realiza un
pre-procesamiento deteccioacuten y correccioacuten de errores groseros y de saltos de ciclo
de los observables de fase en cero o simple diferencias Este proceso necesita los
observables de simple diferencias de fase las coordenadas a priori las oacuterbitas es-
taacutendares y los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra El programa puede relizar el
escrutinio de los datos de observacioacuten de diferentes formas combinado ndash COMBI-
NED ambos ndash BOTH L1 y L2 Para liacuteneas base mayores que 10 km se utiliza el
modo COMBINED y la combinacioacuten lineal L3 de observables en L1 y L2 para la
deteccioacuten de peacuterdidas de ciclo como se ha utilizado en la presente tesis
Este proceso MAUPRP es uno de los maacutes releventes el programa realiza de forma
secuencial las siguientes tareas
- Marca los observables para excluirlos del pre-procesamiento en funcioacuten de
o Observaciones con sateacutelite de baja elevacioacuten
o Eacutepocas de observacioacuten que no disponen de ambas frecuencias
o Intervalos cortos de observacioacuten El programa primero realiza una
revisioacuten de los datos de observacioacuten para buscar pequentildeos saltos
como la falta de una eacutepoca entre los observables
- Realiza una revisioacuten no-parameacutetrica para identificar errores groseros
- Calcula una solucioacuten de diferencias de eacutepoca (para observables de simples diferencias es una solucioacuten de triples diferencias) mediante ajuste por miacute-
nimos cuadrados como referencia para la deteccioacuten de peacuterdida de ciclos El
3 Introduccioacuten
75
tipo de combinacioacuten lineal para la solucioacuten se adopta trataacutendose de liacuteneas
base largas como L3 En el caso de que se tenga coordenadas a priori bue-
nas como es nuestro caso se especifica el valor maacuteximo aceptado de O-C
para la solucioacuten de triple diferencias Tambieacuten se especifica la desviacioacuten
tiacutepica ldquosigmardquo si se conoce de la liacutenea base para el caso de simples dife-
rencias y debe reflejar aproximadamente la precisioacuten de las coordenadas a
priori Un valor de cero indica que no se tiene valores de sigma a priori
- Deteccioacuten y correccioacuten de la peacuterdida de ciclo el programa realiza primero
una correccioacuten por saltos originados por el reloj del receptor Dependiendo
del meacutetodo que se ha seleccionado para el anaacutelisis el programa analiza los
residuales obtenidos de la solucioacuten de triples diferencias del paso anterior
para la deteccioacuten y correccioacuten por peacuterdida de ciclos
Ya corregidas las peacuterdidas de ciclo de los observables y marcados algunos errores
groseros mediante triples diferencias se procede a realizar una revisioacuten de los resi-
duales obtenidos por dobles diferencias para la deteccioacuten de errores groseros Esto
se realiza ejecutando los procesos
- GPSEST crea los archivos de residuales por medio de doble diferencias
- RESRMS revisa los residuales para detectar los errores groseros
- SATMRK marca los residuales detectados para eliminarlos del anaacutelisis
posterior
- GPSEST crea archivos de residuales finales limpios de errores groseros y
guarda las ecuaciones normales
A continuacioacuten se explica con maacutes detalle los programas GPSEST RESRMS
SATMRK
El proceso GPSEST se utiliza varias veces durante el procesamiento para esta etapa
se va a utilizar para obtener los residuales de dobles diferencias para la deteccioacuten de
errores groseros El procesamiento se realiza partiendo de los observables de sim-
ples diferencias utilizando las oacuterbitas estaacutendar los paraacutemetros de orientacioacuten de la
Tierra y las correcciones por cargas oceaacutenicas Este proceso es al igual que cual-
quier proceso de Bernese muy versaacutetil y permite elegir entre otros
- El sistema satelital utilizado (GPS GLONASS o ambos)
- El tipo de frecuencia a procesar (L1 L2 L3 L4 L5 -Banda ancha-
L1ampL2 L3ampL4 MELWUEBB y DTEC) En nuestro caso elegimos L3
- La maacutescara de elevacioacuten de los sateacutelites
- El intervalo de tiempo entre eacutepocas
- La tolerancia (en mili segundos) para considerar las observaciones como
simultaacuteneas
- Ponderar los observables En nuestro caso se tomaacute la opcioacuten COSZ que considera pesos en funcioacuten de la elevacioacuten por si hubiese sateacutelites con ele-
vacioacuten menor de 15ordm
3 Introduccioacuten
76
- Forma de calcular los residuos en nuestro caso ldquonormalizadosrdquo son los re-
siduos O-C divididos por la raiacutez cuadraacutetica de los elementos de la diagonal
de la matriz de cofactor de los residuos ( ) ( )
radic ( )
- La estrategia de correlacioacuten donde elegiremos la opcioacuten que realiza el pro-
cesamiento de forma conjunta de todas las correlaciones posibles existentes
entre las liacuteneas bases de una red asiacute como las distintas frecuencias y sus
combinaciones lineales
- Elegir el modelo troposfeacuterico para la componente seca elegimos el modelo
Dry Niell y para la componente huacutemeda pediremos que el programa lo mo-
dele con una ldquomapping functionrdquo cada 2h
- Y por supuesto definir el tipo de definicioacuten de datum en este primer caacutelcu-
lo consideraremos la red libre sin constrentildeimientos
Es el proceso RESRMS el que revisa los residuos de dobles diferencia obtenidos
por el programa GPSEST para la deteccioacuten de errores groseros Los errores grose-
ros detectados se guardan en un archivo de edicioacuten que es utilizado por el programa
SATMRK para marcar los errores groseros en los observables
Marcados los errores groseros en los observables de simples diferencias ahora se
procede a crear los residuos libres de errores groseros mediante el uso de nuevo del
proceso GPSEST El procedimiento es el mismo explicado anteriormente pero
ahora los archivos de observables de simples diferencias estaacuten limpios de errores
groseros Ademaacutes de los residuos en este proceso tambieacuten se obtienen las ecuacio-
nes normales de la red sin errores groseros
En esta etapa del procesamiento se calcula la solucioacuten de la red con los valores
reales de las ambiguumledades esto es una solucioacuten flotante El proceso ADDNEQ2
utiliza el modelo de ldquomiacutenimos cuadrados secuencialrdquo para realizar los caacutelculos y
procesamientos en la solucioacuten de las redes El proceso parte de las ecuaciones nor-
males obtenidas por el programa GPSEST y con eacutel se calculan las coordenadas de
las estaciones los paraacutemetros troposfeacutericos y las ecuaciones normales Tambieacuten en
este proceso se ha de definir el datum ahora ya podemos dar una solucioacuten constri-
ntildeendo las estaciones que consideraremos fijas no fijaremos las citadas estaciones
por no tratarse del comportamiento real de las mismas adoptaremos la solucioacuten de
constrentildeimientos miacutenimos donde se asume que hay dos marcos de referencia el
primero obtenido mediante las coordenadas a priori de una seria de estaciones de
referencia y el segundo por medio los las coordenadas estimadas de las mismas
estaciones de referencia Estos dos marcos referencia estaacuten relacionados mediante
una transformacioacuten de 7-paraacutemetros de Helmert
Llegados a este punto volveremos a utilizar el proceso GPSEST para la resolucioacuten
de ambiguumledades aunque previamente deberemos seleccionar las liacuteneas base lo
3 Introduccioacuten
77
haremos de forma autoacutematica con el proceso BASLST tomando como criterio que
la longitud de las liacuteneas base sea miacutenima
La resolucioacuten de ambiguumledades con GPSEST se realiza teniendo en cuenta que
deberemos utilizar los modelos atmosfeacutericos modelo ionosfeacuterico y modelo tropos-
feacuterico estimado y que las coordenadas que introduciremos son las coordenadas
calculadas de la solucioacuten flotante del programa ADDNEQ2 Deberemos tener en
cuenta que ahora utilizaremos las frecuencias L1 y L2 y no su combinacioacuten ya que
las ambiguumledades se resuelven para esas frecuencias Ademaacutes la estrategia de co-
rrelacioacuten seraacute ahora BASELINE ya que de este modo el programa procesa las liacute-
neas bases de forma secuencial y no en conjunto como en el caso de CORRECT
En el programa GPSEST se presentan cuatro estrategias de resolucioacuten de ambiguumle-
dades de las cuales elegiremos QIF (Quasi-Ionosphere-Free) que permite la resolu-
cioacuten de las ambiguumledades en L1 y L2 de liacuteneas bases hasta una longitud de 2000 km
sin utilizar los observables de coacutedigo
A continuacioacuten se procede al caacutelculo de la red con ambiguumledades fijas para ello se
tilizan de nuevo los procesos GPSEST para generar las ecuaciones normales intro-
duciendo las ambiguumledades calculadas en la seccioacuten anterior y ADDNEQ2 para
calcular la solucioacuten final
En esta estapa del procesamiento se utiliza el programa GPSEST para calcular la
solucioacuten de la red con ambiguumledades fijas introduciendo las ambiguumledades obteni-
das anteriormente Ademaacutes se calculan las coordenadas el retraso troposfeacuterico en el
zenit y su gradiente horizontal Las coordenadas de las estaciones de referencia no
se fijan para que se incluyan en las ecuaciones normales
El proceso GPSEST se ejecuta eligiendo como estrategia de correlacioacuten de nuevo
CORRECT En la definicioacuten de datum en este caso constrentildeimos todas las coorde-
nadas con valores de sigma a priori de 01 en todas las direcciones Al no fijar las
coordenadas a sus valores a priori obtenemos las ecuaciones normales con todas
estaciones de la red para luego procesarlas con el ADDNEQ2 por constrentildeimientos
miacutenimos En este caso el modelo troposfeacuterico a utilizar para la funcioacuten de mapeo es
el de ldquoWET NIELLrdquo con un espaciado de 1 h Tambieacuten se calcula el gradiente hori-
zontal mediante un modelo inclinado entre el cenit y la funcioacuten de mapeo ldquoTIL-
TINGrdquo con un espaciado de 24 h
Para terminar se realiza el caacutelculo de la solucioacuten final de la red con ADDNEQ2 En
esta etapa del proceso utilizaremos el ADDNEQ2 para calcular la solucioacuten final de
la red con las ecuaciones normales con ambiguumledades fijas obtenidas en la seccioacuten
anterior Los resultados del procesamiento de la red son las coordenadas estimadas
de las estaciones los paraacutemetros troposfeacutericos estimados y las ecuaciones normales
finales El datum se define mediante constrentildeimiento miacutenimo referido a una serie
de estaciones de referencia y la condicioacuten de constrentildeimiento es de cero traslacioacuten
3 Introduccioacuten
78
para el baricentro de las coordenadas de referencia Por uacuteltimo en la configuracioacuten
para el manejo de los paraacutemetros troposfeacutericos se configura el sigma a priori del
retardo troposfeacuterico relativo en 10 metros y la separacioacuten de tiempo entre los pa-
raacutemetros de 1 hora (3600 seg)
32316 Caacutelculo y compensacioacuten de redes7
Meacutetodo general
A partir de las observaciones u observables GPS o topograacuteficos se pretende calcu-
lar las coordenadas o vectores del proyecto o red Generalmente se cuenta con ob-
servaciones redundantes muchas maacutes observaciones que incoacutegnitas y puesto que
las medidas fiacutesicas nunca son exactas se pretende dar la mejor solucioacuten y cifrar con
queacute calidad y precisioacuten La estrategia para dar esta respuesta es aplicar un ajuste por
miacutenimos cuadrados este ajuste en Geodesia sigue el modelo Gauss-Markov como
muestra la Figura 333
Este modelo de miacutenimos cuadrados requiere de dos modelos un modelo matemaacuteti-
co que establece las relaciones entre observables variables y paraacutemetros cuya de-
terminacioacuten se pretende y un modelo estocaacutestico que describe la distribucioacuten espe-
rada de los errores de las observaciones
Esto nos permite lo siguiente
- Obtener el mejor resultado posible con esos observables mediante el ajuste
miacutenimo cuadraacutetico
- Eliminar posibles errores a partir de las pruebas estadiacutesticas
- Cifrar la precisioacuten y fiabilidad de los resultados
El observable es una variable aleatoria que debe seguir una distribucioacuten normal Si
no hay errores sistemaacuteticos que no debe haberlos los residuos siguen tambieacuten una
distribucioacuten normal con media cero
Aceptando como verdadera la hipoacutetesis de que los observables tienen caraacutecter de
variable aleatoria y por lo tanto estaacuten sujetos uacutenicamente a errores aleatorios se
aceptaraacute que los observables siguen una distribucioacuten normal (se podriacutea comprobar
su normalidad por medio de un test de adherencia prueba de chi-cuadrado)
O ~ N(OT0)
El modelo matemaacutetico planteado para la resolucioacuten de la Red geodeacutesica expresaraacute
siempre una aproximacioacuten simplificada a la realidad fiacutesica
F(XC) = 0
7 Leick 2004 GPS Satellite Surveying
3 Introduccioacuten
79
X = vector de variables en nuestro caso coordenadas
C = vector de observables compensados
F (Xaprox + x OT + v) = 0 Xa+ x = X y Observable + residuo = C
Linealizando por Taylor la funcioacuten anterior obtendremos la siguiente expresioacuten
particularizada para los valores de Xaprox y OT
0)()(
dC
C
FdX
X
FOXFCXF Taprox
donde
)( Taprox OXF = w vector de teacuterminos independientes
X
F
= A matriz de disentildeo de las variables
C
F
= B matriz de disentildeo de los observables
x =dX
v = dC
Las matrices A y B se llaman de disentildeo pues definen la geometriacutea de la red El
resto de estimadores y matrices se denominaraacuten de criterio pues cifran a priori o a
posteriori los resultados esperables o alcanzados respectivamente
El vector de residuos verifica
E(v) = 0 v N(0 s2Q)
s2 es la varianza poblacional y σ
2 varianza muestral
Es decir sigue una distribucioacuten normal de media cero y matriz de covarianzas s2Q
En general las observaciones no estaacuten incorreladas se conoce sus varianzas y la
matriz de pesos a priori
sum= σo2 donde σo es la varianza da priori de peso unidad o factor de referencia a
priori
La matriz cofactor es Q = σo2 P
-1 y P es la matriz de pesos
El modelo F(C X) = 0 o el Ax+BvndashW = 0
con la hipoacutetesis
E(v) = 0 v N(0 s2Q)
3 Introduccioacuten
80
se denomina de Gauss-Markov y parte de tres premisas para su resolucioacuten
- El modelo no es lineal pero es faacutecilmente linealizable
- No existen errores groseros ni sistematismos
- En la matriz de covarianzas del vector v s2Q se postula la precisioacuten a prio-
ri de las observaciones
La solucioacuten a este modelo se aborda por la aplicacioacuten del algoritmo de los miacutenimos
cuadrados donde vTPv = miacutenimo
Figura 333 Compensacioacuten de una red
Es importante que el valor tomado de peso a priori de las observaciones sea cohe-
rente con la realidad fiacutesica de manera que dependeraacute de varios factores precisioacuten
de los instrumentos habilidad del operador meacutetodo de observacioacuten condiciones de
observacioacuten sentildealizacioacuten etc
De forma que se plantea un sistema de ecuaciones del siguiente tipo
Ax+Bv-W = 0
En dicha ecuacioacuten el problema es calcular x Cuya solucioacuten de miacutenimos cuadrados
seraacute
x= S-1
ATM
-1K
donde S = ATM
-1A y M = BP
-1B
T
La solucioacuten de x bajo la condicioacuten de miacutenimos cuadrados soacutelo requiere el conoci-
miento a priori de la matriz de pesos pero no de la varianza de la unidad de peso ni
3 Introduccioacuten
81
de la matriz varianza-covarianza aunque estas son imprescindibles para el estudio
del comportamiento estadiacutestico de los resultados del ajuste
El problema se puede presentar como un ajuste ligado o un ajuste libre Si se cono-
ce el datum de la red (es decir las coordenadas de dos puntos o las coordenadas de
un punto y el acimut de un eje) el sistema se llama sistema determinista o ligado La
solucioacuten se obtendraacute trabajando con matriz inversa claacutesica aplicaacutendola al sistema
de ecuaciones normales que se nos presentaraacute en el proceso Pero cuando se desco-
nozca el datum no existen puntos fijos la red se llama Red Libre su solucioacuten re-
quiere trabajar con de otras herramientas algebraicas (pseudoinversa descomposi-
cioacuten etc) para obtener la solucioacuten
Red ligada
Se trata del caso que nos ocupa en el que hemos tomado ciertas estaciones perma-
nentes como puntos fijos
Caso determinista en toda red se dispone de datos que permiten recurrir a los meacute-
todos de compensacioacuten o ajuste que tienen por objeto dar la mejor de las soluciones
posibles Las soluciones a este problema se abordan con teacutecnicas habituales de aacutel-
gebra lineal aplicando el algoritmo de los miacutenimos cuadrados y estudiando algunas
propiedades estadiacutesticas de las diferentes soluciones Tambieacuten es necesario el mo-
delo estocaacutestico para estimar las medidas de precisioacuten de los resultados de la com-
pensacioacuten y para efectuar un anaacutelisis estadiacutestico de los mismos
En definitiva la solucioacuten oacuteptima de un problema de ajuste o compensacioacuten es aque-
lla que ademaacutes de satisfacer exactamente las ecuaciones del modelo en su forma
lineal deacute lugar a unos errores residuales que satisfagan el principio de los miacutenimos
cuadrados
El sistema de ecuaciones general permite dos tipos de particularizaciones de la que
soacutelo vamos a mencionar la que se utiliza en la actualidad se trata del Meacutetodo de
Observaciones Indirectas o Variacioacuten de Coordenadas
F(X) ndash C = 0
Linealizando esta funcioacuten obtenemos el meacutetodo de observaciones indirectas o de
variacioacuten de coordenadas
)1()1()1()( mmnnm vwxA
donde
m se corresponde con el nuacutemero de ecuaciones (observaciones que se han reali-
zado en el trabajo de campo)
3 Introduccioacuten
82
n se corresponde con el nuacutemero de incoacutegnita a determinar en la compensacioacuten
(correcciones a las coordenadas aproximadas)
lo que implica suponer que la matriz de disentildeo B = - I
A partir del modelo matemaacutetico propuesto Ax ndash W = v asiacute como del correspon-
diente modelo estadiacutestico Gauss-Markov somos capaces de compensar nuestros
observables de tal forma que podemos obtener las coordenadas compensadas de los
veacutertices libres de la red
Dado que los observables no tienen la misma precisioacuten hay que introducir la matriz
de pesos P Esta matriz es diagonal y su teacutermino tiene como valor la inversa de sus
varianzas frasl
Con la condicioacuten de miacutenimo ΣPv2 = v
TPv
La solucioacuten al problema de determinacioacuten de la variable x es la siguiente
Condicioacuten de miacutenimo Ω minimizaraacute ΣPv2 = v
T Pv
( )
vTPA = 0
luego tambieacuten
ATPv = 0
(la matriz P es cuadrada y diagonal)
Como
Ax-W=v
Se sustituye este valor de v en la expresioacuten anterior
ATP(Ax-W)=0
ATPAx - ATPW = 0
WPAxAPA TT )(
Sistema de ecuaciones normales si se llama N= ATPA
Nx = ATPW
donde N tiene inversa
Esta expresioacuten nos define un sistema de ecuaciones normales que se podraacute resolver
por diferentes meacutetodos (factorizacioacuten LU Choleskyhellip) Pero dado que nuestro
3 Introduccioacuten
83
objetivo es minimizar el sumatorio de la traza de la matriz de residuos utilizaremos
miacutenimos cuadrados para resolver el sistema
Solucioacuten al problema planteado
( )
El aplicar el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados y disponer de observaciones abun-
dantes asiacute como conocer a priori la matriz de pesos permite validar el modelo y
cifrar la precisioacuten de sus resultados a partir del anaacutelisis de sus residuos estimador
de la varianza y la matriz de varianzas covarianzas
La obtencioacuten de residuos se obtendraacute a partir de
Amiddotx ndash W = v
La obtencioacuten de este vector de residuos es fundamental para la determinacioacuten de los
diferentes paraacutemetros estadiacutesticos como las figuras de error estimadores paraacuteme-
tros de fiabilidad y por lo tanto constituye la base de todo el estudio analiacutetico de la
solucioacuten obtenida
Los observables han sido considerados como variables aleatorias que siguen una
distribucioacuten normal N (s2middotQ) (de media y desviacioacuten tiacutepica s
2middotQ) y partimos de
la hipoacutetesis de que la esperanza matemaacutetica de los residuos es cero y que siguen una
distribucioacuten normal N(01) el estimador de la varianza y desviacioacuten tiacutepica del ob-
servable de peso unidad a priori seraacute uno
A partir del estimador de la varianza del observable de peso unidad podemos cono-
cer cuaacutel es el comportamiento estadiacutestico de la red
Asiacute para la determinacioacuten del estimador de la varianza y desviacioacuten tiacutepica del ob-
servable de peso unidad a posteriori la expresioacuten empleada es la siguiente
nm
vPvT
2
0
Que generalmente se representa por ya que es un estimador de la propia varianza
m-n representan los grados de libertad del sistema de ecuaciones que se pretende
resolver
3 Introduccioacuten
84
Ajuste de una red de vectores GPS
El ajuste de una red GPS con dos vectores trabajando conjuntamente ajuste liacuteneas
base o vectores de posicioacuten entre dos puntos se plantea a partir de la diferencia de
coordenadas entre ambos puntos
Ecuacioacuten de observacioacuten en funcioacuten de diferenciales de coordenadas cartesianas
geoceacutentricas sean dos puntos (XjYjZj) e (XiYiZi) cuyas coordenadas aproximadas
sean (Xjo Yj
o Zj
o) y (Xi
o Yi
o Zi
o) Las ecuaciones de observacioacuten planteadas seraacuten
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
Por lo tanto
( )
( )
( )
donde las incoacutegnitas son los valores (dxj dxi dyj dyi dzj dzi )
que de forma matricial se representara por
Ax- W = v
y la solucioacuten seraacute
x= (ATPA)-1ATw
la formacioacuten del modelo depende de la matriz de pesos en el posicionamiento rela-
tivo las observaciones se consideran correladas Se puede utilizar las desviaciones
tiacutepicas dependientes de la longitud de las liacuteneas base y entonces las covarianzas se
toman nulas o tomar la matriz varianza covarianza completa esta ponderacioacuten es la
maacutes habitual
3 Introduccioacuten
85
3232 GNSS posicionamiento absoluto89 Posicionamiento de Punto Preciso
(PPP)
32321 Caacutelculo de la posicioacuten absoluta de un punto por pseudodistancias
La ecuacioacuten general de pseudodistancia viene dada por
( )
Donde
pseudodistancia
R estado del reloj del receptor ldquoincoacutegnitardquo
ion + trop retardos atmosfeacutericos ldquomodelados o eliminadosrdquo
s estado del reloj del sateacutelite ldquomodeladordquo
m + εp errores modelados o corregidos
En esta ecuacioacuten el estado del reloj de sateacutelite se puede corregir ya que en el men-
saje de navegacioacuten vienen los paraacutemetros para ello respecto a un tiempo de refe-
rencia tc Los errores atmosfeacutericos se pueden corregir o modelar y se tomaraacuten las
precauciones para que no existan errores multipath y errores instrumentales
La distancia geomeacutetrica ρ entre el receptor (XiYiZi) y el sateacutelite (XjY
jZ
j ) se
puede expresar de la siguiente forma
222 )()()()( i
j
i
j
i
jj
i ZZYYXXt
(XiYiZi) coordenadas receptor ldquoincoacutegnitasrdquo
(XjY
jZ
j) coordenadas sateacutelite ldquoconocidas por las efemeacuteridesrdquo
Por lo tanto en la expresioacuten inicial de observable de pseudodistancia se podraacute susti-
tuir el valor ρ por ρij que liga las coordenadas de sateacutelite y receptor
Este teacutermino introduce la no linealidad del sistema y el modelo planteado para su
resolucioacuten hay que linealizarlo para ello se efectuacutea un desarrollo en serie de Taylor
en torno a unas coordenadas aproximadas del receptor i( Xc Yc Zc)
8 Hofmann-Wellenhof et al 2008 GNSS Global Navigation Satellite System
9 Berneacute et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
86
Teniendo en cuenta que distancia geomeacutetrica = distancia calculada + diferencial
caacutelculo
j
i
j
iC
j
i
La expresioacuten puede escribirse
|
| |
| |
| ( )
Introduciendo el residuo y pasando Rij al otro lado
|
| |
| |
|
es el residuo de observacioacuten
la distancia calculada entre sateacutelite y receptor
la distancia observada o medida
Las incoacutegnitas o valores a calcular son
( )
estado del reloj del receptor
Esta ecuacioacuten seraacute general a plantear por cada observacioacuten a sateacutelite como se plan-
tean cuatro incoacutegnitas al menos se deberiacutean observar cuatro sateacutelites por eacutepoca
Generalmente se observan maacutes y al estar el modelo sobredimensionado se puede
buscar la mejor solucioacuten por miacutenimos cuadrados y dar valores de precisioacuten y fiabi-
lidad Es decir el nuacutemero de observaciones seraacute nge 4 sateacutelites GPS simultaacuteneamen-
te
Ordenadas de forma matricial
Donde la matriz de coeficientes A estaacute formada por los teacuterminos
(
)
3 Introduccioacuten
87
El vector X paraacutemetros o incoacutegnitas son los valores a determinar (
)
El vector W observaciones
(
)
y el vector v vector residuos a minimizar (
)
En el modelo lo que se calcula son las diferenciales dXi dYi dZi de la posicioacuten ver-
dadera del receptor XYZ a partir de la calculada de forma aproximada ( Xc Yc Zc)
donde se ha realizado la linealizacioacuten
Este valor se puede ir mejorando iterando con las sucesivas correcciones obtenidas
para una misma eacutepoca Es frecuente que en redes GNSS en observaciones estaacuteticas
se obtenga una buena solucioacuten a la tercera iteracioacuten
Y el vector solucioacuten es x = (ATA)
-1A
TW
Algunos autores por simplicidad de desarrollo abrevian de la expresioacuten anterior los
retardos atmosfeacutericos que han sido modelados o eliminados asiacute como el estado del
reloj del sateacutelite tambieacuten modelado dejando la expresioacuten simplificada en
|
| |
| |
|
Las ecuaciones por observacioacuten seraacuten
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
hellip
|
| |
| |
|
3 Introduccioacuten
88
En forma matricial se puede escribir Ax-w = v
(
)
(
)
Vector X y vector V ideacutenticos
La resolucioacuten del sistema se realiza por miacutenimos cuadrados seguacuten el modelo Gauss
Markov como ya se ha indicado
32322 Caacutelculo de la posicioacuten absoluta de un punto por fase de la portadora
Las pseudodistancias tambieacuten pueden ser calculadas a partir de diferencias de fase
La expresioacuten viene dada por
(
) (
( )
)
(en unidades de ciclo como aacutengulo)
( )
(en unidades lineales)
En unidades de ciclo la fase entre el sateacutelite j y el receptor i vendraacute dada por
(
( )
) (
( )
)
Y en unidades lineales
( ) ( )
Donde se ha eliminado el error del reloj sateacutelite (correcciones en el mensaje) y
( ) es la diferencia de fase medida expresada en ciclos es la longitud de onda
y representa el nuacutemero entero de ciclos entre el receptor i y el sateacutelite j en el
momento inicial incoacutegnita que va a permanecer constante
3 Introduccioacuten
89
Igual que en el caso de coacutedigos la distancia geomeacutetrica entre el receptor (XiYiZi) y
el sateacutelite (XjYjZj) podremos expresarla de la siguiente forma
Es decir el problema viene en esta expresioacuten ya que este teacutermino introduce la no
linealidad del sistema Para linealizarlo se efectuacutea del mismo modo que en coacutedigo
por un desarrollo en serie de Taylor en torno a unas coordenadas aproximadas del
receptor i( Xc Yc Zc)
Considerando que distancia geomeacutetrica = distancia calculada + diferencial caacutelculo
j
i
j
iC
j
i
La distancia entre sateacutelite y receptor cuyas coordenadas conocemos una por efe-
meacuterides y otras calculadas de forma aproximada viene dada por
( )
( )
( )
Y desarrollando de la misma manera que en la linealizacioacuten del coacutedigo la expresioacuten
general de ecuacioacuten de observacioacuten en unidades lineales seraacute
|
| |
| |
|
El modelo generalizado seraacute
Esta expresioacuten es comparable con el modelo de pseudodistancia por coacutedigo
Las incoacutegnitas seraacuten las correcciones dXi dYi dZi a los valores de coordenadas
aproximadas el estado del reloj del receptor y el valor N de ambiguumledades
i
c
i
i
c
i
c
i
dZZZi
dYYYi
dXiXXi
222 )()()()( ZiZYiYXXt jj
i
jj
ic
3 Introduccioacuten
90
La matriz A de disentildeo tendraacute los coeficientes
(
)
El vector X de paraacutemetros o incoacutegnitas
(
)
El vector W es ideacutentico al de pseudodistancias salvo el signo del ∆ion que es de
signo contrario
(
)
Donde el modelo general es Ax-W = V
Solucioacuten miacutenimos cuadrados
x = (ATA)
-1A
TW
32323 GNSS Posicionamiento de Punto Preciso (PPP)
El Posicionamiento por Punto Preciso (PPP) destaca como un meacutetodo oacuteptimo para
la prestacioacuten de servicios globales de aumentacioacuten de la precisioacuten utilizando las
constelaciones GNSS actuales y las futuras Combinando las posiciones y estados
de relojes precisos de los sateacutelites con la ayuda de un receptor GNSS de doble fre-
cuencia PPP es capaz de ofrecer soluciones de posicioacuten con precisiones de nivel
centimeacutetrico a decimeacutetrico PPP requiere un menor nuacutemero de estaciones de refe-
rencia distribuidas globalmente a diferencia de los sistemas diferenciales claacutesicos
(por ejemplo RTK) un uacutenico paquete de datos de oacuterbitas precisas y datos de relojes
(calculado por un centro de procesamiento) es vaacutelido para todos los usuarios del
mundo y la solucioacuten no se ve afectada por un fallo en una estacioacuten de referencia
3 Introduccioacuten
91
concreta Siempre hay muchas estaciones de referencia que observan el mismo
sateacutelite porque las oacuterbitas y relojes precisos se calculan a partir de una red mundial
de estaciones de referencia Como resultado PPP da una solucioacuten de la posicioacuten
altamente redundante y robusta (Navipedia 2013)
Introduccioacuten
Posicionamiento por Punto Preciso (PPP) es un servicio global de posicionamiento
preciso que requiere la disponibilidad de la oacuterbita y el estado del reloj del sateacutelite de
referencia de forma precisa en tiempo real a traveacutes de una red de estaciones de
referencia GNSS distribuidas por todo el mundo
Mediante la combinacioacuten de las posiciones y relojes precisos de los sateacutelites con un
receptor GNSS de doble frecuencia (para eliminar el efecto de primer orden de la
ionosfera) PPP es capaz de ofrecer soluciones de posicioacuten de nivel centimeacutetrico a
decimeacutetrico incluso mejor de 1 cm en modo estaacutetico PPP difiere del posiciona-
miento Relativo en Tiempo Real por doble diferencia (RTK) en el sentido de que no
requiere el acceso a las observaciones de una o maacutes estaciones de referencia concre-
tas medidas con precisioacuten y en que PPP proporciona un posicionamiento absoluto
en lugar de la ubicacioacuten con respecto a la estacioacuten de referencia como lo hace RTK
PPP soacutelo requiere oacuterbitas y datos del reloj precisos calculados por un centro de
procesamiento a partir de las mediciones de las estaciones de referencia de una red
de estaciones relativamente escasa (miles de km seriacutea suficiente) Esto hace que
PPP sea una alternativa muy atractiva al RTK para aquellas aacutereas donde la cobertu-
ra RTK no estaacute disponible Por el contrario la teacutecnica de PPP todaviacutea no estaacute tan
consolidada como la RTK y requiere maacutes tiempo para lograr las maacuteximas presta-
ciones Actualmente existen varios servicios de post-procesamiento PPP consoli-
dados Por el contrario los sistemas de PPP en tiempo real estaacuten en fase de desarro-
llo incipiente
El algoritmo de PPP utiliza como entrada observaciones de coacutedigo y fase obtenidas
de un receptor de doble frecuencia y datos de oacuterbitas de sateacutelites y relojes precisos
con el fin de calcular las coordenadas precisas del receptor y el estado del reloj Las
observaciones procedentes de todos los sateacutelites se procesan juntas resolviendo las
diferentes incoacutegnitas a saber las coordenadas del receptor el reloj del receptor el
retardo troposfeacuterico del cenit y las ambiguumledades de fase
La precisioacuten de los relojes de los sateacutelites y las oacuterbitas es uno de los factores maacutes
importantes que afectan a la calidad del PPP Otro factor importante que afecta a los
resultados del PPP es la cantidad y la calidad de las observaciones Al igual que
cualquier teacutecnica GNSS PPP se ve afectada por obstrucciones de liacutenea de visioacuten al
sateacutelite Incluso los datos maacutes precisos de oacuterbitas y relojes son inuacutetiles si el usuario
no puede realizar un seguimiento correcto de sateacutelites concretos Cuando la visibili-dad de los sateacutelites estaacute parcialmente obstruida se pueden obtener mejores resulta-
3 Introduccioacuten
92
dos mediante el uso de todos los sateacutelites disponibles tanto del sistema GPS como
de GLONASS o en el futuro Galileo
La solucioacuten PPP requiere un cierto tiempo para converger debido a la necesidad de
estimar correctamente las ambiguumledades de fase pero el uso de la combinacioacuten de
mediciones GPS y GLONASS proporciona resultados significativamente mejores
cuando el tiempo de observacioacuten es corto Para el usuario de GNSS esto significa
que hasta 18 sateacutelites GPS + GLONASS pueden ser visibles simultaacuteneamente en
zonas a cielo abierto lo que representa un aumento de alrededor del 60 en la dis-
ponibilidad de sateacutelites en comparacioacuten con el uso de soacutelo GPS Esto lleva a una
mayor precisioacuten y una convergencia maacutes raacutepida en aplicaciones de posicionamiento
preciso
Se obtendraacute una mejora en un futuro proacuteximo gracias a la implantacioacuten de nuevos
sistemas regionales en oacuterbitas geoestacionarias Con estos sistemas el tiempo de
convergencia o la exactitud en un tiempo de observacioacuten corto no se veriacutea afectada
pero la precisioacuten en las aplicaciones con tiempo de observacioacuten largo pueden mejo-
rar considerablemente Para lograr esto es importante ser capaz de calcular las oacuterbi-
tas geosiacutencronas precisas lo que es actualmente un desafiacuteo pero parece ser factible
en un futuro proacuteximo (Laiacutenez Samper et al 2011)
Principios
El concepto de PPP fue introducido por primera vez en los antildeos 70 del pasado siglo
y los fundamentos teoacutericos del PPP se documentan en Zumberge et al (1997)
Como se describe en Hofmann-Wellenhof et al (2008) el modelo matemaacutetico
baacutesico de PPP con observables de doble frecuencia se define por la combinacioacuten
libre ionosfera de dos pseudodistancias de coacutedigo y fase de la portadora (Huber et
al 2010)
( ) ( )
( ) ( )
Donde f1 y f2 son las frecuencias GPS L1 y L2 P(Li) y Φ(Li) son los observables
de coacutedigo y fase ρ es la pseudodistancia c es la velocidad de la luz dT es el desfa-
se del reloj del receptor dtrop es el efecto troposfeacuterico Nrsquoi es el teacutermino de ambi-
guumledad de fase en Φ(Li) Las anteriores ecuaciones indican que los paraacutemetros des-
conocidos que se deberaacuten estimar en PPP incluyen coordenadas de posicioacuten
teacuterminos de ambiguumledad de fase desfase del reloj del receptor y efecto troposfeacuterico
(InsideGNSS 2006)
3 Introduccioacuten
93
El marco de referencia
Una caracteriacutestica importante del PPP es su caraacutecter absoluto ya que el uso de las
oacuterbitas y relojes utilizados como datos son de naturaleza global es decir expresa-
das en el mismo marco de referencia que las oacuterbitas de los sateacutelites Por lo que las
soluciones obtenidas aplicando esta teacutecnica seraacuten tambieacuten globales esto es los
resultados se expresan en un marco de referencia definido por los productos globa-
les y no dependen de puntos locales o regionales por lo que el datum geodeacutesico no
estaacute definido a partir de constrentildeimientos de estaciones de referencia Si como
habitualmente se hace se utilizan oacuterbitas precisas del IGS estaraacuten referidas al ac-
tual Marco de Referencia Terrestre Internacional el ITRF08 A su vez hay que
considerar que las coordenadas estaacuten referidas a la eacutepoca en que se realizan las
mediciones De manera que si queremos vincular las coordenadas obtenidas con el
PPP a un marco de referencia diferente es necesario tener en cuenta fundamental-
mente la diferencia entre la eacutepoca de definicioacuten del marco y la eacutepoca de medicioacuten
Por todo ello se podraacuten emplear receptores situados en cualquier lugar de la Tierra
y las coordenadas obtenidas se referiraacuten al mismo marco de referencia Este caraacutecter
absoluto de las coordenadas implica que efectos como mareas oceaacutenicas atmoacutefera y
los producidos en la corteza terrestre se reflejen de forma maacutes aparente en los resul-
tados PPP que en una teacutecnica relativa En consecuencia PPP estaacute maacutes afectado por
las deficiencias del modelo de movimiento de la estacioacuten asumido en el anaacutelisis asiacute
como por los errores en las oacuterbitas del sateacutelite y en los relojes
Sesgos y errores
Aunque se trata de un tema en general poco conocido por el usuario final ya que se
encuentra ldquoencerradordquo dentro de los algoritmos del software que calcula las posi-
ciones es importante conocer que el PPP requiere de una gran cantidad de correc-
ciones para alcanzar las exactitudes que ofrece estas son la rotacioacuten de fase de los
sateacutelites efectos relativistas correccioacuten de las mareas terrestres carga oceaacutenica y
otros paraacutemetros geofiacutesicos como el movimiento del polo y el movimiento de las
placas tectoacutenicas conjunto de correcciones que son propias de este meacutetodo en com-
paracioacuten con el meacutetodo diferencial
Normalmente en PPP se utiliza la combinacioacuten lineal libre de ionosfera de obser-
vaciones de coacutedigo y fase de portadora para eliminar el efecto ionosfeacuterico de primer
orden Esta combinacioacuten lineal sin embargo deja un componente de retardo ionos-
feacuterico residual de hasta unos pocos centiacutemetros que representan teacuterminos ionosfeacuteri-
cos de orden superior (Hoque y Jakowski 2007) Las oacuterbitas de los sateacutelites y los
errores de los relojes se pueden estimar utilizando los productos del IGS de estima-
cioacuten de oacuterbitas y estados de los relojes El error del reloj del receptor se estima co-
mo uno de los paraacutemetros desconocidos El efecto de las cargas oceaacutenicas las ma-reas terrestres efecto wind-up de la fase de la portadora efectos relativistas y las
variaciones de centro de fase de la antena del receptor pueden modelarse o calibrar-
3 Introduccioacuten
94
se El retardo troposfeacuterico se puede reducir mediante el uso de modelos empiacutericos
(por ejemplo modelos de Hopfield o Saastamoinen) o mediante el uso de las co-
rrecciones troposfeacuterica facilitadas por redes regionales GPS En la actualidad los
productos de oacuterbitas precisas y relojes del IGS no tienen en consideracioacuten el retardo
ionosfeacuterico de segundo orden Esto deja un componente de error residual que ralen-
tiza el tiempo de convergencia y deteriora la solucioacuten PPP Para solventar este pro-
blema se pueden utilizar correcciones de retardo ionosfeacuterico de orden superior
cuando se estimen las oacuterbitas precisas y las correcciones de reloj y cuando se forme
el modelo matemaacutetico PPP (Elsobeiey y El-Rabbany 2011)
Ventajas e inconvenientes
Como se ha mencionado antes la teacutecnica PPP ofrece beneficios significativos en
comparacioacuten con las teacutecnicas de posicionamiento diferencial
- PPP requiere un uacutenico receptor de GPS y por lo tanto no se necesitan es-
taciones de referencia proacuteximas al usuario
- PPP se puede considerar un planteamiento de posicionamiento global debi-
do a que sus soluciones de posicioacuten se refieren a un marco de referencia
global Como resultado PPP proporciona mucha mayor consistencia de po-
sicionamiento que el meacutetodo diferencial que proporciona soluciones de
posicioacuten relativas a la estacioacuten o estaciones base
- PPP consigue que desaparezcan las limitaciones referidas a la longitud del
vector o de la base
- PPP reduce los costes en mano de obra y equipos y simplifica la logiacutestica
operativa para el trabajo de campo ya que elimina la dependencia de la es-
tacioacuten base
- PPP puede tener otras aplicaciones maacutes allaacute del posicionamiento Por
ejemplo como la teacutecnica PPP estima los paraacutemetros del reloj del receptor y
los efectos troposfeacutericos ademaacutes de los paraacutemetros de posicioacuten de coorde-
nadas proporciona otra forma para la transferencia de tiempo preciso y la
estimacioacuten troposfera mediante un uacutenico receptor GPS
La principal desventaja del PPP es que requiere tiempos de convergencia largos
necesarios para que la solucioacuten flotante de las ambiguumledades de la fase converja
para garantizar un posicionamiento a nivel centimeacutetrico (Rizos et al 2012) Esto no
supone un problema para el caso que nos ocupa puesto que en lo que a control de
desplazamientos se refiere se realizan observaciones estaacuteticas
Algunos proveedores de datos y productos de PPP
Para el procesamiento con PPP se necesitan datos de efemeacuterides y estado de relojes
de alta precisioacuten Estos datos los proporcionan de forma gratuita organismos como
el IGS una lista detallada de los productos que proporciona el IGS se puede consul-
tar en httpigscbjplnasagov
3 Introduccioacuten
95
En este momento se puede encontrar una variedad de programas PPP comerciales
incluso en liacutenea Los servicios en liacutenea ofrecen la posibilidad de subir archivos de
observacioacuten RINEX (Receiver Independent Exchange Format) para procesarlos de
forma totalmente automatizada en un servidor Los resultados se devuelven a traveacutes
de correo electroacutenico o ftp en un corto intervalo de tiempo
Seguidamente se describen brevemente los diferentes paquetes de software y plata-
formas de Internet
CSRS-PPP
NRCans (Natural Resources Canadarsquos) PPP tambieacuten conocido como CSRS-PPP
(Canadian Spatial Reference System) es un servicio PPP en liacutenea gratuito para
postprocesado de datos GPS disponible desde 2003
(httpwwwgeodnrcangccaproducts-produitsppp_ephp) CSRS-PPP permite a
los usuarios de GPS enviar viacutea internet archivos de datos curdos de observacioacuten
GPS de simple o doble frecuencia estaacuteticas o cinemaacuteticas En el caso de aplicacio-
nes estaacuteticas se pueden alcanzar precisiones globales de nivel centimeacutetrico para
receptores de doble frecuencia asiacute como para los receptores monofrecuencia utili-
zando datos de coacutedigo y fase de portadora Para aplicaciones cinemaacuteticas soacutelo se
pueden alcanzar precisiones subcentimeacutetricas en el caso de receptores de doble
frecuencia
GAPS de UNB
La Universidad de New Brunswick (UNB) desarrolloacute el software de anaacutelisis y posi-
cionamiento GPS Analysis and Positioning Software (GAPS) De acuerdo con
Leandro et al (2007) los algoritmos utilizados en GAPS siguen maacutes o menos los
enfoques estaacutendar de PPP GAPS estaacute disponible como maacutequina de procesamiento
en liacutenea a traveacutes de la paacutegina web httpgapsggeunbcappp Se puede realizar
tanto el procesamiento estaacutetico como el cinemaacutetico
GrafNav de Waypoint
GrafNav es una herramienta de procesamiento de trayectoria para aplicaciones ae-
ronaacuteuticas que proporciona una aplicacioacuten para PPP El software puede procesar
observaciones de coacutedigo y fase de una o doble frecuencia junto con archivos de
informacioacuten precisa de oacuterbitas y relojes Seguacuten Waypoint (2006) se pueden alcan-
zar precisiones de 10-20 cm para mediciones aeronaacuteuticas tiacutepicas
Bernese Software v50 (BSW)
Aunque se trata de una herramienta tradicional de procesamiento de dobles diferen-
cias concretamente la que se ha utilizado para compensar las redes GNSS en esta
Tesis el software Bernese (BSW) (httpwwwberneseunibech) desarrollado en
el Instituto Astronoacutemico de la Universidad de Berna tambieacuten tiene capacidad para
analizar mediciones GNSS sin diferenciar en modo de post-proceso BSW PPP es
3 Introduccioacuten
96
muy raacutepido y eficiente generando coordenadas de precisions centimeacutetricas Sin
embargo no es posible llegar a la precision que se alcanza con el anaacutelisis de redes
Perspectivas
Con respecto a los retos PPP se enfrenta a varios con el fin de alcanzar su pleno
potencial de aplicaciones el maacutes importante es el largo tiempo de inicializacioacuten
que es un inconveniente para aplicaciones en tiempo real
Por todo lo visto anteriormente trataacutendose del estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre la teacutecnica PPP es capaz de aportar posiciones absolutas precisas
Por lo tanto incluso si todas las estaciones se ven afectadas por desplazamientos
siacutesmicos PPP es capaz de ofrecer posiciones absolutas vaacutelidas para el proceso de
monitorizacioacuten Este asiacute como la idoneidad para aplicaciones en tiempo real puede
ser considerado como una ventaja importante de esta estrategia (Mendoza et al 2012)
3233 Radar de apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (InSAR)
Otra de las teacutecnicas maacutes utilizadas para la deteccioacuten de movimientos de la corteza
terrestre es la conocida como InSAR que viene del acroacutenimo SAR (Synthetic Aper-
ture Radar) se trata pues de una teacutecnica que parte de la informacioacuten de un Radar de
Apertura Sinteacutetica La interferometriacutea diferencial (InSAR) usando imaacutegenes radar
de apertura sinteacutetica (SAR) genera una nueva imagen (interferograma) a partir de
dos imaacutegenes SAR de una misma zona Se trata de una teacutecnica en desarrollo y de
gran precisioacuten la cual combinada con datos como pueden ser geoloacutegicos morfoloacute-
gicos sismoloacutegicos etc se muestra muy eficaz en la cuantificacioacuten de deformacio-
nes superficiales en el terreno (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
Las teacutecnicas de teledeteccioacuten tradicionalmente se han caracterizado por aprovechar
la radiacioacuten electromagneacutetica solar (natural) como fuente generadora o emisor de
ondas para el posterior tratamiento y generacioacuten de imaacutegenes Cada sensor o recep-
tor utilizado en cada caso trabaja en una banda concreta Es decir aprovecha una
determinada longitud de onda de todo el espectro electromagneacutetico que un objeto
cualesquiera emite como respuesta a la radiacioacuten recibida para generar una ima-
gen Representa un avance cuando se puede controlar la fuente generadora de on-
das seguacuten el objetivo Asiacute surgen un tipo particular de teacutecnicas de teledeteccioacuten
cuando el emisor de ondas es artificial con lo que se puede controlar la emisioacuten de
ondas en una determinada frecuencia eacuteste es el caso por ejemplo de las imaacutegenes
RADAR (Radio Detection And Ranging) (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
La generacioacuten de imaacutegenes mediante teacutecnica de RADAR trabaja en la zona del
espectro electromagneacutetico correspondiente a las microondas comprendida entre
aproximadamente 10 y 10-3 cm Por tanto las imaacutegenes RADAR tienen una serie
3 Introduccioacuten
97
de ventajas como pueden ser la capacidad de atravesar las nubes y la lluvia asiacute
como la de tomar registro en la oscuridad
Existen varias teacutecnicas de generacioacuten de imaacutegenes mediante RADAR El meacutetodo
tradicional se conoce como Sistema Radar Real o RAR (figura 30 izquierda) por
otro lado tambieacuten existe el conocido Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica o SAR
(Figura 334 derecha) utilizado por los sateacutelites europeos ERS-1 y ERS-2 El SAR
inversamente al RAR logra una resolucioacuten mayor cuanto menor es la longitud de la
antena lo que supone una mejora teacutecnica sensible respecto a este uacuteltimo
Figura 334 Geometriacutea RAR (izquierda) y geometriacutea SAR (derecha) (tomada de
httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de interferometriacutea radar de la Universidad
de Standford Prof Howard Zebker)
32331 Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica
El Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica o SAR se basa fundamentalmente en el
efecto Doopler (cuando la fuente emisora de ondas y el observador estaacuten en movi-
miento relativo el ancho de banda se acorta hacia donde se mueve el emisor y se
alarga hacia donde se aleja) y como se ha mencionado con anterioridad es utiliza-
do por los sateacutelites europeos ERS-1 y ERS-2 El SAR tiene muacuteltiples aplicaciones
como pueden ser (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
- Obtencioacuten del espectro de las olas de agua en el oceacuteano
- Clasificacioacuten de los tipos de hielos
- Seguimiento de desplazamientos del hielo
- Modelos digitales del terreno por interferometriacutea
- Deteccioacuten automaacutetica de vertidos de fuel
- Altiacutemetros radar
- Radargrametriacutea
- Geodesia determinacioacuten del geoide
- Deformaciones del terreno
3 Introduccioacuten
98
Este tipo de imaacutegenes (como cualquier otra anaacuteloga) necesita antes de su genera-
cioacuten definitiva un preprocesado que corresponde fundamentalmente a la elimina-
cioacuten del ruido (Speckle) y un posterior procesado de la imagen mediante un proto-
colo previamente establecido Para la interpretacioacuten de las imaacutegenes hay que tomar
las siguientes consideraciones
- Las sombras observadas son consecuencia del aacutengulo de incidencia y no de
la geometriacutea de la iluminacioacuten solar
- Los niveles de gris estaacuten relacionados con la propiedad de dispersioacuten de la
superficie A mayor dispersioacuten tonos maacutes claros
- Los distintos tipos de superficies generan distintos tipos de dispersiones
o Aacutereas urbanas dispersioacuten muy fuerte
o Bosques dispersioacuten intermedia
o Agua calmada baja dispersioacuten
- La dispersioacuten que proporciona informacioacuten de la superficie es proporcio-
nal a la rugosidad las propiedades dieleacutectricas y las pendientes locales
32332 Interferometriacutea diferencial mediante imaacutegenes de radar de apertura
sinteacutetica
La interferometriacutea se centra en el estudio y explotacioacuten de la informacioacuten propor-
cionada por las imaacutegenes de fase de las imaacutegenes complejas SAR Tanto la teacutecnica
de de interferometriacutea SAR como la interferometriacutea diferencial (InSAR) se basan
en la explotacioacuten contenida en uno o maacutes interferogramas La interferometriacutea es
utilizada para la cuantificacioacuten de deformaciones ocurridas en la superficie terrestre
mediante la obtencioacuten de la altura del suelo a partir de dos imaacutegenes SAR obteni-
das desde puntos proacuteximos con cierto intervalo temporal de separacioacuten como se
puede apreciar en la Figura 335 (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
El avance y desarrollo de esta teacutecnica como tantas otras anaacutelogas va unida a la
capacidad de adquisicioacuten de ordenadores personales y a la disponibilidad de imaacutege-
nes de RADAR de casi cualquier zona del planeta procedentes de los sateacutelites eu-
ropeos ERS-1 ERS-2 y ENVISAT y el japoneacutes J-ERS-1 Se trata de un meacutetodo de
gran precisioacuten cuya potencia radica en que trabaja con la informacioacuten de fase de la
onda emitida por el sateacutelite y por tanto la precisioacuten estaacute uacutenicamente limitada por la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida En el caso de los sateacutelites europeos ERS la
longitud de onda emitida es de 56 mm por lo que pueden llegar a identificarse des-
plazamientos proacuteximos a la mitad de un ciclo es decir 28 mm Todo esto ha propi-
ciado la realizacioacuten de numerosos estudios en los que se identifican y cuantifican
importantes deformaciones superficiales
3 Introduccioacuten
99
Figura 335 Generacioacuten de imaacutegenes SAR (tomada de
httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de interferometriacutea radar de la Universidad
de Standford Prof Howard Zebker)
32333 Metodologiacutea General
La teacutecnica de la interferometriacutea diferencial aplicada al estudio de deformaciones
ocurridas en la superficie terrestre consiste fundamentalmente en la comparacioacuten
de la informacioacuten de fase de dos imaacutegenes SAR de una misma superficie tomadas
antes y despueacutes respectivamente del evento en cuestioacuten sobre la zona afectada (Fi-
gura 336 izquierda) La diferencia resultante de fases origina un nuevo tipo de
imagen llamada interferograma (Figura 336 derecha) y que se define como la dife-
rencia de fase entre las dos imaacutegenes La idea fundamental es la estimacioacuten del
nuacutemero de ciclos completos de longitud de onda para a partir de ella y el interfero-
grama poder determinar la elevacioacuten del terreno Es un proceso complejo y existen
varios algoritmos con estimaciones que pretenden obtener la maacutexima precisioacuten y
bondad del meacutetodo (fase de Unwrapping)
Por tanto mediante esta teacutecnica se puede apreciar deformaciones o variaciones de
altura en la direccioacuten suelo-sateacutelite Cualquier deformacioacuten en la horizontal como
puede ser el caso de una falla de componente exclusivamente en direccioacuten pasaraacute
desapercibida En los casos en los que exista deformacioacuten el interferograma regis-
tra un modelo de interferencia compuesto de franjas (fringes) que contienen toda la informacioacuten sobre la geometriacutea relativa entre las dos imaacutegenes Cada franja que
corresponde con un ciclo de fase equivale a un cambio de distancia suelo-sateacutelite
3 Introduccioacuten
100
de 28 mm Se trata de una deformacioacuten escalar y no vectorial como la obtenida con
sistemas GPS
Figura 336 Reflejo en franjas de interferograma que tendriacutea un levantamiento como el mostrado
(izquierda) Esquema mostrando como la diferencia de fase de la onda emitida y recibida por el
sateacutelite indica la cantidad de movimiento en la direccioacuten suelo-sateacutelite producido en este caso por
un movimiento cosiacutesmico (tomada de httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de
interferometriacutea radar de la universidad de Standford Prof Howard Zebker)
324 Redes de estaciones permanentes
Con el desarrollo de las teacutecnicas GNSS son muchos los organismos que han puesto
en marcha sus propias redes de estaciones permanentes GNSS la mayoriacutea de las
cuales ofrecen sus datos de forma gratuita
Una red de estaciones permanentes GNSS debe tener tres componentes fundamen-
tales
- Las estaciones GPS permanentes funcionando en forma autoacutenoma que re-
colectan las observaciones GPS y las almacenan para despueacutes enviarlas al
centro de control correspondiente
- El centro de coordinacioacuten y almacenamiento de datos que coordina el fun-
cionamiento de la red y concentra las mediciones realizadas en un servidor
- El centro de caacutelculo que procesa las observaciones de la red para obtener
coordenadas de las estaciones correcciones ionosfeacutericas y otros productos
uacutetiles
Las redes de estaciones permanentes ofrecen muacuteltiples beneficios tanto en lo que se
refiere a la emisioacuten de correcciones en tiempo real para trabajar en RTK (Real Time
Kinematic) como en lo referente a la puesta a disposicioacuten de los datos estaacuteticos
recolectados por las estaciones estos datos son los que se han utilizado para la rea-
lizacioacuten de la presente tesis
3 Introduccioacuten
101
Los objetivos de una estacioacuten permanente son varios
- Objetivos de caraacutecter praacutectico como son reducir la inversioacuten en equipa-
miento de los profesionales y mejorar el rendimiento de los trabajos de
campo gracias a las emisiones de correcciones RTK
- Objetivos de caraacutecter geodeacutesico estos son mejorar la georreferenciacioacuten
cartograacutefica perfeccionar los marcos de referencia nacionales o regionales
y contribuir con el marco de referencia mundial (ITRF Internacional Te-
rrestrial Reference Frame)
- Objetivos de caraacutecter geofiacutesico geodinaacutemico u otros determinar los mo-
vimientos de la corteza terrestre realizar estudios climatoloacutegicos investi-
gar la variabilidad ionosfeacuterica etc
Las tareas de una estacioacuten permanente son principalmente la recoleccioacuten de obser-
vaciones de forma continua la verificacioacuten de la calidad de los datos la transfor-
macioacuten de las observaciones a un formato convencional (RINEX) y la compresioacuten
de los archivos de datos asiacute como el almacenamiento de la informacioacuten en un ser-
vidor
Los elementos baacutesicos que componen una estacioacuten permanente son un receptor y
una antena GNSS geodeacutesicos un PC para almacenar y administrar la informacioacuten
programas de automatizacioacuten conexioacuten a Internet fuente continua de alimentacioacuten
Aunque la estacioacuten realiza sus operaciones mecaacutenicamente mediante un programa
de control nunca es posible prescindir totalmente de personal teacutecnico
La ubicacioacuten de una estacioacuten permanente debe cumplir una serie de requisitos
- El horizonte debe estar despejado
- En las cercaniacuteas de la antena no deben encontrarse objetos que puedan in-
ter-ferir con las sentildeales GNSS o producir multicamino
- El terreno debe ser geoloacutegicamente estable
- La antena debe estar montada sobre una estructura riacutegida y perdurable
- El sitio debe estar libre de interferencias electromagneacuteticas
- Debe contarse con la infraestructura indispensable energiacutea eleacutectrica cone-
xioacuten a Internet seguridad y accesibilidad faacutecil
En lo que se refiere a la gestioacuten una estacioacuten permanente puede ser gestionada por
cualquier organismo puacuteblico o privado aunque es interesante que se integre en la
red nacional o regional de estaciones GNSS permanentes
Una red nacional de estaciones permanentes GNSS evita conflictos de coordenadas
entre provincias o municipios por otro lado el procesamiento conjunto de los datos
de toda la red garantiza la homogeneidad de las coordenadas de todas sus estaciones
y proporciona un marco de referencia uniforme
3 Introduccioacuten
102
Si las estaciones permanentes estaacuten integradas en la red nacional
- Sus coordenadas se calculan perioacutedicamente lo que garantiza calidad y fia-
bilidad
- El centro de coordinacioacuten y los centros de caacutelculo brindan soporte teacutecnico
tanto a los profesionales a cargo de la estacioacuten como a los profesionales
usuarios de la estacioacuten
- Los datos de todas las estaciones estaacuten disponibles en un uacutenico servidor
- Los datos se almacenan de acuerdo con estaacutendares
- Las coordenadas de las estaciones permanentes tienen valor legal porque se
hallan referidas al marco de referencia nacional promulgado oficialmente
por la autoridad competente
Existen redes de estaciones permanentes a diferentes niveles a nivel mundial cabe
destacar la red del IGS o la red CORS de Estados Unidos A nivel continental en-
contramos la red EUREF A nivel nacional tenemos la red del IGN (Instituto Geo-
graacutefico Nacional) A nivel autonoacutemico casi todas las autonomiacuteas disponen de una
red de estaciones permanentes asiacute Aragoacuten Andaluciacutea Asturias C Valenciana
Cantabria Castilla y Leoacuten Cataluntildea Extremadura Islas Canarias La Rioja Mur-
cia Navarra y Paiacutes Vasco disponen de sus propias redes de estaciones permanentes
En Castilla La Mancha Islas Baleares y Madrid todaviacutea no disponen de red
325 Estado del arte
El uso de las tecnologiacuteas GNSS ha supuesto un gran avance en el campo de la Geo-
dinaacutemica proporcionando medidas directas de los desplazamientos de las placas y
de las deformaciones intraplaca Esta informacioacuten es baacutesica para la comprensioacuten de
la cinemaacutetica de estos movimientos por lo que actualmente estaacuten operativos nume-
rosos programas de investigacioacuten tanto nacionales como internacionales al respecto
3251 Programas internacionales
32511 International Litosphere Program
El ILP fue establecido en 1980 por el International Council of Scientific Unions
(ICSU) a peticioacuten de la International Union of Geological Sciences (UICG) y la
International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) Se puede consultar in-
formacioacuten maacutes detallada acerca de este programa en su paacutegina web
httpsclilpgfz-potsdamde
El Programa International Litosphere Program (ILP) busca dilucidar la naturaleza
la dinaacutemica el origen y evolucioacuten de la Litosfera a traveacutes de proyectos de investi-
gacioacuten internacionales y multidisciplinares relacionados con las ciencias de la Tie-rra a traveacutes de comiteacutes de coordinacioacuten
3 Introduccioacuten
103
El ILP se encarga de promover proyectos de investigacioacuten de intereacutes para las comu-
nidades geoloacutegica (UISG) y geofiacutesica (IUGG) Se pretende lograr un equilibrio
entre hacer frente a las necesidades sociales como comprender las cataacutestrofes natu-
rales el suministro de informacioacuten para la mejora en la exploracioacuten de recursos y la
proteccioacuten del medio ambiente y satisfacer la curiosidad cientiacutefica
Perfil del programa
El estudio integral de la Tierra soacutelida es fundamental para el programa ILP desde
los siguientes puntos de vista
- La Litosfera constituye la conexioacuten entre el interior terrestre y la superficie
de la Tierra
- La Litosfera es el nexo de unioacuten entre la geologiacutea la geofiacutesica y geoteacutecni-
ca (es decir la interfaz centrada entre la IUGS y IUGG )
- Los avances en el estudio de la Litosfera no pueden prosperar sin la inte-
gracioacuten de teacutecnicas de teledeteccioacuten y monitorizacioacuten (donde es clave el
uso de teacutecnicas GNSS como las empleadas en la presente tesis) recons-
truccioacuten y procedimientos de modelado
Retos del programa
Fomentar la investigacioacuten fundamental sobre la Litosfera para propiciar nuevos
conocimientos en relacioacuten a los procesos de la Tierra Los desafiacuteos a los que se
enfrenta a este respecto el ILP en el futuro cercano son
- Fortalecer la conexioacuten entre aspectos de la Tierra soacutelida y no soacutelida rela-
cionados con la Litosfera
- Fortalecer el perfil y el impacto de la investigacioacuten sobre la Litosfera en
temas de relevancia social como la energiacutea y el medio ambiente
- Ser atractivo para los joacutevenes investigadores mediante la eleccioacuten de temas
interesantes adoptando enfoques integradores
- Promover la formacioacuten de joacutevenes investigadores en los estudios Litosfera
Temas de investigacioacuten propuestos
Desde 1990 los proyectos del ILP se han movido en torno a los cuatro temas de
investigacioacuten principales
- Ciencias de la tierra sobre el cambio global
- Dinaacutemica continental y procesos profundos
- Litosfera Continental
- Litosfera oceaacutenica
Los temas propuestos para los nuevos grupos de trabajo incluyen
- Cartografiacutea integrada de la Litosfera
- Dinaacutemica del Manto
3 Introduccioacuten
104
- Respuesta de la Litosfera en los procesos de superficie
- Estudios paleoclimaacuteticos
Una caracteriacutestica clave en los grupos de trabajo es su caraacutecter dinaacutemico Existen
grupos durante un periacuteodo limitado de cinco antildeos Se da un valor especial a las
iniciativas recientes en Ameacuterica del Norte para la adquisicioacuten de datos a gran escala
(como EarthScope) y para buscar valor antildeadido de los programas nacionales maacutes
importantes como por ejemplo los emprendidos en China India y Ameacuterica del Sur
32512 Programa Topo Europe Euro array
El programa Topo Europe aborda la evolucioacuten topograacutefica 4-D de los oroacutegenos y
regiones internas de la placa europea a traveacutes de un enfoque multidisciplinario que
integra Geologiacutea Geofiacutesica Geodesia y Geoteacutecnica El programa se centra en mo-
nitorizacioacuten tratamiento de imaacutegenes reconstruccioacuten y la modelizacioacuten de los pro-
cesos que interactuacutean y controlan la
topografiacutea continental con los ries-
gos naturales asociados Se puede
consultar informacioacuten maacutes detalla-
da acerca de este programa en su
paacutegina web httpwwwtopo-
europeeu
Topo Europe realiza una serie de
novedosos estudios sobre cuantifi-
cacioacuten de movimientos verticales
(para los que el uso de las teacutecnicas
GNSS es fundamental) relacionan-
do la evolucioacuten de cauces fluviales
con hundimientos debidos a causas
tectoacutenicas en laboratorios naturales
cuidadosamente seleccionados en
Europa Estos laboratorios naturales
incluyen los Alpes Caacuterpatos-cuenca panoacutenica la plataforma de Europa central y
oriental la regioacuten de los Apeninos-Egeo-Anatolia la Peniacutensula Ibeacuterica el margen
continental de Escandinavia la plataforma de Europa del este y la zona oriental del
Caacuteucaso
Se integran instalaciones de investigacioacuten europeas y conocimientos esenciales para
avanzar en la comprensioacuten del papel de la topografiacutea en los sistemas dinaacutemicos
ambientales de la Tierra El objetivo principal es doble
- Integrar los programas nacionales de investigacioacuten en una red europea co-muacuten
- Integrar las actividades de los institutos Topo Europe y los participantes
Figura 337 Programa Topo Europe Aacutembitos
de actuacioacuten
3 Introduccioacuten
105
Los principales objetivos son proporcionar un foro interdisciplinario para compartir
conocimiento e informacioacuten en el campo de la evolucioacuten neotectoacutenica y topografica
de Europa de promover y fomentar la investigacioacuten multidisciplinar en una escala
verdaderamente europea para aumentar la movilidad de los cientiacuteficos y la forma-
cioacuten de joacutevenes cientiacuteficos
Justificacioacuten del programa Topo Europe
La topografiacutea continental es la interfaz de los procesos que ocurren en las profundi-
dades de la Tierra la superficie y la atmoacutesfera La topografiacutea influye en la sociedad
no soacutelo como resultado de cambios lentos en el paisaje sino tambieacuten en teacuterminos de
su impacto sobre los riesgos geoloacutegicos y el medio ambiente Cuando sube el nivel
del mar de un lago o del agua subterraacutenea o bien se produce una subsidencia au-
menta el riesgo de inundaciones que afecta directamente a la sostenibilidad de los
ecosistemas locales y los haacutebitats humanos Por otro lado la disminucioacuten de niveles
de agua y tierras pueden conducir a un mayor riesgo de erosioacuten y desertificacioacuten
En el pasado reciente los deslizamientos catastroacuteficos y caiacutedas de roca han causado
graves dantildeos y numerosas viacutectimas en Europa El raacutepido crecimiento demograacutefico
en las cuencas hidrograacuteficas tierras bajas costeras y las regiones montantildeosas y el
calentamiento global asociado a fenoacutemenos meteoroloacutegicos excepcionales cada vez
maacutes frecuentes pueden agravar el riesgo de inundaciones A lo largo de las zonas
de deformacioacuten activa los terremotos y las erupciones volcaacutenicas causan cambios
en la topografiacutea de corta duracioacuten y localizada Estos cambios pueden presentar
peligros adicionales pero al mismo tiempo permiten cuantificar el estreacutes y la acu-
mulacioacuten de tensioacuten un control de clave para la evaluacioacuten de riesgo siacutesmico y
volcaacutenico A pesar de que los procesos naturales y las actividades humanas causan
riesgos geoloacutegicos y cambios ambientales la contribucioacuten relativa de los distintos
componentes es todaviacutea poco conocida El hecho de que la topografiacutea influye el
clima es conocido desde el comienzo de la civilizacioacuten pero soacutelo recientemente
somos capaces de modelar sus efectos en las regiones donde se dispone de buenos
datos topograacuteficos y climatoloacutegicos
El estado actual y el comportamiento de la superficie de la Tierra es una consecuen-
cia de los procesos que operan en una amplia gama de escalas de tiempo Los efec-
tos maacutes importantes son los relacionados con la actividad tectoacutenica el hundimiento
y el desarrollo de los sistemas fluviales los efectos residuales de las edades de hielo
en los movimientos verticales de la corteza efectos climatoloacutegicos y los poderosos
impactos antropogeacutenicos Si queremos entender el estado actual del sistema de la
Tierra para predecir su futuro y para disentildear nuestro uso de la misma necesitamos
comprender este espectro de procesos operando al mismo tiempo pero en diferentes
escalas de tiempo El desafiacuteo de las ciencias de la Tierra es describir el estado del
sistema para controlar sus cambios prever su evolucioacuten y para evaluar los modos
de su uso sostenible por la sociedad humana
3 Introduccioacuten
106
Objetivos especiacuteficos de Topo Europe
- Modelado de la subsidencia en las cuencas y deltas de Europa
- Cuantificacioacuten de inestabilidades del terreno
- Monitorizacioacuten de alta resolucioacuten de los movimientos corticales en el espa-
cio y el tiempo para cuantificar la relacioacuten entre fuentes y sumideros de se-
dimentos y el disentildeo de modelos tectoacutenicos y siacutesmicos
- Adaptacioacuten de los sistemas de modelizacioacuten numeacuterica y analoacutegica para la
caracterizacioacuten de las relaciones de retroalimentacioacuten entre la tectoacutenica la
topografiacutea y el clima
- Imaacutegenes tomograacuteficas de alta resolucioacuten de la interaccioacuten dinaacutemica entre
el Manto y la Litosfera y sus efectos sobre la topografiacutea de la superficie
- Estudio de los efectos de los procesos neotectoacutenicos en los cauces fluviales
y la evolucioacuten costera con especial atencioacuten a los riesgos de inundacioacuten
32513 Programa Topoiberia
El proyecto Topo-Iberia responde al intereacutes de la comunidad cientiacutefica espantildeola por
establecer un marco cientiacutefico-tecnoloacutegico en el que desarrollar de manera integra-
da estudios geocientiacuteficos multidisciplinares sobre el lsquomicro-continentersquo formado
por la peniacutensula ibeacuterica y sus maacutergenes
La configuracioacuten del relieve terrestre (topografiacutea continental y batimetriacutea marina) y
los cambios que puedan producirse en nuestro entorno geograacutefico natural tienen una
trascendencia social innegable ya que marcan las condiciones de habitabilidad y
desarrollo futuro de la actividad humana
Los cambios en el relieve pueden producirse a ritmos temporales muy variados y
tener causas muy diversas de tipo natural o antropogeacutenico pero deben ser tenidos
muy en cuenta en aspectos como evaluacioacuten de recursos y riesgos naturales cambio
climaacutetico etc
Hasta hace poco tiempo se analizaba la topografiacutea continental en relacioacuten uacutenica-
mente con una serie de procesos que tienen lugar en la superficie terrestre y en la
atmoacutesfera Estudios recientes han reconocido la importancia e influencia que sobre
la topografiacutea ejercen tambieacuten los procesos geoloacutegicos profundos a nivel de Litosfe-
ra y Manto terrestre El grado de impacto de tales procesos profundos y las relacio-
nes de interdependencia y retroalimentacioacuten que existen entre todos ellos son auacuten
mal conocidos y poco cuantificados
Para su comprensioacuten se requieren estudios innovadores multidisciplinares e inte-
grados en el aacutembito de las Ciencias de la Tierra Los modelos estructurales y evolu-
tivos deben basarse en conjuntos de datos con una resolucioacuten muy superior a la
disponible actualmente para lo que se requeriraacuten acciones de adquisicioacuten de nuevos
datos con gran densidad mediante plataformas experimentales multidisciplinares
3 Introduccioacuten
107
El proyecto Geociencias en Iberia Estudios integrados de topografiacutea y evolucioacuten
4D Topo-Iberia es una propuesta que involucra a maacutes de 100 investigadores de 10
grupos distintos y que responde a la voluntad e intereacutes de la comunidad cientiacutefica
espantildeola de establecer un marco cientiacutefico-tecnoloacutegico en el que desarrollar de
manera integrada estudios geocientiacuteficos multidisciplinares Se puede consultar
informacioacuten maacutes detallada acerca de este programa en su paacutegina web
httpwwwigmeesinternetTopoIberia
El lsquomicro-continentersquo formado por
la peniacutensula ibeacuterica y sus maacutergenes
constituye un laboratorio natural
idoacuteneo claramente reconocido a
nivel internacional para desarrollar
investigaciones innovadoras y de
frontera sobre su topografiacutea y evo-
lucioacuten 4D
La finalidad de Topo-Iberia es
comprender la interaccioacuten entre
procesos profundos superficiales y
atmosfeacutericos integrando investiga-
ciones en geologiacutea geofiacutesica geo-
desia y geo-tecnologiacutea El conoci-
miento de los cambios del relieve y
sus causas es de gran trascendencia
social por lo que respecta al cambio
climaacutetico y a la evaluacioacuten de re-
cursos naturales y riesgos
Como se indica en la Figura 338 se identifican tres aacutembitos prioritarios de actua-
cioacuten
- Zona norte de la placa ibeacuterica (Sistema Pirenaico-Cantaacutebrico) Este aacutembito
de actuacioacuten incluye los Pirineos y su prolongacioacuten hacia el oeste por la
Cordillera Cantaacutebrica y el margen continental noribeacuterico lo que constituye
un mismo aacutembito geodinaacutemico ligado a la interaccioacuten entre las placas Ibeacute-
rica y Europea Los relieves pirenaicocantaacutebricos se conectan hacia el sur
con la terminacioacuten norte de la Cordillera Ibeacuterica y terminan gradualmente
hacia el oeste a traveacutes de los Montes de Leoacuten y los suaves relieves del ma-
cizo galaico
- Aacuterea central peninsular (Meseta Sistemas Central e Ibeacuterico) El aacutembito
geodinaacutemico central del microcontinente Ibeacuterico incluye las regiones de-
formadas del interior de la placa como el Sistema Central y Cadena Ibeacuterica
y sus cuencas sedimentarias asociadas
Figura 338 Programa Topo Iberia Aacutembitos
prioritarios de actuacioacuten
3 Introduccioacuten
108
- Zona sur de la placa ibeacuterica (Sistema Beacutetico-Rifentildeo) Este aacutembito geodi-
naacutemico incluye el oroacutegeno Beacutetico-Rifentildeo el prisma de acrecioacuten del Golfo
de Caacutediz y las cuencas y maacutergenes de los mares de Alboraacuten y Argelino-
Balear occidental
Se pretende configurar una base de datos y resultados multidisciplinares que permi-
ta resolver los interrogantes actualmente existentes mediante estrategias novedosas
de interpretacioacuten conjunta
Objetivo fundamental del programa es incrementar decisivamente la informacioacuten
disponible con el despliegue sobre el terreno de una plataforma IberArray de
observacioacuten tecnoloacutegica multiinstrumental y de gran resolucioacuten
En cuanto a finalidades para aplicabilidad a intereses nacionales de los resultados
esperables estas investigaciones propician un incremento en la infraestructura geo-
loacutegica y geofiacutesica en cordilleras y cuencas de aguas territoriales espantildeolas En su
caso pueden ser aplicadas a actuaciones dirigidas a prevenir y disentildear planes de
contingencia para riesgos geoloacutegicos y tambieacuten medioambientales especialmente
en aquellas zonas en que se producen considerables terremotos y numerosos desli-
zamientos del terreno relacionados con el desarrollo actual del relieve y la elevacioacuten
de maacutergenes continentales Su aplicacioacuten en el aacutembito marino afecta a diversas
aacutereas con importante traacutefico mariacutetimo turiacutestico y comercial y viacuteas de paso obligado
para mercanciacuteas peligrosas Tambieacuten es posible la transferencia de nuestros resul-
tados al sector industrial especialmente en cuanto a la potencialidad en hidrocarbu-
ros en determinadas cuencas que han sido y son actualmente sujeto de exploracio-
nes comerciales por compantildeiacuteas petroleras nacionales y extranjeras
Figura 339 Equipos GPS de la Red Topo-Iberia
3 Introduccioacuten
109
Como se ha comentado uno de los objetivos principales del proyecto Topo-Iberia
es obtener informacioacuten sobre el estado de esfuerzos y la deformacioacuten dentro de la
Peniacutensula Ibeacuterica y sus maacutergenes puesto que los equipos GPS permiten medir la
deformacioacuten actual y proporcionan informacioacuten sobre tectoacutenica activa detectando
movimientos relativos entre las estaciones del orden de mmantildeo el proyecto Topo-
Iberia cuenta con un subproyecto GPS que preveacute el despliegue de una red semi-
permanente de 25 GPS de registro continuo durante un periodo de al menos 30
meses que se muestran en la Figura 339 Los equipos GPS cubriraacuten varias transec-
tas y zonas estrateacutegicas complementando los instrumentos actualmente disponibles
instalados por diversas instituciones Informacioacuten maacutes detallada acerca de este pro-
yecto se puede encontrar en su paacutegina web
httpwwwigmeesinternetTopoIberiametodologiashtmltheta
32514 Proyecto CAP (Central Andes Proyect)
Constituye un proyecto cientiacutefico auspiciado por la Fundacioacuten Nacional de Ciencias
de los Estados Unidos de Norteameacuterica y desarrollado por los Doctores Robert
Smalley Jr de la Universidad de Memphis y Mike Bevis de la Universidad de Ohio
que comenzoacute en el antildeo 1992 y consiste en el estudio de la deformacioacuten y desplaza-
miento de la corteza terrestre particularmente en la zona andina en la Repuacuteblica
Argentina
Informacioacuten maacutes detallada acerca del proyecto se puede encontrar en su paacutegina
web httpwwwigngobarNuestrasActividadesIDProyectosColaboracionCap
Figura 340 Central Andes Projetc Desplazamientos cosiacutesmicos asociados al terremoto de Chile
del 27 de febrero de 2010 de 88 Mw
3 Introduccioacuten
110
Desde los inicios del proyecto el Instituto Geograacutefico Nacional de Argentina
(IGN) estuvo directamente vinculado al mismo a traveacutes de la ejecucioacuten de medicio-
nes de campantildea a lo largo de toda la Repuacuteblica Argentina
Estas mediciones se realizan con receptores GPS de uacuteltima generacioacuten ubicados
satisfaciendo las necesidades del proyecto algunos de ellos se instalaron de forma
permanente y han constituido la base sobre la cual se ha desarrollado la Red Argen-
tina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC) administrada por el IGN Otros
puntos son medidos mediante campantildeas de observacioacuten El resultado de uno de sus
trabajos concretamente el estudio de los desplazamientos cosiacutesmicos asociados al
terremoto de Chile del 27 de febrero de 2010 se muestra en la Figura 340
La eleccioacuten y materializacioacuten de los puntos en el terreno es uno de los aspectos
fundamentales del eacutexito del proyecto debido al nivel de precisioacuten de la determina-
cioacuten de las coordenadas de los mismos En este aspecto el IGN capacita a sus profe-
sionales para esta tarea y lo estaacute haciendo actualmente en el procesamiento cientiacutefi-
co de los datos con el software GAMIT ndash GLOB K
A lo largo de maacutes de 15 antildeos de trabajo en conjunto entre las Instituciones y los
profesionales de cada una de las mismas se han publicado numerosos trabajos en
congresos internacionales y en las revistas cientiacuteficas maacutes prestigiosas del mundo
32515 Proyecto Corner Andes Project
El proyecto Corner Andes Project se basa en que los Andes presentan una oportuni-
dad uacutenica para estudiar los procesos de orogeacutenesis producidos por un proceso de
subduccioacuten de una placa oceaacutenica Por otra parte el conocimiento detallado de los
recursos hiacutedricos minerales e hidrocarburos es de vital importancia ya toda la re-
gioacuten presenta considerables riesgos siacutesmicos y volcaacutenicos
El proyecto busca entender en este laboratorio natural los procesos tectoacutenicos y
superficiales con estudios integrados que utilizan la sismologiacutea la geofiacutesica la
geologiacutea estructural y neotectoacutenica petrologiacutea iacutegnea y geoquiacutemica estratigrafiacutea
fiacutesica y anaacutelisis de cuencas la geomorfologiacutea la paleoclimatologiacutea y glaciologiacutea Es
de sentildealar que para la realizacioacuten de estos estudios el uso de las teacutecnis GNSS es
fundamental El aacutembito regional del proyecto constituye el oroacutegeno andino entre el
sur de Peruacute y la Patagonia con los esfuerzos concentrados en Argentina Chile y
Bolivia El proyecto se ha enriquecido y fortalecido por una estrecha cooperacioacuten
con los geocientiacuteficos de Ameacuterica Latina en la industria instituciones puacuteblicas y el
mundo acadeacutemico Informacioacuten maacutes detallada acerca del proyecto se puede encon-
trar en su paacutegina web httpwwwgeocornelledugeologycap
3 Introduccioacuten
111
Objetivos de del proyecto
La mayor parte de la investigacioacuten llevada a cabo por los miembros de Corner An-
des Project se ha centrado en Argentina y Chile aunque tambieacuten se ha trabajado en
Venezuela Bolivia Peruacute y Colombia
Los proyectos de investigacioacuten actuales maacutes importantes son los siguientes
- Estudio de la zona de subduccioacuten del norte de Chile
- Deformacioacuten asociada con la subduccioacuten
- Volcanismo Cenozoico en Argentina central y Chile relacioacuten del magma-
tismo con los aacutengulos de la zona de subduccioacuten y los procesos de la evolu-
cioacuten litosfeacuterica continental
- Las variaciones geoquiacutemicas temporales y espaciales en la zona de rocas
magmaacuteticas de la Patagonia Implicaciones para la evolucioacuten cortical y del
Manto
- Estudio de los cambios climaacuteticos en el inicio del Cuaternario en el desierto
de Atacama y sus relaciones con las aguas subterraacuteneas
- Paleoclima del Mioceno en las tierras bajas de los Andes Centrales
- La rotacioacuten de la vertiente occidental de los Andes Centrales y el origen de
las cuencas sedimentarias del Salar de Atacama y Calama
- Movimiento y migracioacuten de magma volcaacutenico
- Ciclo siacutesmico en la regioacuten andina
3252 Programas nacionales
32521 Programa Earth Scope
Earth Scope es un programa de la National Science Foundation (NSF) que desplie-
ga miles de instrumentos de prospeccioacuten siacutesmica GPS y otros instrumentos geofiacutesi-
cos para estudiar la estructura y la evolucioacuten de Ameacuterica del Norte (ver Figura
341) asiacute como los procesos que producen terremotos y erupciones volcaacutenicas Se
trata de un proyecto que fomenta la colaboracioacuten entre cientiacuteficos educadores
responsables poliacuteticos y ciudadanos para divulgar los avances cientiacuteficos en la
materia Maacutes informacioacuten acerca del proyecto se puede encontrar en su paacutegina web
httpwwwearthscopeorg
Objetivos del proyecto
Ameacuterica del Norte posee uno de los registros maacutes completos de formacioacuten modifi-
cacioacuten y destruccioacuten continental El objetivo de Earth Scope es usar Norteameacuterica
como un laboratorio natural para obtener conocimientos fundamentales sobre coacutemo
funciona la Tierra La complejidad de los procesos geoloacutegicos requiere estudios
multidisciplinares de cientiacuteficos especializados en ciencias de la Tierra Con el pro-grama se pretende alentar a los cientiacuteficos desde un punto de vista maacutes creativo
3 Introduccioacuten
112
permitiendo que las ideas innovadoras proporcionen nuevos conocimientos sobre el
pasado el presente y el futuro del planeta en que vivimos
Figura 341 Red de instrumentacioacuten desplegada en el proyecto Earth Scope www Earhsco-
peorgcurrent_status 10-2013
La temaacutetica estudiada se puede dividir en varias categoriacuteas generales
- Procesos en los maacutergenes convergentes Constituyen algunos de los entor-
nos maacutes dinaacutemicos tectoacutenicamente de la Tierra
- Tensioacuten y deformacioacuten de la corteza La forma en que la Tierra soacutelida res-
ponde a las fuerzas tectoacutenicas
- Deformacioacuten y evolucioacuten de las estructuras continentales Estudio del mar-
gen activo de Ameacuterica del Norte
- Fallas tectoacutenicas y procesos involucrados en los terremotos EarthScope es-
taacute investigando el desarrollo de modelos de prediccioacuten de terremotos des-
entrantildeando los procesos activos y dinaacutemicos a lo largo de fallas
- Estructura y dinaacutemica del interior de la Tierra Uno de los objetivos funda-
mentales es la mejor comprensioacuten de los procesos internos de la Tierra y la
evolucioacuten de la Litosfera continental en relacioacute a los procesos del Manto
superior es un objetivo principal de EarthScope Aprenda maacutes sobre coacutemo
la investigacioacuten EarthScope estaacute impulsando descubrimientos en esta aacuterea
3 Introduccioacuten
113
- Vulcanismo Ameacuterica del Norte posee una amplia gama de sistemas mag-
maacuteticos como los claacutesicos volcanes de maacutergenes convergentes de Casca-
dia y las Aleutianas
32522 Southern California Integrated GPS Network (SCIGN)
La red SCIGN constituye un conjunto de 250 estaciones permanentes distribuidas a
lo largo del sur de California con una mayor densificacioacuten en el aacuterea metropolitana
de Los Aacutengeles La red comienza a instalarse desde hace una deacutecada hasta llegar a
su conformacioacuten actual Maacutes informacioacuten se puede encontrar en la web
wwwscecorg
Figura 342 Mapa en el que se muestran los vectores de desplazamiento de la corteza terrestre en
el sur de California seguacuten la SCIGN wwwscecorginstanet01newsspot010828
El 2 de julio de 2001 cuatro diacuteas antes de su inauguracioacuten programada SCIGN
alcanzoacute su objetivo meta de 250 estaciones operativas diseminadas por todo el sur
de California y el norte de Baja California Meacutexico
3 Introduccioacuten
114
Las estaciones SCIGN estaacuten dirigidas por las siguientes agencias
- 125 estaciones centrales son financiadas por la National Science Founda-
tion (NSF)
- 95 estaciones a lo largo de la Falla de San Andres y en la zona urbana de
Los Angeles que son gestionadas por la oficina local de Pasadena del Ser-
vicio Geoloacutegico de EEUU
- Las estaciones restantes que son gestionadas por el Jet Propulsion Labora-
tory y otras agencias
Objetivos de la red
El sur de California es un lugar sujeto a fuerzas tectoacutenicas de cizalladura estirando
y comprimiendo la corteza terrestre con un patroacuten complejo Estas deformaciones
lentas pero continuas se producen fundamentalmente en las principales fallas tectoacute-
nicas activas responsables por otra parte de la alta sismicidad de la regioacuten La pre-
gunta que trata de responder la SCIGN es si a traveacutes del patroacuten de deformacioacuten se
pueden prever con maacutes precisioacuten futuros terremotos
La red SCIGN fue construida con cuatro grandes objetivos cientiacuteficos en mente
SCIGN estaacute disentildeada para proporcionar una cobertura regional que mejore las esti-
maciones de riesgo siacutesmico identificando fallas activas empujes debajo de Los
Angeles variaciones en las tensiones medidas y mediciones de movimientos per-
manentes mayores de 1 mm no detectables por los sismoacutegrafos (ver figura 37)
incluyendo la respuesta de las fallas a los cambios de tensioacuten regionales La red
consigue esos objetivos haciendo mediciones geodeacutesicas precisas y continuas que
revelan el pequentildeo movimiento continuo producto de la tensioacuten que se transmite a
traveacutes de la corteza en el sur de California Como es conocido la tensioacuten acumulada
estaacute directamente relacionada con la peligrosidad siacutesmica Estas mediciones contri-
buyen a la evaluacioacuten del peligro ayudando y concienciando a los ciudadanos a
prepararse Por lo tanto este instrumento puramente cientiacutefico puede producir efec-
tos sociales positivos siendo sin duda eacuteste el objetivo uacuteltimo del proyecto SCIGN
Los productos generados con los datos SCIGN al igual que esos datos son de libre
acceso en wwwscignorg
32523 Crustal deformation monitoring (United States Geological Survey
USGS)
La superficie de la Tierra estaacute siendo deformada a traveacutes de fallas tectoacutenicas que
acumulan tensioacuten y que se deslizan con el tiempo El USGS utiliza mediciones GPS
para controlar este movimiento cerca de fallas activas
El USGS utiliza GPS para medir la deformacioacuten de la corteza en todo los Estados Unidos Sin embargo la mayor parte del trabajo se concentra en los estados del
3 Introduccioacuten
115
oeste como se puede ver en la figura 38 donde se producen la mayoriacutea de los te-
rremotos y donde las tasas de deformacioacuten de la corteza son maacutes altas
La superficie de la
Tierra cerca de las
fallas activas se
deforma antes du-
rante y despueacutes de
los terremotos Del
mismo modo la
superficie cercana a
los volcanes activos
tambieacuten se deforma
como consecuencia
de las erupciones y
la evolucioacuten volcaacute-
nica La deforma-
cioacuten de la corteza se
puede estudiar des-
de diferentes teacutecni-
cas de observacioacuten
movimiento relativo
de puntos de la
superficie de la Tierra inclinacioacuten del suelo tensiones y deslizamientos de falla El
USGS habitualmente mide estos y otros paraacutemetros que reflejan esta deformacioacuten
32524 Programa CMONOC (Cristal Movement Observation Network of China)
El objetivo cientiacutefico de Crustal Movement Observation Network of China es fun-
damentalmente la prediccioacuten de terremotos aunque tambieacuten satisface necesidades
en el campo de la Geodesia dando servicios de GNSS diferencial en el campo de la
Meterorologiacutea etc Por este motivo estaacute gestionado por el ldquoFirst Crustal Deforma-
tion Monitoring Center China Seismological Bureau Tianjin 300180 Chinardquo
Las caracteriacutesticas principales de la CMONOC son la alta precisioacuten y estabilidad de
sus observaciones la toma de gran cantidad de datos y el procesamiento de esos
datos en tiempo real de forma raacutepida y precisa
El sistema CMONOC consta de cuatro partes la red fiducial la red baacutesica la red
local y el sistema de transmisioacuten procesamiento y anaacutelisis de datos
La red fiducial de CMONOC consta de 25 estaciones GPS en observacioacuten continua
Algunas de estas estaciones tambieacuten utilizan teacutecnicas VLBI y SLR Con una dis-
tancia media de aproximadamente 700 km entre estaciones adyacentes la funcioacuten
Figura 343 Red de estaciones GPS permanentes y no permanentes
del oeste de EEUU httpearthquakeusgs govmonitoringgps
3 Introduccioacuten
116
principal de la red fiducial es el control de los movimientos tectoacutenicos de los blo-
ques de primer orden de China continental Las estaciones fiduciales estaacuten construi-
das sobre la roca madre Las precisiones de alcanzadas son de 13 mm para las
variaciones anuales de las liacuteneas base entre estaciones fiduciales adyacentes 15
mm para las variaciones anuales de las liacuteneas base entre estaciones VLBI adyacen-
tes 21 cm para la determinacioacuten de las coordenadas absolutas de estaciones SLR y
08 - 49 Gal para las medidas absolutas de gravedad La red fiducial se puso en
funcionamiento el 1 de abril de 2000
La red baacutesica se compone de 56 estaciones GPS en las que se realizan observacio-
nes perioacutedicas Como complemento a la red fiducial la red baacutesica se utiliza princi-
palmente para controlar la deformacioacuten de la corteza en y entre los bloques de pri-
mer orden Las estaciones estaacuten dispuestas de manera uniforme junto con las
estaciones fiduciales con una distancia media entre ellas de alrededor de 350 km
Dos mediciones de la red baacutesica se llevaron a cabo tanto en 1998 y 2000 con preci-
siones de menos de 3 mm para la componente horizontal y menos de 10 mm para
la componente vertical
La red local estaacute constituida por 1000 estaciones GPS en las que se realizan obser-
vaciones de manera esporaacutedica Estaacuten dispuestas en diez aacutereas de especial intereacutes
para su monitorizacioacuten Cerca de 700 de ellas se concentran a lo largo de las princi-
pales zonas tectoacutenicas y siacutesmicas con el objetivo de la prediccioacuten de terremotos
Alrededor de 300 de ellas estaacuten dispuestas de manera uniforme en todo el paiacutes co-
mo complemento a las redes fiducial y baacutesica para vigilar los movimientos de los
grandes bloques tectoacutenicos La red local se establecioacute en agosto de 1998 la primera
medicioacuten se realizoacute en 1999 y maacutes de 800 estaciones se volvieron a observar en
2001 Los resultados obtenidos indican que las presiones son mejores de 3 mm para
la componente horizontal y de 10 mm para la vertical
La organizacioacuten del proyecto se basa en un centro de datos y tres subsistemas de
intercambio de datos El centro de datos es el responsable de las operaciones y ges-
tioacuten de la red procesamiento y anaacutelisis de datos que se aplican directamente para la
prediccioacuten de terremotos y mitigacioacuten de desastres El centro de datos tambieacuten pro-
porciona los elementos baacutesicos para cada subsistema de intercambio de datos y de
los ministerios y comisiones relacionados Los subsistemas de intercambio de datos
proporcionan informacioacuten a la comunidad investigadora al programa de Geodinaacute-
mica espacial de Asia y el Paciacutefico y a la red de control geodeacutesico nacional de
Topografiacutea y Cartografiacutea La construccioacuten del centro de datos se llevoacute a cabo en el
antildeo 2000 Sus caracteriacutesticas teacutecnicas principales son 310 Mb diarios para la reco-
leccioacuten de datos 50 Gb para el almacenamiento de datos en liacutenea y 220 estaciones
para el procesamiento de datos A finales del antildeo 2000 probado y revisado por el
Comiteacute de Aceptacioacuten de Estado la red en su conjunto alcanzoacute y superoacute las normas
de calidad preestablecidas y se puso en funcionamiento
3 Introduccioacuten
117
Con una superficie de 95 en la parte continental de China CMONOC ha elevado
la precisioacuten de la medicioacuten tradicional del movimiento de la corteza en China en
tres oacuterdenes de magnitud y la eficiencia de observacioacuten por diez veces Se ha cu-
bierto el objetivo de la monitorizacioacuten casi instantaacutenea de todo el paiacutes y se ha au-
mentado la capacidad de predecir un gran terremoto en China La oficina sismoloacute-
gica de China ya ha utilizado los datos GPS observados en el examen anual
sismoloacutegico y ha obtenido mejores resultados en las predicciones de terremotos
para medio y largo plazo Se ha aumentado la precisioacuten de la red de control geodeacute-
sico mejorando los sistemas geodeacutesicos aplicados en la Topografiacutea y Cartografiacutea del
paiacutes
En los uacuteltimos tres antildeos el CMONOC funciona con normalidad Siete estaciones
fiduciales forman parte de la red de estaciones IGS y los datos obtenidos a partir de
la red se han utilizado en multitud de estudios cientiacuteficos En la Figura 344 se
muestra la tasa de movimiento horizontal de la corteza continental China basada en
los datos de CMONOC
Figura 344 Velocidades horizontales de las estaciones pertenecientes a la red fiducial de CMO-
NOC y principales unidades tectoacutenicas de China (Liren et al 2003)
32525 Islandia Red ISGPS
Islandia se situacutea en el tercio septentrional de la dorsal atlaacutentica que con un eje nor-
te-sur disecciona la isla y al mismo tiempo sirve de liacutemite a las placas continenta-
les americana y eurasiaacutetica La enorme actividad siacutesmica a lo largo de este acciden-
3 Introduccioacuten
118
te geoloacutegico se manifiesta mediante potentes erupciones submarinas bajo el Atlaacuten-
tico y en forma de afloramientos insulares de naturaleza volcaacutenica
Como consecuencia de estas fuerzas tectoacutenicas el territorio formado por una buena
parte de los fiordos occidentales asiacute como una amplia extensioacuten de la franja orien-
tal de Islandia surgieron del mar hace 16 millones de antildeos por lo que desde el
punto de vista geoloacutegico la isla es una de las masas terrestres maacutes joacutevenes del pla-
neta
Figura 345 Red ISGS de estaciones permanentes en Islandia (ISGPS)
La ubicacioacuten de Islandia sobre la mismiacutesima dorsal atlaacutentica y la consecuente parti-
cioacuten de su tierra emergida en dos mitades pertenecientes a cada una de las mencio-
nadas placas tectoacutenicas origina que los seiacutesmos y las erupciones volcaacutenicas se ma-
nifiesten continuamente hasta el punto de haberse estimado que la tercera parte de
todas las coladas de lava surgidas en el globo en uacuteltimo milenio se han generado en
la Islandia
La Oficina Meteoroloacutegica Islandesa gestiona una red de estaciones geodeacutesicas per-
manentes GPS en Islandia para monitorizar la deformacioacuten cortical relacionada con
los movimientos tectoacutenicos la actividad volcaacutenica y los terremotos Con instrumen-
tos de calidad geodeacutesica y software especializado se obtienen posiciones diarias de
las estaciones dentro del rango de unos pocos miliacutemetros Estaciones CGPS por lo
tanto son una excelente herramienta para monitorear la deformacioacuten cortical
3 Introduccioacuten
119
Se puede obtener informacioacuten adicional acerca de esta red en la paacutegina web
httphraunvedurisjaenglishwebgpshtml
La red se inicioacute como un proyecto de colaboracioacuten en el antildeo 1999 para vigilar los
movimientos de la corteza terrestre en zonas tectoacutenicas y volcaacutenicas activas en Is-
landia
Actualmente hay 18 estaciones GPS continuas en Islandia (ver Figura 345) de las
cuales 14 pertenecen a la red ISGPS tres son estaciones IGS y una es gestionada
por la National Land Survey of Iceland El disentildeo de la red ISGPS estaacute se basa en la
simplicidad robustez y eficiencia de costes El nuacutemero de componentes eleacutectricos
en el campo se reduce al miacutenimo se utiliza un disentildeo de monumento de acero
inoxidable para conseguir una alta estabilidad
Los datos de las estaciones ISGPS se descargan automaacuteticamente y se procesan a
diario Se utiliza el software Oberland V42 para procesar los datos Las series ob-
servadas en la mayoriacutea de estaciones de ISGPS estaacuten dominadas por el movimiento
causado por la divergencia de las placas norteamericana y euroasiaacutetica en general
de acuerdo con el modelo NUVEL-1A Las discrepancias se observan en las esta-
ciones que estaacuten dentro de la zona de deformacioacuten liacutemite de placas o cerca de fuen-
tes de deformacioacuten volcaacutenica La red ISGPS a lo largo del tiempo que lleva operati-
va ha demostrado ser una herramienta muy valiosa para monitorizar las
deformaciones
32526 Japoacuten Red GEONET
El archipieacutelago de Japoacuten se ubica en una de las zonas geoloacutegicamente maacutes inesta-
bles y complejas del planeta Se trata de un paiacutes altamente siacutesmico debido a su ubi-
cacioacuten en el Cinturoacuten de Fuego del Pacifico El territorio japoneacutes es el resultado de
continuos e inmensos movimientos tectoacutenicos que llevan producieacutendose durante
centenares de millones de antildeos desde mediados del Periacuteodo Siluacuterico hasta el Pleis-
toceno Este proceso tiene su origen en la subduccioacuten de la placa Filipina y la placa
Paciacutefica debajo de las continentales placa Ojotsk (subplaca de la placa Euroasiaacutetica)
y placa Amuria (subplaca de la Norteamericana)
En Japoacuten los temblores de tierra son frecuentes (con una intensidad reducida a mo-
derada) Tienen lugar maacutes de 5000 movimientos siacutesmicos al antildeo de los cuales
1000 son percibidos por la poblacioacuten y de ellos soacutelo unos cuantos son terremotos
violentos
La autoridad responsable de la informacioacuten geoespacial en Japoacuten ( Geographical
Survey Institute GSI) gestiona una red de estaciones de control GNSS que cubren
archipieacutelago japoneacutes con maacutes de 1200 estaciones con una separacioacuten promedio de
unos 20 km (desde marzo de 2004) para la monitorizacioacuten de la deformacioacuten de la
corteza terrestre para la realizacioacuten de trabajos topograacuteficos Se puede obtener maacutes
3 Introduccioacuten
120
informacioacuten acerca de esta red en su paacutegina web
httpterrasgsigojpjaterras_englishhtml
Los datos de observacioacuten
recogidos en cada estacioacuten
estaacuten abiertos para uso puacuteblico
y privado en Japoacuten Los fiche-
ros en formato RINEX con
intervalo de 30 segundos se
facilitan al puacuteblico a traveacutes de
Internet
Recientemente se actualizoacute el
sistema GEONET para mejo-
rar las capacidades en tiempo
real En la mayoriacutea de las
estaciones se observan y
transmiten datos a 1 Hz en
tiempo real Estos datos en
tiempo real dan servicio a los
usuarios comerciales de servi-
cio de posicionamiento
Por parte de GSI actualmente
se llevan a cabo anaacutelisis casi
en tiempo real de las 1200
estaciones de forma rutinaria
para prevenir situaciones de
emergencia o para dar una respuesta raacutepida a un episodio siacutesmico o volcaacutenico (Ha-
tanaka et al 2007)
32527 Programa indio de red nacional GNSS para el control de deformacioacuten
cortical
El subcontinente indio es una de las regiones maacutes propensas a terremotos del mun-
do En el uacuteltimo siglo varios terremotos de gran magnitud como el de Andaman-
Sumatra (Mw 93) en 2004 y el de 2005 en Cachemira (Mw 76) cuyos epicentros
se situaron tanto en el interior como en el borde de placa La regioacuten cuenta con una
tectoacutenica muy compleja incluyendo los principales sistemas de fallas de la zona de
colisioacutendel Himalaya
Mediante teacutecnicas geodeacutesicas GNSS se pretende comprender la dinaacutemica tectoacutenica
de la zona y medir la acumulacioacuten de esfuerzos
En India los estudios geodeacutesicos basados en teacutecnicas espaciales se iniciaron con el
lanzamiento de un amplio Programa Nacional GNSS en sismologiacutea por el Departa-
Figura 346 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones
de GEONET Hatanaka et al 2007)
3 Introduccioacuten
121
mento de Ciencia y Tecnologiacutea en 1997 Bajo este programa fue establecida una
red de 50 estaciones permanentes GNSS en ubicaciones adecuadas para la investi-
gacioacuten siacutesmica (ver Figura 347)
El programa GNSS Nacional
Indio se estaacute llevando a cabo
con el fin de proporcionar un
impulso a las medidas de
deformacioacuten cortical de la
placa India la identificacioacuten
de las regiones de acumula-
cioacuten de tensioacuten y para esti-
mar las tasas de convergencia
de las fallas maacutes importantes
Bajo este programa se ha
establecido la red de estacio-
nes GNSS permanentes La
red ha generado conjuntos de
datos muy valiosos que han
ayudado en la estimacioacuten de
movimiento de la placa india
Las mediciones tambieacuten se
han utilizado en el control de
deformaciones co-siacutesmicas y
post-sismicas relacionadas con los recientes terremotos ocurridos en la India y las
regiones adyacentes Se puede obtener maacutes informacioacuten acerca de este programa en
la paacutegina web httpwwwisrogovinnewsletterscontentsspaceindiajan2012-
jun2012enewsletterhtm
32528 Turquiacutea Programas del grupo de trabajo en Geodinaacutemica Unioacuten
nacional de Geodesia y Geofiacutesica de Turquiacutea
Turquiacutea estaacute situada en la placa de Anatolia entre las placas de Arabia y Euro-
asia Como consecuencia del movimiento convergente entre eacutestas se produce
un desplazamiento hacia el oeste de la placa de Anatolia Este desplazamiento
se manifiesta a traveacutes de las fallas septentrional y oriental de Anatolia Las fa-
llas transformantes norte y este de Turquiacutea son normalmente verticales y atra-
viesan toda la corteza terrestre con un trazado maacutes o menos lineal que alcanza
cerca de mil kiloacutemetros de longitud siendo aquiacute donde principalmente se locali-
zan los grandes terremotos que suceden en esta regioacuten
La falla de Anatolia es de tipo transformante tiene unos 900 km de longitud y
sus longitudes y tasa de movimiento son similares a los de la falla de San An-
dreacutes en California (Estados Unidos)
Figura 347 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones de la red nacional GNSS india
3 Introduccioacuten
122
Aunque la regioacuten tiene una larga historia de terremotos destructivos el terremo-
to de Izmit en agosto de 1999 fue de los maacutes importantes de este siglo en mag-
nitud y consecuencias
Red turca de estaciones GPS permanentes (TNPGN)
La red TNPGN estaacute formada por 144 estaciones (ver figura 348) aunque esaacute en
continuo crecimiento debido al gran intereacutes que ha despertado en la comunidad
cientiacutefica Los anaacutelisis de los datos de las estaciones TNPGN se llevan a cabo en la
Direccioacuten General de Cartografiacutea sobre una base diaria La finalidad de la red es
fundamentalmente geodeacutesica topograacutefica geodinaacutemica y para trabajos de ingenie-
riacutea
Figura 348 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones de la red TUSAGA Kurt M et al 2011
Las estaciones son TNPGN son utilizadas profusamente en control geodeacutesico y
vigilancia de los movimientos de la corteza terrestre siendo una herramienta indis-
pensable para la investigacioacuten de la actividad tectoacutenica y siacutesmica de una regioacuten muy
activa como es Anatolia y sus alrededores
Igualmente los datos de TUSAGA proporcionan una ayuda importante para la pre-
diccioacuten meteoroloacutegica a corto plazo
32529 Red Geodeacutesica Nacional SIRGAS-Chile Proyecto Feacutenix
Al final del Paleozoico hace 251 millones de antildeos Chile perteneciacutea al bloque con-
tinental denominado Gondwana No era maacutes que una depresioacuten marina con sedi-
mentos acumulados que comenzoacute a levantarse a finales del Mesozoico hace
65 millones de antildeos debido al choque entre las placas de Nazca y Sudamericana
dando origen a la cordillera de los Andes El territorio seriacutea modelado por millones
de antildeos maacutes debido al plegamiento de las rocas configurando el actual relieve
3 Introduccioacuten
123
Chile es considerado uno de los paiacuteses siacutesmicamente maacutes activos debido a su ubica-
cioacuten en el Cinturoacuten de fuego del Paciacutefico Gran parte del territorio continental yace
junto a la zona de subduccioacuten de la placa de Nazca bajo la placa Sudamericana En
cambio al sur del istmo de Ofqui en la Regioacuten de Ayseacuten la subduccioacuten es produ-
cida por la placa Antaacutertica que se mueve a menor velocidad que la de Nazca y por
ende es siacutesmicamente menos activa
A lo largo de su historia diversos terremotos han azotado al paiacutes reconfigurando
su geografiacutea fiacutesica y humana siendo el tipo de cataacutestrofe natural maacutes dantildeino en
Chile Al movimiento siacutesmico en siacute y a la destruccioacuten producida se suman diversos
efectos colaterales entre los que se destacan los aludes y los tsunamis
El terremoto de Chillaacuten de 1939 ha sido el maacutes mortiacutefero en la historia de Chi-
le con una cifra oficial de 5648 muertos El terremoto de Valdivia de 1960 ha sido
el maacutes potente registrado en Chile y en la historia de la humanidad con una magni-
tud de 95 MW
Objetivos del proyecto
Muchas infraestructuras del centro sur de Chile fue dantildeada por el terremoto del 27
de febrero del 2010 el quinto maacutes grande registrado en la historia El sistema geo-
deacutesico nacional que proporciona georreferenciacioacuten de precisioacuten a los usuarios
tambieacuten ha sido afectado por los movimientos cosiacutesmicos y postsiacutesmicos asociados
a este devastador terremoto y a sus reacuteplicas posteriores La manera maacutes raacutepida de
restaurar el sistema de referencia al nivel del centiacutemetro en las aacutereas afectadas es
construir una gran cantidad de nuevas estaciones permanentes GPS lo maacutes raacutepida-
mente posible Eacuteste es el objetivo principal del proyecto y de los miembros que lo
componen
El Proyecto Feacutenix estaacute conformado por el Instituto Geograacutefico Militar (IGM) inge-
nieros y cientiacuteficos del proyecto CAP (Central Andes Project) maacutes un nuacutemero cre-
ciente de colaboradores de Chile de los EEUU Europa y otras partes El Proyec-
to CAP ha estado desarrollando trabajos en conjunto con el IGM en Chile desde
1993 El proyecto Feacutenix ha recibido ya la financiacioacuten significativa del National
Science Foundation (NSF) de los EEUU de la Universidad de Estado de Ohio
de la Universidad de Hawaii del Instituto Tecnoloacutegico de California y de UNA-
VCO (Consorcio cientiacutefico financiado por el NSF)
El Proyecto Feacutenix participa activamente con la Universidad de Chile California
Institute of Technology (USA) Escuela Normal Superior (Francia) Hamilton Co-
llege (USA) y Pacific Geoscience Center (Canada)
3 Introduccioacuten
124
En concreto las actuaciones del proyecto SIRGAS son las siguientes
- Instalacioacuten de 50 estaciones permanentes GPS para labores de monitoriza-
cioacuten cntinuo sumadas a las estaciones ya existentes
- Comunicaciones
- Determinacioacuten de las deformaciones que afectaron a la Red Geodeacutesica Na-
cional su continuidad y validez en el tiempo
- Caacutelculo de efecto co-siacutesmico
- Estimacioacuten del efecto post-siacutesmico
- Anaacutelisis cientiacutefico del terremoto del 27 de febrero del 2010
4 Estudios realizados
125
4 Estudios realizados
El sesenta por ciento de las muertes causadas por desastres naturales en la pasada
deacutecada se debieron a terremotos La monitorizacioacuten de terremotos ha cobrado gran
importancia en los recientes estudios cientiacuteficos y una de las maacutes recientes incorpo-
raciones a las numerosas teacutecnicas interdisciplinares utilizadas para estudiar los te-
rremotos son las tecnologiacuteas GNSS
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento permanente de las aacutereas
cercanas al epicentro Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes
han creado una herramienta y un marco de referencia terrestre esencial para el estu-
dio de dichos desplazamientos
En la tesis que se presenta se trata de situar y cuantificar geograacutefica y temporalmen-
te mediante teacutecnicas GNSS los desplazamientos producidos en el episodio siacutesmi-
co del terremoto de Tohoku el 11 de marzo de 2011 el episodio siacutesmico del terre-
moto de Lorca del 11 de mayo de 2011 el terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre
de 2011 el volcaacuten submarino de El Hierro que entroacute en erupcioacuten el 10 de octubre
de 2011 la subsidencia histoacuterica de la cuenca de Lorca y el movimiento relativo
entre las placas Africana y Eurasiaacutetica en la Peniacutensula Ibeacuterica
4 Estudios realizados
126
41 Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la
distancia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11
de marzo de 2011
411 Introduccioacuten
De acuerdo con el UNFPA (United Nations Population Fund) a fecha de 31 de
octubre de 2011 siete mil millones de personas habitan la Tierra Aproximadamen-
te una de cada dos personas vive en una ciudad y soacutelo en unos 35 antildeos dos de cada
tres En 2015 maacutes de la mitad de la poblacioacuten mundial viviraacute en zonas urbanas y en
2030 las ciudades seraacuten el hogar de casi 5000 millones de personas (United Na-
tions Population Fund 2012)
Seguacuten el CRED (Centre for Researchonthe Epidemiology of Disasters) el 60 por
ciento de las muertes causadas por los desastres naturales en los uacuteltimos diez antildeos
se han debido a los terremotos y la razoacuten es que ocho de las ciudades maacutes pobladas
del planeta estaacuten construidas sobre liacuteneas de fallas tectoacutenicamente activas Estas
ciudades son Katmanduacute Nepal Estambul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta
Indonesia Tokio Japoacuten Meacutexico DF Meacutexico Nueva Delhi India aacuterea de Nueva
York EEUU Vancouver BC Shanghai China y Los Angeles EEUU (Centre for
Research on the Epidemiology of Disasters 2012)
Por esta razoacuten el estudio de los terremotos tiene un gran intereacutes para intentar ser
capaces de predecir en queacute aacutereas la probabilidad de ocurrencia de un terremoto es
maacutes grande y en la medida de lo posible cuaacutel seraacute su intensidad Por lo tanto la
monitorizacioacuten de sismos ha adquirido gran importancia en estudios cientiacuteficos
recientes Una de las maacutes recientes adiciones a las numerosas teacutecnicas interdiscipli-
narias empleadas para el estudio de los terremotos son las teacutecnicas geodeacutesicas (Kul-
karni et al 2004)
Con la aparicioacuten de los datos GPS de alta cobertura las diferencias entre las obser-
vaciones y el modelado siacutesmicos y geodeacutesicos se han vuelto borrosas (Yue and Lay
2011) Wright TJ (2011) utiliza el posicionamiento de punto preciso en el modo
tiempo real con con correcciones de orbitales y de reloj radiodifundidas para dar la
posicioacuten de cada estacioacuten cada segundo permitiendo que los datos puedan detectar
los movimientos de la estacioacuten centraacutendose en alertas de tsunami (Wright et al 2012) La disponibilidad en tiempo real de estos desplazamientos puede ser de gran
utilidad en respuesta al terremoto y alerta de tsunami y hasta cierto punto en la
alerta temprana del terremoto (Grapenthin and Freymueller 2011) Grapenthin
propone un meacutetodo que integra desplazamientos en tiempo real en un sistema de
alarma de terremotos
En 1969 el sismoacutelogo japoneacutes Kiyoo Mogi propuso que existe un patroacuten de sismi-
cidad precursora antes de grandes terremotos (Mogi 1969) uno de estos precurso-
res son los desplazamientos de la corteza El estudio de la deformacioacuten de la corteza
4 Estudios realizados
127
es uno de los aspectos esenciales en el conocimiento de los terremotos (Sagiya
2004) Este artiacuteculo es parte de un estudio maacutes amplio dirigido a investigar la de-
formacioacuten de la corteza terrestre como precursor de los eventos siacutesmicos Las de-
formaciones superficiales detectadas mediante el sistema de posicionamiento global
han aumentado las posibilidades de mitigar futuros riesgos siacutesmicos (Chen et al
2011)
El uso del sistema GPS ha sido la teacutecnica maacutes precisa y conveniente en levanta-
mientos geodeacutesicos en los uacuteltimos 20 antildeos Debido a su alta precisioacuten en las posi-
ciones y su eficacia en una amplia gama de trabajos el GPS en la actualidad ha
superado casi en su totalidad a los meacutetodos terrestres para trabajos geodeacutesicos de
alta precisioacuten (Chang 2000)
Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes han creado una he-
rramienta y un marco de referencia terrestre muy relevante para el estudio de las
deformaciones de la corteza terrestre debidas a fuerzas tectoacutenicas Estas tecnologiacuteas
son de gran intereacutes para estudios de geodinaacutemica y deformaciones Aunque la de-
formacioacuten es un indicador maacutes objetivo que el desplazamiento debido a que no se
requiere marco de referencia (Takahashi 2011) las teacutecnicas GNSS permiten cuanti-
ficar con garantiacutea los desplazamientos de las estaciones ocurridos durante los terre-
motos como consecuencia los movimientos horizontales y verticales se pueden
medir en fallas y regiones tectoacutenicamente activas y relacionarlos con otras zonas no
afectadas El sistema GPS ha demostrado ser una herramienta muy eficaz para lle-
var a cabo estudios de deformacioacuten debido a su alta precisioacuten y exactitud (Kulkarni
et al 2006)
Es posible crear mapas de vectores de desplazamiento de estas redes dentro de los
marcos de referencia geodeacutesica que permiten medir con precisioacuten los desplaza-
mientos hasta una escala milimeacutetrica
En Espantildea tanto el Estado como las regiones o comunidades han creado redes de
estaciones permanentes GNSS con densificacioacuten suficiente para evaluar los efectos
siacutesmicos Esta teacutecnica se ha utilizado desde hace tiempo en California para el anaacuteli-
sis de la falla de San Andreacutes y otras fallas en el aacuterea de Los Aacutengeles (Hudnut
2008) Se utiliza tambieacuten en Chile donde la liberacioacuten de energiacutea siacutesmica conduce a
movimientos continuos Los estudios de desplazamiento del terremoto de Maule
(febrero de 2010) se llevaron a cabo mediante teacutecnicas GPS (Global Position Sys-
tem) (Baacuteez et al 2011) En 2007 el comportamiento cinemaacutetico y mecaacutenicas de la
Falla Chihshang a la luz del terremoto Chengkung fue estudiado tambieacuten por teacutecni-
cas GPS (Hu et al 2007)
En Japoacuten donde suceden maacutes del 20 de los terremotos con valores por encima de
magnitud 60 Mw los expertos del USGS han analizado los datos GNSS y han detectado en las estaciones GNSS maacutes cercanas al epicentro del terremoto movi-
mientos de cuatro metros hacia el este El geofiacutesico Ross Stein dice que como re-
4 Estudios realizados
128
sultado (New York Times 2011) Japoacuten es maacutes ancho de lo que era antes Seguacuten
Gross cientiacutefico del JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA la velocidad de
rotacioacuten de la Tierra tambieacuten se ha visto alterada por el terremoto (Jet Propulsion
Laboratory 2011)
No hay duda sobre el hecho de que las teacutecnicas GNSS poseen un gran intereacutes estra-
teacutegico y constituyen una poderosa herramienta en el anaacutelisis de la deformacioacuten de la
corteza terrestre
El presente estudio trata de situar y cuantificar geograacutefica y temporalmente por
medio de tecnologiacuteas geodeacutesicas concretamente teacutecnicas GNSS los desplazamien-
tos producidos en el episodio siacutesmico del terremoto de Tohoku en la Figura 41 se
muestra la secuencia del prograso del citado tsunami La escala temporal incluye
del 27 de febrero hasta el 15 de abril de 2011
El viernes del 11 de marzo del 2011 a las 144623 hora local (054623 UTC) uno
de los terremotos maacutes grandes y mortiacuteferos de los que hay constancia histoacuterica se
produjo a 130 kiloacutemetros al este de Sendai en la regioacuten de Tohoku Japoacuten La mag-
nitud del terremoto alcanzoacute 90 Mw y provocoacute un tsunami que destruyoacute la costa
oeste de la isla de Honshu provocando enormes peacuterdidas humanas y materiales
destacando la crisis producida en la central nuclear de Fukushima
El terremoto de Tohoku se produce en la zona de subduccioacuten de la placa del Paciacutefi-
co bajo la placa de Okhotsk Es una zona tectoacutenicamente compleja y muy activa en
la que la actividad siacutesmica es muy alta La velocidad de convergencia entre estas
dos placas vecinas es de unos 85 mm al antildeo (Spicak and Vanek 2011)
Figura 41 Secuencia del progreso del tsunami en la zona de Sendai NHK Televisioacuten
4 Estudios realizados
129
412 Objetivo de la investigacioacuten
Los terremotos se puede explicar baacutesicamente con la siguiente secuencia temporal
de sucesos En primer lugar la tensioacuten se almacena en estratos deformados maacutes
tarde se produce una ruptura de rocas en un punto deacutebil producieacutendose finalmente
la liberacioacuten repentina de la tensioacuten acumulada (Wang 2007)
Es de sobra conocido que uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento
de forma permanente de las aacutereas cercanas al epicentro los efectos de cada terremo-
to dependen de las caracteriacutesticas del mismo sobre todo de la intensidad y la pro-
fundidad del epicentro (Gianniou 2010)
El objetivo de este artiacuteculo consiste en la cuantificacioacuten de los movimientos tectoacute-
nicos producidos por el terremoto de Tohoku del 11 de marzo de 2011 Esta inves-
tigacioacuten se llevaraacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del Interna-
tional GNSS Service (IGS) con el objetivo de comprobar los movimientos de la
zona afectada por el terremoto en cuestioacuten en relacioacuten con el aacuterea geograacutefica cir-
cundante en principio no afectada por los citados movimientos
413 Antecedentes
La zona de arcos-isla situada al este del continente asiaacutetico conforma una de las
zonas maacutes activas del mundo desde el punto de vista siacutesmico El noreste de Japoacuten
ha sufrido muchos terremotos interplaca de magnitud 7 Mw a lo largo de esta zona
de subduccioacuten donde la placa Paciacutefica presiona y se introduce bajo la subplaca de
Okhotsk a un ritmo de entre 73 y 78 miliacutemetros por antildeo (Avouac 2011)
Seguacuten el USGS (United States Geological Survey) nueve terremotos de magnitud 7
o mayor se han observado a lo largo de la fosa de Japoacuten cerca de la costa de Hons-
hu desde 1973 (Spicak y Vanek 2011)
Sin embargo no se habiacutea registrado instrumentalmente terremotos interplaca de
magnitud superior a 75 Mw desde 1923 excepto en el aacuterea maacutes septentrional don-
de ha habido sismos de magnitud de hasta 79 Mw
No existen registros histoacutericos de movimientos siacutesmicos de 85 Mw desde el siglo
XVII Es de intereacutes resentildear que el mayor terremoto jamaacutes registrado alcanzoacute una
magnitud de 95 Mw en 1960 por la ruptura de maacutes de mil kiloacutemetros del liacutemite
entre la placa de Nazca y la Sudamericana a lo largo de la costa meridional de Chile
(Avouac 2011)
En 2002 los Responsables de Investigacioacuten de Terremotos del gobierno japoneacutes
comenzaron un estudio acerca de la evaluacioacuten a largo plazo de los terremotos en la
zona de subduccioacuten de la regioacuten de Tohoku y estimaron una probabilidad del 80-90 de que en el aacuterea se produjera un gran terremoto de magnitud 77-82 en los
4 Estudios realizados
130
siguientes 30 antildeos pero nunca mencionaron terremotos de magnitud 9 (Sagiya
2011)
414 Marco geoestructural
El archipieacutelago de Japoacuten se ubica en una de las zonas geoloacutegicamente maacutes inesta-
bles y complejas del planeta Consta de alrededor de 1042 islas y maacutes de 2000
islotes Las cuatro islas centrales son las mayores Hokkaidō Honshū Shikoku y
Kyushu que suman alrededor del 98 de la superficie total El conjunto forma un
arco de noreste a suroeste de 3700 kiloacutemetros (Barnes 2003)
Se trata de un paiacutes altamente siacutesmico debido a su ubicacioacuten en el Cinturoacuten de Fuego
del Pacifico El territorio japoneacutes es el resultado de continuos e inmensos movi-
mientos tectoacutenicos que llevan producieacutendose durante centenares de millones de
antildeos desde mediados del Periacuteodo Siluacuterico hasta el Pleistoceno Este proceso tiene su
origen en la subduccioacuten de la placa Filipina y la placa Paciacutefica debajo de las conti-
nentales placa Ojotsk (subplaca de la placa Euroasiaacutetica) y placa Amuria (subplaca
de la Norteamericana)
En su mayoriacutea el territorio estaacute asentado sobre la placa de Ojotsk ubicaacutendose el
liacutemite con la placa Euroasiaacutetica (sector tambieacuten conocido como placa Amuria) al
centro-sur de la isla de Honshū a la altura del nudo montantildeoso y valle de la Fosa
Magna El resto del territorio japoneacutes se encuentra en la segunda placa indicada
Esta compleja distribucioacuten origina profundas y extensas fosas oceaacutenicas especial-
mente en la costa paciacutefica del archipieacutelago Destaca en particular la Fosa de Japoacuten
de alrededor de 9000 metros de profundidad originada por una falla con borde
convergente por subduccioacuten
Japoacuten estuvo asociado originalmente a la costa este del continente eurasiaacutetico Los
procesos de subduccioacuten movieron Japoacuten hacia el este originando la apertura del
Mar del Japoacuten hace alrededor 15 millones de antildeos y dando lugar a una cuenca sub-
marina El Estrecho de Tartaria y el Estrecho de Corea fueron abiertos mucho maacutes
adelante
Las colisiones entre estas placas y su posterior hundimiento generaron los arcos de
islas de las Kuriles y de Sajalin-Hokkaidocirc (al norte) el arco de Honshucirc que conecta
Kyūshū Shikoku Honshucirc y la porcioacuten oeste de Hokkaidocirc (en el centro) y los arcos
de las Ryucirckyucirc e Izu-Ogasawara (en el sur)
Los bordes entre la placa de Okhotsk y la placa Euroasiaacutetica se situacutean en el centro
de Honshucirc a lo largo de la Fossa Magna un valle que divide a Japoacuten en dos zonas
geoloacutegicas la nororiental y la suroccidental al oeste aparece bordeado por la liacutenea
tectoacutenica de Itoigawa-Shizuoka una falla que se extiende desde la ciudad de Itoi-
gawa (Niigata) hasta la ciudad de Shizuoka pasando por el lago Suwa y por las
montantildeas que conforman la frontera occidental de la Regioacuten de Kantō
4 Estudios realizados
131
En Japoacuten los temblores de tierra son frecuentes (con una intensidad reducida a mo-
derada) Tienen lugar maacutes de 5000 movimientos siacutesmicos al antildeo de los cuales
1000 son percibidos por la poblacioacuten y de ellos soacutelo unos cuantos son terremotos
violentos en la Figura 42 se muestran las intensidades del terremoto de Tohoku
Figura 42- Intensidades del terremoto de Tohoku Este mapa muestra el movimiento del terreno
y la intensidad de las sacudidas en docenas de puntos en todo Japoacuten Cada ciacuterculo representa una
estimacioacuten del movimiento seguacuten los registros del USGS El color amarillo paacutelido representa baja
intensidad y el rojo oscuro alta intensidad Estos datos se superponen a un mapa de densidad de
poblacioacuten proporcionado por Oak Ridge del National Laboratory Tohoku Earthquake Shaking
Intensity NASA Earth Observatory Cartografiacutea realizada por Jesse Allen y Robert Simmon con
datos del USGS Earthquakes Hazard Program y del Oak Ridge National Laboratory Geographic
Information Science and Technology
Gran cantidad de fallas tectoacutenicas locales recorren la superficie originando sismos
de regular intensidad Las maacutes grandes son dos fallas transversales al sur de Hons-
hū la Liacutenea Tectoacutenica de Itoigawa-Shizuoka y la Liacutenea Tectoacutenica Media Japonesa
ambas fallas transformantes que se encuentran en el liacutemite de las placas de Okhotsk
y Euroasiaacutetica a lo largo del sistema montantildeoso de la isla
En ocasiones los terremotos resultan sumamente destructivos originando tsunamis
devastadores con una frecuencia de varias veces en un siglo Los terremotos prin-
4 Estudios realizados
132
cipales maacutes recientes incluyen el Gran terremoto de Hanshin-Awaji en 1995 el
Terremoto de la costa de Chūetsu de 2007 y el Terremoto y tsunami de Japoacuten de
2011 descrito en el presente artiacuteculo
415 Metodologiacutea
La ciencia de los terremotos ha entrado en una nueva era con el desarrollo de tecno-
logiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten de la superficie en las zonas tectoacutenica-
mente activas y en este sentido Japoacuten estaacute a la vanguardia en la puesta en marcha
de estas tecnologiacuteas en concreto con el desarrollo hace unos 15 antildeos de GeoNet
una extensa red de estaciones GPS que toma datos continuamente
Las estaciones de referencia que operan de forma continua pueden ser una forma
muy potente de monitorizar las deformaciones (Oumlzyasar y Oumlzluumldemir 2011)
Sin embargo y dado que el objetivo de este trabajo es contextualizar los movimien-
tos producidos por el terremoto en un marco de referencia maacutes amplio se optoacute por
la utilizacioacuten de los datos proporcionados por el IGS para conseguir una mayor
homogeneidad y amplitud geograacutefica de la informacioacuten
4151 Datos de partida
Todas las estaciones permanentes GPS utilizadas pertenecen al IGS (International
GPS Service) por lo que los resultados obtenidos estaraacuten en el ITRF (International
Terrestrial Reference Frame) (Promthong 2006)
Se tomaron una serie de estaciones maacutes o menos cercanas al epicentro del terremoto
que son MIZU (Mizusawa Iwate Japoacuten) USUD (Usuda Usuda Japoacuten) MTKA
(Mitaka Tokio Japoacuten) KGNI (Koganei Tokio Japoacuten) TSK2 (Tsukuba Ibaraki
Japoacuten) y KSMV (Kashima Ibaraki Japoacuten) De la misma forma se tomaron una
serie de estaciones maacutes alejadas previsiblemente no afectadas por el terremoto
para poder ser utilizadas como marco de referencia estable estas son CHAN (Cha-
gchun Jilin China) SHAO (Shanghai Sheshan China) PETS (Petropavlovsk
Kamchatka Federacioacuten rusa) CCJ2 (Chichijima Ojeasawara Tokio Japoacuten)
KHAJ (Khabarovsk Khabarovsk Federacioacuten rusa) BJFS (Beijing Fangshan
Fangshan Beijing China) STK2 (Shintotsukawa Hokkaido Japoacuten) y AIRA (Aira
Kagoshima Japoacuten)
Del mismo modo se incluyeron en el anaacutelisis una serie de estaciones internaciona-
les del IGS ubicadas maacutes lejos y que probablemente no se ven afectadas por el
terremoto Se eligieron para ser utilizadas como marco estable esto se hace para
establecer una solucioacuten de referencia no deformada (Satirapod 2007) estas esta-
ciones son CHAN (Chagchun Jilin China) SHAO (Shanghai Sheshan China) PETS (Petropavlovsk Kamchatka Russian Federation) CCJ2 (Chichijima
Ojeasawara Tokyo Japan) KHAJ (Khabarovsk Khabarovsk Russian Federation)
4 Estudios realizados
133
BJFS (Beijing Fangshan Fangshan Beijing China) STK2 (Shintotsukawa Hok-
kaido Japan) and AIRA (Aira Kagoshima Japan) La Figura 43 muestra la red
geodeacutesica disentildeada
El IGS nos proporciona datos de observacioacuten GPS de todas las estaciones elegidas
Se tomaron de este organismo los citados datos en forma de archivos RINEX cada
30 segundos asiacute como las coordenadas aproximadas de las estaciones
Otros datos necesarios para los caacutelculos geodeacutesicos realizados se obtuvieron del
Center forOrbitDetermination in Europe (CODE) correcciones ionosfeacutericas oacuterbitas
precisas de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las
estaciones
Los datos acerca de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del OnsalaSpaceObservatory
Figura 43 Cartografiacutea de la red geodeacutesica disentildeada y marco geoestructural del aacuterea que abarca
4152 Marco temporal
Una vez elegidas las estaciones que forman parte del estudio se definioacute el marco
temporal
4 Estudios realizados
134
Se decidioacute realizar los caacutelculos la semana GPS anterior al terremoto concretamente
desde el diacutea 27 de febrero al 5 de marzo asumiendo que se trata de un periodo de
relativa calma para poder estudiar el comportamiento de las coordenadas de las
estaciones los diacuteas previos al terremoto
Una vez obtenidas esas coordenadas se procedioacute a obtener las posiciones diarias de
cada estacioacuten desde dos diacuteas antes del terremoto esto es el 9 de marzo hasta 10
diacuteas despueacutes el 21 de marzo no hay datos del diacutea del terremoto A partir de enton-
ces se calcularon las coordenadas de cada estacioacuten cada 5 diacuteas para el seguimiento
de las posibles reacuteplicas hasta un mes despueacutes el 15 de abril
4153 Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda del programa informaacutetico Bernese de
la Universidad de Berna que nos permite compensar redes geodeacutesicas observadas
mediante teacutecnicas GNSS con una gran precisioacuten y control de las mismas (Dach et
al 2007)
Todos los datos GPS disponibles fueron procesados sesioacuten a sesioacuten para obtener
soluciones diarias En una primera etapa las ambiguumledades se estimaron y se fija-
ron a un entero utilizando la estrategia QIF (QuasiIonosphere Free) Los caacutelculos se
realizaron utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes
tarde las coordenadas de las estaciones maacutes alejadas fueron constrentildeidas para defi-
nir un marco de referencia El retraso troposfeacuterico se corrigioacute aplicando el modelo
de Saastamoinen con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2(z) sien-
do z la distancia cenital La correccioacuten troposfeacuterica seca se aplicoacute a intervalos de
una hora para estimar el retardo de ceacutenit de las sentildeales GPS Por otra parte la de-
mora ionosfeacuterica se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de las frecuencias
L1 y L2 Los errores del reloj del sateacutelite se eliminaron mediante el uso de efemeacuteri-
des precisas proporcionadas por el IGS en formato sp3 Los modelos ionosfeacutericos
velocidades de placas y correcciones Code-Bias se tomaron del CODE (Center for
Orbit Determination in Europe) Por uacuteltimo las correcciones de carga oceaacutenica se
obtuvieron del OnsalaSpaceOrganisation
Como resultado de todo el proceso se obtuvieron coordenadas en el marco de refe-
rencia geodeacutesico WGS84 y en el sistema de coordenadas UTM de cada uno de los
diacuteas calculados
416 Resultados obtenidos
Una vez realizados los caacutelculos se observaron considerables desplazamientos en las
estaciones permanentes situadas cerca del epicentro Este hecho se hace patente de
forma especial en la estacioacuten MIZU situada en la localidad de Mizusawa a 37441 km del epicentro como muestran las Figuras 44 y 45
4 Estudios realizados
135
Figura 44- Graacutefica en la que se muestra el desplazamiento de la estacioacuten de referencia MIZU en
las coordenadas X e Y
Figura 45 Desplazamientos horizontales en la estacioacuten MIZU Se observa la falta de datos desde
el diacutea del terremoto (11 marzo) hasta el diacutea 16 de marzo debido a que la estacioacuten quedoacute tempo-
ralmente dantildeada
4 Estudios realizados
136
Estos desplazamientos se van haciendo menores a medida que nos alejamos del
epicentro aunque resultan apreciables todaviacutea como muestran las Figuras 46 y
47 que hacen referencia a la estacioacuten de Tsukuba
Figura 46- Graacuteficas en las que se muestra el desplazamiento de la estacioacuten de referencia TSK2
en las coordenadas X e Y
Figura 47 Desplazamientos horizontales en la estacioacuten TSK2
4 Estudios realizados
137
Y al elegir la estacioacuten BJFS (Beijing China) situada a maacutes de 2000 km del epicen-
tro vemos como el sismo no produce ninguacuten desplazamiento como muestran las
figuras 48 y 49 De hecho despueacutes de comparar varias soluciones diarias no se
encontraron cambios significativos en la posicioacuten por lo que se puede calificar de
posicioacuten praacutecticamente estable (Kuo et al 2002)
Figura 48- Graacuteficas de la
estacioacuten de referencia BJFS en
la que no se observa desplaza-
mientos horizontales
Figura 49 Desplazamientos horizontales
en la estacioacuten BJFS
4 Estudios realizados
138
El desplazamiento basado en las coordenadas estaacuteticas diarias se ve afectado por los
eventos que se producen en un diacutea sin embargo tiene la ventaja de la precisioacuten
(Nishimura et al 2011)
De acuerdo con el presente estudio el mayor desplazamiento se puede apreciar en
la estacioacuten de MIZU a 37441 kilometros del epicentro
Tambieacuten se deduce del estudio de los desplazamientos en cada una de las estacio-
nes que como cabiacutea esperar los mayores desplazamientos se producen en las esta-
ciones maacutes cercanas al epicentro disminuyendo eacutestos a medida que nos alejamos de
eacuteste como muestran la Tabla 41 y la Figura 410 En la estacioacuten STK2 situada a
579 km del epicentro ya no se detectan desplazamientos
Estacioacuten Distancia epicentral (km) Desplazamiento (m)
MIZU 1403616664 271
KSMV 3034331656 083
TSK2 3185424475 065
MTKA 3851859108 030
KGNI 3868428153 030
USUD 4305464129 028
STK2 5797006672 000
CCJ2 1246230605 000
KHAJ 1275402377 000
AIRA 1289163824 000
CHAN 1539536775 000
PETS 2049470607 000
SHAO 2082604379 000
BJFS 2278574053 000
Tabla 41 Desplazamiento y distancia al epicentro de cada una de las estaciones
4 Estudios realizados
139
Figura 410 Graacutefica en la que se muestra el desplazamiento en funcioacuten de la distancia al epicen-
tro
417 Conclusiones
Del estudio de las coordenadas obtenidas para cada una de las estaciones a lo largo
del periodo calculado se pueden destacar las siguientes conclusiones
- El terremoto Tohoku-Oki ocurrioacute en una de las zonas en las que la Placa
Paciacutefica se desplaza por debajo de Japoacuten a una media de 8 u 85 cm al antildeo
(Simona et al 2011) En el breve periodo del evento siacutesmico la zona proacute-
xima al epicentro de la isla del Honshū se desplazoacute al menos 275 metros
en direccioacuten sureste hacia la placa Paciacutefica (ver Figura 45)
- A medida que nos alejamos del epicentro el desplazamiento decrece consi-
derablemente siguiendo la expresioacuten
donde y es el desplazamiento en metros y x es la distancia al epicentro en
kiloacutemetros La Figura 410 presenta el desplazamiento en funcioacuten de la
distancia al epicentro de acuerdo con esta ecuacioacuten
- El desplazamiento coseismico causado por el terremoto de Tohoku de 2011
se estimoacute en base al anaacutelisis rutinario de GEONET diferenciando las coor-
denadas diarias desde el 10 al 12 de marzo y el desplazamiento horizontal
alcanzoacute 53 m en la Peniacutensula Oshika cerca del epicentro (Nishimura et al
4 Estudios realizados
140
2011) El desplazamiento teoacuterico en la estacioacuten de Oshika GEONET colo-
cada en la Peniacutensula Oshika a 5077 Km del epicentro seriacutea seguacuten nuestra
ecuacioacuten 475 m que es una muy buena aproximacioacuten no teniendo datos
precisos sobre la distancia al epicentro considerada en el anaacutelisis citado
- El terremoto rompioacute maacutes de 400 km de la corteza a lo largo de la zona de
subduccioacuten de Japoacuten (Normil 2011) El equipo de ARIA en el JPL y Cal-
tech determinoacute el desplazamiento del campo coseismic en el arco de Japoacuten
- regioacuten insular que mostroacute desplazamientos significativos hacia el este en
la regioacuten norte de Japoacuten como se muestra en la Figura 411 con despla-
zamientos maacuteximos de aproximadamente 53 m en horizontal y 11 m
(Wang et al 2011) de subsidencia Los resultados de este estudio corrobo-
ran el estudio llevado a cabo por la NASA con soluciones de oacuterbitas raacutepi-
das y usando soacutelo los datos de las estaciones de referencia GEONET
GNSS
Figura 411 Graacutefico en el que se muestra el desplazamiento en las estaciones de referencia
GEONET
- En las estaciones maacutes alejadas como se esperaba no se detecta ninguacuten desplazamiento horizontal el diacutea del terremoto
4 Estudios realizados
141
- En el caso de la componente vertical el terremoto no parece generar nin-
guacuten movimiento vertical detectable en Japoacuten
Como se ha dicho este artiacuteculo es parte de un estudio maacutes amplio dirigido a la in-
vestigacioacuten de la deformacioacuten del terreno como precursor del movimiento siacutesmico
se estaacuten estudiando diferentes eventos siacutesmicos en diferentes lugares para detectar
los patrones de comportamiento
4 Estudios realizados
142
42 Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca
del 11 de mayo de 2011
421 Introduccioacuten
La costa mediterraacutenea es un aacuterea de gran desarrollo turiacutestico motor econoacutemico de
la zona y cuya poblacioacuten se incrementa de forma notable a lo largo de los antildeos
Incluso eventos siacutesmicos moderados pueden producir desplazamientos del terreno o
bien olas marinas con la suficiente intensidad como para producir importantes da-
ntildeos tanto humanos como econoacutemicos (Aacutelvarez-Goacutemez et al 2011)
La zona sureste de la cordillera Beacutetica es el aacuterea con mayor actividad siacutesmica de la
peniacutensula Ibeacuterica Existen varias fallas cuaternarias de longitud superior a 50 km
que hacen de eacutesta un aacuterea de particular intereacutes para estudios paleosiacutesmicos y de
riesgo siacutesmico (Martiacutenez-Diacuteaz et al 2003)
Terremotos causantes de importantes dantildeos han tenido lugar en la provincia de
Murcia varias veces en los uacuteltimos 500 antildeos Aparte del terremoto que estamos
estudiando tres eventos significativos han tenido lugar en un periodo de soacutelo seis
antildeos Mula (1999) Bullas (2002) y La Paca (2005) (Garciacutea-Mayordomo et al 2007)
El mieacutercoles 11 de mayo de 2011 a las 064725 hora local (164725 UTC) se pro-
dujo a 58 Km al WSW de Murcia un terremoto de 1 km de profundidad [USG11]
La magnitud del sismo alcanzoacute los 51 Mw El terremoto de Lorca tuvo lugar en la
regioacuten que marca el liacutemite entre las placas de Eurasia y Aacutefrica (Nubia) donde esta
uacuteltima se mueve hacia el NO (United States Geological Survey 2011)
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento de forma permanente de
las aacutereas cercanas al epicentro los efectos de cada terremoto dependen de las carac-
teriacutesticas del mismo sobre todo de la intensidad y la profundidad del epicentro
(Gianniou 2010)
Las redes geodeacutesicas se usan como base de todo tipo de trabajos geodeacutesicos uno de
los cuales son los estudios geodinaacutemicos que utilizan los cambios en la posicioacuten de
las estaciones de control de una red en un determinado periodo de tiempo para en-
tender las caracteriacutesticas de los movimientos tectoacutenicos (Oumlzyasar y Oumlzluumldemir
2011)
El objetivo de este trabajo es el estudio de los efectos tectoacutenicos producidos por el
terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011
Esta investigacioacuten se llevaraacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) que se consideraraacuten en princi-
pio no afectadas por el sismo y que conformaraacuten el marco de referencia ademaacutes se
4 Estudios realizados
143
integraraacuten estaciones dependientes de otros organismos con el fin de densificar la
informacioacuten
Las deformaciones de la superficie detectadas mediante teacutecnicas GNSS se han de-
mostrado potentes para mitigar futuros riesgos siacutesmicos (Chen et al 2011) es por lo
que este estudio se engloba dentro de un proyecto que pretende estudiar la deforma-
cioacuten del terreno como precursor de fenoacutemenos siacutesmicos
422 Antecedentes
La peniacutensula Ibeacuterica estaacute considerada como una zona de sismicidad moderada den-
tro de esta la regioacuten de Murcia presenta una sismicidad media-alta (Atlas global de
la regioacuten de Murcia 2011)
La sismicidad en el sur de Espantildea estaacute provocada por la convergencia entre la placa
africana y la placa euroasiaacutetica caracterizada por terremotos de baja a moderada
magnitud La velocidad relativa entre las placas se estima entre 4 mm y 9 mm por
antildeo (Santoyo y Luzoacuten 2008)
La sismicidad de la regioacuten de Murcia ha sido estudiada por numerosos autores
seguacuten Ibarguumlen y Rodriacuteguez Estrella (Ibarguumlen y Rodriacuteguez 1996) en la regioacuten de
Murcia existen noticias sobre destrucciones concretas causadas por terremotos des-
de 1579
Figura 412Sismos maacutes importantes en la regioacuten de murcia y alrededores (Sismimur 2011)
4 Estudios realizados
144
El Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) desarrolla una labor continua de revisioacuten de
los cataacutelogos histoacutericos existentes con el fin de introducir modificaciones al cataacutelo-
go siacutesmico oficial La uacuteltima de estas revisiones ha dado lugar a la publicacioacuten del
Cataacutelogo Siacutesmico de la Peniacutensula Ibeacuterica (880 aC-1900) que sustituye a la ante-
rior revisioacuten de 1983 En el nuevo cataacutelogo se ha ampliado el nuacutemero de terremotos
identificados y se ha mejorado su localizacioacuten epicentral asiacute como la asignacioacuten de
la intensidad macrosiacutesmica (Sismimur 2011) De acuerdo con este cataacutelogo en el
interior de la Regioacuten de Murcia consta la ocurrencia de unos 123 terremotos princi-
pales hasta el antildeo 1920 cuyos epicentros aparecen representados en la Figura 412
Estos terremotos corresponden al periodo conocido como de sismicidad histoacuterica
ya que no existiacutea todaviacutea una infraestructura instrumental suficiente
En la Figura 412 se puede observar la distribucioacuten de la sismicidad histoacuterica en la
Regioacuten de Murcia y provincias limiacutetrofes (Sismimur 2011)
La mayoriacutea de los epicentros se localizan en este periodo a lo largo de una franja
central que coincide con la alineacioacuten NE-SW que conforma los valles del Guada-
lentiacuten Sangonera y la vega del Segura Asimismo a lo largo del curso medio del
Riacuteo Segura se distingue otra concentracioacuten de epicentros de direccioacuten NNE-SSW
En contraste destaca la escasa sismicidad localizada en los maacutergenes norte y sur de
la regioacuten lo que debe interpretarse con precaucioacuten ya que puede no responder a la
realidad Conviene tener en cuenta que la identificacioacuten de terremotos histoacutericos
depende de la existencia de suficientes pruebas documentales y evidentemente
eacutestas son maacutes faacuteciles de encontrar en el caso de terremotos ocurridos cerca de po-
blaciones principales (Sismimur 2011)
Seguacuten informacioacuten de la Direccioacuten General de Seguridad Ciudadana y Emergencias
dependiente de la Consejeriacutea de Presidencia de la Regioacuten de Murcia los mayores
sismos ocurridos en la regioacuten hasta 1920 son los que se muestran en la tabla 1 Soacutelo
se muestran aquellos con intensidad mayor de VII con anterioridad a 1920 A partir
de este grado de intensidad comienzan a registrarse dantildeos de importancia en algu-
nas edificaciones
Como puede apreciarse en la tabla en la localidad de Lorca ya se registraron terre-
motos de cierta intensidad en enero de 1579 y agosto de 1674
A partir de 1920 empieza ya a funcionar la primera red siacutesmica espantildeola pasando
asiacute ya al periodo instrumental En la Regioacuten de Murcia se encuentra la estacioacuten
denominada ldquoLa Murtardquo En este punto dado que ya se dispone del instrumental
necesario para ello se pasa a caracterizar a los terremotos por su magnitud en lugar
de por su intensidad lo que supone una forma maacutes objetiva
Desde el antildeo 1920 hasta aproximadamente mediados del antildeo 2005 se han registrado
en el interior de la Regioacuten de Murcia unos 1600 terremotos Entre ellos destacan 19
eventos principales con magnitud superior a 40 junto con dos de magnitud menor
4 Estudios realizados
145
que produjeron importantes dantildeos (Sismimur 2011) Tras la serie siacutesmica que con-
forman los terremotos de 1911 no se conoce actividad siacutesmica hasta 1948 cuando
se produjo el 23 de junio un terremoto de magnitud 53 A partir de entonces des-
tacan los de Mula (1999) Bullas (2002) y La Paca (2005)
Tabla 42 Terremotos y su intensidad Tomado de Sismimur 2011
Podemos observar en la Figura 413 que se producen terremotos por toda la Regioacuten
de Murcia aunque se aprecia una mayor sismicidad en el tercio central y la franja
limiacutetrofe con la Provincia de Alicante
Se pueden sentildealar varias agrupaciones de epicentros destacando las situadas si-
guiendo la alineacioacuten NE-SO de los valles del Guadalentiacuten Sangonera y Segura a
lo largo del curso alto del Riacuteo Segura y en la Cuenca de Fortuna y tambieacuten en el
aacuterea de Caravaca de la Cruz Jumilla y al Norte de Lorca El 97 de la sismicidad
se corresponde con terremotos de magnitudes inferiores a 40 De hecho en la zona
no se ha registrado auacuten un terremoto de gran magnitud (M gt 6) que pudiera tener
consecuencias catastroacuteficas Estudios recientes de paleosismicidad estiman que la
ocurrencia de un terremoto de estas caracteriacutesticas puede tener lugar cada varios
miles de antildeos Sin embargo se puede estimar que la ocurrencia de terremotos mo-
derados (M= 4-5) tiene lugar cada 4-5 antildeos como media Algunos de ellos han pro-
vocado dantildeos significativos (Sismimur 2011) En la Figura 413 podemos observar
la distribucioacuten de la sismicidad instrumental en el periodo de 1920 a 2005 en la Regioacuten de Murcia y zonas adyacentes
4 Estudios realizados
146
Figura 413 Distribucioacuten de la sismicidad instrumental en el periodo de 1920 a 2005 en la Regioacuten
de Murcia y zonas adyacentes (Sismimur 2011)
423 Marco geoestructural
La Regioacuten de Murcia se encuentra en el interior del Oroacutegeno Beacutetico que forma
parte de la zona de contacto de las placas tectoacutenicas de Aacutefrica y Eurasia al no exis-
tir en esta zona de contacto ninguacuten accidente geograacutefico capaz de absorber los es-
fuerzos producidos por el citado contacto los efectos se distribuyen a lo largo de
una zona de orientacioacuten E-W de alrededor de 400 km de ancho Mediante interfe-
rometriacutea espacial se ha calculado una velocidad de movimiento relativo en el centro
de la Peniacutensula Ibeacuterica entre las citadas placas de 02 mmantildeo con una direccioacuten
NO-SE (Sismimur 2011)
El nivel de peligrosidad siacutesmica de la Regioacuten de Murcia viene determinado por la
reparticioacuten de la deformacioacuten producida por la convergencia entre las placas Afri-
4 Estudios realizados
147
cana y Euroasiaacutetica en un aacuterea tan extensa unido a la relativamente baja velocidad
de acercamiento entre las placas ya que la liberacioacuten de energiacutea siacutesmica producto
de la convergencia Aacutefrica-Iberia tiene lugar preferentemente a traveacutes de pequentildeos
terremotos dispersos en lugar de a traveacutes de grandes terremotos singulares La dis-
tribucioacuten difusa de la sismicidad dificulta enormemente la identificacioacuten de fuentes
asociadas a accidentes tectoacutenicos concretos y la definicioacuten de zonas sismogeneacuteticas
resulta muy subjetiva
En la Figura 414 vemos un encuadre geoloacutegico regional de la Regioacuten de Murcia
El recuadro interno identifica la parte oriental de las Cordilleras Beacuteticas
Figura 414 Encuadre geoloacutegico regional de la Regioacuten de Murcia (Sismimur 2011)
Desde el punto de vista sismotectoacutenico la Regioacuten de Murcia presenta gran intereacutes
en lo que se refiere a la obtencioacuten de datos uacutetiles para el caacutelculo de la peligrosidad
siacutesmica Esto es asiacute debido a que las fallas con actividad neotectoacutenica en este sector
de la Cordillera Beacutetica presentan una gran longitud Este hecho hace que las super-
ficies potenciales de ruptura sean muy grandes y por ello las magnitudes maacuteximas
teoacutericas tambieacuten lo sean (Sismimur 2011)
En la Figura 415 se muestra un mapa de sismicidad del Sur de la Peniacutensula Ibeacuterica
y Norte de Aacutefrica (periodo 1980-2003) para magnitudes mayores de 35 Los datos son del Instituto Geograacutefico Nacional Los terremotos profundos se muestran en
4 Estudios realizados
148
negro Los intermedios en gris oscuro y los superficiales en gris claro Se muestran
ademaacutes los vectores de convergencia entre las placas Euroasiaacutetica y Africana
Figura 415 Mapa de sismicidad del Sur de la Peniacutensula Ibeacuterica y Norte de Aacutefrica (periodo 1980-
2003) para magnitudes mayores de 35 (Sismimur 2011)
En los uacuteltimos antildeos existe una tendencia hacia una mayor incorporacioacuten de datos
geoloacutegico-estructurales en los estudios sismotectoacutenicos con el fin de relacionar en
mayor medida el efecto siacutesmico (terremoto) con la fuente generadora (falla activa)
Es una manera de integrar observaciones de tipo geodinaacutemico y tectoacutenico a la hora
de interpretar la sismicidad (Sismimur 2011)
En la Figura 416 se muestra el mapa de sismicidad de intensidad MSK gt IV al este
de las Cordilleras Beacuteticas (periodo 1000-2005)
En este arco sismotectoacutenico la zona de la Regioacuten de Murcia es una zona de activi-
dad siacutesmica actual moderada caracterizada por terremotos de magnitud igual o
inferior a 50 Sin embargo tanto en el registro histoacuterico como en el paleosiacutesmico
se identifican eventos de magnitudes superiores a 60 A esto hay que antildeadir que en
los uacuteltimos 5 antildeos se han producido tres series siacutesmicas en el entorno de la Falla de
Crevillente con magnitudes superiores a 45 que han generado cuantiosos dantildeos
materiales y gran alarma social (Sismimur 2011)
Toda la zona que se describe presenta una alta densidad de fracturacioacuten con orienta-
ciones praacutecticamente en la totalidad de las direcciones Concretamente se pueden
reconocer 4 sistemas de fallas de orientacioacuten general NW-SE N-S (de NNW-SSE a NNE-SSW) NE-SW a ENE-WSW y WSW-ESE La longitud en superficie de estas
fallas no sobrepasa por lo general los 10 km
4 Estudios realizados
149
Se han identificado asociaciones con la sismicidad en todos los sistemas de orienta-
ciones ya sea por la ocurrencia de series siacutesmicas o por alineaciones de epicentros
bien localizados Esta situacioacuten sugiere que todos los sistemas de fallas indepen-
dientemente de su orientacioacuten son siacutesmicamente activos De este modo se explica
la distribucioacuten difusa de la sismicidad en la Regioacuten de Murcia Las fallas con mayor
grado de actividad reciente son las fallas de Alhama de Murcia y Carrascoy
Figura 416 Mapa de sismicidad de intensidad MSK gt IV al este de las Cordilleras Beacuteticas (pe-
riodo 1000-2005) (Sismimur 2011)
En la Figura 417 vemos las grandes Fallas del sureste de Espantildea Se indican los
diferentes segmentos tectoacutenicos que componen cada gran falla asiacute como su grado
de actividad tectoacutenica reciente La falla de Alhama de Murcia es la falla activa de
mayor longitud del sur de la Peniacutensula Ibeacuterica y se encuentra acompantildeada por nu-
merosas fallas secundarias de dimensiones que van desde 2 km hasta 15 oacute 20 km
muchas de las cuales pueden ser siacutesmicamente activas (Martiacutenez-Diacuteaz 1999)
4 Estudios realizados
150
Figura 417 Principales Fallas del sureste de Espantildea Fuente [SIS11]
Las fallas maacutes importantes son las siguientes 1 Pozohondo-Tobarra 2 Socovos-
Calasparra 3 Tiacutescar 4 Crevillente (sector Murcia) 5 Crevillente (sector Alican-
te) 6 Alhama de Murcia 7 Jumilla 8 Carrascoy 9 Bajo Segura 10 Torrevieja
11 San Miguel de Salinas 12 Palomares 13 Corredor de Las Alpujarras 14 Al-
hamilla 15 Carboneras 16 Las Moreras-Escarpe de Mazarroacuten
El segmento Lorca-Totana (b) de la falla de Alhama de Murcia es una estructura de
16 km de longitud compuesta por dos brazos de falla principales NE-SW (1) Una
falla inversa con inclinacioacuten NW con un fuerte buzamiento al NW y (2) una falla
inversa con inclinacioacuten SE buzando al SE con deslizamiento oblicuo (Massana et
al 2004)
La citada falla se desdobla generando un corredor de hasta 2 km de anchura en el sector comprendido entre Lorca y Totana donde se aprecia una complejidad tectoacute-
nica debida al caraacutecter polifaacutesico de este accidente y a los diferentes movimientos
4 Estudios realizados
151
que presenta tanto de caraacutecter inverso como de caraacutecter direccional que responden
seguacuten diversos autores a rotaciones del esfuerzo principal desde tiempos messinien-
ses hasta la actualidad (Martiacutenez-Diacuteaz y Hernaacutendez 1991)
En general todas estas fallas descritas presentan actividad que afecta a materiales
del Mioceno Superior Plioceno o Cuaternario por tanto tienen actividad bajo el
campo de esfuerzos actual Ello hace que sean fallas potencialmente activas capaces
de generar terremotos en cualquier momento de magnitudes superiores a 55 Cono-
ciendo la geometriacutea de una falla es posible estimar la magnitud maacutexima que genera-
riacutea un terremoto que rompiera toda la extensioacuten del plano de falla Por otra parte si
se conoce la edad de las uacuteltimas deformaciones asociadas a la falla o la tasa de
deslizamiento se puede inferir el periodo de recurrencia medio del evento maacuteximo
Los sistemas de fracturacioacuten secundaria que suelen ir asociados a distribuciones
difusas de la sismicidad tienden a incluirse en el caacutelculo de la peligrosidad forman-
do parte de zonas sismogeneacuteticas cualquier evento puede ocurrir con igual probabi-
lidad en cualquier lugar dentro de la zona
424 Metodologiacutea utilizada
Como muchos otros aspectos de la vida la ciencia de los terremotos ha entrado en
una nueva era con el desarrollo de tecnologiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten
de la superficie en las zonas tectoacutenicamente activas
En el presente artiacuteculo se utilizaraacuten teacutecnicas GNSS para cuantificar el desplaza-
miento si lo hubiera de las estaciones permanentes GNSS de la zona objeto del
terremoto tomando como referencia estaciones permanentes GNSS situadas en
zonas que se consideraraacuten no afectadas por el seiacutesmo
4241 Datos de partida
Se procesoacute la informacioacuten proporcionada por cuatro organismos que ofrecen datos
GNSS de sus estaciones permanentes de forma continua estos son
- Red REGAM (Cartomur ndash Infraestructura de datos espaciales de referencia
de la Regioacuten de Murcia) de donde se tomaron datos de las estaciones ALCA (Los
Alcaacutezares Murcia) CARA (Caravaca Murcia) JUMI (Jumilla Murcia) MAZA
(Mazarroacuten Murcia) MORA (Moratalla Murcia) y MULA (Mula Murcia)
- Red MERISTEMUM (Direccioacuten General del Medio Natural Consejeriacutea de
Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia) De la que se tomaron las
estaciones CRVC (Caravaca Murcia) LORC (Lorca Murcia) MURC (Murcia
Murcia)
4 Estudios realizados
152
- Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) De la que se tomoacute informacioacuten
de las estaciones CAAL (Calar Alto Gergal Almeriacutea HUOV (Huercal-Overa
Almeriacutea) PALC (Pozo Alcoacuten Jaeacuten) y VIAR (Villanueva del Arzobispo Jaeacuten)
- Red de estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional (IGN)
De donde se utilizaron los datos de las estaciones ALAC (Alicante Alicante)
ALME(Almeriacutea Almeriacutea) COBA (Coacuterdoba Coacuterdoba) MALA (Malaga Maacutelaga)
SONS (Sonseca Toledo) TERU (Teruel Teruel) Y VALE (Valencia Valencia)
De todas las estaciones citadas se tomaron como marco de referencia las pertene-
cientes al IGN excepto ALME y ALAC en la Figura 418 se muestra la distribucioacuten
de las estaciones permanentes utilizadas Todos los organismos mencionados pro-
porcionan datos de observacioacuten GPS en forma de archivos RINEX cada 30 segun-
dos asiacute como las coordenadas aproximadas de las estaciones datos que se utiliza-
ron para el estudio
Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red se obtuvieron del
Center forOrbitDetermination in Europe (CODE) estos datos son correcciones
ionosfeacutericas oacuterbitas precisas de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra
y velocidades de las estaciones
Los datos acerca de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del OnsalaSpaceObservatory
Figura 418 Estaciones permanentes utilizadas
4 Estudios realizados
153
4242 Marco temporal
Con el objetivo de estudiar el comportamiento de las estaciones antes del terremoto
se tomaron datos desde el 1 de mayo de 2011 hasta el diacutea del terremoto (11 de ma-
yo) considerando eacuteste como un periodo de calma A partir de entonces se procesa-
ron datos diarios hasta el 20 de mayo y desde ese diacutea se procesoacute un diacutea cada cinco
4243 Procesamiento de los datos
Todo el proceso de caacutelculo se llevoacute a cabo con la ayuda del programa informaacutetico
Bernese de la Universidad de Berna que nos permite compensar redes GNSS con
una gran precisioacuten y control de las mismas
Se realizoacute una primera compensacioacuten como red libre con el fin de detectar errores
groseros para posteriormente constrentildeir las coordenadas de las estaciones que
como ya se indicoacute se consideroacute que formariacutean el marco de referencia
Se eligioacute la combinacioacuten de libre ionosfera y el modelo troposfeacuterico de Hopfield
En el proceso de caacutelculo se utilizaron oacuterbitas precisas paraacutemetros ionosfeacutericos
correcciones Code-Bias y correcciones por cargas oceaacutenicas
Se obtuvieron coordenadas en el marco de referencia geodeacutesico ETRS89 y en el
sistema de coordenadas UTM de las estaciones en cada uno de los diacuteas calculados
425 Resultados obtenidos
Cuando se comparan varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calcula-
das en diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se
pueden utilizar para cuantificar los desplazamientos de la superficie terrestre y su
velocidad (Chang 2000)
En la Figura 419 se muestran las graacuteficas de la posicioacuten en funcioacuten del tiempo de
la estacioacuten de Lorca (LORC) Esta estacioacuten es la maacutes cercana al epicentro y en
principio deberiacutea registrar los mayores desplazamientos en el caso de existir
Una vez realizados todos los caacutelculos se observa que no se han producido despla-
zamientos significativos en ninguna de las estaciones estudiadas como consecuencia
del evento siacutesmico del 11 de mayo
4 Estudios realizados
154
Figura 419 Graacuteficas de la posicioacuten en funcioacuten del tiempo de la estacioacuten LORC
426 Conclusiones y recomendaciones
Del estudio de las coordenadas obtenidas para cada una de las estaciones a lo largo
del periodo calculado se pueden destacar las siguientes conclusiones
El terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 no produjo desplazamientos detecta-
bles en la estacioacuten de referencia (LORC) como se puede ver en la Figura 419 ni
en ninguna de las otras utilizadas para el estudio
En el periodo temporal estudiado se ha detectado una tendencia hacia la subsiden-
cia del terreno reflejada en la altura elipsoidal h de la estacioacuten de Lorca Concreta-mente se ha detectado un hundimiento de maacutes de dos centiacutemetros en los dos meses
4 Estudios realizados
155
y medio estudiados La expresioacuten empiacuterica que se ha calculado para la variacioacuten
temporal de dicha variable en el tiempo es la siguiente
h = -2 E-06 t2 + 01896 t - 34859 Eq (1)
Este resultado apoya la hipoacutetesis basada en un hundimiento del terreno en la zona
cercana a Lorca Este fenoacutemeno podriacutea haber tenido su origen en el descenso del
nivel freaacutetico del acuiacutefero del Valle del Guadalentiacuten hecho que produciriacutea a su vez
una compactacioacuten lenta del aacuterea no saturada desde los antildeos sesenta del siglo pasa-
do (Rodriacuteguez Estrella 2012)
La tasa de hundimiento detectada en este estudio es de 101 cmantildeo tasa que coin-
cide con los valores calculados mediante teacutecnicas de interferometriacutea radar diferen-
cial en los trabajos de Gonzaacutelez PJ y Fernaacutendez J (Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2011)
A pesar de no haber detectado movimientos directamente achacables al terremoto
estudiado pensamos que es uacutetil seguir con la monitorizacioacuten de la zona por dos
motivos
- Estudiar y detectar futuras deformaciones en el terreno que nos puedan llevar a
relacionar a priori estos movimientos con futuros eventos siacutesmicos
- Hacer un seguimiento del proceso de subsidencia detectado en la estacioacuten de refe-
rencia de Lorca aunque en este caso se hariacutea necesario densificar la red en la zona
4 Estudios realizados
156
43 Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutec-
nicas GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de
2011
431 Introduccioacuten
Desde la antiguedad los desastres naturales han supuesto la causa de muerte maacutes
importante el sesenta por ciento de las muertes causadas por desastres naturales en
la pasada deacutecada se debieron a terremotos seguacuten el Centro de investigaciones epi-
demioloacutegicas y desastres (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters
CRED) Estos desastres son el resultado del hecho de que ocho de las ciudades maacutes
pobladas de la Tierra estaacuten construidas sobre fallas tectoacutenicas Estas ciudades son
Kathmandu Nepal Estanbul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta Indonesia Tokio
Japoacuten Ciudad de Meacutexico Meacutexico Delhi India Nueva York US Vancouver
BC Shanghai China y Los Aacutengeles California US (Centre for Research on the
Epidemiology of Disasters 2010) Ademaacutes aproximadamente una de cada dos
personas vive en una ciudad y en soacutelo 35 antildeos este nuacutemero se incrementaraacute hasta
dos de cada tres seguacuten la Fundacioacuten para la poblacioacuten de Naciones Unidas (UN-
FPA United Nations Population Fund) En 2011 maacutes de la mitad de la poblacioacuten
viviacutea en aacutereas urbanas y en 2030 las ciudades seraacuten el hogar de casi cinco billones
de personas (United Nations Population Fund 2011)
Por lo tanto el estudio de los terremotos es gran intereacutes en cuanto que puede ayu-
dar a predecir doacutende existe la mayor probabilidad de ocurrencia de un terremoto y
en la medida de lo posible determinar su intensidad Asiacute la monitorizacioacuten de te-
rremotos ha cobrado gran importancia en los recientes estudios cientiacuteficos Una de
las teacutecnicas que maacutes recientemente se ha sumado a las numerosas teacutecnicas interdis-
ciplinares utilizadas en el estudio de terremotos es la Geodesia espacial (N Kul-
karni et al 2001)
La ciencia de los terremotos ha entrado en una nueva era con el desarrollo de las
tecnologiacuteas espaciales para medir las deformaciones de la superficie de la Tierra en
zonas tectoacutenicamente activas Las esta ciones de referencia que operan contiacutenua-
mente pueden ser una herramienta muy potente para monitorizar las deformaciones
(Oumlzyasar y Oumlzluumldemir 2011) Esta cantidad tan elevada de datos GPS disponibles
hace que la distinction entre observaciones geodeacutesicas y seiacutesmicas y modelado no
esteacute clara (Yue y Lay 2011)
Por lo tanto los grandes terremotos son claves importantes para la comprensioacuten de
los fenoacutemenos de deformacioacuten de la corteza incluidos los efectos coseismicos (la
ruptura principal y los primeros temblores) y postseismicos (que incluyen un corto
plazo despueacutes de la fase de deslizamiento y una fase de relajacioacuten viscoelaacutestica a
largo plazo) (USGS (Encuesta geoloacutegica de EEUU) 2011)
4 Estudios realizados
157
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento permanente de las aacutereas
cercanas al epicentro y por consiguiente de las estaciones de referencia Las coor-
denadas geodeacutesicas de los puntos en la superficie de las placas tectoacutenicas cambian
con el tiempo debido al movimiento de las placas y por lo tanto dependen de la
eacutepoca en que se obtuvieron las coordenadas Si se conocen estos elementos (direc-
cioacuten y magnitud) es posible determinar la variacioacuten de las coordenadas del punto
en funcioacuten del tiempo (Peacuterez et al 2003) Ademaacutes los resultados geodeacutesicos pue-
den ser una valiosa informacioacuten para gestionar los sistemas en cuanto a la toma de
decisiones basadas en las caracteriacutesticas geoloacutegicas de la zona de estudio (Rangin et
al 2002)
Seguacuten Meade (2002) la mayoriacutea de los desplazamientos geoloacutegicos se producen a
lo largo de las fallas y el desplazamiento de las fallas generalmente tiene lugar du-
rante los terremotos (MEADE et al 2002)
Sin embargo los efectos de cada terremoto dependen de sus caracteriacutesticas y espe-
cialmente de la intensidad y la profundidad del epicentro (Gianniou 2002 y Wright
et al 2011) utilizan posicionamiento de punto preciso en modo tiempo real con
estados de reloj radiodifundios y correcciones orbitales para dar la posicioacuten de las
estaciones cada segundo permitiendo que los datos detecten los movimientos de la
estacioacuten centraacutendose en las alertas de tsunami (Wright et al 2011) La disponibili-
dad en tiempo real de los citados desplazamientos puede ser de gran utilidad en la
capacidad de accioacuten frente al terremoto y la alerta de tsunamis y hasta cierto punto
en la predicioacuten de terremotos (Grapenthin y Freymueller 2011) Grapenthin propo-
ne un meacutetodo que integra desplazamientos en tiempo real en un sistema de alarma
de terremotos
Sin embargo las anteriores teacutecnicas estudian los desplazamientos cerca del epicen-
tro mientras que el objetivo de este estudio era determinar si los terremotos produ-
cen desplazamientos de permanentes de placas suficientemente representativos para
ser detectados mediante teacutecnicas GNSS Para este fin el terremoto en Van se estu-
dioacute en el marco general definido por las estaciones permanentes del Servicio Inter-
nacional GNSS (International GNSS Service IGS)
Tanto las investigaciones sismoloacutegicas como las geodinaacutemicas ponen de manifiesto
que la Regioacuten del Egeo que comprende el Arco Heleacutenico la Grecia continental y
Turquiacutea occidental es la regioacuten maacutes seiacuteosmicamente activa de Eurasia occidental
La convergencia de las placas litosfeacutericas de Eurasia y Aacutefrica obliga a un movi-
miento hacia el oeste de la placa de Anatolia con respecto a la Euroasiaacutetica (Hali-
cioglu y Ozener 2008)
La sismicidad de la regioacuten de Turquiacutea se controla por la interaccioacuten compleja de
varias placas tectoacutenicas la placa africana la placa aacuterabe y la placa eurasiaacutetica (pla-ca de Anatolia y placa del mar Egeo) Como consecuencia de la dinaacutemica de este
4 Estudios realizados
158
ambiente geotectoacutenico complejo la historia de terremotos de grandes magnitudes es
larga sobre todo en la regioacuten nor-occidental de Turquiacutea
La falla tectoacutenica del norte de Anatolia constituye el liacutemite de las placas Anatolia-
Egea y Eurasiaacutetica al norte Esta falla es responsable de una secuencia de terremo-
tos de magnitudes superiores a 67 desde 1939 (Hammer y Mosquera Machado
2002)
Turquiacutea es un paiacutes tectoacutenicamente activo que experimenta terremotos destructivos
frecuentes Este terremoto es un recordatorio de los muchos eventos siacutesmicos mor-
tales que Turquiacutea ha sufrido en el pasado reciente
- En 1999 un devastador terremoto de magnitud 76 cerca de Izmit rompioacute una
seccioacuten de la falla de Anatolia del Norte (aproximadamente 1000 kiloacutemetros al
oeste del terremoto que acontecioacute el 23 de octubre de 2011) matando a 17000
personas hiriendo a 50000 y dejando sin hogar a 500000
- En 1976 ocurrioacute un terremoto de magnitud 73 cerca de la frontera entre Turquiacutea e
Iraacuten (aproximadamente a 65 kiloacutemetros del terremoto que tuvo lugar el 23 de octu-
bre de 2011) destruyendo varias aldeas y matando a entre 3000 y 5000 personas
- En 1939 hubo un terremoto de magnitud 78 cerca de Erzincan matando a unas
33000 personas (Ergintav et al 2002)
Figura 420 Situacioacuten de la localidad de Van al Este de Turquiacutea
4 Estudios realizados
159
La red de estaciones permanentes de Turquiacutea se puede ver en la seccioacuten ldquo32528
Turquiacutea Programas del grupo de trabajo en Geodinaacutemica Unioacuten nacional de Geo-
desia y Geofiacutesica de Turquiacuteardquo
El domingo 23 de octubre de 2011 a las 014121 PM hora local (104121 UTC)
hubo un terremoto en el este de Turquiacutea y en concreto en la ciudad de Van La
magnitud del terremoto alcanzoacute 72 Mw (Servicio Geoloacutegico de los EEUU 2011)
Su hipocentro se ubicoacute a 16 km de profundidad y su epicentro como se muestra en
la Figura 420 se encontraba en la ciudad de Van en el este de Turquiacutea
Las zonas maacutes afectadas fueron la regioacuten central y parte de la zona este de Turquiacutea
relacionadas con la colisioacuten continental entre la Placa Araacutebiga y la placa Euroasiaacuteti-
ca Todo este sector estaacute afectado por la convergencia entre las dos placas manifes-
taacutendose fundamentalmente a lo largo del pliegue Bitlis-Zagros
Seguacuten el USGS (United States Geological Survey) se alcanzoacute el grado IX en la
escala de Intensidad Estimada Modificada de Mercalli (Estimated Modified Mecalli
Intensity) Tambieacuten se detectaron movimientos que llegaron a la magnitud V y III
especiacuteficamente en los paiacuteses vecinos como Armenia Azerbaiyaacuten Georgia Iraacuten
Irak y Siria Seguacuten el Instituto Geofiacutesico de Israel el sismo fue sentido en zonas tan
alejadas como Tel Aviv
432 Marco geoestructural
En el aacuterea en la que se produjo el terremoto la Placa Araacutebica estaacute colisionando con
la Placa Euroasiaacutetica y ha creado un mosaico complejo de montantildeas como conse-
cuencia del fallado lateral e inverso La colisioacuten entre ambas placas tiene lugar en la
parte oriental de Turquiacutea
Largos sistemas de fallas traslacionales se extienden a traveacutes de la mayor parte del
centro-oeste de Turquiacutea y facilita el movimiento hacia el oeste del Bloque de Ana-
tolia mientras se compresa por la convergencia de las Placas Araacutebicas y Asiaacuteticas
Como puede verse en la Figura 421 en el aacuterea de Van y en la parte maacutes al este la
tectoacutenica es dominada por la zona de sutura de Bitlis (al este de Turquiacutea) y el cintu-
roacuten plegado de los Zagros (cercaniacuteas de Iraacuten)
En cuanto al movimiento relativo en esta zona como se aprecia en la Figura 421
las porciones del norte de Arabia se desplazan con un giro de 40 grados Noroeste
aproximadamente consistente con el modelo global NUVEL-1a del movimiento de
placa El Este de Turquiacutea muestra una deformacioacuten distribuida mientras que Tur-
quiacutea occidental y la placa Egea rotan como la placa de Anatolia alrededor de un
polo cerca de la peniacutensula del Sinaiacute causando un movimiento de fuerte desliza-
miento a lo largo de la falla del Norte de Anatolia
4 Estudios realizados
160
Figura 421 Sistema de fallas de Turquiacutea de Rangin et al 2002 (Hammer and mosquera macha-
do 2002)
433 Metodologiacutea
Dado que el objetivo de este trabajo era estudiar movimientos permanentes de las
placas producidos por el terremoto se utilizaron datos GNSS de estaciones perma-
nentes proporcionados por el IGS Las estaciones elegidas se encuentran en diferen-
tes placas
Por otro lado la metodologiacutea fundamental de deteccioacuten de las tendencias de movi-
miento se basa en la utilizacioacuten de las redes permanentes GNSS de monitorizacioacuten
continentales (Pospisil et al 2012)
Se seleccionaron un total de doce estaciones permanentes algunas de las cuales
estaban relativamente cerca del epicentro y otros que a priori estaban completa-
mente fuera del aacuterea de accioacuten del terremoto
El criterio para seleccionar las estaciones fue formar una red lo maacutes homogeacutenea
posible y la distribucioacuten de las estaciones entre las diferentes placas tectoacutenicas que
presumiblemente podriacutean estar relacionados con el evento siacutesmico estudiado Por
otra parte teniendo en cuenta que hay una relacioacuten entre la distancia al epicentro y los desplazamientos de la estacioacuten (Garrido-Villen et al 2011) las estaciones ele-
gidas deben estar a diferentes distancias del epicentro
4 Estudios realizados
161
Concretamente como se muestra en la Figura 422 y la Tabla 43 se utilizaron las
siguientes estaciones
- Placa Eurasiaacutetica
o ANKR (Ankara Turquiacutea) ARTU (Arti Ekaterinburg Rusia)
MOBJ (Obninsk Rusia) NOT1 (Noto Italia) PENC (Penc Hun-
griacutea) POL2 (Bishkek Kyrgyzstan) TEHN (Tehran Iraacuten) y ZECK
(Zelenchukskaya Rusia)
- Placa Africana
o ADIS (Addis Abeba Etiopiacutea) ndash subplaca Nubia DRAG (Metzoki
dragot Israel) y NICO (Nicosia Chipre)
- Placa Arabiga
o ISER (Erbil Iraq)
o
Figura 422 Cartografiacutea de la red geodesic disentildeada Modificada de Terrametrics 2013
4 Estudios realizados
162
Permanent station Epicentre distance
ISER 277338
ZECK 542987
TEHN 767209
ANKR 932560
NICO 975290
DRAG 107149
MOBJ 190419
PENC 219594
ARTU 226819
NOT1 250050
POL2 265419
ADIS 332070
Tabla 43 Distance in kilometers from the epicentre of the stations
El IGS proporciona datos de observacioacuten GPS de cada estacioacuten elegida Estos datos
se toman como archivos RINEX cada 30 segundos y registran las coordenadas
aproximadas de las estaciones Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensa-
cioacuten de la red se obtuvieron del Centro Europeo de Determinacioacuten de Oacuterbitas (CO-
DE) estos datos son correcciones ionosfeacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la
Tierra correcciones instrumentales Code-Bias y velocidades de las estaciones Las oacuterbitas precisas de los sateacutelites se obtuvieron del IGS Los datos de cargas oceaacuteni-
cas se obtuvieron del Observatorio Espacial Onsala
4 Estudios realizados
163
Marco temporal
Una vez seleccionadas las estaciones a estudiar se definioacute el calendario
En primer lugar se decidioacute realizar los caacutelculos de la red geodeacutesica diacutea a diacutea diez
diacuteas antes del terremoto asumiendo que se trata de un periodo de relativa calma y
diez diacuteas despueacutes Posteriormente a los diez primeros diacuteas se tomaron datos ya cada
5 diacuteas
Las posiciones calculadas los diacuteas previos al terremoto se usaron como coordenadas
patroacuten a comparar con las obtenidas los diacuteas posteriores al evento siacutesmico
Definicioacuten del Datum
El datum geodeacutesico se puede definir constrintildeendo las coordenadas de las estaciones
de referencia a sus valores a priori
Las estaciones permanentes GNSS lejanas al epicentro se utilizaron para definir el
marco de referencia constrintildeeacutendolas Estas estaciones son ARTU POL2 ADIS
NOT1 PENC y MOBJ
Todas las estaciones son estaciones permanentes GNSS del IGS y por lo tanto los
resultados geodeacutesicos se dan en el Marco Global de Referencia Terrestre Interna-
cional (ITRF)
Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda de software Bernese Bernese es un
software cientiacutefico desarrollado por la Universidad de Berna que permite compen-
sar redes geodeacutesicas GNSS con alta precisioacuten con un alto control del proceso(Dach
et al 2007)
Los datos GPS disponibles fueron procesados sesioacuten a sesioacuten para obtener las solu-
ciones diarias En un primer paso se estimaron las ambiguumledades y se fijaron a un
entero utilizando la estrategia de Quasi Libre Ionosfera (QIF) Los caacutelculos se reali-
zaron utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes
tarde las coordenadas de las estaciones que definen el Datum se constrintildeeron El
retardo troposfeacuterico se corrigioacute usando el modelo Saastamoinen con una pondera-
cioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2 (z) donde z es la distancia cenital La
correccioacuten troposfeacuterica huacutemeda se aplica en intervalos de una hora para estimar el
Retardo Troposfeacuterico del Zenith de las sentildeales GPS Por otra parte el retardo ionos-
feacuterico se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de datos GPS en las frecuen-
cia L1 y L2 los errores del reloj de los sateacutelites se eliminaron mediante el uso de
efemeacuterides precisas proporcionadas por el IGS sp3
Las coordenadas se obtuvieron en el Marco de Referencia Geodeacutesico ITRF y en el sistema de coordenadas UTM para cada diacutea calculado
4 Estudios realizados
164
434 Resultados
Despueacutes ajustada la red geodeacutesica las coordenadas calculadas de cada estacioacuten para
cada diacutea se obtuvieron con desviaciones planimeacutetricas que oscilan entre 08 y 11
mm
Basaacutendose en los caacutelculos no existen desplazamientos relativos detectables entre
las diferentes estaciones seleccionadas comparando las posiciones calculadas antes
y despueacutes del terremoto
Figura 423 Graacutefica que muestra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten de referencia ISER (Erbil Iraq ndash Placa Arabiga)
Las figuras 4 5 y 6 muestran la variacioacuten de las posiciones de las estaciones Erbil
(Iraq) Ankara (Turquiacutea) y Metzoki Dragot (Israel) localizadas en la placa Araacutebiga Placa Euroasiaacutetica y la placa Africana respectivamente
4 Estudios realizados
165
Como se muestra en la Figura 423 a pesar de ser la maacutes cercana al terremoto los
movimientos de la estacioacuten permanente ISER en las coordenadas X e Y durante el
periacuteodo estudiado fueron menores de 2 centiacutemetros incluso teniendo en cuenta los
diacuteas anteriores y posteriores al terremoto lo que no es suficiente para demostrar la
existencia de un desplazamiento permanente de la placa Araacutebiga debido al terremo-
to estudiado
Figura424 Graacutefica que muestra el desplazamiento en las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten permanente de referencia ANKR (Ankara Turquiacutea ndash Placa Eurasiaacutetica)
Como puede verse en la Figura 424 los desplazamientos de la estacioacuten permanen-
te ANKR en las coordenadas X e Y durante el periacuteodo estudiado fueron menores de
2 centiacutemetros lo cual es consistente con los resultados obtenidos por la estacioacuten
ISER teniendo en cuenta que a pesar de que la estcioacuten ANKR pertenece al mismo
paiacutes estaacute bastante lejos del epicentro del terremoto Estos desplazamientos tambieacuten
son insuficientes para demostrar la existencia de un desplazamiento de la placa de Eurasia causado por el terremoto en Turquiacutea
4 Estudios realizados
166
Figura 425 Graacutefica que muestra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten de referencia DRAG (Metzoki dragot Israel ndash Subplaca Nubia)
Finalmente la Figura 425 presenta los resultados para la estacioacuten permanente
DRAG situada en Metzoki Dragot Israel Esta figura como las figuras anteriores
muestra movimientos de menos de 2 centiacutemetros que no permiten llegar a la con-
clusioacuten de que hubo un desplazamiento de la placa africana debido al terremoto
4 Estudios realizados
167
Figura 426 Graacutefica que muestra el desplazamiento en coordenadas Xutm e Yutm de la estacioacuten
de referencia TEHN (Teheraacuten Iraacuten ndash Placa Eurasiaacutetica)
Las Figuras 426 y 427 muestran la variacioacuten de las posiciones de las estaciones
de Teheraacuten (Iraacuten) y Zelenchukskaya (Rusia) localizadas en la placa de Eurasiaacutetica
Como se muestra en la Figura 426 los movimientos de las coordenadas X e Y de la
estacioacuten permanente TEHN en en el periodo estudiado fueron menos de 1 centiacuteme-
tro incluso teniendo en cuenta los diacuteas anteriores y posteriores al terremoto
Como se puede ver en la Figura 427 los desplazamientos de las coordenadas X e
Y de la estacioacuten permanente ZECK en durante el periodo de estudio fueron de me-
nos de 2 centiacutemetros Estos desplazamientos tambieacuten fueron insuficientes para de-
mostrar la existencia de un desplazamiento de la placa de Eurasiaacutetica a causa del
terremoto de Turquiacutea
El desplazamiento general de estaciones permanentes durante todo el periodo de estudio se muestra en la Tabla 44
4 Estudios realizados
168
Figura 427 Graacutefica que muetra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm de la esta-
cioacuten de referencia ZECK (Zelenchukskaya Rusia ndash Placa Eurasiaacutetica)
Station Vx (mm) Vy (mm) Vx
(mmantildeo)
Vy
(mmantildeo)
ISER (Iraq) ndash Arabian plate 15 60 79 317
ANKR (Turkey) ndash Eurasian plate 18 11 95 58
DRAG (Israel) ndash Nubian subplate) 25 18 132 95
TEHN (Iran) ndash Eurasian plate 30 25 155 132
ZECK (Russia) ndash Eurasian plate 50 31 409 254
Tabla 44 Velocidades de las estaciones permanents a lo largo del periodo estudiado y extrapo-
lando los datos para el periodo de un antildeo
4 Estudios realizados
169
435 Conclusiones
Debido a la precisioacuten de las coordenadas obtenidas a partir del ajuste de red disentildea-
da se puede afirmar que este meacutetodo es capaz de detectar desplazamientos perma-
nentes de orden milimeacutetrico
Como se muestra en las figuras 423 424 425 426 y 427 no se observa nin-
guacuten desplazamiento permanente en las estaciones elegidas en las placas Africana
Araacutebiga o Eursiaacutetica ocasionado por el terremoto estudiado el diacutea del terremoto ni
en los diacuteas siguientes Sin embargo se pugraveede apreciar un movimiento bastante regu-
lar independiente del evento siacutesmico que se corresponde con el desplazamiento
general de las placas estudiadas
Varios investigadores han comentado en sus estudios tras antildeos de observacioacuten que
la placa de Anatolia tiene una tasa de deslizamiento de 24mmyear (Westaway
2003 y Turgut et al 2010) Otros autores como Vigny (Vigny et al 2006) reducen
la tasa de deslizamiento a Vx = 131 mm antildeo y Vy = 22 mm antildeo para la estacioacuten
ANKR sin embargo los valores obtenidos en este estudio son Vx = 9 5 mm antildeo
y Vy = 58 mm
Los valores obtenidos en este estudio para la estacioacuten DRAG situada en la placa
Nubia estaacuten maacutes cerca de los resultados obtenidos por C Vigny (Vigny et al
2006) Vx = 193 mm antildeo y Vy = 244 mm antildeo como se muestra en la Tabla
44 Lo mismo ocurre con la estacioacuten de TEHN situada en la placa de Eurasiaacutetica
que se mueve de acuerdo con CVigni Vx = 165 mm antildeo y Vy = 324 mm antildeo
Todos los movimientos descritos anteriormente han ocurrido temporalmente de
manera uniforme En el presente estudio se buscoacute una ruptura en las graacuteficas que
indicara un cambio repentino Sin embargo no se encontroacute ninguacuten cambio detecta-
ble el diacutea del terremoto ya sea en las estaciones maacutes cercanas tales como ISER o
ZECK que se encuentran en la placa de Eurasiaacutetica o en el resto de la red de esta-
ciones que se distribuyen a lo largo de la placa Africana y la placa Araacutebiga
Es probable que el terremoto no haya sido de la magnitud suficiente para producir
un movimiento permanente en placas vecinas Esa es la razoacuten por la cual creemos
que seriacutea interesante seguir estudiando el fenoacutemeno con terremotos de mayor mag-
nitud o terremotos localizados en otras aacutereas que puedan desempentildear un papel maacutes
activo en los movimientos relativos entre las placas tectoacutenicas
4 Estudios realizados
170
44 Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erup-
cioacuten submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas
GNSS
441 Introduccioacuten
Se estima que maacutes de 500 millones de personas viven en zonas expuestas a riesgos
volcaacutenicos En los uacuteltimos 500 antildeos maacutes de 200 000 personas han perdido la vida
debido a las erupciones volcaacutenicas Un promedio de 845 personas murieron cada
antildeo entre 1900 y 1986 a consecuencia de fenoacutemenos volcaacutenicos
El nuacutemero de muertes es considerablemente mayor que en los siglos pasados Este
aumento no se debe a una actividad volcaacutenica maacutes alta sino a que maacutes personas
viven en laderas de volcanes activos y en valles cercanos a ellos (Tilling et al
1993)
En la madrugada del 10 de octubre 2011 cesaron repentinamente los terremotos
que se registraban en El Hierro desde mediados de julio Este fenoacutemeno fue detec-
tado con gran precisioacuten por el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) Los temblores
siacutesmicos fueron reemplazados por temblores volcaacutenicos caracteriacutesticos del paso del
magma en el interior de la chimenea volcaacutenica
Figura 428 Gases y erupcioacuten piroclaacutestica submarina A) Vista de la erupcioacuten submarina Modifi-
cado del Observatorio de la Tierra de 2012 NASA Advanced Tierra Imager (ALI) a bordo del
4 Estudios realizados
171
Earth Observing-1 satellite (EO-1) B) Muestra evidente del caraacutecter fisural de la erupcioacuten subma-
rina (fotografiacutea realizada por helicoacuteptero de la Guardia Civil el 4 de noviembre de 2011)
A media mantildeana comenzaron a difundirse noticias sobre una posible erupcioacuten sub-
marina a 8-10 km al sur de la isla y a unos 300 m de profundidad
La erupcioacuten submarina ha sido la culminacioacuten de un proceso de casi tres meses
cuando una bolsa de magma se situoacute en la base de la corteza oceaacutenica Desde en-
tonces el hipocentro emigroacute hacia el sur en busca de un aacuterea propicia para abrirse
paso a la superficie
Esta cordillera submarina o grieta donde se han localizado muchas de las recientes
erupciones de El Hierro es un aacuterea de la corteza de alta debilidad debido a la inyec-
cioacuten de magma asociada a erupciones anteriores y posiblemente la permanencia de
una memoria teacutermica que habriacutea permitido finalmente la relativamente raacutepida
salida del magma a la superficie en este caso en el lado de la grieta submarina (Ca-
rracedo et al 2012) como se muestra en la Figura 428 (Peacuterez-Torrado et al
2012)
Las erupciones volcaacutenicas se pueden explicar mediante los siguientes procesos Las
rocas al fundirse en el interior de la Tierra aumentan su volumen aunque su masa
sigue siendo la misma producieacutendose rocas menos densas que las circundantes
Este magma maacutes ligero se eleva hacia la superficie en virtud de su flotabilidad Si la
densidad del magma entre la zona de su generacioacuten y la superficie es menor que la
de las rocas circundantes y que recubre el magma llega a la superficie y entra en
erupcioacuten (Kilinc 2008)
En los uacuteltimos antildeos con la erupcioacuten del Monte St Helens y El Monte Pinatubo se
ha avanzado mucho en el estudio de los volcanes en particular en la prediccioacuten de
las erupciones volcaacutenicas Los volcanes son difiacuteciles de estudiar debido a que a
pesar de sus similitudes cada volcaacuten se comporta de manera diferente y tiene una
peligrosidad caracteriacutestica Por lo tanto es de gran importancia el estudio y monito-
rizacioacuten individualizados de los volcanes Muchos volcanes activos cerca de zonas
pobladas no se han estudiado lo suficiente como para evaluar su riesgo potencial
El estudio de los riesgos asociados a los volcanes es una tarea multidisciplinar
Cartografiacutea histoacuterica de los depoacutesitos volcaacutenicos vigilancia por sateacutelite de manifes-
taciones volcaacutenicas como nubes de cenizas y gases mediciones geodeacutesicas de de-
formaciones del terreno controles siacutesmicos geomagneacuteticos gravimeacutetricos activi-
dad geoeleacutectrica y teacutermica control de la temperatura flujo transporte de
sedimentos control del nivel del agua de riacuteos y lagos cercanos al volcaacuten etc
El estudio de un volcaacuten durante largos periacuteodos de tiempo puede ayudar a predecir
cuaacutendo es maacutes probable que se produzca una erupcioacuten La interaccioacuten entre los cientiacuteficos los funcionarios del gobierno local y el desarrollo de un plan de emer-
gencia puede salvar vidas y promover una ordenacioacuten del territorio maacutes segura
4 Estudios realizados
172
Figura 429 Situacioacuten de la isla de El Hierro y vista de la mancha verde producida por la erupcioacuten
submarina 14-10-2011 Modificado de PlanetaGea
Los terremotos de pequentildea magnitud y las deformaciones del terreno son precurso-
res de la actividad volcaacutenica (Kilburn C 2012) Este artiacuteculo es parte de un estudio
maacutes amplio dirigido a la investigacioacuten de la deformacioacuten del terreno como precur-
sor de erupciones volcaacutenicas
Las teacutecnicas GNSS han sido las maacutes precisas y convenientes en levantamientos
geodeacutesicos en los uacuteltimos 20 antildeos Debido a su alta precisioacuten en la determinacioacuten
de posiciones y su eficacia en la metodologiacutea de trabajo las teacutecnicas GNSS han
superado casi por completo a otros meacutetodos geodeacutesicos terrestres de alta precisioacuten
(Chang 2000)
Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes constituyen un marco
de referencia terrestre esencial y una potente herramienta para el estudio de defor-
maciones de la corteza terrestre causadas por la actividad volcaacutenica y las fuerzas de
la gravedad Estas tecnologiacuteas son de gran intereacutes para el estudio de fenoacutemenos
geodinaacutemicos Aunque la tensioacuten es un indicador maacutes objetivo que el desplaza-
miento debido a que se no requiere un marco de referencia (Takahashi 2011) las
teacutecnicas GNSS hacen posible calcular con precisioacuten el desplazamiento de una esta-
cioacuten antes y durante las erupciones volcaacutenicas En este sentido los movimientos
horizontales y verticales pueden ser medidos en regiones activas volcaacuten y sus mo-
vimientos a continuacioacuten pueden relacionarse con otras aacutereas no afectadas Las
4 Estudios realizados
173
teacutecnicas GNSS han demostrado ser una herramienta muy eficaz para el estudio de la
deformacioacuten del suelo debido a su alta precisioacuten y exactitud (Kulkarni et al 2006)
La tecnologiacutea GNSS permite la creacioacuten de mapas de vectores de desplazamiento
del terreno dentro de los marcos de referencia geodeacutesicos Las bases de datos y
series temporales de observaciones permiten realizar mediciones con precisiones
milimeacutetricas
En Espantildea tanto de la Administracioacuten central como las autoridades autonoacutemicas
han creado una serie de redes de estaciones permanentes GNSS que permite estu-
diar efectos volcaacutenicos
Por lo tanto no hay duda de que las teacutecnicas GNSS son de intereacutes estrateacutegico cons-
tituyendo una poderosa herramienta para el anaacutelisis de deformacioacuten de la corteza
terrestre El objetivo de este estudio consiste en situar y cuantificar temporal y geo-
graacuteficamente los desplazamientos causados por la erupcioacuten del volcaacuten submarino de
El Hierro (ver Figura 429) mediante el uso de teacutecnicas geodeacutesicas GNSS El estu-
dio se llevoacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del International
GNSS Service (IGS) y tiene como objetivo medir los movimientos de la zona afec-
tada por la erupcioacuten en relacioacuten con el aacuterea geograacutefica circundante que no se consi-
dera afectada por estos movimientos El periacuteodo de tiempo bajo estudio comprende
desde el 27 de junio hasta el 15 de diciembre de 2011
442 Marco geoestructural
Hay varias teoriacuteas que tratan de explicar el origen de las Islas Canarias Es conocido
que las islas no se formaron simultaacuteneamente sino que lo hicieron de forma progre-
siva empezando por las islas orientales (Lanzarote y Fuerteventura) hace unos 20
millones de antildeos y continuando hacia el oeste (La Palma y El Hierro) hace 2 mi-
llones de antildeos como se muestra en la Figura 430
Las principales teoriacuteas propuestas para explicar la geacutenesis de las Islas Canarias (en
las que se basan otras) son las del punto caliente una fractura litosfeacuterica probable-
mente vinculada con el tectonismo del sistema del Atlas y un bloque elevado La
primera de ellas parece ser la que maacutes adeptos aglutina con la incorporacioacuten de
datos tomograacuteficos y de dataciones de isoacutetopos contenidos en las rocas volcaacutenicas
que refuerzan la hipoacutetesis de la circulacioacuten de material de la pluma astenosfeacuterica
canaria a lo largo de un corredor litosfeacuterico que se extiende hacia el continente afri-
cano (Grupo de investigacioacuten en ingenieriacutea siacutesmica 2012)
El Hierro con poco maacutes de un milloacuten de antildeos es la isla maacutes joven de las Islas Ca-
narias Situado junto a la vecina isla de La Palma en el extremo occidental del ar-
chipieacutelago se eleva del fondo del oceacuteano Atlaacutentico desde una profundidad de entre
3500 y 4000 metros
4 Estudios realizados
174
Figura 430 Edad de las rocas volcaacutenicas en las distintas islas (datadas por el meacutetodo K-Ar)
mostrando un aumento en las edades de oeste a este (Guillou et al 2004)
Las islas de La Palma y El Hierro son las primeras islas del archipieacutelago que se han
formado de forma simultaacutenea con una posible alternancia de actividad eruptiva por
lo menos en el periacuteodo maacutes reciente Esta separacioacuten en una doble liacutenea de las
islas y la mayor profundidad de su basamento oceaacutenico explica que hayan tardado
maacutes que sus islas vecinas para emerger Aunque ambas islas se formaron maacutes tarde
que el resto de las islas eacutestas no siguieron la misma evolucioacuten y mientras se produ-
ciacutea actividad volcaacutenica en una isla la otra permaneciacutea inactiva En el Holoceno la
fase maacutes activa parece corresponder a La Palma lo que explica las numerosas erup-
ciones volcaacutenicas que se produjeron en este periodo 6 de ellas histoacutericas (hace
menos de 500 antildeos) mientras que la erupcioacuten fechada por radiocarbono en El Hie-
rro ubicada en el rift NE cerca del pueblo de San Andreacutes presenta una edad de
2500 plusmn 70 antildeos probablemente seguido por el volcaacuten Tanganasoga situado al no-
roeste de la falla con menos de 4000 antildeos de antiguumledad
Imaacutegenes de sonar del edificio Insular de El Hierro (Figura 431) muestran que las
erupciones submarinas son maacutes abundantes que la actividad volcaacutenica subaeacuterea lo
que indica que alrededor del 90 de la isla estaacute bajo el agua El ejemplo maacutes claro
es el volcaacuten El Golfo en el lado norte de la isla con un gran escarpe de 1500 metros
y menos de 100000 antildeos de antiguumledad (Peacuterez-Torrado 2012)
4 Estudios realizados
175
Figura 431 Batimetriacutea de la zona de la erupcioacuten submarina realizada mediante ecosondas por
distintos buques oceanograacuteficos (imaacutegenes tomadas del IEO) A) Imagen 3D de la batimetriacutea
anterior a la erupcioacuten realizada por el buque oceanograacutefico Hespeacuterides (CSIC) en 1998 B) Iacutedem
por el buque oceanograacutefico Ramoacuten Margalef despueacutes de iniciada la erupcioacuten submarina el 24 de
octubre de 2011 C) Mapa en relieve de la zona de la erupcioacuten realizado por el buque oceanograacute-
fico Ramoacuten Margalef el 24 de octubre de 2011 Modificado de Peacuterez-Torrado F J et al 2012
La configuracioacuten de El Hierro se completa con tres dorsales o rifts que forman las
aristas de la piraacutemide donde se ha concentrado ndashy se concentraraacuten previsiblemente
en el futurondash la mayor parte de las erupciones subaeacutereas El rift sur se prolonga maacutes
de 40 km como estructura submarina lo que evidencia que es en eacutesta donde se han
agrupado buena parte de las erupciones submarinas recientes de la isla En la Figura
432 se muestra un esquema de la reciente erupcioacuten
La erupcioacuten submarina de El Hierro ha supuesto la uacuteltima manifestacioacuten volcaacutenica
en Canarias despueacutes de 40 antildeos de inactividad desde la erupcioacuten del Teneguiacutea en la
isla de La Palma en 1971 Supone asimismo la decimocuarta erupcioacuten histoacuterica
(uacuteltimos 520 antildeos) en Canarias y la primera en la isla de El Hierro con registro
fidedigno
4 Estudios realizados
176
Figura 432 Seccioacuten E-O de El Hierro mostrando la sismicidad precursora asociada a la erupcioacuten
de 2011-12 desde el 19 de julio de 2011hasta el comienzo de la erupcioacuten el 10 de octubre (con
datos del IGN) Obseacutervese la disposicioacuten de los hipocentros en la base de la corteza forzando su
abombamiento y su migracioacuten N-S hasta alcanzar el rift S en su flanco sumergido Los hipocen-
tros emigraron a zonas someras muy raacutepidamente los diacuteas anteriores a la erupcioacuten indicando una
fractura hidraacuteulica en camino a la superficie La erupcioacuten fue tiacutepicamente fisural al abrirse ca-
mino el magma entre la malla de diques del rift (modificado de Carracedo et al 2011)
443 Meacutetodos
El sistema global de navegacioacuten por sateacutelite (GNSS) proporciona una de las teacutecni-
cas maacutes comunes que se utilizan para controlar deformaciones del terreno en volca-
nes Ademaacutes de tasas de desplazamiento lentas (varios centiacutemetros por antildeo) las
teacutecnicas GNSS se pueden utilizar para estudiar erupciones y episodios volcaacutenicos
violentos que dan como resultado movimientos mucho mayores y maacutes raacutepidos (de-
cenas de centiacutemetros o maacutes en intervalos de horas o diacuteas) Las comparaciones con
mediciones proporcionadas por inclinoacutemetros muestran que el GNSS puede deter-
minar con mayor precisioacuten el tiempo de evolucioacuten de cualquier actividad volcaacutenica
(Larson et al 2010)
Aunque existen estaciones de referencia funcionando continuamente que se pueden
utilizar para monitorizar deformaciones del terreno (Oumlzyasar and Oumlzluumldemir 2011)
ya que el objetivo de este artiacuteculo es contextualizar los movimientos del terreno producidos por la erupcioacuten del volcaacuten de El Hierro en un marco geograacutefico maacutes
4 Estudios realizados
177
amplio se utilizaron datos del IGS para garantizar una mayor homogeneidad de los
resultados obtenidos
Datos de red geodeacutesica
La red geodeacutesica disentildeada como se puede ver en la Figura 433 estaacute formada por
once estaciones permanentes GNSS de dos tipos Las que conformaraacuten el marco de
referencia estable pertenecientes al IGS y las que se utilizaraacuten para la deteccioacuten de
los posibles movimientos dependientes del Gobierno de Canarias
Se tratoacute de disentildear la red con una configuracioacuten geomeacutetrica lo maacutes homogeacutenea
posible Las cuatro estaciones maacutes alejadas del Hierro son estaciones permanentes
del International GNSS Service (IGS) pertenecientes al Global International Te-
rrestrial Reference Frame (ITRF) (Promthong 2006) usadas para enmarcar el estu-
dio en este estable marco de referencia (Satirapod 2007) Estas cuatro estaciones
fueron MORP (Morpeth Reino Unido) NOT1 (Noto Italia) BJCO (Cotonou
Benin) and FLRS (Santa Cruz das Flores Portugal)
Las estaciones locales usadas en las Islas Canarias fueron FRON (Hierro) SNMG
(Tenerife) GRAF (Tenerife) ARGU (Gran Canaria) MORJ (Fuerteventura) y
HRIA (Lanzarote)
Figura 433 Red geodeacutesica disentildeada para detectar los movimientos asociados a la erupcioacuten Las
estaciones situadas en Gran Bretantildea Italia Portugal (islas Azores) y Benin se consideran fijas en
el proceso de caacutelculo Las estaciones situadas en las Islas Canarias por el contrario se dejan
libres
4 Estudios realizados
178
Las estaciones del Gobierno regional de las Islas Canarias facilitan los datos de
observacioacuten GNSS de cada estacioacuten Los datos se obtuvieron en formato RINEX
cada 30 segundos registraacutendose las coordenadas aproximadas de las estaciones
Fecha Diacutea del antildeo Semana GPS Diacutea de la semana
01062011 152 1638 3
16062011 167 1640 4
01072011 182 1642 5
16072011 197 1644 6
01082011 213 1647 1
16082011 228 1649 2
01092011 244 1651 4
16092011 259 1653 5
01102011 274 1655 6
16102011 289 1658 0
01112011 305 1660 2
16112011 320 1662 3
01122011 335 1664 4
16122011 350 1666 5
31122011 365 1668 6
Tabla 45 Calendario de las observaciones
4 Estudios realizados
179
Otros datos necesarios para los caacutelculos geodeacutesicos realizados se obtuvieron del
Centro para la determinacioacuten de la oacuterbita de Europa (CODE) correcciones ionosfeacute-
ricas determinacioacuten de la oacuterbita precisa de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten
de la Tierra y velocidades de las estaciones
Las correcciones por cargas de mareas oceaacutenicas para cada estacioacuten se obtuvieron
del Onsala Space Observatory
Marco temporal
Tras la seleccioacuten de las estaciones se definioacute el marco de referencia temporal
Se eligioacute un periodo de tiempo de 15 diacuteas para seguir la evolucioacuten del proceso vol-
caacutenico El intervalo de tiempo estudiado como se detalla en la Tabla 45 com-
prende desde el 1 de Junio al 31 de Diciembre del 2011
Procesamiento de los datos
Los caacutelculos se realizaron con la ayuda del software Bernese programa cientiacutefico
desarrollado por la Universidad de Berna que realiza con un alto grado de control el
caacutelculo y compensacioacuten de redes geodeacutesicas GNSS (Dach et al 2007)
Los datos GPS se procesaron sesioacuten a sesioacuten para obtener soluciones diarias En un
primer momento se estimaron las ambiguumledades y se fijaron en valores enteros
utilizando la estrategia Quasi Ionosphere Free (QIF) Los caacutelculos se realizaron
utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Las coordena-
das de las estaciones maacutes alejadas se ajustaron al marco de referencia El modelo
Saastamoinen se utilizoacute para corregir los errores producidos por el retardo troposfeacute-
rico con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten con la expresioacuten cos2 (z)
donde z es la distancia cenital La parte huacutemeda de la correccioacuten troposfeacuterica se
aplica en intervalos de una hora para estimar el retardo troposfeacuterico del zeacutenit de las
sentildeales GPS Los errores provocados por el retardo ionosfeacuterico se corrigieron usan-
do una combinacioacuten de GPS de doble frecuencia de datos L1 y L2 Y los errores del
reloj del sateacutelite se corrigieron utilizando efemeacuterides precisas proporcionadas por el
International GNSS Service (IGS) Modelos ionosfeacutericos velocidades de las placas
tectoacutenicas y correcciones Code-Bias se obtuvieron del CODE (Center for Orbit
Determination in Europe) y las correcciones de carga oceaacutenica de Onsala Space
Organisation
Las coordenadas se obtuvieron en el marco geodeacutesico de referencia WGS84 y en el
sistema de coordenadas UTM para cada diacutea calculado
Resultados
Los datos muestran cambios significativos en la posicioacuten de la estacioacuten permanente situada cerca del epicentro Fron en el municipio de La Frontera en la isla de El
Hierro a una distancia de 162 km del epicentro como se muestra en la Figura 434
4 Estudios realizados
180
Figura 434 Ortoimagen de la isla de Hierro donde se aprecia la ubicacioacuten de la estacioacuten perma-
nente FRON y el punto de la erupcioacuten submarina La distancia que los separa es de 1623 km
Modificado de GRAFCAN Gobierno de Canarias 2012
Figura 435 Graacuteficas que muestran el desplazamiento en las coordenadas X e Y de la estacioacuten de
referencia FRON
4 Estudios realizados
181
Figura 436 Graacutefica que muestra el desplazamiento de la altura elipsoidal h de la estacioacuten de
referencia FRON
Figura 437 Desplazamiento horizontal de la estacioacuten FRON
h
308240
308250
308260
308270
308280
308290
308300
308310
17-Apr 6-Jun 26-Jul 14-Sep 3-Nov 23-Dec 11-Feb
4 Estudios realizados
182
Figura 438 Evolucioacuten temporal de la altura elipsoidal en la estacioacuten FRON en valor absoluto
durante el periodo estudiado
Figura 439 Evolucioacuten del desplazamiento en 3D en valor absoluto de la estacioacuten FRON a lo
largo del periodo de estudio
Figure 440 Evolucioacuten de la velocidad de la estacioacuten FRON durante el periodo estudiado
4 Estudios realizados
183
En el resto de las estaciones no se detectoacute desplazamiento lo que indica que sus
coordenadas no fueron afectadas por la erupcioacuten del volcaacuten De hecho despueacutes de
comparar los resultados diarios no se encontraron cambios significativos pudieacuten-
dose usar como un marco praacutecticamente estable (Kuo et al 2002)
Los desplazamientos basados en datos tomados a lo largo de un diacutea estaacuten afectados
por todos los eventos que ocurren en ese diacutea sin embargo tiene la ventaja de la alta
precisioacuten alcanzada (Kuo et al 2002)
444 Discusioacuten y conclusiones
Del estudio de las coordenadas de la estacioacuten FRON durante el periacuteodo estudiado
se pueden extraer las siguientes conclusiones
- La erupcioacuten volcaacutenica de El Hierro provocoacute desplazamientos del terreno
que pudieron ser detectados por teacutecnicas GNSS
- El desplazamiento horizontal de la estacioacuten permanente durante el periacuteodo
de estudio como se muestra en las Figuras 435 y 437 muestra un movi-
miento del terreno discontinuo con avances y retrocesos en direccioacuten no-
reste siguiendo un azimut medio de 47 deg 50 El avance total con el final
de este periacuteodo fue de 5 cm Sin embargo el desplazamiento de la estacioacuten
alcanzoacute 7 cm el 1 de octubre Estos resultados son coherentes en magnitud
y direccioacuten con los obtenidos por Berrocoso (Berrocoso et al 2012)
- La evolucioacuten del desplazamiento vertical de la estacioacuten permanente mos-
trado en las Figuras 436 y 438 nos indica que el terreno muestra una
tendencia a la elevacioacuten como consecuencia de la erupcioacuten volcaacutenica sin
embargo este abombamiento no es ni uniforme ni continuo ya que a lo lar-
go del estudio se producen elevaciones y descensos La diferencia de ele-
vacioacuten entre el inicio del estudio y el final es de 2 cm aunque la amplitud
maacutexima detectada es de 6 cm Los resultados de este estudio corroboran el
estudio llevado a cabo por IGN (Instituto Geograacutefico Nacional) a traveacutes de
soluciones raacutepidas de oacuterbita y el uso de datos de estaciones de referencia
GNSS de servicios internacionales
- El proceso para entender el abombamiento detectado puede ser el siguiente
La bolsa de magma situada en el Manto y maacutes ligera que el material cir-
cundante asciende y choca con la base de la corteza oceaacutenica donde se
acumula y expande en forma de cabeza de champintildeoacuten en un fenoacutemeno que
se conoce como ldquounderplatingrdquo Este fenoacutemeno puede ser debido al con-
traste de densidad existente entre el Manto y la corteza de forma que el
magma surgido en el Manto queda atrapado en la base de la corteza oceaacute-
nica (discontinuidad de Mohorovičić) ya que eacutesta presenta una densidad
similar o ligeramente inferior a la suya (Carracedo et al 2012) La subsi-
guiente presioacuten ascendente del magma abomba la corteza generando los
sismos y provocando la hinchazoacuten en la superficie de la isla ver Figura
4 Estudios realizados
184
432 medida en el presente estudio Sin embargo estudiando los datos ob-
tenidos se deduce que este abombamiento no es uniforme ya que hay pe-
riodos de tiempo en los que se detectan subsidencias para posteriormente
volver a incrementar la cota todo ello a diferentes velocidades como se
puede apreciar en las figuras 436 y 438
- La deformacioacuten del terreno debido a la intrusioacuten de magma volcaacutenico es
una sentildeal importante de la inminencia de actividad eruptiva del volcaacuten Las
teacutecnicas GNSS son adecuadas para este propoacutesito ya que permiten medir
cambios en el tiempo de coordenadas tridimensionales en los puntos de
monitorizacioacuten (Janssen 1997) Del diacutea 16 de julio hasta el momento de la
erupcioacuten que se produce el 10 de octubre se observa un aumento ininte-
rrumpido de 45 cm en la altura de la estacioacuten de referencia FRON Desde
ese momento y probablemente debido a la liberacioacuten de la presioacuten acumu-
lada no se producen aumentos en la altura de la estacioacuten Este hecho co-
rrobora que la deteccioacuten temprana de los abombamientos de zonas volcaacuteni-
cas puede ser considerada como un soacutelido precursor de una inminente
erupcioacuten volcaacutenica y las teacutecnicas de GNSS son una herramienta uacutetil para
este propoacutesito
En la actualidad este proceso estaacute siendo estudiado en profundidad y esto llevoacute al
IGN a implantar en julio de 2001 cuatro nuevas estaciones permanentes para moni-
torizar el fenoacutemeno HI01 (en el aacuterea de La Cumbre) y HI02 HI03 and HI04 (en el
aacuterea de El Golfo) Y cinco maacutes en septiembre de 2011 HI00 (Valverde) HI05
(Orchilla) HI08 (El Pinar) HI09 (La Restinga) y HI10 (Tacoron) (Berrocoso et al 2012)
4 Estudios realizados
185
45 Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutec-
nicas GNSS
451 Introduccioacuten
La subsidencia del terreno es un fenoacutemeno geoloacutegico que implica el asentamiento
de la superficie terrestre Las causas pueden ser naturales o relacionadas con activi-
dades humanas Este fenoacutemeno no suele ocasionar viacutectimas mortales sin embargo
los dantildeos materiales producidos pueden llegar a ser enormes sobre todo en zonas
urbanas afectando especialmente a todo tipo de construcciones apoyadas sobre el
terreno que se deforma (Tomaacutes et al 2009)
Con el fin de evitar posibles dantildeos el conocimiento de las aacutereas afectadas por sub-
sidencia es de gran importancia pero tambieacuten lo es la determinacioacuten de las causas
de esa subsidencia
Estudios recientes como los realizados por Gonzaacutelez et al en 2012 con el uso de
teacutecnicas de Radar de apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (Interpherometric Synthetic
Aperture Radar InSAR) demuestran que un aacuterea especiacutefica en Lorca tiene una tasa
de hundimiento de unos 10 cm por antildeo (Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2011)
El aacuterea de estudio se situacutea en el sudeste de la peniacutensula Ibeacuterica en el entorno de la
ciudad de Lorca Murcia (ver Figura 441) Es una vega muy feacutertil y durante las
uacuteltimas deacutecadas ha desarrollado un potente sector agrario haciendo que la demanda
de agua para sostener las explotaciones agriacutecolas haya crecido enormemente desde
mediados de los antildeos 60
Figura 441 Situacioacuten de la zona estudiada Mapa base de Google maps
Estudios como el mencionado anteriormente de Gonzaacutelez et al atribuyen este fe-
noacutemeno a la sobreexplotacioacuten del acuiacutefero del Guadalentiacuten Sin embargo ninguno
de estos estudios analiza en profundidad la hidrogeologiacutea de la zona con sus varia-
ciones piezomeacutetricas ni la estacionalidad en la velocidad de la tasa de subsidencia
4 Estudios realizados
186
observada elementos que a priori podriacutean apoyar o descartar que la sobreexplota-
cioacuten hiacutedrica sea la causa de la subsidencia observada Aunque el objetivo de este
trabajo es el estudio de los movimientos verticales del terreno en los alrededores de
la localidad de Lorca mediante teacutecnicas GNSS desde septiembre del 2009 hasta
septiembre del 2012 se estudia tambieacuten su posible relacioacuten con la extraccioacuten de
agua para riego del acuiacutefero del Guadalentiacuten
452 Antecedentes
La subsidencia del terreno es el asentamiento de la superficie terrestre se trata de
un peligro natural que afecta a amplias zonas y que causa importantes dantildeos eco-
noacutemicos y alarma social La subsidencia puede deberse a varias causas tales como
la disolucioacuten de materiales en profundidad la excavacioacuten de tuacuteneles o galeriacuteas de
minas la erosioacuten profunda la fluencia lateral del terreno la compactacioacuten de los
materiales del suelo o la actividad tectoacutenica Todas las causas mencionadas ante-
riormente se evidencian en el terreno como deformaciones verticales que pueden
variar desde unos pocos miliacutemetros a varios metros durante periacuteodos que van desde
minutos hasta antildeos (Tomaacutes et al 2009) Seguacuten Tomaacutes et al 2009 desde un punto
de vista geneacutetico se pueden describir dos tipos de subsidencia endoacutegena y exoacutege-
na La primera se refiere a los movimientos de la superficie de la tierra asociados a
los procesos geoloacutegicos internos como pliegues fallas volcanes etc La segunda
se refiere a los procesos de deformacioacuten de superficie relacionados con la compac-
tacioacuten natural o antropogeacutenica del suelo La subsidencia tambieacuten se puede clasificar
seguacuten los mecanismos de activacioacuten
En un marco geodinaacutemico global la regioacuten de Murcia se encuentra dentro de la
orogenia Beacutetica (Cordilleras Beacuteticas) que incluye el aacuterea espantildeola continental de
contacto entre las placas tectoacutenicas africana e ibeacuterica Esta zona no tiene ninguacuten
gran accidente capaz de absorber la presioacuten de las dos placas En cambio la defor-
macioacuten producida por la convergencia de las placas se distribuye en una banda cuya
direccioacuten principal es EW y que tiene unos 400 kiloacutemetros de ancho Las medidas
de los movimientos relativos entre las placas indican una velocidad de movimiento
relativo en el centro de la Peniacutensula Ibeacuterica entre la placa Ibeacuterica y la placa africana
de 02 mm antildeo NO-SE (SISMIMUR 2011) Esto sugiere que el 95 de la tasa de
4 mm antildeo de movimiento entre la placa ibeacuterica y la placa africana es absorbida por
la deformacioacuten de las Cordilleras Beacuteticas Mar de Alboraacuten Rif and Tell (SISMI-
MUR 2011)
La cuenca del Lorca se encuentra al suroeste de la Regioacuten de Murcia en la zona de
contacto entre las zonas externas e internas de las Cordilleras Beacuteticas Se compone
de doce formaciones neoacutegenas marinas y continentales agrupadas en cinco unida-
des tectoacutenicas sedimentarias (STU) Las condiciones climaacuteticas semiaacuteridas se carac-terizan por pequentildeas cantidades de precipitacioacuten (180-400mmantildeo) y una tempera-
tura media de entre 12 y 18 ordm C (Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura 1998) El
4 Estudios realizados
187
riacuteo Guadalentiacuten drena la parte occidental de la gran depresioacuten que se caracteriza por
un fondo de valle casi plano con una serie de abanicos aluviales bien desarrollados
Los bordes de cuenca se controlan principalmente por las grandes fallas de desgarre
y tienen asociada actividad hidrotermal (Gonzaacutelez et al 2011)
El acuiacutefero del Valle de Guadalentiacuten se extiende sobre un aacuterea de 740km2 entre la
Cordillera de Enmedio y su confluencia con el riacuteo Segura Hidro-geoloacutegicamente el
basamento del acuiacutefero se compone de varios complejos metamoacuterficos paleozoicos
relativamente impermeables cubiertos por conglomerados permeables del Mioceno
yo series de calcarenitas La parte superior de la sucesioacuten comprende conglomera-
dos de compresioacuten arenas limos y arcillas Plioceno-Cuaternarios de baja permea-
bilidad (Ceroacuten et al 1996)
En la actualidad la Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura considera que el acuiacutefe-
ro Guadalentiacuten consiste en dos acuiacuteferos principales el acuiacutefero del Alto Guadalen-
tiacuten y el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten La Confederacioacuten considera actualmente la
liacutenea liacutemite noreste maacutes al norte que la definida en 1975 por el Instituto Geoloacutegico y
Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Ambas liacuteneas se
muestran en la Figura 442 La Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura ha elaborado
una serie de informes titulados Caracterizacioacuten adicional de las masas de agua
subterraacutenea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales en 2015 (Con-
federacioacuten Hidrograacutefica del Segura de 2013 (1)) En el informe sobre el acuiacutefero
Alto Guadalentiacuten afirman que la frontera norte con el acuiacutefero multicapa del Bajo
Guadalentiacuten es cerrada lo que obviamente significa que no puede haber una
transferencia de agua entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y del Bajo Guadalen-
tiacuten
En el documento Anexo B Fichas de los temas importantes la mencionada Con-
federacioacuten Hidrograacutefica del Segura afirma que los dos acuiacuteferos estaacuten sobreexplo-
tados (Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura de 2013 (2)) teniendo en cuenta el
liacutemite que se trasladoacute en 1975 como se muestra en la Figura 442
Los estudios realizados por Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 muestran una subsidencia
de aproximadamente 15 m en 15 antildeos con tasas de hundimiento que alcanzan
valores maacuteximos que van de 6 a 15 centiacutemetros por antildeo como se puede observar en
las Figuras 442 y 452 Esto hace que sea una de las zonas con la tasa de hundi-
miento maacutes raacutepido del mundo por no mencionar que es el aacuterea maacutes grande de Eu-
ropa con una tasa tan alta (aproximadamente 690 kiloacutemetros cuadrados)
En base a estas consideraciones generales se hace necesario un estudio hidrogeoloacute-
gico de la zona para determinar la causa de la subsidencia observada
4 Estudios realizados
188
453 Datos y metodologiacutea
4531 Datos de acuiacuteferos
Seguacuten el informe denominado Investigacioacuten Hidrogeoloacutegica de la Cuenca Baja del
Segura (Instituto Geoloacutegico y Minero de 1975) el acuiacutefero del Valle de Guadalen-
tiacuten en realidad consta de cuatro acuiacuteferos independientes incluyendo un acuiacutefero
kaacuterstico calizo-dolomiacutetico con presencia frecuente de gases (con una elevacioacuten de
aproximadamente 250 m) situado fuera de la zona en la que se ha detectado la sub-
sidencia y que no se muestra en la Figura 443 La Figura 443 muestra los tres
acuiacuteferos independientes ubicados en el aacuterea de estudio
Figura 442 Situacioacuten de las liacuteneas liacutemite entre el acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten y el acuiacutefero del
Bajo Guadalentiacuten liacutenea liacutemite actual y liacutenea liacutemite definida en 1975 por el Instituto Geoloacutegico y
Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Situacioacuten de los piezoacutemetros
estudiados El curvado representa la tasa de hundimiento anual en centiacutemetros detectada por
Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 usando teacutecnicas de interferometriacutea de radar de sateacutelite multitempora-
les Bases imagen espacial CNES Spot Image Digital Globe Geo Eye Instituto Andaluz de
Cartografiacutea 2013
4 Estudios realizados
189
Figura 443 Perfil hidrogeoloacutegico longitudinal del Valle del Guadalentiacuten entre Lorca y Puerto
Lumbreras seguacuten los estudios geofiacutesicos realizados en los antildeos 70 por el IGME (Instituto Geoloacute-
gico y Minero de Espantildea) Estos estudios han sido confirmados por recientes sondeos profundos
45311 Acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten
En el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten se pueden encontrar varias secciones permea-
bles con niveles de agua subterraacutenea independientes
El acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten conocido como acuiacutefero multicapa del Valle del
Guadalentiacuten se extiende desde Lorca a Murcia la liacutenea divisoria entre el Bajo Gua-
dalentiacuten y el Alto Guadalentiacuten se considera casi coincidente con la carretera Lorca-
Vado (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Las Figuras 444 445 446
y 447 ilustran la evolucioacuten de los niveles de agua subterraacutenea del acuiacutefero en los
uacuteltimos antildeos
Figura 444 Graacutefica de la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Sat La Casilla Corto localizado 35
km al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4 Estudios realizados
190
Figura 445 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Plantones de Mata ubicado
41 kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura
Alimentacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
Figura 446 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Purias El Gallego ubicado a
7 kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Ali-
mentacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4 Estudios realizados
191
Figura 447 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo El Gallego ubicado a 7
kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimen-
tacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
45312 Acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten
El acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten en el aacuterea de estudio es como sigue Una barrera
natural de arcillas margosas que separa la cuenca sedimentaria de Puerto Lumbre-
ras Hasta llegar a una profundidad de 200-250m la parte superior de la cuenca se
compone principalmente de grava y arena gruesa posiblemente transportada desde
las ramblas del norte en Torrecilla Beacutejar y Nogalte Histoacutericamente la produccioacuten
de agua en la base ha sido alta Los primeros pozos fueron perforados a finales de
los antildeos 50 dando caudales superiores a 100 litros por segundo a poca profundidad
Sin embargo debido a la impermeabilidad de los bordes laterales la recarga y la
conexioacuten con el resto del valle era imposible La sobreexplotacioacuten se hizo inevitable
y el nuacutemero de pozos en el aacuterea crecioacute en las deacutecadas siguientes lo que llevoacute a que
la extraccioacuten de agua superoacute la recarga del acuiacutefero
A partir de los niveles de agua subterraacutenea estudiados se puede decir que el del
Alto Guadalentiacuten es el uacutenico acuiacutefero sobreexplotado Consiste en una pequentildea
cuenca detriacutetica que ocupa soacutelo el 15 del valle situado al lado de Puerto Lumbre-
ras Los graacuteficos de evolucioacuten piezomeacutetrica como se muestra en las Figuras 448 y
449 indican que el acuiacutefero estaacute sobreexplotado
4 Estudios realizados
192
Figura 448 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Los Valencianos ubicado a
3 km al suroeste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimenta-
cioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
Figura 449 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Los Jarros ubicado a 3 km
al suroeste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
45313 Acuiacutefero profundo del Valle del Guadalentiacuten
El acuiacutefero Profundo del Valle del Guadalentiacuten se encuentra por debajo de los anteriores a una altitud de alrededor de 50-60m Varios sondeos realizados por la
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura evidencian la existencia de este acuiacutefero
4 Estudios realizados
193
profundo como los estudios realizados por Joseacute Mariacutea Montes y Francisco Turrioacuten
Pelaacuteez (Turrioacuten Pelaacuteez 2012) Como se muestra en la Figura 450 no se trata de un
acuiacutefero sobreexplotado y sus niveles incluso muestran una tendencia creciente
Figura 450 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Torrecilla situado a 25km
al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4532 GNSS
Al igual que en el caso de muchas otras aacutereas la ciencia del control de deformacio-
nes ha entrado en una nueva era debido al desarrollo de las tecnologiacuteas espaciales
para medir el movimiento de la superficie de la corteza terrestre
Las redes geodeacutesicas se utilizan para diferentes tipos de trabajos topograacuteficos y
geodeacutesicos Un ejemplo de ello son los estudios geodinaacutemicos que utilizan los
cambios en la posicioacuten de las estaciones permanentes GNSS en un periacuteodo determi-
nado de tiempo para entender las caracteriacutesticas de los movimientos producidos
(Oumlzyasar et al 2011) En lo referente a este estudio las teacutecnicas de GNSS se han
utilizado para cuantificar el desplazamiento vertical en su caso de la zona afectada
por el proceso de subsidencia La fiabilidad de la deteccioacuten de movimiento de las
estaciones permanentes depende fundamentalmente de la realizacioacuten de una red de
monitoreo estable en torno a las estaciones (Dogani et al 2013) Por lo tanto para
este estudio se constrintildeeron las coordenadas de las estaciones permanentes del
Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) ya que no se consideran afectadas
por el fenoacutemeno en estudio Ademaacutes de las mencionadas estaciones se procesaron
datos de estaciones permanentes GNSS de otros organismos regionales para obtener
el resto de la maacutes informacioacuten
4533 Datos de entrada
A efectos de caacutelculo se procesaron los datos de cuatro agencias que ofrecen datos
de estaciones permanentes GNSS el criterio para la seleccioacuten de las estaciones fue
la disponibilidad de datos Para que una estacioacuten permanente sea incluida en la red
4 Estudios realizados
194
de organismo oficial se deben cumplir algunos requisitos como son horizonte
despejado en los alrededores de la antena no debe haber ninguacuten objeto que pueda
interferir con las sentildeales GPS o producir multicamino Ademaacutes el sitio debe ser
geoloacutegicamente estable la antena se debe montar en una estructura riacutegida y durade-
ra y el sitio debe estar libre de interferencias electromagneacuteticas La tabla 46 mues-
tra la lista de las estaciones utilizadas y algunas de sus caracteriacutesticas
ESTACIOacuteN ORGANISMO SITUACIOacuteN INSTALACIOacuteN Y ESTRUCTURA
ALAC IGN Alicante Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
ALME IGN Almeriacutea Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
COBA IGN Coacuterdoba Bloque de hormigoacuten armado sobre edificio
MALA IGN Maacutelaga Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
SONS IGN Sonseca Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
TERU IGN Teruel Pilar de hormigoacuten armado de 3 m de altura
YEBE IGN Yebes Pilar de hormigoacuten armado de 12 m de
altura sobre edificio
VALE IGN Valencia Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
ALCA REGAM Los Alcaacutezares Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
CARA REGAM Caravaca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
LORC REGAM Lorca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
MAZA REGAM Mazarroacuten Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
MORA REGAM Moratalla Reinforced concrete cube on building
metal tower 2 m height
4 Estudios realizados
195
MULA REGAM Mula Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
CRVC MERISTE-
MUM Caravaca
Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 15 m de altura
LORC MERISTE-
MUM Lorca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
MURC MERISTE-
MUM Murcia
Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 1 m de altura
CAAL RAP Calar Alto
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 180 m de
altura y 009 m de diaacutemetro en pilar geodeacute-
sico construido sobre roca
HUOV RAP Huercal-
Overa
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 05 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado a un
pilar del edificio en la terraza
PALC RAP Pozo Alcoacuten
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 12 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado por
abrazaderas y soportes a una columna y
una viga de la terraza del edificio
VIAR RAP Villanueva
Arzobispo
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 05 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado a un
pilar del edificio en la terraza
Tabla 46 Lista de las estaciones utilizadas
La distribucioacuten de las estaciones utilizadas se puede ver en la Figura 451 De las
estaciones anteriores las que pertenecen a IGN fueron tomadas como referencia
excluyendo ALME y ALAC
Las agencias mencionadas proporcionaron datos de observacioacuten GPS cada 30 se-
gundos para este estudio se utilizaron los archivos RINEX y las coordenadas apro-
ximadas de las estaciones que proporcionan estos organismos
Como se ha mencionado anteriormente hay dos estaciones permanentes cerca de
Lorca la estacioacuten incluida en la red REGAM estaacute situada en el suroeste de la ciu-
dad de Lorca y la estacioacuten incluida en la red MERISTEMUM estaacute situada a 24 km
de la anterior en las afueras de la ciudad La ubicacioacuten de las estaciones se muestra
en la Figura 452
4 Estudios realizados
196
Figura 451 Estaciones permanentes GNSS utilizadas en el proceso de caacutelculo Base imagen
espacial TerraMetrics de 2013
Figura 452 Situacioacuten de las estaciones permanentes GNSS cerca de Lorca y liacutenea liacutemite entre el
acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten y el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten El curvado representa la tasa de
hundimiento anual en cm detectada por Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 usando teacutecnicas de interfe-
rometriacutea de radar de sateacutelite multitemporales
4 Estudios realizados
197
4534 Ventana temporal
La ventana temporal de los datos de la estacioacuten de Lorca REGAM utilizados se
extiende del 22 de octubre del 2009 cuando la estacioacuten comenzoacute a ser operativa
hasta febrero 10 de 2011 cuando la estacioacuten dejoacute de funcionar Los datos tomados
de la estacioacuten Lorca MERISTEMUM son desde el 21 de abril de 2011 cuando la
estacioacuten comenzoacute a ser operativo al 27 de octubre de 2012 Aunque Blewitt y La-
valleacutee recomiendan que se adopte un periodo de 25 antildeos como conjunto de datos
miacutenimos estaacutendar para que pueda haber una correcta interpretacioacuten tectoacutenica (Ble-
witt y Lavalleacutee 2002) se han utilizado todos los datos disponibles y los resultados
obtenidos para el periacuteodo elegido se considera que son correctos ya que son consis-
tentes con los resultados anteriores de Gonzaacutelez y Fernaacutendez en 2012 obtenidos
mediante el uso de teacutecnicas de interferometriacutea de radar de sateacutelite multitemporales
Se procesoacute un diacutea completo una vez por semana el nuacutemero de posiciones calcula-
das fue de 141
4535 Procesamiento de los datos
El proceso de caacutelculo se llevoacute a cabo con el software Bernese 50 desarrollado por
la Universidad de Berna que nos permite compensar las redes GNSS con gran pre-
cisioacuten y control
Ademaacutes de los archivos de observacioacuten de estaciones permanentes se obtuvieron
del Centro para la determinacioacuten de Oacuterbitas de Europa (CODE) otros datos necesa-
rios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red incluyendo los siguientes correccio-
nes ionosfeacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las esta-
ciones Las oacuterbitas precisas de los sateacutelites de se obtuvieron del Servicio GNSS
Internacional (IGS) Datos de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del Observatorio Es-
pacial de Onsala
Se realizoacute una compensacioacuten inicial como red libre para detectar errores groseros y
seguidamente se constrintildeeron las coordenadas de las estaciones que forman el mar-
co de referencia
A efectos de compensacioacuten se escogioacute la combinacioacuten libre de ionosfera y el mo-
delo troposfeacuterico de Hopfield Se consideraron las oacuterbitas precisas los paraacutemetros
ionosfeacutericos los paraacutemetros de desplazamiento del polo las correcciones de sesgos
instrumentales Code-Bias y las correcciones por mareas
Las coordenadas de las estaciones calculadas para cada diacutea una vez por semana se
obtuvieron en el marco de referencia geodeacutesico ETRS89 y en el sistema de coorde-
nadas UTM
4 Estudios realizados
198
4536 Resultados
Al comparar varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calculados en
diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se pueden
usar para cuantificar el movimiento de la superficie y la velocidad (Chang 2000)
Figura 453 Variacioacuten en altitud en la estacioacuten LORC (REGAM) durante el periacuteodo estudiado
Figura 454 Variacioacuten en altitud en la estacioacuten LORC (MERISTEMUM) durante el periacuteodo
estudiado
4 Estudios realizados
199
Las Figuras 453 y 454 muestran las variaciones en altitud en las estaciones de
Lorca
454 Observaciones de campo
En marzo de 2013 se visitoacute el aacuterea de estudio para comprobar la estabilidad de las
estaciones permanentes GNSS ademaacutes se encontraron varios casos de piping en el
aacuterea de subsidencia como se muestra en la Figura 455
Figura 455 Fenoacutemenos de piping observados en el aacuterea de subsidencia A fotografiacutea tomada
cerca de Santa Gertrudis (ver Figura 452) B fotografiacutea tomada cerca de la estacioacuten de Puerto
Lumbreras (ver Figura 452) C Fotografiacutea tomada cerca de la estacioacuten de Puerto Lumbreras
455 Discusioacuten y conclusiones
A partir del estudio de las coordenadas obtenidas para cada estacioacuten permanente
GNSS durante el periodo calculado se ha detectado una tendencia hacia la subsi-
dencia como muestra la altura de las dos estaciones de Lorca en las Figuras 453 y
454 En concreto se detectoacute una tasa de hundimiento de 080cmantildeo en la estacioacuten
de LORC (REGAM) y se calculoacute una tasa de hundimiento de 864cmantildeo para la
estacioacuten LORC (MERISTEMUM)
Las expresiones empiacutericas calculadas para las variaciones temporales de altura
respectivamente fueron las ecuaciones (1) y (2)
h = -1E-08 t2 + 01896 t + 3884 (1)
h = -2E-08 t2 + 00010 t + 3460 (2)
4 Estudios realizados
200
donde h es la altura y t es el tiempo
La tasa de subsidencia detectada es consistente en magnitud y posicioacuten con los
valores calculados utilizando teacutecnicas de interferometriacutea radar diferencial en el
estudio llevado a cabo por Gonzaacutelez y Fernaacutendez (Gonzaacutelez et al 2011) que se
muestran en las Figuras 442 y 452
Como resultado de este estudio y teniendo en consideracioacuten el estudio realizado por
Gonzaacutelez y Fernaacutendez se puede concluir que la subsidencia en Lorca es un hecho
Sin embargo la causa de esta subsidencia estaacute poco clara
De acuerdo con estudios realizados por Gonzaacutelez y Fernaacutendez la causa de la subsi-
dencia es la extraccioacuten de agua (Gonzaacutelez et al 2011) sin embargo como se ha
demostrado no hay sobreexplotacioacuten de todos los pozos en el aacuterea en la cual se
detecta subsidencia
Como se muestra en las Figuras 442 y 452 la zona de subsidencia se encuentra
entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y Bajo Guadalentiacuten seguacuten la liacutenea liacutemite
del Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espa-
ntildea 1975) la liacutenea de liacutemite oficial estaacute actualmente situada maacutes al norte como se
muestra en las Figuras 442 y 452
La liacutenea liacutemite entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y Bajo Guadalentiacuten se colo-
coacute en 1975 como una liacutenea coacutencava que une Lorca con Vado veacutease la Figura 452
esta liacutenea liacutemite se deduce de estudios geofiacutesicos y es consistente con los estudios
piezomeacutetricos que se han mostrado Maacutes tarde en 1987 cuando se redactoacute la decla-
racioacuten de sobreexplotacioacuten de los acuiacuteferos la liacutenea liacutemite se trasladoacute hacia el norte
pero este cambio no estaacute cientiacuteficamente justificado (Instituto Geoloacutegico y Minero
de Espantildea 1987) Teniendo en cuenta la liacutenea liacutemite de 1975 y los datos piezomeacute-
tricos el acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten es el uacutenico sobreexplotado El acuiacutefero del
Alto Guadalentiacuten ocupa soacutelo el 39 de la zona en la que se detecta la subsidencia y
el aacuterea con la mayor tasa de hundimiento no se encuentra por encima del mismo
Otra razoacuten para cuestionar la sobreexplotacioacuten como causa de la subsidencia es la
presencia de una barrera impermeable entre el acuiacutefero de Alto Guadalentiacuten y el
acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten lo demuestran los estudios geofiacutesicos mencionados
del Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea Esta barrera se deberiacutea reflejar en el
curvado de tasa de hundimiento sobre todo teniendo en cuenta que se trata de una
barrera entre dos zonas con diferente comportamiento hidrogeoloacutegico el acuiacutefero
del Alto Guadalentiacuten es una pequentildea cuenca detriacutetica y el acuiacutefero del Bajo Guada-
lentiacuten tiene varias secciones permeables con niveles de aguas subterraacuteneas indepen-
dientes
Por lo tanto se debe buscar otra razoacuten para justificar la subsidencia observada
4 Estudios realizados
201
Una explicacioacuten para el fenoacutemeno observado puede estar relacionada con los proce-
sos de piping asociados con el gran nuacutemero de pozos (la mayoriacutea de ellos ilegales y
abandonados) en la zona afectada por la subsidencia en los que el agua estaacute decan-
tando continuamente sedimentos de la parte superior a la inferior del acuiacutefero Este
fenoacutemeno se ha documentado en el aacuterea de estudio (veacutease la Figura 455 A
(httpwwwyoutubecomwatchv=3uBBly8LhOA)) Sin embargo teniendo en
cuenta la magnitud de la subsidencia observada el volumen de material desplazado
deberiacutea ser muy alto y por lo tanto la subsidencia no puede atribuirse uacutenicamente a
fenoacutemenos de piping Por lo tanto se deben buscar causas adicionales para explicar
la subsidencia encontrada
Otra explicacioacuten para la subsidencia observada podriacutea estar relacionada con la con-
figuracioacuten tectoacutenica del basamento metamoacuterfico paleozoico De acuerdo con los
estudios geofiacutesicos y perforaciones profundas el Alto Guadalentiacuten tiene una estruc-
tura de graben un horst tectoacutenico se puede observar dentro de la zona hundida que
estaacute delimitada por fallas N 60 E el horst estaacute interrumpido y desplazado lateral-
mente por otras fallas N 120 E que tienen un desgarro dextral predominante (el
bloque oriental se mueve al sur y el occidental al norte) Se han detectado fallas
normales con rumbo N 150-170 E cruzando el horst (Rodriacuteguez Estrella et al
1996)
Durante la visita a la zona se observoacute una grieta kilomeacutetrica absolutamente lineal
la grieta teniacutea una anchura de 05 a 3 m una profundidad de 1-5 m y una direccioacuten
de N 160 E que coincide con la falla normal descrita por Rodriacuteguez Estrella et al en el antildeo 1987 Esta grieta evidencia la existencia de distensioacuten neotectoacutenica en el
aacuterea de estudio Rodriacuteguez Estrella et al sentildealoacute que se ha producido esta actividad
distensiva desde el Mioceno Tardiacuteo
La actividad distensiva asociada con los esfuerzos orogeacutenicos de direccioacuten casi NS
podriacutea ser la causa de la subsidencia Ademaacutes este mecanismo tectoacutenico explica la
intensa actividad de piping observada en el aacuterea de estudio
Como conclusioacuten final es necesario llevar a cabo un estudio multidisciplinario maacutes
a fondo de este fenoacutemeno con el fin de determinar las causas y el alcance de la sub-
sidencia ya que podriacutea implicar un peligro potencial para el aacuterea pudieacutendose pro-
ducir derrumbes de tierra y grietas en la zona afectada (veacutease la Figura 455 B y C)
4 Estudios realizados
202
46 Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordi-
llera Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS
461 Introduccioacuten
El uso de GNSS para monitorizar de forma continua deformaciones en la corteza
terrestre implica una infraestructura de redes fijas de receptores tomando datos
GNSS las 24 horas del diacutea (Bock 1991) Es una praacutectica habitual la realizacioacuten de
mediciones geodeacutesicas para detectar deformaciones intersiacutesmicas y cosiacutesmicas En
la mayoriacutea de los casos estos estudios se han realizado en fallas activas y poten-
cialmente activas con tasas altas o muy altas de actividad
En los uacuteltimos antildeos los estudios geofiacutesicos y geoloacutegicos de las Cordilleras Beacuteticas
se han centrado en el reconocimiento de las estructuras tectoacutenicamente activas y las
aacutereas siacutesmicas Como resultado de las investigaciones geofiacutesicas (incluyendo sismi-
cidad tomografiacutea siacutesmica perfiles siacutesmicos de reflexioacuten profunda gravedad y
magnetismo) se ha llegado a la conclusioacuten de que algunos de los elementos maacutes
activos de la zona estaacuten relacionados con la subduccioacuten de la corteza continental
del Macizo Ibeacuterico por debajo de las Cordilleras Beacuteticas (Morales et al 1999)
Ademaacutes en el sector central de la cordillera se ha detectado un contacto de des-
prendimiento de entre 10 y 15 km de profundidad (Galindo-Zaldiacutevar et al 1997
Ruano et al 2004) se considera que es la base sismogeneacutetica de la corteza (Galin-
do-Zaldiacutevar et al 2007)
La reciente y la actual convergencia NW-SE (De Mets et al 1990) produce el desa-
rrollo simultaacuteneo de grandes pliegues y fallas que continuacutea activo hasta la actuali-
dad (Galindo-Zaldiacutevar et al 2003) Uno de los sectores con maacutes intensa actividad
tectoacutenica en esta regioacuten se encuentra en zona interna de la parte central en las Cor-
dilleras Beacuteticas El levantamiento de las cordilleras se relaciona principalmente con
el desarrollo de pliegues en este contexto regional compresivo (Sanz de Galdeano y
Alfaro 2004) Sin embargo las fallas maacutes abundantes reconocidas en la superficie a
lo largo de la parte central de la Cordillera muestran un deslizamiento normal a
veces con componentes dextrales o sinistrales (Galindo-Zaldiacutevar et al 2007)
En el presente estudio se pretende determinar la dinaacutemica de las fallas activas de la
cordillera beacutetica oriental mediante la red de estaciones permanentes dependientes de
cuatro organismos puacuteblicos estatales Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) Infraes-
tructura de datos espaciales de referencia de la Regioacuten de Murcia (REGAM) Con-
sejeriacutea de Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia (MERISTEMUM) y
Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) Se han utilizado datos desde el momento
en que se instalaron las redes en octubre de 2009 hasta octubre de 2012
4 Estudios realizados
203
462 Marco geoestructural
La Cordillera Beacutetica se situacutea en el extremo maacutes occidental del cinturoacuten orogeacutenico
alpino adosada al borde Sur de la subplaca Ibeacuterica (ver Figura 456) La evolucioacuten
geodinaacutemica de esta subplaca ha sido bastante compleja durante los uacuteltimos 200
millones de antildeos debido a su posicioacuten intermedia entre las dos grandes placas Euro-
asiaacutetica y Africana asiacute como por su relativa independencia cinemaacutetica en determi-
nadas etapas Durante el Juraacutesico y gran parte del Cretaacutecico se produjo un movi-
miento relativo de caraacutecter transcurrente entre las placas Africana y Euroasiaacutetica
asociado a los procesos de apertura primero del Atlaacutentico Sur y luego del Atlaacutentico
Norte Durante esta etapa la microplaca ibeacuterica presenta una cinemaacutetica individuali-
zada respecto a la de las dos grandes placas que separa sufriendo procesos de rota-
cioacuten (Le Pichon et al 1970 Choukroune et al 1973) Durante el Terciario este
movimiento transcurrente relativo se frena de modo que durante los uacuteltimos 9 mi-
llones de antildeos (Mioceno superior-actualidad) la subplaca Ibeacuterica ha estado sometida
al proceso de convergencia entre las placas Africana y Euroasiaacutetica (Dewey 1988)
Figura 456 Principales elementos de los liacutemites de placas y la cinemaacutetica de las placas tectoacuteni-
cas AB Cuenca del Algarve PB Margen de Portimao GB Margen del Guadalquivir CPR
Coral Patch Ridge GCIW Gulf of Cadiz Imbricate Wedge HGU Horseshoe Gravitational Unit
Modificado de Iribarren et al 2007
Como consecuencia de esta convergencia se generan las cordilleras que configuran el Oroacutegeno Alpino Mckenzie (1972) utilizando datos de los oceacuteanos circundantes
y analizando los mecanismos focales de la sismicidad describe esa convergencia
4 Estudios realizados
204
entre Eurasia y Aacutefrica deduciendo una rotacioacuten horaria en la direccioacuten de conver-
gencia y un aumento en el valor absoluto de la misma hacia el este Dicha conver-
gencia estaacute controlada por la actividad de grandes fallas transformantes de direccioacuten
proacutexima a E-O que conectan la dorsal centro-oceaacutenica con la zona de Gibraltar
fundamentalmente las fallas Gloria y Azores-Gibraltar (Argus et al 1989)
La direccioacuten de convergencia gira desde la zona de Gibraltar hacia el mediterraacuteneo
central cambiando de orientacioacuten desde NO-SE a NNO-SSE Al mismo tiempo que
se produce este proceso de convergencia se genera un proceso distensivo entre las
placas Ibeacuterica y Africana que da lugar a la formacioacuten de la cuenca de Alboraacuten y el
golfo de Valencia (Vegas 1985 y Sanz de Galdeano 1990)
Figura 457 Mapa de las principales fallas situadas en la zona analizada que son CRF falla de
Crevillente BSF Falla del Bajo Segura CF Falla Carrascoy AMF Falla de Alhama de Murcia
PF Falla de Palomares CBF Falla de Carboneras MF falla Moreras y AF Falla de Albox Mo-
dificado de Ortuntildeo et al (2012)
Las medidas de movimientos relativos entre las placas indican una velocidad de
movimiento relativo en el centro de la Peniacutensula Ibeacuterica entre la placa Ibeacuterica y la
placa Africana de 02 mmantildeo seguacuten una direccioacuten NO-SE Ello parece indicar que
el 95 de los 4 mmantildeo de la tasa de movimiento entre la placa Ibeacuterica y la placa
Africana es absorbida por la deformacioacuten en las cordilleras Beacuteticas Mar de Albo-
raacuten Rif y Tell (Sismimur 2011)
4 Estudios realizados
205
La zona analizada en el presente estudio como se puede ver en la Figura 457 se
localiza en zona oriental del Oroacutegeno Beacutetico el cual comprende la parte continental
espantildeola de la zona de contacto entre las placas tectoacutenicas de Aacutefrica e Iberia Dicha
zona se caracteriza por la ausencia de un accidente principal que absorba la defor-
macioacuten producida por el empuje de ambas placas repartieacutendose el esfuerzo a lo
largo de una amplia zona con gran cantidad de fallas activas
463 Metodologiacutea utilizada
Como muchos otros aspectos de la vida la ciencia de los terremotos ha entrado en una
nueva era con el desarrollo de tecnologiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten de la
superficie en las zonas tectoacutenicamente activas
Las mediciones permanentes con datos GPS ofrece la posibilidad efectiva e inde-
pendiente de la monitorizacioacuten directa de los movimientos asociados a un fenoacute-
meno (Schenk et al 2009) Por lo tanto para los propoacutesitos de este estudio las
teacutecnicas de GNSS se han utilizado para cuantificar el desplazamiento vertical en el
caso de que hayan producido de la zona afectada por el proceso de subsidencia
La fiabilidad en la deteccioacuten de los movimientos del objeto estudiado depende
fundamentalmente de la realizacioacuten de una red estable en torno a esos objetos (Do-
gani et al 2013) Por lo tanto este estudio se llevaraacute a cabo en el marco definido
por estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) y de
otros organismos puacuteblicos Las estaciones situadas fuera de la zona estudiada de la
cordillera beacutetica en zonas tectoacutenicamente poco activas se consideraraacuten en principio
no afectadas por el fenoacutemeno estudiado y fijaraacuten el marco de referencia Ademaacutes se
procesaraacuten las estaciones permanentes GNSS de otros organismos regionales para
obtener la informacioacuten buscada
464 Datos de partida
Se procesoacute la informacioacuten proporcionada por cuatro organismos que ofrecen datos
GNSS de sus estaciones permanentes de forma continua estos son
- Red de estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional (IGN)
De donde se utilizaron los datos de las estaciones ALAC (Alicante Ali-
cante) ALME (Almeriacutea Almeriacutea) COBA (Coacuterdoba Coacuterdoba) MALA
(Maacutelaga Maacutelaga) SONS (Sonseca Toledo) TERU (Teruel Teruel) YE-
BE (Yebes Guadalajara) y VALE (Valencia Valencia)
- Red REGAM (Cartomur ndash Infraestructura de datos espaciales de referencia
de la Regioacuten de Murcia) de donde se tomaron datos de las estaciones
ALCA (Los Alcaacutezares) CARA (Caravaca) JUMI (Jumilla) LORC (Lor-
ca) MAZA (Mazarroacuten) MORA (Moratalla) y MULA (Mula)
4 Estudios realizados
206
- Red MERISTEMUM (Direccioacuten General del Medio Natural Consejeriacutea de
Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia) De la que se toma-
ron las estaciones CRVC (Caravaca) LORC (Lorca) MURC (Murcia)
- Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) De la que se tomoacute informacioacuten
de las estaciones CAAL (Calar Alto Gergal Almeriacutea HUOV (Huercal-
Overa Almeriacutea) PALC (Pozo Alcoacuten Jaeacuten) y VIAR (Villanueva del Arzo-
bispo Jaeacuten)
La distribucioacuten de las estaciones utilizadas se puede observar en la Figura 458 De
todas las estaciones citadas se tomaron como marco de referencia las pertenecien-
tes al IGN excepto ALME y ALAC
Figura 458 Estaciones permanentes GNSS utilizadas en el proceso de caacutelculo Imagen espacial
base TerraMetrics 2013
Las agencias mencionadas proporcionaron los datos de observacioacuten GPS cada 30
segundos los archivos RINEX y las coordenadas aproximadas de las estaciones
utilizadas
Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red se obtuvieron del
Centre for Orbit Determination in Europe (CODE) incluyendo correcciones ionos-feacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las estaciones Las
4 Estudios realizados
207
oacuterbitas precisas de los sateacutelites se obtuvieron del Internacional GNSS Service
(IGS) Los datos de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del Onsala Space Observatory
465 Marco temporal
La ventana temporal de los datos utilizados se extiende del 22 de octubre de 2009
cuando comenzaron a ser operativas las estaciones al 27 de octubre de 2012 Se
procesaron los datos de un diacutea entero una vez por semana siendo el nuacutemero de
posiciones calculadas de 141
466 Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda del programa informaacutetico Bernese de
la Universidad de Berna que nos permite compensar redes geodeacutesicas observadas
mediante teacutecnicas GNSS con una gran precisioacuten y control de las mismas (Dach et
al 2007)
En una primera etapa las ambiguumledades se estimaron y se fijaron a un entero utili-
zando la estrategia QIF (Quasi Ionosphere Free) Los caacutelculos se realizaron utili-
zando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes tarde las
coordenadas de las estaciones definidas para conformar el marco de referencia fue-
ron constrentildeidas El retraso troposfeacuterico se corrigioacute aplicando el modelo de Saasta-
moinen con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2(z) siendo z la
distancia cenital La correccioacuten troposfeacuterica seca se aplicoacute a intervalos de una hora
para estimar el retardo de ceacutenit de las sentildeales GPS Por otra parte el retardo ionos-
feacuterico se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de las frecuencias L1 y L2
Los errores del reloj del sateacutelite se eliminaron mediante el uso de efemeacuterides preci-
sas proporcionadas por el IGS en formato sp3 Los modelos ionosfeacutericos velocida-
des de placas y correcciones Code-Bias se tomaron del CODE (Center for Orbit
Determination in Europe) Por uacuteltimo las correcciones de carga oceaacutenica se obtuvie-
ron del Onsala Space Observatory
Como resultado de todo el proceso se obtuvieron coordenadas en el marco de refe-
rencia geodeacutesico ETRS89 y en el sistema de coordenadas UTM de cada uno de los
diacuteas calculados
467 Resultados obtenidos
Cuando se comparan varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calcula-
das en diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se
pueden utilizar para cuantificar los desplazamientos de la superficie terrestre y su
velocidad (Chang 2000)
Despueacutes de calcular y compensar la red geodeacutesica para cada uno de los diacuteas proce-
sados las desviaciones tiacutepicas de las coordenadas oscilaron entre 08 y 11 mm
4 Estudios realizados
208
En la Figura 459 se reflejan los vectores obtenidos a partir del estudio realizado y
su situacioacuten en relacioacuten a las fallas activas maacutes importantes de la zona
Figura 459 Mapa de las principales fallas activas de la zona analizada estaciones permanentes
vectores obtenidos y velocidades en mmantildeo (NA Movimiento no apreciable) La nomenclatura
de las fallas es la siguiente BSF Falla del Bajo Segura CF Falla de Carrascoy CRF Falla de
Crevillente AMF Falla de Alhama de Murcia PF Falla de Palomares CBF Falla de Carbone-
ras AF Falla de Albox CAF Falla de Campo de las Alpujarras EF Falla de Estancias NF
Falla Norbeacutetica SF Falla de Socobos MF Falla de Moreras y SMF Falla de San Miguel Ima-
gen espacial tomada como base TerraMetrics 2013
Dos de las fallas maacutes importantes en la zona de estudio desde el punto de vista de
actividad tectoacutenica son las de Alhama de Murcia y Carboneras Las estaciones
permanentes de LORC Y HUOV se encuentran relativamente cerca de dichas fallas
Oeste de la falla de Alhama de Murcia (AMF) y este de la falla de Albox (AF)
La falla de Alhama de Murcia es una falla de desgarre sinistrorsa con componente
inversa que cruza la cordillera Beacutetica oriental con una direccioacuten NE_SW como se
puede apreciar en la Figura 460 La AMF acomoda ~ 01 - 06 mm antildeo de los
4 Estudios realizados
209
aproximadamente 5 mm antildeo de convergencia entre la placa Nubia y la euroasiaacuteti-
ca siendo una de las mayores fallas de la zona de cizalla del este de las Beacuteticas
Muchos de los grandes sismos histoacutericos dantildeinos que ocurrieron en esta aacuterea tienen
que ver con esta estructura (Martiacutenez Diacuteaz et al 2012a)
Estacioacuten Velocidad (mmantildeo) Acimut Falla
ALAC 15 8143ordm CRF
ALCA 19 4873ordm SMF
ALME 20 25175ordm CF
CAAL No apreciable - CAF y AF
CRVC 21 33847ordm CRF y SF
HUOV 17 4758ordm AMF y AF
LORC (MERISTEMUM) 129 12943ordm AMF
LORC (REGAM) 71 12943ordm AMF
MAZA 25 1741ordm MF
MULA 14 1924ordm NF
MURC 15 8318ordm AMF
PALC No apreciable - CRF
Tabla 47 Resultados obtenidos para cada una de las estaciones permanentes estudiadas y su
relacioacuten geograacutefica con las fallas activas maacutes cercanas
Varias fallas convergen hacia el este fusionaacutendose con la falla NEndashSW de Alhama
de Murcia cerca de la localidad de Goacutentildear Hacia el oeste el relieve suave controla-
do por estas fallas inversas desaparece gradualmente despueacutes de algunos kiloacuteme-
tros La falla de Albox cruza la cuenca de Huercal-Overa al sur de Goacutentildear Esta falla
normal neoacutegena se ha reactivado en la actualidad como falla inversa probablemente
controlada por la actividad de la falla de Alhama de Murcia (Masana et al 2005)
4 Estudios realizados
210
Figura 460 Mapa en relieve de la zona de las fallas de Alhama de Murcia y de Albox (ilumina-
cioacuten del NO) en el que se muestran las estaciones analizadas y las principales fallas Sistema de
coordenadas UTM en metros Modificado de E Masana et al 2005
Como se puede ver en la Figura 460 la estacioacuten HUOV estaacute situada al este de la
AF y al oeste de la AMF En el presente estudio como se puede comprobar en las
Figuras 461 462 y 463 se detecta un movimiento de 17 mmantildeo con un azimut
de 4758ordm direccioacuten coincidente con la direccioacuten de la AMF
4 Estudios realizados
211
Figura 461 Posiciones de la estacioacuten permanente HUOV durante el periodo estudiado
Figura 462 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Xutm para la estacioacuten
permanente HUOV
4 Estudios realizados
212
Figura 463 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente HUOV
En cuanto a las estaciones situadas en Lorca LORC (REGAM) y LORC (MERIS-
TEMUM) situadas a menos de un kiloacutemetro y dos kiloacutemetros respectivamente al
sur de la AMF se detectan los mayores desplazamientos del estudio con 71 y 129
mmantildeo respectivamente y un azimut para las dos estaciones de 12943ordm ver Tabla
47 y Figuras 464 y 465 La direccioacuten como se puede apreciar en la Figura 459
es perpendicular a la alineacioacuten de la AMF lo que se explica por el hecho de que el
buzamiento de las principales fallas de la AMF es considerablemente uniforme a lo
largo de los segmentos de 60ordm a 70ordm NW Una clave para entender la estructura del
sistema de fallas es que estas fallas se han formado recientemente y no estaacuten conec-
tadas en profundidad con la AMF o por el contrario son estructuras que amortiguan
el movimiento en profundidad NW de las fallas de buzamiento (Martiacutenez Diacuteaz et al 2012)
Es de resentildear que el 11 de mayo de 2011 se produjo un terremoto de magnitud 51
Mw en la localidad de Lorca Los datos procesados en este estudio de las dos esta-
ciones de Lorca corresponden temporalmente a las siguientes fechas
- Estacioacuten LORC (REGAM) Observaciones desde el 19112009 hasta el
27012011 (deja de ser operativa)
- Estacioacuten LORC (MERISTEMUM) Observaciones desde el 26052011
(inicio de operatividad) hasta el 13092012
Es decir el terremoto sucedioacute entre los dos periodos de observaciones
4 Estudios realizados
213
Figura 464 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia la coordenada Xutm para la estacioacuten perma-
nente LORC (MERISTEMUM)
Figura 465 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente LORC (MERISTEMUM)
La falla de Carboneras es una de las tres principales fallas de desgarre cenozoicas
de la Cordillera Beacutetica La historia del deslizamiento de la falla de Carboneras du-
rante los uacuteltimos 100 ka en el periodo cuaternario parece que se responde a una de
elevacioacuten vertical en lugar de un movimiento de desgarre si atendemos a los meca-nismos focales actuales (Bell et al 1997) Constituye una parte importante de la
zona de cizallaTrans-Alboraacuten del Cenozoico La CBF separa el bloque del Cabo de
4 Estudios realizados
214
Gata (Rocas volcaacutenicas neoacutegenas) de los sedimentos de la cuenca Neoacutegena y el
basamento (Reicherter y Reiss 2001) como se puede observar en la Figura 466
Figure 466 Mapa geoloacutegico generalizado de la regioacuten de la falla de Carboneras Modificado de
Fortuin and Krijgsman (2003)
Como se puede ver en las Figuras 459 y 466 la estacioacuten ALME (Almeriacutea) estaacute
situada al norte de la CBF En el presente estudio se detecta un movimiento de 20
mmantildeo con un azimut de 25175ordm direccioacuten coincidente con la direccioacuten de la fa-
lla como se puede ver en las Figuras 467 468 y 469
4 Estudios realizados
215
Figura 467 Posiciones de la estacioacuten permanente ALME durante el periodo estudiado
Figura 468 Evolucioacuten temporal y linea de tendenciade la coordenada Xutm para la estacioacuten
permanente ALME
4 Estudios realizados
216
Figura 469 Evolucioacuten temporal y linea de tendenciade la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente ALME
En lo que se refiere a la estacioacuten de MAZA cercana a la falla NS situada por Mar-
tinez and Hernaacutendez entre la falla Carrascoy y la falla de Moreras como se muestra
en la Figura 459 en este estudio se ha detectado un movimiento de 25 mmantildeo
con un acimut de 1741ordm la direccioacuten coincide con la direccioacuten de la falla
En lo que a la estacioacuten CRVC se refiere estando esta falla situada cerca de la falla
de Socobos como muestra la Figura 459 se ha detectado en este estudio preliminar
un movimiento de 21 mmantildeo con un acimut de 33847ordm la direccioacuten coincide de
nuevo con la direccioacuten de la falla
En lo que se refiere a la estacioacuten MURC se ha detectado un movimiento de 15
mmantildeo con un acimut de 8318 ordm lo que coincide con el movimiento general de la
falla de Alhama de Murcia
Por uacuteltimo en lo que se refiere a la estacioacuten MULA se ha detectado un movimiento
de 14 mmantildeo con un acimut de 1924ordm lo que no coincide con el movimiento de
ninguna falla ni siquiera de la falla Norbeacutetica que es la maacutes cercana
468 Conclusiones y recomendaciones
Como resultado del estudio realizado se puede afirmar que la metodologiacutea utilizada
para cuantificar de forma grosera la dinaacutemica de zonas tectoacutenicamente activas es
relativamente barata y de sencilla aplicacioacuten Utilizando la infraestructura geodeacutesica
puacuteblica que es de acceso faacutecil y gratuito se pueden llevar a cabo estudios previos
para determinar queacute aacutereas son las maacutes activas y las maacutes interesantes para llevar a
4 Estudios realizados
217
cabo estudios maacutes detallados como los que se estaacuten realizando con la red GPS
CuaTeNeo para estudiar la tectoacutenica del este de la peniacutensula ibeacuterica (Gil de la Igle-
sia 2008)
Basaacutendonos en la precisioacuten de las coordenadas obtenidas a partir del ajuste de red
geodeacutesica disentildeada se puede afirmar que este meacutetodo es capaz de detectar despla-
zamientos permanentes de orden milimeacutetrico
Por otro lado atendiendo a las graacuteficas de desplazamiento obtenidas se ha compro-
bado que los movimientos descritos anteriormente tienen lugar temporalmente de
forma sin saltos bruscos en las posiciones diarias con la excepcioacuten de las estacio-
nes de Lorca
En las dos estaciones de Lorca se produce un cambio brusco en la velocidad del
desplazamiento calculado Este cambio coincide temporalmente con el terremoto
del diacutea 11 de mayo de 2011 de magnitud 51 Mw cuyo epicentro se situoacute a 2 y 3
km de las estaciones de referencia Antes del terremoto la velocidad del desplaza-
miento calculada es de 71 mmantildeo y despueacutes del evento siacutesmico de 129 mmantildeo
El azimut del vector desplazamiento no cambia con un valor en ambos casos de
12943ordm lo que es consistente con los estudios de Martiacutenez-Diacuteaz et al (Martiacutenez-
Diacuteaz et al 2012b)
5 Conclusiones
218
5 Conclusiones
219
5 Conclusiones
A pesar de que ya se han expuesto las conclusiones de forma individual para cada
una de las investigaciones realizadas a continuacioacuten se indicaraacuten las conclusiones
generales maacutes destacadas aplicables al conjunto del trabajo realizado
En esta tesis doctoral se ha comprobado mediante seis estudios geodeacutesicos de alta
precisioacuten la capacidad de los sistemas GNSS para monitorizar movimientos del
terreno de forma perioacutedica asiacute como para detectar precursores de ciertos fenoacutemenos
geodinaacutemicos
La metodologiacutea utilizada en todos los casos praacutecticos analizados ha sido la solucioacuten
de redes geodeacutesicas mediante posicionamiento relativo con medidas de fase Este
meacutetodo ha permitido obtener a posteriori precisiones milimeacutetricas al utilizar soft-
ware cientiacutefico eliminando la mayoriacutea de los errores sistemaacuteticos
Sin embargo se ha de indicar que el meacutetodo aplicado a pesar de su alta precisioacuten
posee una serie de limitaciones
La influencia del marco de referencia utilizado en el caacutelculo de los desplazamientos
especialmente cuando estos son muy pequentildeos Es decir que el movimiento de las
estaciones elegidas para fijar el marco de referencia de la red no se puede conside-
rar despreciable en relacioacuten al movimiento que queremos detectar
El hecho de realizar los caacutelculos con observaciones de 24 horas hace imposible
detectar los movimientos no permanentes que se producen en los episodios siacutesmicos
y volcaacutenicos que suelen ser de corta duracioacuten Movimientos que son de gran impor-
tancia en el estudio de precursores de riesgo
En cuanto a la buacutesqueda de precursores se pueden extraer dos conclusiones en
funcioacuten del fenoacutemeno estudiado
En vulcanologiacutea la deformacioacuten del terreno debido a la intrusioacuten de magma volcaacute-
nico es una sentildeal importante de la inminencia de actividad eruptiva del volcaacuten Las
teacutecnicas GNSS son adecuadas para este propoacutesito ya que permiten medir cambios
en el tiempo de coordenadas tridimensionales en los puntos de monitorizacioacuten El
estudio realizado en la erupcioacuten submarina de la isla del Hierro corrobora que la
deteccioacuten temprana de los abombamientos de zonas volcaacutenicas puede ser conside-
rada como un soacutelido precursor de una inminente erupcioacuten volcaacutenica y las teacutecnicas
de GNSS son una herramienta uacutetil para este propoacutesito
En sismologiacutea en cambio las cosas son diferentes y queda mucho camino por
recorrer para poder predecir geograacutefica y temporalmente terremotos potencialmente
destructivos Desafortunadamente en los estudios realizados no se ha podido en-contrar ninguacuten precursor al respecto
6 Liacuteneas futuras
220
6 Liacuteneas futuras
221
6 Liacuteneas futuras
Vista la potencia de la metodologiacutea utilizada en la deteccioacuten de desplazamientos del
terreno en zonas geodinaacutemicamente activas los futuros trabajos a realizar para con-
tinuar con esta liacutenea de investigacioacuten seriacutean
Estudios de implantacioacuten de redes GNSS permanentes para la deteccioacuten de defor-
maciones en tiempo real con sistemas de alerta en zonas potencialmente peligrosas
o activas
Para solventar las limitaciones indicadas en las conclusiones ademaacutes del posicio-
namiento relativo con medidas de fase en postproceso se aplicariacutea el meacutetodo de
posicionamiento absoluto ldquoPrecise point positioningrdquo (PPP) que nos permitiriacutea
solventar las limitaciones impuestas por el marco de referencia aunque sacrificando
precisioacuten para detectar los desplazamientos de corta duracioacuten no permanentes Para
zonas en las que el fenoacutemeno a estudiar presente tasas de desplazamiento elevadas
no comparables al movimiento general del marco de referencia se podriacutea emplear
la solucioacuten de red mediante enviacuteo de correcciones diferenciales
En esta investigacioacuten se han analizado dos aacutereas especialmente sensibles en este
sentido
- La cuenca de Lorca constituye una zona de especial intereacutes Por una parte
se encuentra al lado de la falla Alhama de Murcia una de las mayores fa-
llas de la zona de cizalla del este de las Beacuteticas responsable de muchos de
los grandes sismos histoacutericos dantildeinos que han sucedido en este sector Por
otro lado parte de la cuenca estaacute en estos momentos afectada por un proce-
so de hundimiento con una de las tasas maacutes altas de Europa superaacutendose
en ciertos puntos los 10 cm anuales
- La isla de El Hierro en las Islas Canarias La erupcioacuten submarina que tuvo
lugar en octubre de 2011 constituye la uacuteltima manifestacioacuten volcaacutenica en
Canarias despueacutes de 40 antildeos de inactividad pero nos recuerda que la isla
es todaviacutea volcaacutenicamente activa Los desplazamientos y movimientos del
terreno en zonas proacuteximas a los volcanes son uno de los signos precursores
de las erupciones volcaacutenicas y en este sentido el estudio realizado pone de
manifiesto que antes de la erupcioacuten estudiada se produjeron movimientos
del terreno
La implantacioacuten de una red geodeacutesica local de alta precisioacuten podriacutea
resultar de ayuda de cara a estudiar el comportamiento volcaacutenico de la zona
y a predecir futuras erupciones volcaacutenicas potencialmente peligrosas para
la poblacioacuten
6 Liacuteneas futuras
222
Esta investigacioacuten se podriacutea aplicar
para la deteccioacuten y cuantificacioacuten de
desplazamientos del terreno en zonas
en las que se producen extracciones
de hidrocarburos mediante el proceso
de fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica comuacuten-
mente conocida como ldquofrackingrdquo es
un proceso en el cual se fracturan las
rocas a traveacutes de la inyeccioacuten de
fluidos a alta presioacuten Recientemen-
te en durante una exploracioacuten de gas
de esquisto en Lancashire en el
Reino Unido la fracturacioacuten hidraacuteu-
lica ha sido asociada con temblores
de tierra causando una gran alarma
en la poblacioacuten
Se piensa que la inyeccioacuten de fluidos
para crear fracturas como se indica
en la Figura 61 permite que las
redes de fracturas se propaguen a las
zonas de fallas Consecuentemente
los fluidos inyectados pueden propa-
garse dentro de la zona de falla provocando un deslizamiento Los mecanismos
magnitud y frecuencia de la sismicidad inducida relacionada con la fracturacioacuten
hidraacuteulica no son totalmente comprendidos y hasta ahora no se ha estudiado su
lugar dentro del contexto global con otras formas de sismicidad inducida (Davies et
al 2013)
Disentildeando e implantando redes GNSS en zonas de extraccioacuten y monitorizando las
fallas afectadas se podriacutea hacer un seguimiento en tiempo real de todo el proceso
de fracking Se podriacutea obtener informacioacuten cientiacutefica baacutesica sobre la sismicidad
inducida y si fuera el caso activar las alarmas oportunas
Figura 61 Corte tridimensional simplificado de
un campo de produccioacuten de gas de esquisto Un
pozo se perfora hasta alcanzar los depoacutesitos pro-
fundos Los fluidos a alta presioacuten son inyectados
en la roca causando que eacutesta se rompa y libere el
gas atrapado Se piensa que la sismicidad induci-
da ocurre cuando esta fracturacioacuten hidraacuteulica
permite que los fluidos se muevan a la zona de la
falla (Davies et al 2013)
7 Bibliografiacutea
223
7 Bibliografiacutea
Altamimi Z Metivier L y Collilieux X (2011) ldquoITRF2008 plate motion mod-
elrdquo Journal of Geophysical Research Solid Earth (1978ndash2012) Vol 117 Issue B7
Aacutelvarez-Goacutemez J A et al Tsunami hazard at the Western Mediterranean Spanish
coast from seismic sources Natural hazards and Earth System Sciences 11 (227-
240)
Argus DF Gordon RG Demets C y Stein S (1989) ldquoClosure of the Africa-
Eurasia-North America plate motion circuit and tectonics of the Gloria faultrdquo Jour-
nal of Geophysical Research 94 5585-5602
Atlas global de la regioacuten de Murcia wwwatlasdemurciacom Visitada
28062011
Avouac J P 2011 ldquoThe lessons of Tohoku-Okirdquo Nature Vol 475 300-301
Baacuteez JC Parra H y Maturana R (2011) ldquoMonitoreamiento del efecto postsiacutesmi-
co del terremoto del Maule a partir de observaciones GNSSrdquo
httpwwwsirgasorgfileadmindocsBoletinesBol16Baez_et_al_Efecto_potsismi
co_del_Maulepdf Visitada 150512
Barnes G L (2003) ldquoOrigins of the Japanese Islands The New ldquoBig Picturerdquordquo
University of Durham
Baxter P J (2000) ldquoErupciones volcaacutenicas Impacto de los desastres en la salud
puacuteblicardquo Organizacioacuten panamericana de la salud
Bell J W Geoffrey F A y King C P (1997) ldquoPreliminary late quaternary slip
history of the Carboneras fault south-eastern Spainrdquo Journal of Geodynamics Vol
24 Nos 1-4 pp 51-66
Benciolini B Biagi L Crespi M Manzino AM y Roggero M (2008) ldquoRef-
erente frames for GNSS positioning services some problems and proponed solu-
tionsrdquo Journal of Applied Geodesy 2 pp 53-62
Berneacute Valero J L Anquela Juliaacuten A B y Garrido Villeacuten N (2013) ldquoGPS Fun-
damentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacuteardquo Ed Universitat Politegravecnica de
Valegravencia
Berrocoso M Fernandez-Ros A Prates G Martin M Hurtado R Pereda J y
Garcia M J Garcia-Cantildeada L Ortiz R y Garcia A (2012) Analysis of surface
deformation during the eruptive process of El Hierro Island (Canary Islands Spain)
Detection Evolution and Forecasting EGU General Assembly 2012 Geophysical
Research Abstracts Vol 14 EGU2012-4351 2012
7 Bibliografiacutea
224
Beutler G (2011) ldquoRevolucion in Geodesy and Surveyingrdquo International Associa-
tion in Geodesy (IAG)
Blewitt G y Lavalleacutee D (2002) ldquoEffect of annual signals on geodetic velocityrdquo
Journal of Geophysical Research VOL 107 NO B7 1010292001JB000570
Bock Y 1991 ldquoContinuous monitoring of crustal deformationrdquo GPS World
240-47
Calero E 2003 Historia de la Geodesia
httpecalerotripodcomsitebuildercontentsitebuilderfileshistoria_ipdf Visitada
031012
Carracedo J C Fernaacutendez-Turiel J L Peacuterez-Torrado F J Rodriacuteguez-Gonzaacutelez
A Troll V y Wiesmaier S (2012) ldquoCrisis siacutesmica de 2011 en el Hierro Croacutenica
de una erupcioacuten anunciadardquo httpwwwgiulpgcesgeovolpdfEl20Hierro-
2011pdf Visitada 131012
Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (2010)
httpwwwcredbesitesdefaultfilesADSR_2010pdf Visitada 140411
Ceroacuten J C y Pulido-Bosch A (1996) ldquoGroundwater problems resulting from
CO2 pollution and overexploitation in Alto Guadalentiacuten aquifer (Murcia Spain)rdquo
Environmental Geology 28 223-228
Chang C C 2000 ldquoEstimates of horizontal displacements associated with the
1999 Taiwan earthquakerdquo Survey Review 35 (278) 563-568
Chen CH Yeh TK Liu JY Wang CH Wen S Yen HY y Chang SH
(2011) ldquoSurface deformation and seismic rebound implications and applicationsrdquo
Survey in Geophysics 32291-313
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura (2013 - 1) ldquoCaracterizacioacuten adicional de las
masas de agua subterraacutenea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales
en 2015rdquo (Archivo 070-050 - Bajo Guadalentiacuten) (Archivo 070-057 - Alto Guada-
lentiacuten) httpwwwchseguraeschsplanificacionydmaplanificacionfichashtml
Visitada 08-10-2013
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura (2013 - 2) ldquoAnexo B Fichas de los temas
importantesrdquo
httpswwwchseguraesexportdescargasplanificacionydmaplanificaciondocsdes
cargaAnexo_B_ETIpdf P 181 Visitada 10-10-2013
Dach R Hugentobler U Fridez P y Meindl M (2007) ldquoBernese GPS Software
Version 50rdquo Astronomical Institute University of Bern
7 Bibliografiacutea
225
Davies R Foulger G Bindley A and Styles P (2013) ldquoInduced seismicity and
hydraulic fracturing for the recovery of hydrocarbonsrdquo Marine and Petroleum Ge-
ology Volume 45 Pages 171ndash185
De Mets C Gordon R G Argus D y Stein S (1990) ldquoCurrent plate motionsrdquo
Geophysical Journal International 101 425-478
Dewey J F (1988) ldquoExtensional collapse of orogensrdquo Tectonics 7-6 1123-1139
Dogani U Oz D y Ergintav S (2013) ldquoKinematics of landslide estimated by
repeated GPS measurements in the Avcilar region of Istanbul Turkeyrdquo Studia
Geophysica et Geodaetica 57 217-232
Elsobeiey M y El-Rabbany A (2011) ldquoGPS Precise Point Positioning Some
Recent Developmentsrdquo Proceedings Geomatics Technologies in The City Arabia
Saudiacute
Ergintav S Buumlrgmann R McClusky S Akmak R C Reilinger R E Lenk
O Barka A y Ozener H ldquoPostseismic Deformation near the I˙zmit Earthquake
(17 August 1999 M 75) Rupture Zonerdquo Bulletin of the Seismological Society of
America 92 1 2002 pp 194ndash207
Fortuin AR y Krijgsman W ldquoThe Messinian of the Nijar Basin (SE Spain) sed-
imentation depositional environments and paleogeographic evolutionrdquo Sedimen-
tary Geology Volume 160 Issues 1ndash3 1 August 2003 Pages 213ndash242
Fuentes S (2006) ldquoDiagnoacutestico del uso de proyecciones transversales de Mercator
en escalas urbanasrdquo Tesis doctoral Universidad Tecnoloacutegica Metropolitana de
Chile
Galindo-Zaldivar J Jabaloy A Gonzaacutelez-Lodeiro F y Aldaya F (1997) ldquoCrus-
tal structure of the central sector of the Betic Cordillera (SE Spain)rdquo Tectonics 16
18-37
Galindo-Zaldiacutevar J Gil AJ Borque MJ Gonzaacutelez-Lodeiro F Jabaloy A
Mariacuten-Lechado C Ruano P y Sanz de Galdeano C (2003) ldquoActive faulting in
the internal zones of the central Betic Cordilleras (SE Spain)rdquo Journal of Geody-
namics 36 239-250
Galindo-Zaldiacutevar J Gil AJ Sanz de Galdeano C Shanov S y Stanica D
(2007) ldquoMonitoring of active tectonic structures in Central Betic Cordillera (south-
ern Spain) Acta Geodynamica et Geomaterialia Vol 4 No 1 (145) 19-29
Garciacutea de la Noceda Maacuterquez C Octavio de Toledo y Ubieto F y Pozo Goacutemez
M (1999) ldquoPrograma de actualizacioacuten del inventario hidrogeoloacutegico (PAIH)rdquo
Instituto Geominero de Espantildea
7 Bibliografiacutea
226
Garciacutea-Mayordomo J Gaspar-Escribano J M y Benito B (2007) ldquoSeismic haz-
ard assessment of the Province of Murcia (SE Spain) analysis of source contribu-
tion to hazardrdquo Journal of Seismology 11 (453-471)
Garrido-Villeacuten N Berneacute-Valero JL Antoacuten-Merino A y Huang C Q (2013)
ldquoDisplacement of GNSS permanent stations depending on the distance to the epi-
center due to Japanrsquos earthquake on 11 March 2011rdquo Survey Review Volume 45
330 pp 159-165 doi 1011791752270612Y0000000025
Gianniou M (2010) ldquoInvestigating the effects of earthquakes using HEPOS Grav-
ity Geoid end Earth Observationrdquo International Association of Geodesy Symposia
135
Gil de la Iglesia A (2008) ldquoEstudio de fallas activas en la Cordillera Beacutetica Orien-
tal entre 3ordm-0ordm O y 36ordm30rsquo-36ordm30rsquoNrdquo Universidad de Barcelona Proyecto fin de ca-
rrera httphdlhandlenet24454641 Visitada 090411
Gonzaacutelez PJ y Fernaacutendez J 2011 ldquoDrought-driven transient aquifer compaction
imaged using multi-temporal satellite radar interferometryrdquo Geology 396 551ndash
554 doi101130G319001
Gonzaacutelez P J Tiampo K F Palano M Cannavoacute F y Fernaacutendez J (2012)
ldquoThe 2011 Lorca earthquake slip distribution controlled by groundwater crustal
unloadingrdquo Nature Geoscience Vol 5 821-825
Grapenthin R y Freymueller J T (2011) ldquoThe dynamics of a seismic wave field
Animation and analysis of kinematic GPS data recorded during the 2011 Tohoku-
oki earthquake Japanrdquo Geophysical Research Letters 38 L18308
doi1010292011GL048405
Grupo de Investigacioacuten en Ingenieriacutea Siacutesmica Universidad Politeacutecnica de Madrid
httpwww2topografiaupmesgrupossismodataCONTEXTOgeologicopdf
Visitada 10102012
Gu G y Wang W (2013) Advantages of GNSS in Monitoring Crustal Defor-
mation for Detection of Precursors to Strong Earthquakes Positioning Vol 4 No
1 2013 pp 11-19 doi 104236pos201341003
Halicioglu K y Ozener H (2008) ldquoGeodetic Network Design and Optimization on
the Active Tuzla Fault (Izmir Turkey) for Disaster Managementrdquo Sensors 8(8) pp
4742-4757 doi103390s8084742 No 821393 1906
Hammer J y Mosquera Machado S (2002) ldquoMicrozonificacioacuten Siacutesmica y Orde-
namiento Territorialrdquo III Coloquio sobre Microzonificacioacuten Siacutesmica del 15 al 18
de julio de 2002 Fundacioacuten Venezolana de Investigaciones Sismoloacutegicas Ministe-rio de Ciencias y Tecnologiacutea Caracas Venezuela
7 Bibliografiacutea
227
Hatanaka Y Yamagiwa A Iwata M y Otaki S (2007) ldquoAddition of real-time
capability to the Japanese dense GPS Networkrdquo Geographical Survey Institute
Japan
Hoque M y Jakowski N (2007) ldquoHigher order ionospheric effects in precise
GNSS positioningrdquo Journal of Geodesy Vol 81 pp 259-268
Hofmann-Wellenhof B Lichtenegger H y Wasle E (2008) ldquoGNSS Global
Navigation Satellite Systemrdquo Ed Springer Wien New York
Hu JC Cheng LW Chen HY Wu YM Lee JC Chen YG Lin KC
Rau RJ Kuochen H Chen HH Yu SB y Angelier J (2007) ldquoCoseismic
deformation revealed by inversion of strong motion and GPS data the 2003
Chengkung earthquake in eastern Taiwanrdquo Geophysical Journal International 169
667ndash674
Huber K Heuberger F Abart C Karabatic A Weber R y Berglez P (2010)
ldquoPPP Precise Point Positioning ndash Constraints and Opportunitiesrdquo FIG Working
Week Sydney Australia
Hudnut K W 2008 ldquoImproving GNSS for Future Natural Disaster Reduction
Earthquakesrdquo U S Geological Survey httpwwwpntgovpublic20082008-12-
ICGhudnutpdf Visitada 250112
Ibarguumlen S y Rodriacuteguez E (2012)
wwwatlasdemurciacomindexphpsecciones13sismicidad Visitada 40612
InsideGNSS (2006) ldquoGNSS Solutions Precise Point Positioning and Its Challeng-
es Aided-GNSS and Signal Tracking What is precise point positioning (PPP) and
what are its requirements advantages and challengesrdquo
httpwwwinsidegnsscomnode282 Visitada 220913
Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (1975) ldquoInvestigacioacuten Hidrogeoloacutegica de
la Cuenca Baja del Segura Informe Teacutecnico 5rdquo El Valle del Guadalentiacuten P65
Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (1987) ldquoDeclaracioacuten provisional de acuiacutefe-
ro sobreexplotado relativa al sistema acuiacutefero del Valle del Guadalentiacuten (Murcia)rdquo
P11
Iribarren Gonzaacutelez L Vergeacutes Llahiacute J Camurri F Fullea J y Fernagravendez Ortiga
M (2007) ldquoThe structure of the AtlanticndashMediterranean transition zone from the
Alboran Sea to the Horseshoe Abyssal Plain (IberiandashAfrica plate boundary)rdquo Ma-
rine Geology Volume 243 Issues 1ndash4 Pages 97ndash119
Janssen V (1997) ldquoA Mixed-Mode GPS Network Processing Approach for Vol-
cano Deformation Monitoringrdquo University of Bonn Germany
7 Bibliografiacutea
228
Jimeacutenez-Peraacutelvarez JD (2012)rdquoMovimientos de ladera en la vertiente meridional
de Sierra Nevada (Granada Espantildea) identificacioacuten anaacutelisis y cartografiacutea de sus-
ceptibilidad y peligrosidad mediante SIGrdquo Tesis doctoral Universidad de Granada
Kilburn C (2012) ldquoPrecursory deformation and fracture before brittle rock failure
and potential application to volcanic unrestrdquo Journal of Geophysical Reseach Vol
117 B02211 12 pp
Kilinc A (2008) ldquoWhat causes a volcano to erupt and how do scientists predict
eruptionsrdquo Scientific American November 6
Kulkarni M N Likhar S Tomar V S y Pillai P (2004) ldquoPreliminary results of
GPS studies for the January 2001 Gujarat earthquakerdquo Survey Review 37 (292)
490-497
Kulkarni M N Radhakrishnan N y Rai D (2006) ldquoGlobal positioning system in
disaster monitoring of Koyna Dam western Maharashtrardquo Survey Review 38
(301) 629-636
Kuo L C Yu S B Hsu Y J Hou C S Lee Y H Tsai C S y Chen C S
(2002) ldquoImpact of a large earthquake on a GPS network the case of the 1999 Chi-
Chi Taiwan earthquakerdquo Survey Review 36 (284) 423-431
Laiacutenez Samper M D Romay Merino M M Mozo Garciacutea A Piacuteriz Nuntildeez R y
Tashi T (2011) ldquoMultisystem real time precise-point-positioningrdquo
httpmycoordinatesorgmultisystem-real-time-precise-point-positioningall1
Visitada 061013
Larson K M Poland M y Miklius A (2010) ldquoVolcano monitoring using GPS
Developing data analysis strategies based on the June 2007 Kīlauea Volcano intru-
sion and eruptionrdquo Journal of Geophysical Research VOL 115 B07406 10 PP
Le Pichon X Bonnin J y Pautot G (1970) ldquoThe Gibraltar end of the Azores-
Gibraltar Plate boundary an example of compressive tectonics (Abstract)rdquo Upper
Mantle Committee Symposium Flagstaff Arizona July 1970
Leick A (2004) ldquoGPS Satellite Surveyingrdquo Ed John Wiley amp Sons New Jersey
Liren H Yang F Wuxing D Qing M y Xin M (2003) ldquoActive tectonic
boundaries of the China mainland inferred from GPS observationsrdquo Chinese Jour-nal of Geophysics Vol46 No5 pp 874-882
Martiacuten Furones A (2011) ldquoSistema y marco de referencia terrestre Sistemas de
coordenadasrdquo Apuntes
httpwwwupvesunigeoindexdocenciaetsigctastronomiateoriaastronomiaT2p
df Visitado 110913
7 Bibliografiacutea
229
Martiacutenez Diacuteaz JJ (1998) ldquoNeotectoacutenica y tectoacutenica activa del Sector Centro-
Occidental de la Regioacuten de Murcia y Sur de Almeriacutea (Cordillera Beacutetica ndash Espantildea)rdquo
Universidad Complutense de Madrid Tesis doctoral
Martiacutenez-Diacuteaz J J ldquoSismotectoacutenica de la falla de Alhama de Murcia Implicacio-
nes sismogeneacuteticas del terremoto de Lorca de junio de 1977 (Mb42)rdquo Estudios
geoloacutegicos 55 (251-256)
Martiacutenez-Diacuteaz J J y Hernaacutendez Enrile J L ldquoReactivacioacuten de la falla de Alhama
de Murcia (sector de Lorca-Totana) Cinemaacutetica y campos de esfuerzos desde el
Messiniense hasta la actualidadrdquo Geogaceta 9 (38-42)
Martiacutenez-Diacuteaz JJ Masana E Hernaacutendez-Enrile JL y Santanach P (2003)
ldquoEffects of repeated paleoearthquakes on the Alhama de Murcia Fault (Betic Cor-
dillera Spain) on the Quaternary evolution of an alluvial fan systemrdquo Annals of Geophysics Vol 46 N 5 (775-791)
Martiacutenez Diacuteaz JJ Massana E y Ortuntildeo M (2012a) ldquoActive Tectonics of the
Alhama de Murcia fault Betic cordillera Spainrdquo Journal of Iberian Geology 38
(1) 2012 253-270
Martiacutenez Diacuteaz J J Aacutelvarez Goacutemez J A Garciacutea Mayordomo J Insua Areacutevalo J
M Martiacuten Gonzaacutelez F y Rodriacuteguez Peces M J (2012b) ldquoInterpretacioacuten tectoacutenica
de la fuente del terremoto de Lorca de 2011 (Mw 52) y sus efectos superficialesrdquo
Boletiacuten geoloacutegico y minero Vol 123 Nordm 4 441-458
Masana E Pallas R Perea H Ortuntildeo M Martiacutenez-Diacuteaz JJ Garciacutea-Melendez
E y Santanacha P (2005) ldquoLarge Holocenemorphogenic earthquakes along the
Albox fault Betic Cordillera Spainrdquo Journal of Geodynamics 40 (2005) 119ndash133
Massana E Martiacutenez-Diacuteaz JJ Hernaacutendez-Enrile JL y Santanach P (2004)
ldquoThe Alhama de Murcia fault (SE Spain) a seismogenic fault in a diffuse plate
boundary Seismotectonic implications for the Ibero-Magrebian regionrdquo Journal of
Geophysical Reseach B Solid Earth 109 (1-17)
McKenzie D P (1970) ldquoPlate tectonics of the Mediterranean regionrdquo Nature
226 239
McKenzie D P (1972) ldquoActive tectonics of the mediterranean regionrdquo Geophys-ical Journal of the Royal Astronomical Society 30 109-185
Meade B J Hager B H McClusky S C Reilinger R E Ergintav S Lenk
O Barka A y Ozener H (2002) ldquoEstimates of Seismic Potential in the Marmara
Sea Region from Block Models of Secular Deformation Constrained by Global
Positioning System Measurementsrdquo Bulletin of the Seismological Society of Ameri-ca 92 1 pp 208ndash215
7 Bibliografiacutea
230
Mendoza L Kehm A Koppert A Martiacuten Daacutevila J Gaacuterate J y Becker M
(2012) ldquoThe Lorca Earthquake observed by GPS a Test Case for GPS Seismolo-
gyrdquo Fiacutesica de la Tierra Vol 24 (2012) 129-150
Millaacuten Gamboa J M (2006) Geodesia y Topografiacutea JM Ediciones Caacutediz
Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y Medio Ambiente Sistema de informa-
cioacuten de recursos subterraacuteneos (Spanish) httpsigmagramaesrecursossub Visita-
da 05032013
Mogi K (1969) ldquoSome features of recent Seismic activity in and near Japan (2)
Activity before and after great earthquakesrdquo Bulletin of the Earthquake Research Institute University of Tokyo 47 395ndash417
Morales J Serrano I Jabaloy A Galindo-Zaldiacutevar J Zhao D Torcal F Vi-
dal F y Gonzaacutelez-Lodeiro F (1999) ldquoActive continental subduction beneath the
Betic Cordillera and the Alboran Seardquo Geology 27 735-738
NASA Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology
httpwwwjplnasagovnewsnewscfmrelease=2011-080 Visitada 090211
Navipedia httpwwwnavipedianetindexphpPrecise_Point_Positioning Visita-
da 050913
Normile D (2011) ldquoDevastating earthquake defied expectationsrdquo Science Vol
331 1375
Ortuntildeo M Masana E Garcia-Melendez E Martinez-Diaz J Stepancikova P
Cunha PP Sohbati R Canora C Buylaert J-P y Murray AS (2012) ldquoAn
exceptionally long paleoseismic record of a slow-moving fault The Alhama de
Murcia fault (Eastern Betic shear zone Spain)rdquo Geological Society of America Bul-
letin 124 910 1474
Oumlzyasar M y Oumlzluumldemir M T (2011) ldquoThe contribution of engineering surveys
by means of GPS to the determination of crustal movements in Istanbulrdquo Natural
Hazards and Earth system Sciences 11 1705-1713
Peacuterez J Monico J y Chaves J (2003) Velocity Field Estimation Using GPS
Precise Point Positioning The South American Plate Case Positioning Vol 1 No
5
Perez-Torrado F J Carracedo J C Rodriacuteguez-Gonzaacutelez A Soler V Troll V
R y Wiesmaier S (2012) ldquoLa erupcioacuten submarina de La Restinga en la isla de El
Hierro Canarias Octubre 2011-Marzo 2012rdquo Estudios Geoloacutegicos 68(1) enero-
junio 5-27
7 Bibliografiacutea
231
Pospiacutesil L Hefty J y Hipmanovaacute L (2012) ldquoRisk and geodynamically active
areas of the carpathian lithosphere on the base of geodetical and geophysical datardquo
Acta Geodaetica et Geophisica Hungarica Vol 47(3) pp 287ndash309
Promthong C (2006) ldquoDeformation of geodetic network in Thailand due to crustal
movementrdquo Royal Thai Survey Department Seventeenth United Nations Regional
Cartographic Conference for Asia and the Pacific Bangkok
Ramiacuterez M y Ortiz D (2003) ldquoEstimacioacuten de los paraacutemetros de transformacioacuten
entre los sistemas de referencia WGS84 y PSAD-56 para una zona de Calamardquo 124
p Universidad de Santiago de Chile
Rangin C Bader AG Pascal G Ecevitoglu B y Goumlruumlr N (2002) ldquoDeep struc-
ture of the Mid Black Sea High (offshore Turkey) imaged by multi-channel seismic
survey (BLACKSIS cruise)12rdquo Marine Geology 182 pp 265-278
Ray J Dong D y Altamimi Z (2004) ldquoIGS reference frame status and future
improvements dentro de Proceedings of IGS Celebrating a decade of the Interna-
tional GPS Service Berna 1-5 de marzo de 2004
Reicherter KR y Reiss S (2001) ldquoThe Carboneras Fault Zone (southeastern
Spain) revisited with Ground Penetrating Radar ndash Quaternary structural styles from
high-resolution imagesrdquo Netherlands Journal of Geosciences Geologie en
Mijnbouw 80 (3-4) 129-138
Rizos C Janssen V Roberts C y Grinter T (2012) ldquoPrecise Point Positioning
Is the Era of Differential GNSS Positioning Drawing to an Endrdquo FIG Working
Week 2012 Knowing to manage the territory protect the environment evaluate the
cultural heritage Rome Italy
Rodriacuteguez Estrella T Hernaacutendez Peacuterez F F y Navarro Hewaacutes F (1996) ldquoPosi-
ble relacioacuten de la tectoacutenica actual distensiva con el alargamiento de los piping en el
saladar de La Mata-Los Ventorrillos (Valle del Guadalentiacuten Murcia)rdquo Papeles de
Geografiacutea N 23-24 263-281
Rodriacuteguez Estrella T (2012) httpnuestra-
tierralaverdadesnaturalezageologia2730-la-sobreexplotacion-del-acuifero-del-
guadalentin-no-causo-el-terremoto Visitada 40612
Ruano P Galindo-Zaldiacutevar J y Jabaloy A (2004) ldquoRecent Tectonic Structures in
a Transect of the Central Betic Cordillerardquo Pageoph 161 541-563
Sagiya T (2004) ldquoA decade of GEONET 1994ndash2003 The continuous GPS obser-
vation in Japan and its impactrdquo Earth Planets Space 56 xxixndashxli
Sagiya T (2011) ldquoRebuilding seismologyrdquo Nature Vol 473 146-148
7 Bibliografiacutea
232
Sansograve Fernando A (2003) ldquoWindow on the Future of Geodesyrdquo International
Assotiation of Geodesy Symposia Volume 128 Springer
Santoyo M A y Luzoacuten F (2008) ldquoStress relations in three recent seismic series in
the Murcia Region southeastern SpainrdquoTectonophysics 457 (86-95)
Sanz de Galdeano C (1990) ldquoGeologic evolution of the Betic cordilleras in the
Western Mediterranean Miocene to presentrdquo Tectonophysics 172 107-109
Sanz de Galdeano C y Alfaro P (2004) ldquoTectonic significance of the present
relief of the Betic Cordillerardquo Geomorphology 63 178-190
Satirapod C 2007 ldquoDeformation of Thailand as detected by GPS Measurements
due to the december 26th 2004 megathrust Earthquakerdquo Survey Review 39 (304)
109-115
Schenk V Kadlečiacutek P Wegmuumlller U Schenkovaacute Z y Seidlovaacute Z (2009)
ldquoSurface deformation of Prague and Ostrava-Karvinaacute areas determined by PS and
Differential Interferometry Products 5th User Workshop 25th-26th March 2009
ESAESRIN Frascati Italy Final Programme amp Abstract Book 16ndash-17
httpwwwterrafirmaeucom
Seeber G (2003) ldquoSatellite Geodesyrdquo Ed Walter de Gruyter bull Berlin bull New York
Sevilla de Lerma Miguel J (2001) ldquoIntroduccioacuten histoacuterica a la Geodesiardquo Univer-
sidad Complutense de Madrid
Simons M Minson SE Sladen A Ortega F Jiang J Owen SE Meng L
Ampuero JP Wei S Chu R Helmberger DV Kanamori H Hetland E
Moore AW y Webb FH (2011) ldquoThe 2011 Magnitude 90 Tohoku-Oki
Earthquake Mosaicking the Megathrust from Seconds to Centuriesrdquo Science Vol
332 1421-1425
SISMIMUR (2011) httpwww112rmcomdgsceplanessismimursis_4_1html
Visitada 04112011
Spicak A y Vanek J (2011) ldquoThe MW 90 Tohoku Earthquake Japan March 11
2011rdquo Studia Geophysica et Geodaetica 55 389-395
Takahashi H (2011) ldquoStatic strain and stress changes in eastern Japan due to 2011
off the Pacific coast of Tohoku Earthquake as derived from GPS datardquo Earth Planets and Space 63(7) 741-744
Takuya Nishimura Hiroshi Munekane y Hiroshi Yarai (2011) ldquoThe 2011 off the
Pacific coast of Tohoku Earthquake and its aftershocks observed by GEONETrdquo
Earth Planets Space Vol 63 (No 7) pp 631-636
Tarbuck Edward J y Lutgens Frederick K (2005) ldquoCiencias de la Tierra una
introduccion a la Geologiacutea Fiacutesicardquo Ed Pearson Educacioacuten
7 Bibliografiacutea
233
Tilling RI y PW Lipman (1993) ldquoLessons in reducing volcano riskrdquo Nature
364 p 277-280
Tomaacutes R Herrera G Delgado J y Pentildea F (2009) ldquoSubsidencia del terrenordquo
Ensentildeanza de las Ciencias de la Tierra (173) 295-302 ISSN 1132-9157
Turgut U Kamil E y Ahmet A (2010) ldquoMonitoring Plate Tectonic and Subsid-
ence in Turkey by CORS-TR and InSARrdquo FIG Congress 2010
Turrioacuten Pelaacuteez F (2012) ldquoNuevas aportaciones al conocimiento hidrogeoloacutegico
del valle del Guadalentiacuten y su evolucioacuten en los uacuteltimos 30 antildeosrdquo
httpwwwfranciscoturrioncom201212el-acuifero-de-lorca-no-estahtml Visita-
da 16052012
United Nations Population Fund
httpwwwunfpaorgpublichomepublicationspid8726 Visitada 05062011
USGS (United States Geological Survey) (2011)
httpearthquakeusgsgovearthquakeseqarchiveslast_eventworldworld_spainph
p Visitada 03112011
USGS (United States Geological Survey) 2011 Science Features Categories Fea-
tured Natural Hazards
Vegas R (1985) ldquoTectoacutenica del aacuterea Iacutebero-Magrebiacute Mecanismo de los Terremo-
tos y Tectoacutenicardquo Ed Univ Complutense Madrid 197-215
Vigny C Huchon P Ruegg J Khanbari K y Asfaw L M (2006) ldquoConfirma-
tion of Arabia plate slow motion by new GPS data in Yemenrdquo Journal of Geophys-
ical Research VOL 111 B02402 doi1010292004JB003229
Wang F Shen ZK Wang YZ y Wang M (2011) ldquoInfluence of the March 11
2011 Mw 90 Tohoku-Oki earthquake on regional volcanic activitiesrdquo Chinese
Science Bulletin Vol 56 2077-2081
Wang K (2007) ldquoElastic and viscoelastic models of crustal deformation in sub-
duction earthquake cyclesrdquo Earth Science Series Columbia Univ press New York
USA 545ndash575
Westaway R (2003) ldquoKinematics of the Middle East and Eastern Mediterranean
Updatedldquo Turkish Journal of Earth Sciences Vol 12 pp 5-46
Wright T J N Houlieacute M Hildyard y T Iwabuchi (2012) ldquoReal-time reliable
magnitudes for large earthquakes from 1 Hz GPS precise point positioning The
2011 Tohoku-Oki (Japan) earthquakerdquo Geophysical Research Letters 39 pp 47-
63 L12302 doi1010292012GL051894
7 Bibliografiacutea
234
Yue H y T Lay (2011) ldquoInversion of high-rate (1 sps) GPS data for rupture pro-
cess of the 11 March 2011 Tohoku earthquake (Mw 91)rdquo Geophysical Research
Letters 38 pp 66-79 L00G09 doi1010292011GL048700
Zusheng Z First Crustal Deformation Monitoring Center China Seismological
Bureau Tianjin 300180 China
2
Agradecimientos
3
Agradecimientos
En primer lugar gracias a Natalia por su apoyo incondicional ideas criacuteticas y su
ayuda sin la cual todo esto no tendriacutea sentido
Todo mi agradecimiento para mi codirector de Tesis Joseacute Luis Berneacute por sus
ideas material consejos y por compartir conmigo su gran experiencia investigado-
ra
Gracias a Joel Isis y Axel que han compartido a su padre con este trabajo
4
Resumen
5
Resumen
La Tierra es un planeta en continua transformacioacuten Si retrocedieacuteramos en el tiempo
1500 millones de antildeos no reconoceriacuteamos ninguacuten rasgo actual en su superficie ni
montantildeas ni cuencas oceaacutenicas ni posiciones relativas de los continentes Por el
contrario si pudieacuteramos mirar la Luna con un telescopio que nos mostrara coacutemo era
hace 1500 millones de antildeos observariacuteamos que su superficie salvo algunos nuevos
craacuteteres no ha variado Esto es debido a que la Tierra al contrario que la Luna auacuten
no se ha enfriado y se mantiene geoloacutegicamente activa y en continuo movimiento
En esta tesis doctoral se ha tratado de validar las teacutecnicas GNSS como herramienta
fundamental en estudios de geodinaacutemica interna orientando la investigacioacuten hacia
la buacutesqueda de precursores en el aacutembito de la sismologiacutea y vulcanologiacutea
Para poner en praacutectica la utilidad de dichas teacutecnicas se han realizado investigacio-
nes geodinaacutemicas aisladas publicadas en diversos medios
- Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la distan-
cia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de
2011 Publicado en Survey Review Mayo 2013
- Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca del
11 de mayo de 2011 Topcart Octubre 2012
- Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutecnicas
GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de 2011 Publi-
cado en Mapping Diciembre 2013
- Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erupcioacuten
submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas GNSS En
revisioacuten
- Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutecnicas
GNSS En revisioacuten
- Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordillera
Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS En revisioacuten
6
Resum
7
Resum
La Terra eacutes un planeta en contiacutenua transformacioacute Si retrocediacuterem en el temps 1500
milions danys no reconeixeriacuteem cap tret actual en la seua superfiacutecie ni muntanyes
ni conques oceagraveniques ni posicions relatives dels continents Al contrari si pogueacute-
rem mirar la Lluna amb un telescopi que ens mostrara com era fa 1500 milions
danys observariacuteem que la seua superfiacutecie excepte alguns nous cragraveters no ha va-
riat Accedilograve eacutes degut al fet que la Terra al contrari que la Lluna encara no sha refredat
i es manteacute geologravegicament activa i en continu moviment
En este treball sha tractat de validar les tegravecniques GNSS com a ferramenta fona-
mental en estudis de geodinagravemica interna orientant la investigacioacute cap a la busca de
precursors en lagravembit de la sismologia i vulcanologia
Per a posar en pragravectica la utilitat de dites tegravecniques shan realitzat investigacions
geodinagravemiques aiumlllades publicades en diversos mitjans
- Desplaccedilament destacions permanents GNSS en funcioacute de la distagravencia a
lepicentre a consequumlegravencia del terratreacutemol de Japoacute de l11 de marccedil de 2011
Publicat en Survey Review Maig 2013
- Estudi dels desplaccedilaments produiumlts pel terratreacutemol de Lorca de l11 de maig
de 2011 Topcart Octubre 2012
- Estudi dels desplaccedilaments permanents de plaques per mitjagrave de tegravecniques
GNSS deguts al terratreacutemol de Turquia del 23 doctubre de 2011 Publicat
en Mapping Desembre 2013
- Estudi dels desplaccedilaments del terreny produiumlts per lerupcioacute submarina dEl
Hierro doctubre de 2011 per mitjagrave de tegravecniques GNSS En revisioacute
- Estudi de la subsidegravencia en Lorca Murcia (Espantildea) per mitjagrave de tegravecniques
GNSS En revisioacute
- Estudi bagravesic dels desplaccedilaments de les falles actives en la serralada Begravetica
oriental per mitjagrave de tegravecniques GNSS En revisioacute
8
Abstract
9
Abstract
Planet Earth is in continuous transformation If we could move back in time 15
billion years we would not recognize any current feature on its surface no moun-
tains no ocean basins and relative positions of the continents By contrast if we
look at the Moon with a telescope to show us how was 1500 million years ago we
would observe its surface except for some new craters has not changed This is
because the Earth Moon unlike not yet cooled and geologically remains active and
in continuous movement
This paper has attempted to validate GNSS techniques as a fundamental tool in
internal geodynamic studies directing research toward finding precursors in the
field of seismology and volcanology
To implement the utility of such techniques there have been isolated geodynamic
investigations published in various media
- Displacement of GNSS permanent stations depending on the distance to the
epicentre due to Japanrsquos earthquake on 11 March 2011 Published in Sur-
vey review May 2013
- Study of displacements produced by Lorca earthquake on 11 May 2011
Topcart Octuber 2012
- Study of permanent plate displacement by GNSS techniques due to the
earthquake in Turkey on October 23 2011 Published in Mapping Decem-
ber 2013
- Study of ground displacement produced by El Hierro submarine eruption
on October 2011 through GNSS techniques In revision
- Study of land subsidence in Lorca Murcia (Spain) by GNSS techniques
In revision
- Basic study of active fault displacements in eastern Betic Cordillera by
GNSS techniques In revision
10
Iacutendice
11
1 Iacutendice
Agradecimientos 3
Resumen 5
Resum 7
Abstract 9
1 Iacutendice 11
2 Objetivo de la investigacioacuten 15
3 Introduccioacuten 17
31 Introduccioacuten a la Geodesia Espacial 17
311 Concepto 17
312 Historia 17
32 Introduccioacuten a la monitorizacioacuten de fenoacutemenos geodinaacutemicos mediante teacutecnicas GNSS 26
321 Introduccioacuten a la geodinaacutemica interna de la Tierra 26
322 Sistemas geodeacutesicos de referencia 38
323 Teacutecnicas maacutes utilizadas 60
324 Redes de estaciones permanentes 100
325 Estado del arte 102
4 Estudios realizados 125
41 Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la distancia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de 2011 126
411 Introduccioacuten 126
412 Objetivo de la investigacioacuten 129
413 Antecedentes 129
414 Marco geoestructural 130
415 Metodologiacutea 132
416 Resultados obtenidos 134
Iacutendice
12
417 Conclusiones 139
42 Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 142
421 Introduccioacuten 142
422 Antecedentes 143
423 Marco geoestructural 146
424 Metodologiacutea utilizada 151
425 Resultados obtenidos 153
426 Conclusiones y recomendaciones 154
43 Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutecnicas GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de 2011 156
431 Introduccioacuten 156
432 Marco geoestructural 159
433 Metodologiacutea 160
434 Resultados 164
435 Conclusiones 169
44 Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erupcioacuten submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas GNSS 170
441 Introduccioacuten 170
442 Marco geoestructural 173
443 Meacutetodos 176
444 Discusioacuten y conclusiones 183
45 Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutecnicas GNSS 185
451 Introduccioacuten 185
452 Antecedentes 186
453 Datos y metodologiacutea 188
454 Observaciones de campo 199
455 Discusioacuten y conclusiones 199
Iacutendice
13
46 Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordillera Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS 202
461 Introduccioacuten 202
462 Marco geoestructural 203
463 Metodologiacutea utilizada 205
464 Datos de partida 205
465 Marco temporal 207
466 Procesamiento de los datos 207
467 Resultados obtenidos 207
468 Conclusiones y recomendaciones 216
5 Conclusiones 219
6 Liacuteneas futuras 221
7 Bibliografiacutea 223
Iacutendice
14
2 Objetivo de la investigacioacuten
15
2 Objetivo de la investigacioacuten
De acuerdo con la UNFPA (United Nations Population Fund) siete mil millones de
personas habitaban la Tierra el 31 de octubre de 2011 Aproximadamente una de
cada dos personas vive en una ciudad y en tan soacutelo 35 antildeos esta cifra habraacute au-
mentado a dos de cada tres personas En 2011 maacutes de la mitad de la poblacioacuten
mundial viviraacute en zonas urbanas y en 2030 los pueblos y ciudades albergaraacuten a casi
5000 millones de personas (United Nations Population Fund 2011)
Seguacuten el CRED (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters) el 60 por
ciento de las muertes humanas causadas por los desastres naturales en la uacuteltima
deacutecada se debieron a terremotos dado que ocho de las ciudades maacutes pobladas del
planeta estaacuten construidas sobre fallas tectoacutenicas Estas ciudades son Katmanduacute
Nepal Estambul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta Indonesia Tokio Japoacuten
Meacutexico DF Meacutexico Nueva Delhi India Nueva York EEUU Vancouver Cana-
daacute Shanghai China y Los Aacutengeles California EEUU (Centre for Research on the
Epidemiology of Disasters 2010)
Por otro lado los riesgos producidos por otros fenoacutemenos geoloacutegicos como erup-
ciones volcaacutenicas subsidencias o deslizamientos aunque hayan sido algunas veces
subestimados tambieacuten albergan potenciales efectos devastadores Valga como
ejemplo el veloz y continuo crecimiento de las poblaciones que viven en aacutereas de
actividad volcaacutenica que a finales del siglo XX llegaron a los 500 millones de per-
sonas (Baxter 2000)
A nivel nacional el reciente terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 con una
magnitud de 51 Mw 9 viacutectimas mortales y grandes dantildeos materiales supone un
claro ejemplo sobre el gran esfuerzo que auacuten queda por hacer en este campo de
investigacioacuten Concretamente para este evento siacutesmico se barajan varias causas sin
que hasta ahora haya consenso entre la comunidad cientiacutefica sobre su origen En
esta tesis se realizan dos estudios encaminados a aportar algunos resultados sobre la
compleja geodinaacutemica de la zona en la que se produjo el terremoto
Partiendo de estas premisas y siempre desde el punto de vista geodeacutesico y cartograacute-
fico se considera que es necesario seguir realizando esfuerzos para profundizar en
el conocimiento de estos fenoacutemenos sobre todo en lo que concierne a su predic-
cioacuten ya que esto redundariacutea en una reduccioacuten de viacutectimas y de dantildeos materiales
El objetivo de esta tesis consiste entonces en el estudio geodeacutesico aplicando teacutecni-
cas GNSS (Global Navigation Satellite System) de alta precisioacuten de fenoacutemenos
geodinaacutemicos susceptibles de producir desastres naturales Concretamente se reali-
zaraacuten anaacutelisis de eventos siacutesmicos erupciones volcaacutenicas y subsidencias del te-
rreno En todos estos casos se estudiaraacuten fundamentalmente los desplazamientos del
terreno producidos antes durante y despueacutes del fenoacutemeno para buscar signos pre-
2 Objetivo de la investigacioacuten
16
cursores cuantificar los movimientos y proponer estrategias de monitorizacioacuten para
las zonas maacutes sensibles
3 Introduccioacuten
17
3 Introduccioacuten
31 Introduccioacuten a la Geodesia Espacial
Siendo el objetivo de esta tesis el estudio de fenoacutemenos geodinaacutemicos aplicando
teacutecnicas GNSS resulta loacutegico comenzar introduciendo la rama de la Geodesia alre-
dedor de la cual se va a desarrollar el estudio
Desde el momento en que el ser humano evoluciona hacia un animal racional ha
mostrado su intereacutes por la Tierra Los fenoacutemenos naturales que le rodean condicio-
nan su comportamiento y la necesidad de comprenderlos ha dado lugar en un pri-
mer momento a las maacutes variadas supersticiones mitos ritos y cultos La necesidad
del ser humano de ubicarse o ubicar otros elementos y comunicar estas localizacio-
nes a otros seres humanos puede decirse que fue el origen de las teacutecnicas geodeacutesi-
cas
311 Concepto
Etimoloacutegicamente la palabra Geodesia del griego γηδαιω (divido la tierra) signifi-
ca la medida de las dimensiones de la Tierra En su acepcioacuten moderna tambieacuten
engloba el estudio del campo de gravedad Concretamente la Geodesia Espacial es
una relativamente nueva rama de la Geodesia que trata principalmente con sateacutelites
artificiales cuya observacioacuten resulta maacutes coacutemoda y precisa que la tradicional aplica
teacutecnicas tridimensionales y resuelve todos los problemas de la Geodesia tanto geo-
meacutetricos como dinaacutemicos (Sevilla de Lerma 2001)
312 Historia
Es sorprendente el grado de conocimiento alcanzado sobre determinados fenoacutemenos
naturales en culturas muy antiguas y cuyas evidencias para nosotros proceden del
estudio de los monumentos que nos han llegado (Stonehenge en Inglaterra la Gran
Piraacutemide de Egipto templos y ciudades Indias de Ameacuterica Central etc) La mayo-
riacutea de estos fenoacutemenos estaacuten relacionados con la Tierra el Sol o la Luna no pu-
dieacutendose separar en la etapa inicial la Geodesia de la Astronomiacutea (Calero 2003)
3121 Desde los oriacutegenes hasta la eacutepoca romana
De las civilizaciones maacutes antiguas no ha pervivido mucha documentacioacuten no obs-
tante quedan indicios de que en Sumeria Egipto China y la India se hicieron ob-
servaciones precisas y aunque no se alcanzoacute un conocimiento profundo si se ad-
quirieron nociones baacutesicas sobre los movimientos de la Tierra en el espacio (Calero
2003)
3 Introduccioacuten
18
En la civilizacioacuten babiloacutenica como se puede ver en la Figura 31 se consideraba
que la Tierra era un disco plano que flotaba en el oceacuteano y en cuyo centro se encon-
traba Babilonia
De la civilizacioacuten egipcia resulta relevante la extraordinaria precisioacuten en la orienta-
cioacuten de algunos monumentos con respecto a los puntos cardinales hecho que resul-
ta especialmente admirable en las piraacutemides de Keops y Kefren con unas desviacio-
nes menores a 3rsquo
En el periodo griego fue Pitaacutegoras (582-
500 aC) el primer humano que se conoce
que admitiera la idea de la esfericidad de la
Tierra Siglos maacutes tarde Aristoacuteteles (384-
322 aC) dedujo que su forma debiacutea ser
esfeacuterica al ver la sombra que produciacutea la
Tierra sobre la Luna en los eclipses Un
siglo despueacutes Eratoacutestenes (284-192 aC)
fue el primer ser humano que desarolloacute un
meacutetodo cientiacutefico para determinar el radio
de la Tierra (Millaacuten Gamboa 2006) Se le
puede considerar el fundador de la Geode-
sia
Hacia el antildeo 46 aC Julio Ceacutesar con la
ayuda del astroacutenomo Sosiacutegenes de Alejan-
driacutea fija en 36525 la duracioacuten del antildeo y
establece el Calendario Juliano que hoy
todaviacutea utilizan las iglesias ortodoxas grie-
gas y rusas
3122 La edad media
Las teoriacuteas aristoteacutelicas tuvieron una gran influencia la Edad Media en Europa Se
admitiacutea la esfericidad de la Tierra pero se explicaba muy mal Se suponiacutea la Tierra
cubierta de agua excepto la parte habitada (ecumene) La historia de esos siglos estaacute
salpicada de avances descubrimientos de matemaacuteticos y astroacutenomos que no dejan
de considerar los problemas geodeacutesicos en sus trabajos un resumen de los conoci-
mientos matemaacuteticos es realizado por el geoacutemetra Papus (400)
Es de destacar la medida del arco de meridiano realizada por el monje budista chino
I Hsing en el antildeo 727
Las aportaciones aacuterabes a la Geodesia son muy reducidas aunque merecen desta-
carse las expediciones organizadas en las llanuras de Palmira y Zinjar cerca de
Bagdad y Al Raqqah por el califa Al-Mamuacuten (786-833) hijo del Haroun al-
Figura 31 Reproduccioacuten de una tablilla
babiloacutenica del 500 aC donde aparece al
pie un mapa del mundo Biblioteca del
Congreso EEUU
3 Introduccioacuten
19
Raschid (830) para determinar la longitud del grado y los trabajos del matemaacutetico
Al-Khwarizmi que publicoacute un mapa del mundo conocido y determinoacute el radio de la
Tierra ademaacutes de introducir en las matemaacuteticas los numerales hinduacutees 12 y de
cuyo nombre se tomoacute la palabra algoritmo tantas veces usada despueacutes
El astroacutenomo Al-Battani (858-929) hacia el antildeo 900 publica un tratado de Geogra-
fiacutea dando las posiciones de las principales ciudades sirvieacutendose de la trigonometriacutea
publica tablas astronoacutemicas de uso comuacuten Los astroacutenomos aacuterabes Aboul Wefa y
Ben Younis recalculan las constantes astronoacutemicas y Alhazen (966-1039) escribe
un tratado de oacuteptica En 1154 en Sicilia aparece la gran compilacioacuten de Geografiacutea
Universal de Idrisi (1098-1166)
Las primitivas ensentildeanzas griegas de maestros de la categoriacutea de Pitaacutegoras Eudo-
xio Aristoacuteteles Eratoacutestenes Hiparco y Tolomeo entre otros sobreviven gracias a
la civilizacioacuten aacuterabe y en el siglo XII a traveacutes de Espantildea llegan a Europa en las
traducciones al latiacuten hechas en el reinado de Alfonso X de Castilla
Un caso digno de mencioacuten es el de Roger Bacon (1214-1294) creador de la oacuteptica
estudioso de la refraccioacuten y las mareas terrestres
3123 Siglos XV y XVI
Estos dos siglos coinciden con el periodo del Renacimiento en Europa Occidental y
se caracterizan entre otros aspectos por las grandes exploraciones Este hecho
propicioacute que se formaran grandes escuelas de cartoacutegrafos quienes con los conoci-
mientos muchas veces imprecisos aportados por la Geodesia confeccionaron gran
cantidad de mapas El cartoacutegrafo por excelencia de esta eacutepoca cuyos mapas satisfa-
ciacutean las necesidades de la navegacioacuten fue el flamenco Gerhard Kaufmann (1512-
1594) maacutes conocido por Mercator
Hasta finales del siglo XV no aparecen en Europa nuevas ideas en el terreno de la
Geodesia o de la Astronomiacutea Quizaacute deba recordarse al cardenal alemaacuten Nicolaacutes de
Cusa (1401-1464) que se hizo famoso por su idea del Universo infinito y que estu-
dioacute el movimiento diurno de la Tierra Otros como Peurbach (1423-1461) Walthe-
rus (1430-1504) y Regiomontano (1436-1476) hicieron algunos intentos para evo-
lucionar las ideas y Leonardo da Vinci (1452)-1519) ademaacutes de un artista
confirmado fue un buen cientiacutefico sugiriendo ya ideas sobre la isostasia y las ma-
reas terrestres
El gran astroacutenomo de esta eacutepoca es Nicolaacutes Copeacuternico (1473-1543) quien en su
obra De Revolutionibus Orbium Coelestium de 1543 desarrolla la teoriacutea helioceacuten-
trica del sistema solar que vino a revolucionar el pensamiento de la eacutepoca anclado
en las ideas aristoteacutelicas se entablaron duras poleacutemicas y se logroacute indirectamente
que la atencioacuten de los astroacutenomos y geodestas se dirigiese por este camino Prolife-
raron las observaciones se construyeron observatorios y en general la Astronomiacutea
3 Introduccioacuten
20
tuvo el apoyo de gobiernos y particulares que de otra manera difiacutecilmente se hubie-
se logrado Naturalmente la Geodesia y la navegacioacuten se beneficiaron enormemen-
te de los resultados que se esta-
ban obteniendo pues pronto
dispusieron de un mejor cono-
cimiento de las posiciones de
los cuerpos celestes indispen-
sables para sus fines de posi-
cionamiento y orientacioacuten La
teoriacutea helioceacutentrica pronto fue
admitida por el mundo cientiacutefi-
co la razoacuten se imponiacutea a la
teologiacutea aunque no sin grandes
sacrificios Kepler (1571-
1630) ademaacutes de descubrir las
leyes del movimiento planeta-
rio propuso un meacutetodo para
determinar el radio terrestre
En cuanto a las medidas del
arco de meridiano cabe desta-
car que el meacutedico franceacutes Fer-
nel (1485-1558) en 1525 midioacute
la distancia entre Pariacutes y Amiens con un cuadrante y contando las vueltas que daban
las ruedas de su carruaje
3124 Siglos XVII y XVIII
En este periodo las investigaciones y los avances geodeacutesicos continuacutean pero con
unas bases mucho maacutes cientiacuteficas Stevin (1548-1620) intuye la gravedad Las me-
didas del arco continuacutean En 1615 el holandeacutes Snellius (1580-1626) realiza la pri-
mera triangulacioacuten precisa y estudia la refraccioacuten midioacute un arco entre Bergen op
Zoom y Alkmaar con una base cerca de Leyden Este meacutetodo cuyos principios
fueron desarrollados por Gemma Frisius en 1533 perduroacute hasta el siglo XX con las
mejoras aportadas por los instrumentos de observacioacuten y medios de caacutelculo Tam-
bieacuten se efectuacutean mediciones en Inglaterra por Norwood (1590-1675) que en 1633
mide el arco entre Londres y York y en Italia por los jesuitas Riccioli (1598-1671) y
Grimaldi usando por primera vez aacutengulos cenitales reciacuteprocos en 1645 En Espantildea
aparece en 1615 un mapa de Aragoacuten realizado por Juan Bautista de Labantildea (1555-
1625) en el que se utilizan triangulaciones para los levantamientos En 1670 en
Francia el abad Picard (1620-1683) mejora los procedimientos de observacioacuten y
midiendo por triangulacioacuten el arco de Pariacutes entre Malvoisine (al sur de Pariacutes) y
Sourdon (al sur de Amiens) determina el radio terrestre Su resultado (6275 Km de
Figura 32 Mapa de Mercator 1595 Cartografiacutea que
muestra la tierra imaginaria del Aacutertico British Librarys
Mercator Atlas of Europe (c1570)
3 Introduccioacuten
21
radio) fue de trascendental importancia pues sirvioacute a Newton (1642-1727) para
calcular la distancia a la Luna que veniacutea dada en unidades del radio terrestre y
comprobar su ley de gravitacioacuten universal La aplicacioacuten de la Ley de Newton a la
teoriacutea de figuras de equilibrio permitioacute concluir que la Tierra no era una esfera sino
que debiacutea ser un elipsoide de revolucioacuten achatado por los polos del eje de rotacioacuten
Fundamentalmente Newton trata el problema de la figura de la Tierra en las propo-
siciones XVIII XIX y XX de su obra ldquoPhilisophiae naturalis principia mathemati-
cardquo tambieacuten en esta obra da la primera explicacioacuten correcta del fenoacutemeno de las
mareas y efectua caacutelculos precisos de las mismas Ya en 1672 Richer habiacutea obser-
vado que el peacutendulo astronoacutemico es maacutes lento en Cayena que en Pariacutes y Huygens
(1629-1695) el gran experto en relojes utilizando el primer reloj de peacutendulo preci-
so interpretoacute estas variaciones diciendo que la gravedad aumenta del ecuador a los
polos porque la Tierra es aplanada
Dominico Cassini (1625-1712) director del observatorio de Pariacutes observa que el
planeta Juacutepiter aparece aplanado y deduce que la Tierra tambieacuten debe serlo pero no
dice coacutemo Los resultados de posteriores mediciones confirmaron las conclusiones
de Cassini y Newton Desde entonces la Tierra se considera en segunda aproxima-
cioacuten como un elipsoide de dos ejes achatado por los polos del eje de rotacioacuten El
problema desde entonces es determinar las dimensiones de la Tierra obteniendo
valores numeacutericos del semieje y del aplanamiento del elipsoide terrestre
En 1742 Maclaurin (1698-1746) que habiacutea leiacutedo una tesis a los 17 antildeos sobre ldquoEl
poder de la gravedadrdquo estudiando las mareas demuestra que el elipsoide de revolu-
cioacuten aplanado puede ser una figura de equilibrio de una masa fluida y homogeacutenea
sometida a su propia gravitacioacuten y dotada de un movimiento de rotacioacuten deducien-
do la correspondiente ley de gravedad
En 1743 Clairaut que a los 18 antildeos fue aceptado como miembro de la Academia
Francesa publica su ldquoTheacuteorie de la figure de la Terrerdquo que puede considerarse co-
mo el origen de la Geodesia Dinaacutemica
En 1791 la ldquoCommission Geacuteneacutenal des Poids et Mesuresrdquo adopta el sistema meacutetrico
decimal El metro quedoacute definido en funcioacuten de la longitud del meridiano terrestre
Para dar la longitud del metro Delambre (1749-1822) y Pedro Andreacutes Mechain
(1744-1804) miden el meridiano de Francia entre Dunkerque y Perpignan
Trabajos tambieacuten importantes son los emprendidos por Lagrange (1736-1813)
quien en 1788 publica la primera edicioacuten de su ldquoMeacutechanique Analitiquerdquo y obtiene
las ecuaciones del movimiento del polo En 1785 Legendre (1752-1833) introduce
la nocioacuten de potencial y funda la teoriacutea de funciones esfeacutericas y en 1787 publica su
memoria sobre observaciones trigonomeacutetricas donde aparece su famoso teorema de
resolucioacuten plana de triaacutengulos esfeacutericos
3 Introduccioacuten
22
Desde el punto de vista praacutectico Borda (1733-1799) perfecciona los instrumentos
geodeacutesicos con la introduccioacuten del ciacuterculo repetidor y realiza la unioacuten geodeacutesica
Greenwich-Pariacutes
A partir de entonces quedoacute demostrado que a partir de medidas de aacutengulos y dis-
tancias podiacutean obtenerse posiciones de puntos sobre la superficie de la Tierra Pron-
to proliferaron debido principalmente a necesidades cartograacuteficas con fines milita-
res civiles y de navegacioacuten las invenciones de nuevos instrumentos de observacioacuten
y se perfeccionaron los teodolitos para la medida de aacutengulos
3125 Siglos XIX y XX
La primera gran operacioacuten geodeacutesica en el siglo XIX fue la prolongacioacuten hacia
Espantildea del meridiano de Francia preparada por Mechain por encargo del ldquoBureau
des Longitudesrdquo
Las medidas de grandes arcos de meridiano y paralelo se sucedieron a lo largo de
este siglo En 1817 Struve (1793-1864) y Tanner comienzan la medida del arco del
Danubio al Aacutertico que termina en 1849 En 1819 aparece calculado el elipsoide de
Walbeck en Rusia En 1823 Everest (1790-1866) mide el arco de la India y en 1830
publica los datos de su elipsoide Este mismo antildeo Airy calcula su elipsoide con
arcos de meridiano y paralelo de Gran Bretantildea En 1866 el Coronel norteamericano
Clarke (1828-1914) obtiene los elementos de su primer elipsoide que se utiliza en
Ameacuterica del Norte y en 1880 publica el segundo
Un gran impulso instrumental es el dado por Perrier (1833-1888) en 1868 con los
ciacuterculos acimutales para la observacioacuten de triangulaciones de primer orden que son
construidos por los hermanos Bruumlnner En 1885 Jaumlderin emplea los hilos en suspen-
sioacuten para la medida de bases geodeacutesicas
Es en el siglo XIX cuando la mayor parte de los cientiacuteficos de eacutelite establecen y
desarrollan las bases de la Geodesia matemaacutetica y experimental Carlos Federico
Gauss (1777-855) astroacutenomo geodesta y matemaacutetico inventoacute el helioacutegrafo y dise-
ntildeoacute calculoacute y compensoacute utilizando por primera vez el meacutetodo de miacutenimos cuadra-
dos la red geodeacutesica del reino de Hannover en 1821 Tambieacuten dio las bases de la
geometriacutea diferencial de superficies de uso obligado en Geodesia geomeacutetrica y
dinaacutemica Igualmente establecioacute los fundamentos teoacutericos de la Geodesia con la
definicioacuten de la superficie matemaacutetica de la Tierra que posteriormente en 1872
Listing llamariacutea geoide
Los trabajos geodeacutesicos en Ameacuterica del Norte condujeron a la medida de largos
arcos de meridiano y a la obtencioacuten del elipsoide de Hayford que posteriormente
fue adoptado por la Unioacuten Internacional de Gedodesia y Geofiacutesica como Elipsoide
Internacional
3 Introduccioacuten
23
Pratt (1774-1872) en 1855 presenta su modelo isostaacutetico y Airy hace lo propio el
mismo antildeo Otro gran matemaacutetico geodesta y astroacutenomo fue Bessel (1784-1846)
director del observatorio de Koumlnigsberg que midioacute el arco prusiano en 1838 de-
terminoacute el primer valor fiable del aplanamiento de la Tierra Su elipsoide de 1840
ha formado parte de algunos datums europeos
La aplicacioacuten de las ondas electromagneacuteticas a la medida de distancias en Geodesia
fue iniciada por Michelson (1852-1931) Maacutes tarde en 1948 el sueco Bergstrand
inventoacute el geodiacutemetro y Wadley en 1956 el teluroacutemetro
El siglo XX comienza con la aparicioacuten de la obra de Helmert (1843-1917) que vie-
ne a sintetizar los trabajos geodeacutesicos hasta entonces y que ha servido y sirve como
libro de referencia inexcusable Helmert es el introductor del meacutetodo de nivelacioacuten
astrogeodeacutesica para la determinacioacuten del geoide a partir de desviaciones de la verti-
cal En 1900 crea el Sistema Gravimeacutetrico de Viena y en 1901 da su foacutermula de la
gravedad normal
En 1909 el geodesta norteamericano Hayford con datos de la red geodeacutesica de los
Estados Unidos y aplicando el meacutetodo de las aacutereas con la hipoacutetesis isostaacutetica de
Pratt publica los resultados de su elipsoide que posteriormente es adoptado como
elipsoide de referencia Internacional en Madrid en 1924 Se establece el sistema de
gravedad de Potsdam
En 1928 Vening-Meinesz publica un libro con las foacutermulas que llevan su nombre y
que determinan las componentes de la desviacioacuten de la vertical a partir de medidas
gravimeacutetricas
Las observaciones de eclipses de Sol y de ocultaciones de estrellas por la Luna
proporcionan datos suficientes para la determinacioacuten de los paraacutemetros del elipsoi-
de terrestre y para la unioacuten en un mismo sistema de referencia de puntos de la su-
perficie terrestre alejados
En 1940 aparecen los trabajos del geodesta finlandeacutes Weiko A Heiskanen sobre
aplanamiento de elipsoides de dos y tres ejes sobre cartas de anomaliacuteas de la gra-
vedad y sobre correcciones isostaacuteticas siguiendo la hipoacutetesis de Airy
En 1950 el japoneacutes Takeuchi resuelve por primera vez numeacutericamente el sistema de
ecuaciones diferenciales que gobierna las deformaciones elaacutesticas de una Tierra no
homogeacutenea
En 1950 se aplica la triangulacioacuten Hiran con precisioacuten de 5 metros Aparecen los
niveles automaacuteticos los graviacutemetros de muelle de alta precisioacuten y los graviacutemetros
marinos Graf y LaCoste
En 1957 el 4 de octubre se lanza el primer sateacutelite artificial de la Tierra por los
rusos el Sputnik 1 En 1958 comienza la Geodesia por sateacutelites con las caacutemaras
Baker-Nunn y fotografiacutea con fondo de estrellas
3 Introduccioacuten
24
En 1964 se lanzan los primeros sateacutelites Doppler Transit por los EEUU que quedan
operativos para uso civil en 1967 En 1968 aparece el graviacutemetro superconductor de
Goodkind y se lanzan los sateacutelites Echo I y II ANNA 1B Geos1 y 2 Pageos Dia-
deme1-2 Oscar 14 y Timation
De 1966 a 1976 se realiza la primera gran operacioacuten europea de Geodesia por Sateacute-
lites denominada WEST (Western European Satellite Triangulation) Participan 17
paiacuteses europeos entre ellos Espantildea con un total de 40 estaciones En 1969 el Apo-
llo 11 deposita en la Luna los reflectores laser y se miden distancias desde los ob-
servatorios de Lick y McDonald Tambieacuten en 1969 se mide la primera gran base por
VLBI entre Haystack y Greenbank
En los antildeos sesenta se perfeccionan los equipos Doppler se continuacutean lanzando
sateacutelites geodeacutesicos y se desarrolla el receptor Mark I para VLBI Aparecen las
investigaciones de Kaula sobre teoriacutea de sateacutelites geodeacutesicos de Kaula Bjerham-
mar y Moritz sobre investigaciones estadiacutesticas del campo de gravedad y los de
Baarda y Bjerhammar sobre fiabilidad de redes geodeacutesicas Tambieacuten se estudia la
determinacioacuten de movimientos recientes de la corteza por Boulanger Se perfeccio-
na el seguimiento Doppler de sateacutelites
En los antildeos setenta el avance de la Geodesia es espectacular se termina y adopta la
IGSN71 Red Gravimeacutetrica Internacional estandarizada aparecen los sistemas de
levantamiento inercial se despliega el sistema Doppler Tranet-2 y se perfeccionan
los receptores Doppler como los JMR y los Magnavox En cuanto a la VLBI se
desarrollan los equipos Mark II y III y el primer sistema moacutevil
Tambieacuten en estos antildeos setenta se perfecciona el seguimiento laser a la Luna con
nuevos reflectores depositados alliacute por los sateacutelites Apollo14 y 15 y el Lunakhod II
El lanzamiento de sateacutelites continuacutea El primer sateacutelite GPS del Bloque I el PRN4
fue lanzado el 22 de febrero de 1978
Otros importantes avances en esta deacutecada los constituyen las investigaciones sobre
movimientos recientes de la corteza con resultados experimentales en el este de
Europa Se obtienen perfiles de marea gravimeacutetrica Aparecen modelos de marea
oceaacutenica Los sistemas de posicionamiento por sateacutelites Doppler y laser llegan a
precisiones relativas de 2 deciacutemetros Estas precisiones tambieacuten son alcanzadas con
medidas VLBI intercontinentales Los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra quedan
determinados con precisiones de 2 centeacutesimas de segundo de arco
En la deacutecada de los ochenta se establecen las primeras redes geodeacutesicas mundiales
con VLBI para la definicioacuten del sistema de orden cero Se siguen lanzando sateacutelites
geodeacutesicos como los Navstar 6 a 13 de GPS El primer sateacutelite GPS del Bloque II
fue lanzado en febrero de 1989
3 Introduccioacuten
25
En esta deacutecada las investigaciones se dirigen fundamentalmente a la Geodesia inte-
grada Geodesia operativa optimizacioacuten de redes rotacioacuten de la Tierra y determi-
nacioacuten del geoide
Las teacutecnicas espaciales de posicionamiento alcanzan precisiones relativas de 1 cen-
tiacutemetro y los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra se determinan con precisiones de
la mileacutesima de segundo de arco
En los antildeos noventa continuacutean los desarrollos iniciados en la deacutecada anterior pre-
sentaacutendose ya resultados tangibles de gran precisioacuten Se establecen las redes conti-
nentales por teacutecnicas GPS y las redes nacionales de orden cero
En la Geodesia espacial continuacutean los avances en VLBI GPS y los modernos sis-
temas DORIS PRARE y DGPS para aumentar la precisioacuten y facilidad de segui-
miento de sateacutelites y posicionamiento de estaciones Se lanzan nuevos sateacutelites GPS
del bloque II y se prepara el bloque III tambieacuten se lanzan sateacutelites Laser como el
LAGEOS-2 el ESTELLA y en GFZ-1
3126 Situacioacuten actual y desarrollo futuro
En Geodesia como en otras ramas de la ciencia hay que distinguir entre las cues-
tiones cientiacuteficas planteadas y las herramientas utilizadas para responder a estas
preguntas Muchas de las preguntas formuladas hoy en Geodesia siguen siendo las
mismas que las realizadas en el siglo XIX
Los actuales y previsiblemente futuros desarrollos teacutecnicos relacionados con la era
espacial el disentildeo de potentes ordenadores y los sistemas de comunicacioacuten permi-
tiraacuten en el futuro abordar muchas preguntas maacutes y encontrar respuestas maacutes detalla-
das a problemas claacutesicos
Sin embargo hay un aspecto que previsiblemente se mantendraacute invariable la inves-
tigacioacuten geodeacutesica soacutelo podraacute ser abordada con eacutexito a traveacutes de la colaboracioacuten
internacional (Beutler 2011)
El futuro de la Geodesia previsiblemente estaraacute basado en los siguientes ejes de
desarrollo
- Desarrollos de hardware y de software La ley exponencial que dirige la
evolucioacuten de la potencia de caacutelculo no ha agotado completamente su ten-
dencia y nuevas tecnologiacuteas se abren paso raacutepidamente en el mercado
abriendo las puertas a los caacutelculos maacutes avanzados
- Tecnologiacuteas maacutes avanzadas en instrumentacioacuten geodeacutesica con dos caracte-
riacutesticas principales una es la tendencia histoacuterica en la mejora de la preci-
sioacuten y la otra es el aumento de la cantidad de informacioacuten disponible gra-cias a la difusioacuten de un gran nuacutemero de instrumental geodeacutesico Este
instrumental en algunos casos puede ser de menor precisioacuten que los siste-
3 Introduccioacuten
26
mas maacutes avanzados sin embargo el coste econoacutemico es muy bajo lo que
los hace accesibles a una amplia comunidad de usuarios como sucede con
los equipos GNSS
- Un conocimiento maacutes avanzado de la fiacutesica de la Tierra soacutelida facilitando
el modelado de las deformaciones de la corteza terrestre la mejora del co-
nocimiento del patroacuten oceaacutenico de circulacioacuten global la altimetriacutea por sateacute-
lite para la estimacioacuten del geoide marino
- Un progreso maacutes soacutelido en matemaacuteticas por ejemplo en el aacuterea de los sis-
temas dinaacutemicos o en estadiacutestica impulsada por las grandes posibilidades
ofrecidas por las nuevas herramientas electroacutenicas (Sansograve 2003)
32 Introduccioacuten a la monitorizacioacuten de fenoacutemenos geodinaacutemicos me-
diante teacutecnicas GNSS
Dado que el objetivo de esta investigacioacuten es el estudio geodeacutesico de fenoacutemenos
geodinaacutemicos susceptibles de producir desastres naturales vamos a realizar una
breve introduccioacuten de la rama de la Geologiacutea que estudia los agentes fuerzas y
consecuencias de los procesos dinaacutemicos de la Tierra
321 Introduccioacuten a la geodinaacutemica interna de la Tierra
3211 Concepto
Se denomina geodinaacutemica a la suma de los procesos geoloacutegicos que afectan a la
Tierra y determinan su constante evolucioacuten Igualmente se puede definir como el
conjunto de causas y efectos que provocan los cambios estructurales quiacutemicos yo
morfoloacutegicos que afectan al planeta
La superficie terrestre estaacute en continua transformacioacuten Mientras la geodinaacutemica
interna describe los procesos de creacioacuten continua la geodinaacutemica externa estudia
la alteracioacuten de dicha superficie por fuerzas que actuacutean desde fuera Estas fuerzas
externas son el viento el agua las olas los glaciares las aguas de infiltracioacuten y los
cambios de temperatura
3212 Agentes geodinaacutemicos internos Tectoacutenica de placas
La Tectoacutenica de Placas proporciona un marco teoacuterico para entender la estructura
composicioacuten y los procesos geodinaacutemicos internos a una escala global
La Tierra es el uacutenico planeta del Sistema Solar en el cual opera la Tectoacutenica de
Placas y para comprender por queacute la Tierra tiene caracteriacutesticas que la hacen uacutenica
es necesario remontarnos al Origen del Sistema Solar ya que la estructura interna
de la Tierra asiacute como la composicioacuten de la atmoacutesfera temprana y sus diferentes
etapas evolutivas se relacionan con el mismo origen de la Tierra
3 Introduccioacuten
27
32121 Origen de la Tierra
La hipoacutetesis de la nebulosa primitiva sugiere que los cuerpos de nuestro Sistema
Solar se formaron a partir de una enorme nube en rotacioacuten Hace cerca de 5000
millones de antildeos esta inmensa nube y granos diminutos de elementos maacutes pesados
empezaron a contraerse lentamente debido a las interacciones gravitatorias entre sus
pertiacuteculas y a adoptar la forma de disco en rotacioacuten como se aprecia en la Figura
33 Una influencia externa como una onda de choque procedente de una explosioacuten
catastroacutefica como una supernova pudo haber iniciado el colapso Durante el colap-
so la energiacutea gravitacional se convirtioacute en energiacutea teacutermica aumentando la tempera-
tura del disco
La formacioacuten del Sol marcoacute el fin del periodo de contraccioacuten y en consecuencia el
fin del calentamiento gravitacional Las temperaturas de la regioacuten en la que ahora se
encuentran los planetas interiores empezaron a disminuir Esta reduccioacuten de la tem-
peratura hizo que las sustancias con puntos de fusioacuten elevados se condensaran en
pequentildeas partiacuteculas que empezaron a unirse Materiales como el hierro el niacutequel y
los elementos que componen los minerales que forman las rocas formaron masas
metaacutelicas y rocosas que orbitaban alrededor del Sol Millones de colisiones repeti-
das entre estas masas produjeron la creacioacuten de objetos cada vez maacutes grandes que a
su vez seguiacutean atrayendo cada vez con maacutes intensidad el material del disco proto-
planetario En unas pocas decenas de
millones de antildeos estos objetos crecie-
ron hasta convertirse en los cuatro
planetas interiores
A medida que los protoplanetas atraiacutean
cada vez maacutes material los impactos de
alta velocidad provocaron el aumento
de temperatura de estos cuerpos A
causa de sus temperaturas relativamen-
te elevadas y sus campos gravitaciona-
les deacutebiles los planetas interiores a
diferencia de los exteriores no podiacutean
acumular muchos de los componentes
maacutes ligeros como el hidroacutegeno y el
helio que fueron barridos por el viento
solar
Centraacutendonos ya en la Tierra a medi-
da que se acumulaba el material los
impactos y la desintegracioacuten de ele-mentos radiactivos provocaron un aumento constante de la temperatura Durante ese
periodo se produjo la diferenciacioacuten de los materiales pesados que debido a su
Figura 33 Esquema del origen del Sistema
Solar 2005 Ciencias de la Tierra
3 Introduccioacuten
28
mayor densidad ocuparon el centro del planeta Este primer periodo de calentamien-
to tambieacuten provocoacute otro proceso de diferenciacioacuten quiacutemica formaacutendose masas
flotantes de roca fundida que ascendieron a la superficie formando la corteza primi-
tiva Estas diferenciaciones establecieron las divisiones baacutesicas del interior de la
Tierra
32122 Estructura de la Tierra
La segregacioacuten material que empezoacute muy temprano en la historia de la Tierra tuvo
como resultado la formacioacuten de tres capas definidas por su composicioacuten quiacutemica la
corteza el Manto y el nuacutecleo Ademaacutes de estas tres capas de diferente composi-
cioacuten la Tierra se puede dividir en diferentes zonas maacutes o menos conceacutentricas en
funcioacuten de sus propiedades fiacutesicas Esta divisioacuten es de gran importancia dado que
tiene una relacioacuten directa con la explicacioacuten de los fenoacutemenos geodinaacutemicos estu-
diados en esta investigacioacuten Las propiedades fiacutesicas utilizadas para definir estas
zonas son su caracter soacutelido o liacutequido y cuaacuten duacutectiles o resistentes son El conoci-
miento de esta estructra en capas es esencial para la comprensioacuten de los procesos
geodinaacutemicos baacutesicos como el vulcanismo los terremotos o la formacioacuten de mon-
tantildeas
La Tierra puede dividirse en cinco capas principales en funcioacuten de sus propiedades
fiacutesicas y por tanto seguacuten su resistencia mecaacutenica Litosfera Astenosfera mesosfe-
ra nuacutecleo externo y nuacutecleo interno
321221 Litosfera
Seguacuten sus propiedades fiacutesicas la capa exterior de la Tierra comprende la corteza y
el Manto superior y forma un nivel relativamente riacutegido y friacuteo Aunque este nivel
consta de materiales cuyas composiciones quiacutemicas son notablemente diferentes
tiende a actuar como una unidad que muestra un comportamiento riacutegido principal-
mente porque es friacuteo y en consecuencia resistente Sin embargo no toda la Litosfe-
ra se comporta como un soacutelido quebradizo similar a las rocas encontradas en la
superficie sino que se vuelve progresivamente maacutes caliente y duacutectil conforme au-
menta la profundidad
Esta capa tiene un grosor medio de unos 100 kiloacutemetros pero puede alcanzar 250
kiloacutemetros de grosor debajo de las porciones maacutes antiguas de los continentes como
se indica en la Figura 34 Dentro de las cuencas oceaacutenicas la Litosfera tiene un
grosor de tan solo unos pocos kiloacutemetros debajo de las dorsales oceaacutenicas pero
aumenta hasta quizaacute 100 kiloacutemetros en regiones donde hay corteza maacutes antigua y
friacutea
3 Introduccioacuten
29
321222 Astenosfera
Debajo de la Litosfera en el Manto superior a una profundidad de unos 660 kiloacute-
metros se encuentra una capa blanda comparativamente paacutestica denominada Aste-
nosfera La porcioacuten superior de la Astenosfera tiene unas condiciones de temperatu-
ra y presioacuten que permiten la existencia de una pequentildea porcioacuten de roca fundida
Dentro de esta zona muy duacutectil la Litosfera estaacute mecaacutenicamente separada de la
capa inferior La consecuencia es que la Litosfera es capaz de desplazarse con inde-
pendencia de la Astenosfera un hecho fundamental para que se produzcan los mo-
vimientos que tratamos de detectar
Figura 34 Esquema de la estructura en capas de la Tierra (Tarbuck et al 2005)
Es importante destacar que la resistencia a la deformacioacuten de los diversos materia-
les de la Tierra es funcioacuten de su composicioacuten de la temperatura y de la presioacuten a la
que estaacuten sometidos A la profundidad de la Astenosfera superior las rocas estaacuten lo
suficientemente cerca de sus temperaturas de fusioacuten para que sean faacuteciles de defor-
mar
321223 Mesosfera y nuacutecleo
Por debajo de la zona duacutectil de la parte superior de la Astenosfera el aumento de la
presioacuten contrarresta los efectos de la temperatura maacutes alta y la resistencia de las
3 Introduccioacuten
30
rocas crece de manera gradual con la profundidad Entre las profundidades de 660 y
2900 kiloacutemetros se encuentra una capa maacutes riacutegida denominada Mesosfera o Manto
Inferior A pesar de su resistencia las rocas de la Mesosfera estaacuten todaviacutea muy
calientes y son capaces de fluir de una manera muy gradual
El Nuacutecleo se divide en dos regiones que muestran resistencias mecaacutenicas muy dis-
tintas El Nuacutecleo Externo es una capa liacutequida de 2270 kiloacutemetros de grosor Las
corrientes convectivas de hierro metaacutelico en esta zona son las que generan el campo
magneacutetico de la Tierra El Nuacutecleo Interno es una esfera con un radio de 1216 kiloacute-
metros A pesar de su temperatura maacutes elevada el material del Nuacutecleo Interno es
maacutes resistente que el del Nuacutecleo Externo debido a la enorme presioacuten y se comporta
como un soacutelido
32123 Tectoacutenica de placas
Antes del siglo XX la opinioacuten establecida consistiacutea en que la cuencas oceaacutenicas y
los continentes eran estructuras permanetes y muy antiguas Esta opinioacuten era res-
paldada por las pruebas recogidas del estudio de las ondas siacutesmicas que revelaron la
existencia de un Manto soacutelido rocoso que se extendiacutea hasta medio camino hacia el
centro de la Tierra El concepto de un Manto soacutelido indujo a la mayoriacutea de investi-
gadores a la conclusioacuten de que la Corteza externa de la Tierra no podiacutea moverse
Fue a principios del siglo XX cuando se incicia la historia de la Teacutectoacutenica de Pla-
cas La teoriacutea comienza con la deriva continental que fue postulada por Alfred
Wegener y recogida en 1915 en su obra ldquoEl origen de los continentes y los oceacutea-
nosrdquo Aunque existiacutean algunos indicios a su favor en un principio la mayoriacutea de los
geoacutelogos se mostraron esceacutepticos ya que no se conociacutea ninguacuten mecanismo plausi-
ble que explicase el movimiento de grandes masas de tierra a traveacutes del oceacuteano
El concepto moderno de placas tectoacutenicas moacuteviles fue propuesto en 1962 por Harry
H Hess de la Universidad de Princeton Hess habiacutea sido capitaacuten de un carguero
militar estadounidense durante la Segunda Guerra Mundial durante sus viajes
habiacutea utilizado el soacutenar del barco para elaborar un mapa del fondo del Paciacutefico
Defendioacute la hipoacutetesis de que la totalidad de la Corteza terrestre tanto la oceaacutenica
como la continental se desplazaba sobre el Manto como consecuencia de la con-
veccioacuten en eacuteste La Corteza se formariacutea en las dorsales oceaacutenicas lugares en los que
emerge y solidifica el magma y la Corteza ya existente se hundiriacutea en las fosas
oceaacutenicas en los procesos conocidos como subduccioacuten de placas
Las ideas de Hess fueron aceptadas por la comunidad cientiacutefica despueacutes de que
algunos estudios hallasen que el magnetismo de las rocas del fondo marino se ajus-
taba a sus predicciones el campo magneacutetico terrestre cuya polaridad se invierte
cada cientos de miles de antildeos deja su huella en la roca a medida que eacutesta solidifica
lo que provoca la formacioacuten de bandas magneacuteticas alternas y paralelas a las dorsales
oceaacutenicas
3 Introduccioacuten
31
El modelo que describe la tectoacutenica de placas se basa en que la Litosfera estaacute rota
en fragmentos denominados placas que se mueven unas con respecto a otras y cam-
bian continuamente de forma y tamantildeo
Uno de los principales fundamentos de la tectoacutenica de placas constituye el hecho de
que las placas se mueven como unidades coherentes en relacioacuten con todas las demaacutes
placas Las placas litosfeacutericas se mueven a una velocidad muy lenta pero continua
de media unos cinco centiacutemetros anuales Este movimiento es impulsado en uacuteltima
instancia por la distribucioacuten desigual del calor en el interior de la Tierra El material
caliente que se encuentra en las profundidades del Manto se mueve despacio hacia
arriba y alimenta una parte del sistema de conveccioacuten interna de nuestro planeta
Simultaacuteneamente laacuteminas maacutes friacuteas y densas de la Litosfera oceaacutenica descienden al
Manto poniendo en movimiento la capa externa riacutegida de la Tierra Como conse-
cuencia de todo lo descrito los roces entre las placas litosfeacutericas generan terremo-
tos crean volcanes y deforman grandes masas de rocas
Figura 35 Distribucioacuten geograacutefica de las placas tectoacutenicas actuales Modificado de Sociedad
mexicana de ingenieriacutea siacutesmica 2013
Como se muestra en la Figura 35 se reconocen siete placas principales Son la
placa Norteamericana la Sudamericana la del Paciacutefico la Africana la Euroasiaacutetica
la Australiana y la Antaacutertica La mayor es la placa del Paciacutefico que abarca una
porcioacuten significativa de la cuenca del oceacuteano Paciacutefico La mayoriacutea de las grandes
placas incluye un continente entero ademaacutes de una gran aacuterea de suelo oceaacutenico
Igualmente es de destacar el hecho de que ninguna de las placas estaacute definida com-
pletamente por los maacutergenes continentales
3 Introduccioacuten
32
Las placas de tamantildeo medio son la Caribentildea la de Nazca la Filipina la Araacutebiga la
de Cocos la de Scotia y la de Juan de Fuca Ademaacutes se han identificado maacutes de
una docena de placas maacutes pequentildeas o microplacas Placa de Ojotsk de Amuria del
Explorador de Gorda placa Somaliacute de la Sonda del Altiplano de Birmania placa
Yangtseacute de Timor placa Cabeza de Paacutejaro de Panamaacute de Rivera de Pascua de
Juan Fernaacutendez de Chiloeacute de Kula de Faralloacuten
Sin embargo para el caacutelculo de los modelos globales uacutenicamente se tienen en cuen-
ta las placas maacutes grandes Concretamente a partir del caacutelculo del campo de veloci-
dades del ITRF2008 se estimoacute un modelo de movimiento de placas tectoacutenicas que
tuvo en cuenta las 14 placas maacutes grandes (Altamimi et al 2011) como se aprecia
en la Figura 36
Figura 36 Placas que se utilizaron para el caacutelculo del modelo de movimiento de placas
ITRF20081
321231 Bordes de placas
Aunque el interior de las placas puede experimentar alguna deformacioacuten las princi-
pales alteraciones se producen a lo largo de sus bordes De hecho los bordes de
placa se establecieron por primera vez representando las localizaciones de las zonas
con mayor cantidad de terremotos es por ello que los bordes coinciden con las
1Altamimi Z Metivier L y Collilieux X (2011) ldquoITRF2008 plate motion modelrdquo Journal of Geophysical Research Solid
Earth (1978ndash2012) Vol 117 Issue B7
3 Introduccioacuten
33
zonas de maacutes intensa actividad siacutesmica y volcaacutenica de la Tierra Las placas tienen
tres tipos distintos de bordes que se diferencian en funcioacuten del tipo de movimiento
que poseen
Bordes divergentes Zonas donde dos placas se separan lo que produce el ascenso
de material desde el Manto para crear nuevo suelo oceaacutenico Geograacuteficamente se
ubican en las dorsales oceaacutenicas y el rift africano
Bordes convergentes Zonas donde dos placas se juntan provocando el descenso de
la Litosfera oceaacutenica debajo de una placa superpuesta que es finalmente reabsorbi-
da en el Manto o la colisioacuten de dos bloques continentales para crear un sistema
montantildeoso Geograacuteficamente como se aprecia en la Figura 37 las zonas maacutes acti-
vas son
- El cinturoacuten de fuego del Paciacutefico Situado en las costas del oceacuteano Paciacutefico
conecta algunas de las zonas de subduccioacuten maacutes importantes del mundo
Incluye a Chile parte de Bolivia Peruacute Ecuador Colombia Centroameacuterica
Mexico parte de los Estados Unidos parte de Canadaacute luego gira a la altu-
ra de las Islas Aleutianas y baja por las costas e islas de Rusia Japoacuten Tai-
wan Filipinas Papuacutea Nueva Guinea y Nueva Zelanda
- El cinturoacuten montantildeoso alpino-Himalayo que de oeste a este se inicia con
las cordilleras Beacuteticas y los Atlas en el sur de Espantildea y el norte de Aacutefrica
continuacutea con los Pirineos los Apeninos los Alpes los Caacuterpatos los Dinaacute-
ricos y los Balcanes sigue a traveacutes de los montes de Crimea el Caacuteucaso la
meseta de Iraacuten el Pamir Hindukush Karakorum e Himalaya Este cinturoacuten
tiene continuacioacuten hacia el sureste Indochina y las islas de Indonesia
Bordes de falla transformante Zonas donde dos placas se desplazan lateralmente
una respecto de la otra sin la produccioacuten ni destruccioacuten de Litosfera La mayoriacutea se
localizan geograacuteficamente dentro de las cuencas oceaacutenicas aunque algunas atravie-
san la corteza continental como la falla de San Andreacutes en California y la falla Alpi-
na en Nueva Zelanda
Cada placa estaacute rodeada por una combinacioacuten de estos tres tipos de bordes que
como ya se ha indicado no son fijos sino que estaacuten en continuo movimiento
Actualmente es posible determinar la magnitud del movimiento de las placas em-
pleando modelos globales de placas tectoacutenicas Algunos de estos modelos maacutes utili-
zados son
- NNR-NUVEL 1A (DeMets et al 1994)
- SOPAC (Scripps Orbit and Array Center)
- ITRF2005 (Altamimi 2007)
3 Introduccioacuten
34
Figura 37 Distribucioacuten geograacutefica de las zonas de maacutes intensa actividad siacutesmica y volcaacutenica de
la Tierra Modificado de geofaveblogspotcom 2013
3212311 Bordes divergentes
La mayoriacutea de los bordes divergentes se situacutean a lo largo de las crestas de las dorsa-
les oceaacutenicas dado que es donde se genera nueva Litosfera oceaacutenica Aquiacute a medi-
da que las placas tectoacutenicas se separan del eje de la dorsal las fracturas creadas se
llenan inmediatamente con roca fundida que asciende desde el Manto caliente si-
tuado debajo Este magma se enfriacutea de una manera gradual generando una roca
dura produciendo asiacute nuevos fragmentos de fondo oceaacutenico De una manera conti-
nua las placas adyacentes se sepa-
ran y una nueva Litosfera oceaacutenica
se forma entre ellas Aunque no es
lo normal los bordes divergentes
no se situacutean uacutenicamente en los
fondos oceaacutenicos sino que tambieacuten
pueden formarse sobre los conti-
nentes El mecanismo que actuacutea a
lo largo del sistema de dorsales
oceaacutenicas para crear nuevo fondo
oceaacutenico se denomina expansioacuten del fondo oceaacutenico
Figura 38 Esquema tectoacutenico del valle del rift
africano 2013 Bgreenprojectwordpresscom
3 Introduccioacuten
35
Las velocidades tiacutepicas de expansioacuten se mueven en torno a los 5 centiacutemetros al antildeo
A lo largo de la dorsal Centroatlaacutentica se encuentran velocidades de 2 centiacutemetros a
antildeo mientras que en secciones de la dorsal del Paciacutefico se han medido velocidades
superiores a los 15 centiacutemetros
En el caso de desarrollarse bordes de placa divergentes en el interior de un conti-
nente la fragmentacioacuten comienza con la formacioacuten de una depresioacuten alargada de-
nominada rift continental Un ejemplo moderno de rift continental es el rift de Aacutefri-
ca oriental que representa el estadio inicial de la ruptura de un continente De
mantenerse las fuerzas tensoriales en la zona el valle del rift se alargaraacute y aumenta-
raacute su profundidad alcanzando al final el borde de la placa separaacutendola en dos
como se puede ver en la Figura 38
3212312 Bordes convergentes
La superficie de nuestro planeta a pesar de que continuamente se estaacute produciendo
nueva Litosfera obviamente no aumenta
Para compensar la adicioacuten de Litosfera
creada las porciones maacutes antiguas de
Litosfera oceaacutenica descienden al Manto
a lo largo de los bordes convergentes o
bordes de placa destructivos
Aparecen bordes de placas convergentes
donde dos placas se mueven una hacia
otra y el movimiento se ajusta con el
deslizamiento de una placa por debajo de
otra La expresioacuten superficial producida
por la placa descendente es una fosa
submarina Los bordes convergentes
tambieacuten se denominan zonas de subduc-
cioacuten porque son lugares donde la Litosfe-
ra desciende hasta la Astenosfera La
subduccioacuten se produce porque la densi-
dad de la placa litosfeacuterica descendente es
mayor que la de la Astenosfera subya-
cente En general la Litosfera oceaacutenica
es maacutes densa que la Astenosfera mien-
tras que la Litosfera continental es menos
densa y resiste a la subduccioacuten Por con-
siguiente es siempre la Litosfera oceaacuteni-
ca la que experimenta la subduccioacuten Las capas de Litosfera oceaacutenica descienden
en la Astenosfera con unos aacutengulos de
Figura 39 Esquema de los diferentes tipos de
convergencia entre placas A Oceacuteano-
contiente B Oceacuteano-oceacuteano C Continente-
continente (Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
36
unos pocos grados o pueden caer casi en vertical pero el aacutengulo medio es de unos
45ordm El aacutengulo al que la Litosfera oceaacutenica desciende depende de su densidad Por
ejemplo a lo largo de la fosa Peruacute-Chile la zona de subduccioacuten al estar cerca de un
centro de expansioacuten y por tanto existir una Litosfera auacuten caliente presenta unos
aacutengulos de descenso pequentildeos
Aunque todas las zonas convergentes tienen las mismas caracteriacutesticas baacutesicas
poseen rasgos muy variables Cada una estaacute controlada por el tipo de material de la
Corteza que interviene y por el ambiente tectoacutenico Los bordes convergentes se
pueden formar entre dos placas oceaacutenicas una placa oceaacutenica y una continental o
dos placas continentales Las tres situaciones se ilustran en la Figura 39
3212313 Bordes de falla transformante
El tercer tipo de borde de placa es el transformante en el cual las placas se deplazan
una al lado de otra sin producir ni destruir Litosfera La verdadera naturaleza de
estas grandes fallas la descubrioacute en 1965 H Tuzo Wilson quieacuten sugirioacute que conec-
tan los cinturones activos globales en una red continua que divide la superficie ex-
terna de la Tierra en varias
placas riacutegidas Por tanto
Wilson se convirtioacute en el el
primero en sugerir que la
Tierra estaba compuesta por
placas individuales
La mayoriacutea de las fallas trans-
formantes une dos segmentos
de una dorsal centrooceaacutenica
Aquiacute son parte de unas liacuteneas
prominentes de rotura en la
corteza oceaacutenica conocidas
como zonas de fractura que
abarcan las fallas transfor-
mantes y sus extensiones
inactivas en el interior de las
placas Estas zonas de fractu-
ra se encuentran aproxima-
damente cada 100 kiloacutemetros
a lo largo de la direccioacuten del
eje de la dorsal Como se
muestra en la Figura 310
las fallas transformantes acti-vas se encuentran soacutelo entre
los dos segmentos desplaza-
Figura 310 Esquema de un borde transformante que
desplaza los segmentos de la dorsal Centtroatlaacutentica
(Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
37
dos de la dorsal Como la orientacioacuten de estas zonas de fractura es aproximadamen-
te paralela a la direccioacuten del movimiento de la placa en el momento de su forma-
cioacuten se pueden utilizar para cartografiar la direccioacuten del movimiento en el pasado
Aunque la mayoriacutea de las fallas transformantes estaacute localizada dentro de las cuencas
oceaacutenicas unas pocas atraviesan la corteza continental Dos ejemplos de ellas son la
falla de San Andreacutes en California con gran actividad siacutesmica y la falla Alpina en
Nueva Zelanda
321232 Fuerzas impulsoras de las placas tectoacutenicas
Varias fuerzas actuacutean sobre las placas tectoacutenicas algunas de ellas son fuerzas im-
pulsoras mientras que unas pocas se oponen al movimiento de las placas Las fuer-
zas impulsoras son la fuerza de arrastre de la placa la fuerza de empuje de la dorsal
y la fuerza de succioacuten de la placa las fuerzas que tienden a impedir el movimiento
de las placas son la fuerza de resistencia de la placa y la fuerza de arrastre del Man-
to (ver Figura 311)
Existe acuerdo general en
que la subduccioacuten de las
capas friacuteas y densas de la
Litosfera oceaacutenica es la
principal fuerza impulsora
del movimiento de las
placas A medida que estas
capas se hunden en la As-
tenosfera tiran de la placa
a remolque Este fenoacute-
meno denominado fuerza
de arrastre de la placa se
produce porque las capas
antiguas de la Litosfera
oceaacutenica son maacutes densas
que la Astenosfera subyacente y por tanto se hunden en ella Otra fuerza impulsora
importante se denomina fuerza de empuje de la dorsal Este mecanismo accionado
por la gravedad es consecuencia de la posicioacuten elevada de la dorsal oceaacutenica que
hace que las capas de la Litosfera se deslicen hacia abajo por los flancos de la dor-
sal La fuerza de empuje de la dorsal parece contribuir mucho menos a los movi-
mientos de las placas que la fuerza de arrastre de la placa El hecho de que cuando
maacutes del 20 del periacutemetro de una placa consta de zonas de subduccioacuten las veloci-
dades son relativamente raacutepidas respalda la nocioacuten de que la fuerza de arrastre de la
placa es maacutes importante que la fuerza de empuje de la dorsal Otra fuerza impulsora se produce por el arrastre de una placa en subduccioacuten en el Manto adyacente El
resultado es una circulacioacuten inducida del Manto que empuja ambas placas la sub-
Figura 311 Esquema de algunas de las fuerzas que actuacutean
sobre las placas (Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
38
ducida y la superpuesta hacia la fosa Dado que la corriente del Manto tiende a
succionar las placas cercanas se denomina fuerza de succioacuten de la placa
Entre las fuerzas que contrarrestan el movimiento de las placas se encuentra la fuer-
za de resistencia de la placa (friccioacuten) que se produce cuando una placa en subduc-
cioacuten roza contra una placa superpuesta El grado de resistencia a lo largo de una
zona de subduccioacuten puede determinarse a partir de la actividad siacutesmica
Debajo de la placa la fuerza de arrastre del Manto ayuda a producir el movimiento
de las placas cuando la corriente de la Astenosfera tiene la misma direccioacuten y su
magnitud supera a la de la placa Sin embargo a menudo la fuerza de arrastre del
Manto actuacutea en la direccioacuten opuesta y contrarresta el movimiento de la placa La
fuerza de arrastre del Manto por debajo de los continentes es varias veces mayor
que por debajo de la Litosfera oceaacutenica porque la Litosfera continental es maacutes grue-
sa que la Litosfera oceaacutenica y por tanto se extiende a maacutes profundidad en el Man-
to
322 Sistemas geodeacutesicos de referencia
Los sistemas de referencia terrestres son necesarios para la determinacioacuten de coor-
denadas sobre la Tierra y para el estudio del movimiento y deformaciones de la
corteza terrestre de manera que constituyen una herramienta imprescindible en el
desarrollo de las diferentes ciencias de la Tierra en especial de la Geodesia Geofiacute-
sica Geodinaacutemica Cartografiacutea Topografiacutea Navegacioacuten sobre la superficie terres-
tre y para la localizacioacuten de cualquier observacioacuten que se realice (Berneacute Valero et
al 2013)2
En primer lugar se deben distinguir los conceptos Sistema de referencia Sistema de
referencia Convencional Marco de referencia y Sistema de Coordenadas
Un sistema de referencia (Reference System) es la definicioacuten teoacuterica e ideal de
una estructura geomeacutetrica para referenciar las coordenadas de puntos en el espacio
estaacute constituido por un conjunto de paraacutemetros modelos convencionales y algorit-
mos y queda definido por un origen direcciones de los ejes escala y algoritmos
para sus transformaciones espaciales y temporales y las constantes utilizadas en las
definiciones y correcciones A los sistemas de referencia geodeacutesicos se le asocia un
elipsoide con sus paraacutemetros geomeacutetricos y fiacutesicos como forma tamantildeo constante
gravitacional y velocidad de rotacioacuten Los sistemas de referencia se pueden clasifi-
car en globales y locales en funcioacuten del espacio geograacutefico de aplicacioacuten (ver Figu-
ra 312)
2 Berneacute Valero et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
39
Un sistema de referencia convencional es un sistema de referencia donde todas las
constantes numeacutericas paraacutemetros e hipoacutetesis y teoriacuteas para el establecimiento del
sistema de referencia son especificadas de modo concreto
Un marco de referencia (Reference Frame) es la realizacioacuten practica de un siste-
ma es la materializacioacuten de un sistema de referencia convencional es decir el con-
junto de puntos y sus coordenadas y las teacutecnicas aplicadas en las medidas y los
meacutetodos utilizados
Un sistema de coordenadas es la parametrizacioacuten de las coordenadas de los puntos
que forman el marco de referencia En este sentido existen infinitos sistemas de
coordenadas para parametrizar el marco de referencia (Martiacuten Furones 2011)
Los sateacutelites que forman la constelacioacuten GNSS aparecen en un dominio celeste y la
descripcioacuten de su movimiento se hace en principio en eacuteste pero los receptores estaacuten
generalmente ligados a la Tierra y sus coordenadas se tratan en un sistema terrestre
Por ello es necesario definir dos tipos de sistemas de referencia en el espacio uno
celeste ICRS Sistema Internacional de Referencia Celeste para la descripcioacuten del
movimiento satelital y otro terrestre ITRS Sistema Internacional de Referencia
Terrestre para describir la posicioacuten de los usuarios
El CGRS es un sistema de referencia celeste geoceacutentrico a este sistema se refieren
las observaciones hechas desde la Tierra y a eacutel se asocian los procesos dinaacutemicos y
los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra (EOP) pues no depende de la rotacioacuten de la
Tierra Es un sistema en movimiento acelerado (geocentro) asociado a un triedro
centrado en el centro de masas de la Tierra incluyendo oceacuteanos y atmosfera El eje
Oz se dirige al polo medio de rotacioacuten y el eje X pasa por el Ecuador en el meri-
diano de Greenwich
El CGRS estaacute ligado al ITRS mediante los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra
Tanto la matriz de rotacioacuten como el resto de paraacutemetros para pasar de un sistema a
otro pueden encontrase en la web del International Earth rotation amp reference sys-tems service y el Observatorio Naval de Estados Unidos (USNO)
El marco de referencia utilizado para representar las coordenadas cartesianas en
GPSGLONASS se llama (ECEF) y es un marco de referencia terrestre centrado en
la Tierra y fijo a ella (Earth Centered Earth Fixed)
En 1988 se creoacute el servicio de rotacioacuten de la Tierra internacional (IERS del ingleacutes
Internacional Earth Rotation Service) como responsable del mantenimiento tanto
del sistema celeste como del sistema terrestre
3 Introduccioacuten
40
Servicios teacutecnicos especializados Servicio combinado
IVS International VLBI Service
ILRS International Laser Ranging Service
IGS International GPS Service for Geodynamics
IDS International DORIS Service
Tabla 31 Servicios de IERS
En la Tabla 31 se muestra un esquema de los servicios especializados del IERS
- IVS proporciona las observaciones efectuadas por medio de teacutecnicas VLBI
las cuales son las uacutenicas que pueden establecer el enlace con el sistema de
referencia celeste (sistema inercial)
- ILRS suministra las observaciones que pueden determinar de la mejor for-
ma posible el geocentro
- IGS proporciona observaciones GPS Considerado eacuteste como un meacutetodo de
bajo costo y faacutecil de manejar por lo que resulta ser el mejor meacutetodo para
densificar redes geodeacutesicas con objeto de controlar los procesos geodinaacute-
micos
- IDS proporciona datos sobre la navegacioacuten de los sateacutelites
Los estaacutendares del IERS abarcan un conjunto de constantes y modelos que se utili-
zan en el centro de caacutelculo del IERS y en la oficina central para la combinacioacuten de
los resultados que suministran los distintos servicios Estos estaacutendares contienen
entre otros
- las teoriacuteas de precesioacuten y nutacioacuten de la IAU
- ratios para el desplazamiento continental (por ejemplo NUVEL NNR-1A)
- constantes gravitacionales etc
Los sistemas de referencia convencionales mantenidos por el IERS se componen
de
- El Internacional Celestial Reference System (ICRS)
- El Internacional Terrestrial Reference System (ITRS)
IERS
3 Introduccioacuten
41
El sistema de referencia celeste internacional (ICRS) se define como3 (Seeber
2003)
- El origen estaacute fijado en el baricentro del sistema solar (heliocentro)
- La orientacioacuten se efectuacutea
o relativa a las radiofuentes estelares
o paralelo a los ejes del FK5 (cataacutelogo fundamental de estrellas)
o ecuador medio en la eacutepoca J20000
o eje x punto medio de Aries en la eacutepoca J20000
- El sistema del tiempo definido por el Tiempo Dinaacutemico Bariceacutentrico
- Los meacutetodos de observacioacuten empleados astronoacutemicos (FK5) VLBI sateacuteli-
te Hipparcos
Figura 312 Clasificsacioacuten de los sistemas de referencia
3 Seeber G (2003) ldquoSatellite Geodesyrdquo
3 Introduccioacuten
42
3221 Sistemas geodeacutesicos de referencia globales Sistema de Referencia
Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System
ITRS)
Los sistemas de referencia fijos al espacio o inerciales son los maacutes apropiados para
definir la situacioacuten y el movimiento de objetos externos a la Tierra como las estre-
llas los planetas y de forma especial los sateacutelites artificiales Al ser sistemas libres
de aceleracioacuten o inerciales permiten efectuar caacutelculos empleando sin modificacio-
nes la formulacioacuten newtoniana
Los sistemas geodeacutesicos de referencia globales tienen como finalidad principal el
control geodeacutesico tridimensional en cualquier parte de la Tierra es por ello que han
sido desarrollados por organizaciones internacionales La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es el origen geoceacutentrico de las coordenadas cartesianas tridimensio-
nales asociadas
Un sistema geodeacutesico de referencia global se caracteriza por
- Origen Centro de masas terrestres o geocentro incluyendo la atmoacutesfera y
los oceacuteanos
- Eje Z coincide con el eje de rotacioacuten terrestre
- Plano meridiano pasa por cualquier punto de la tierra y contiene al eje de
rotacioacuten
- Plano ecuador es perpendicular al eje de rotacioacuten y para por el geocentro
- Eje X se situacutea en la direccioacuten del plano meridiano que pasa por Greenwich
y contenido en el plano ecuador Es considerado internacionalmente como
meridiano origen o meridiano cero desde 1884
- Eje Y contenido en el plano
ecuador y perpendicular al eje X y su
sentido seraacute tal que los tres ejes formen
una tripleta dextroacutegira
El eje z se ve afectado por la variacioacuten en
la direccioacuten del eje de rotacioacuten terrestre
con el tiempo fenoacutemeno que se denomi-
na movimiento del polo
La direccioacuten del eje de rotacioacuten terrestre
variacutea con respecto a la propia superficie
terrestre y por tanto respecto al sistema
de referencia geoceacutentrico terrestre El
polo describe a lo largo del tiempo una
trayectoria libre que es una curva maacutes o
menos circular de radio 6 metros como
se indica en la Figura 314 y periodo aproximado de 430 diacuteas provocado por el
Figura 314 Movimiento del polo
Movimiento libre y oscilaciones forzadas
(Martiacuten Furones 2011)
3 Introduccioacuten
43
caraacutecter deformable de la Tierra redistribuciones interiores de las masas terrestres
efectos del rebote postglaciar en Canadaacute y Fenoscandia movimientos tectoacutenicos
redistribuciones atmosfeacutericas etc Superpuesta a eacutesta trayectoria libre se encuen-
tran una serie de oscilaciones forzadas provocadas por la influencia gravitatoria del
Sol y la Luna con una magnitud de 60 centiacutemetros ver Figura 314
Este movimiento del polo afecta directamente a las coordenadas de los puntos sobre
la superficie terrestre ya que el sistema de referencia iraacute cambiando Lo maacutes indi-
cado es tomar como eje Z de referencia el origen o centro de los ciacuterculos de movi-
miento libre quedando asiacute determinado el eje Z de un modo convencional Si las
coordenadas de los puntos se refieren al polo convencional tendremos coordenadas
absolutas si se refieren al polo instantaacuteneo (situacioacuten del eje de rotacioacuten en un de-
terminado momento) tendremos coordenadas instantaacuteneas
No hay teoriacutea cientiacutefica que pueda predecir el movimiento del polo y por lo tanto
su posicioacuten asiacute que se monitoriza continuamente mediante observaciones Fenoacuteme-
nos como los grandes terremotos pueden producir importantes desplazamientos del
eje terrestre y por consiguiente del polo el terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de
2011 en el que se centra uno de los artiacuteculos que forman parte de esta tesis movioacute
el eje terrestre cerca de 17 centiacutemetros en direccioacuten 133 grados longitud este (se-
guacuten un estudio del Jet Propulsion Laboratory de la NASA) Esta materializacioacuten se
realizaba con observaciones astronoacutemicas lo que dio lugar al establecimiento de tres
polos diferentes
- Polo CIO desde 1899 la International Latitude Service (ILS) utilizando
observaciones astronoacutemicas sobre cinco estaciones en un mismo paralelo
llegoacute a la definicioacuten del polo CIO (Convencional International Origen) de-
finido como la posicioacuten media del polo entre 1900 y 1905 de manera que
se obtuvieron determinaciones precisas de los largos periacuteodos del movi-
miento del polo La precisioacuten de estas determinaciones se cifroacute en 3 me-
tros
- Polo BIH (Bureau International de lrsquoHeure) Proporcionoacute estimaciones
maacutes frecuentes (medias de 5 diacuteas) y precisiones de 1 metro en la determi-
nacioacuten del movimiento del polo
- Polo IPMS Cada vez con maacutes frecuencia se empezoacute a necesitar los mo-
vimientos de corto periodo del polo para aplicaciones geodeacutesicas y astro-
noacutemicas por lo que el ILS se reorganizoacute en 1962 en el Internacional Polar
Motion Service (IPMS) asiacute surge el polo IPMS generado a partir de deter-
minaciones de latitud astronoacutemica en 80 estaciones y con precisioacuten de un
metro en la determinacioacuten del movimiento del polo
La irrupcioacuten de las teacutecnicas espaciales supuso un gran avance asiacute en 1984 la BIH establecioacute un nuevo sistema de referencia terrestre basado en las coordenadas car-
tesianas geoceacutentricas de las estaciones fundamentales donde se habiacutean aplicado
3 Introduccioacuten
44
teacutecnicas espaciales este nuevo sistema coincide con el polo CIO astronoacutemico si se
tienen en cuenta las precisiones en la determinacioacuten del CIO lo cual permite dar
continuidad a las coordenadas determinadas antiguamente
Finalmente en 1987 se creoacute la Internacional Earth Rotacion Service (IERS) reem-
plazando a la BIH y a la IPMS para entre otras cosas monitorizar el movimiento
del polo basaacutendose en teacutecnicas espaciales de forma continua con lo que el polo BIH
determinado en 1984 pasoacute a llamarse polo IERS Desde abril de 2003 el nombre fue
cambiado al de Internacional Earth Rotation and Reference Systems Service
(IERS) proporcionando las coordenadas instantaacuteneas del polo para cada diacutea referi-
das al polo IERS cuyo eje X seraacute el meridiano de Greenwich convencional y el eje
Y estaacute situado hacia el Oeste (direccioacuten de su sentido positivo) formando 90 grados
(Martiacuten Furones 2011)
Uno de los sistemas geodeacutesicos de referencia globales es el Sistema de Referencia
Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System ITRS) que
constituye un conjunto de prescripciones y convenios necesarios para definir origen
escala orientacioacuten y tiempo de evolucioacuten de un sistema convencional de referencia
terrestre Es un sistema de referencia ideal definido por la Resolucioacuten Nordm 2 de la
IUGG adoptada en Viena en 1991
El ITRS se define como
- Geoceacutentrico fijado al centro de masas de la Tierra definida eacutesta como la
masa de toda la Tierra incluida la de los oceacuteanos y la de la atmoacutesfera
- La unidad de longitud es el metro del sistema internacional (SI) la escala
estaacute entendida en el contexto de la teoriacutea relativista de la gravitacioacuten
- La orientacioacuten de los ejes estaacute dada por la orientacioacuten inicial del BIH (Bu-reau Internacional de lrsquoHeure) dada en 1984
- La evolucioacuten temporal de la orientacioacuten no crea residuo de la rotacioacuten glo-
bal respecto a la corteza terrestre
- Los meacutetodos de observacioacuten son VLBI SLR GPS DORIS PRARE
- El elipsoide de referencia es el GRS80
La orientacioacuten de los ejes en el ITRS estaacuten definidos seguacuten se muestra en la Figura
315 como
- El eje Z es el establecido por la orientacioacuten media del eje polar en el pe-
riodo 1900-1905 llamado Polo Terrestre Convencional (CTP) u Origen
Internacional Convencional (CIO) En el vocabulario de la IERS se deno-
mina ldquoIERS Reference Polerdquo (IRP)
- El eje X es el vector de origen el geocentro y que pasa por la interseccioacuten
del plano ecuatorial con el plano meridiano de Greenwich 1984 este uacutelti-
mo es denominado en la nomenclatura del IERS como ldquoIERS Reference Meridianrdquo (IRM)
3 Introduccioacuten
45
- El eje Y corresponde al respectivo eje perteneciente a un sistema dextroacutegi-
ro
Figura 315 Marco de referencia ECEF
3222 El marco de referencia internacional terrestre ITRF4
Para conseguir una realizacioacuten praacutectica de un marco geodeacutesico global de referencia
se tienen que establecer una serie de puntos con un conjunto de coordenadas El
marco de referencia terrestre Internacional (ITRF) es seguacuten el IERS la materializa-
cioacuten del ITRS definido por un conjunto de puntos fiacutesicamente establecidos con sus
coordenadas cartesianas tridimensionales geoceacutentricas o geograacuteficas y sus veloci-
dades junto con la matriz varianza covarianza de su solucioacuten En la Figura 316 se
muestra la paacutegina web del ITRF Se trata de un sistema de referencia ideal definido
por la Resolucioacuten Nordm 2 de la IUGG adoptada en Viena en 1991
Es un marco tridimensional geoceacutentrico adaptado a la Tierra y gira con eacutesta su
origen estaacute centrado con respecto al centro de masas incluido oceacuteanos y atmosfera
con una precisioacuten del orden del centiacutemetro su orientacioacuten es ecuatorial es decir el
eje Z es paralelo al Polo
La orientacioacuten de sus ejes tal como establecioacute la BIH en 1984 es
- Eje Z Polo medio determinado por la IERS y llamado IERS Reference Po-
le (IRP) o Convencional Terrestrial Pole (CTP)
- Eje X Meridiano de Greenwich Convencional determinado por la IERS y
llamado IERS Reference Meridian (IRM) o Greenwich Mean Origin
(GMO)
4 httpitrfensgignfr
3 Introduccioacuten
46
- Eje Y Formando una tripleta dextroacutegira con los ejes anteriores sobre el
plano del ecuador convencional
Figura 316 Web del ITRF
El marco estaacute formado por coordenadas cartesianas y velocidades de una serie de
estaciones equipadas con teacutecnicas de observacioacuten espacial (VLBI SLR LLR GPS
desde 1991 y DORIS desde 1994) en la Figura 317 se pueden ver las estaciones
para el ITRF2005 La teacutecnica VLBI posee el mayor peso en la definicioacuten de la
orientacioacuten Estas coordenadas definen impliacutecitamente el origen la escala y la
orientacioacuten de los ejes coordenados X Y Z del sistema de referencia Para expre-
sar las posiciones de las coordenadas geodeacutesicas se utiliza el elipsoide GRS80
geoceacutentrico
3 Introduccioacuten
47
Figura 317 Mapa en el que se muestran las estaciones que forman el marco de referencia ITRF
2005 Cada forma y color corresponde a una teacutecnica espacial utilizada diferente International
Terrestrial Reference Frame
La conexioacuten entre las diferentes teacutecnicas de observacioacuten se realiza en aquellas esta-
ciones que posean dos o maacutes teacutecnicas de observacioacuten y sea posible la determinacioacuten
precisa (plusmn4-5 mm de error) de los incrementos de coordenadas X Y Z entre los
instrumentos de medida (receptores GPS o DORIS telescopios y radiotelescopios)
utilizando mediciones topograacuteficas o con GPS
Las actualizaciones de la ITRF incluyen ITRF89 ITRF90 ITRF91 ITRF92
ITRF93 ITRF94 ITRF95 ITRF96 ITRF97 ITRF2000 ITRF2005 y ITRF2008
estaacute preparaacutendose ITRF2013 Las sucesivas versiones de ITRF representan mejor
las cantidades y calidades de las observaciones hay mejoras en los algoritmos de
procesamiento y presentan mejores modelos de los movimientos (o velocidades) de
las placas tectoacutenicas
El ITRF se nombra ITRFyy y eacutepoca to donde yy indica el uacuteltimo antildeo cuyos datos se
usaron en la formacioacuten del ITRF y to es el instante o eacutepoca de la que se refieren los
paraacutemetros asiacute el ITRF97 fue publicado en 1999 con los datos disponibles en 1997
Esto es necesario ya que todos los puntos de la corteza terrestre se asientan sobre
placas tectoacutenicas que sufren movimientos constantes
La transformacioacuten rigurosa entre dos sistemas terrestres arbitrarios como el ITRFyy
eacutepoca to y el ITRFzz eacutepoca t se designa simboacutelicamente por
ITRFyy(to) -gt ITRFzz(t)
3 Introduccioacuten
48
La relacioacuten entre dos marcos de referencia viene dada por una transformacioacuten de 7
paraacutemetros (3 Traslaciones 3 Rotaciones y un cambio de escala D) maacutes otras siete
de sus variaciones temporales primeras derivadas respecto al tiempo
Z
Y
X
DRR
RDR
RRD
T
T
T
Z
Y
X
Zs
Ys
Xs
12
13
23
3
2
1
X Y Z son las coordenadas en el marco origen
XS YS ZS son las coordenadas a obtener en el marco destino
Por ejemplo entre ITRF92 e ITRF 2000 para la eacutepoca 19880
0012
13
23
3
2
1
0092 ITRFITRFITRFZ
Y
X
DRR
RDR
RRD
T
T
T
Z
Y
X
Zs
Ys
Xs
Para un paraacutemetro dado P su valor en una eacutepoca t se obtiene a partir de la ecua-
cioacuten P (t) = P (t0) +P (t-t0)
En estos marcos de referencia la posicioacuten de un punto y su evolucioacuten sobre la su-
perficie terrestre se expresan de la siguiente manera
X (t) = X0 + V0 (t-t0) + sum i Xi (t)
X (t) = X (t0) + (t - t0) VX
Y (t) = Y (t0) + (t - t0) VY
Z (t) = Z (t0) + (t - t0) VZ
Donde t0 es la eacutepoca de definicioacuten del marco de referencia V es la velocidad del
punto debida a los movimientos tectoacutenicos y el sumatorio final son los efectos va-
riables en el tiempo que modifican la posicioacuten del punto por ejemplo los efectos de
mareas terrestres carga oceaacutenica etc
ITRF es el Sistema de Coordenadas establecido por el IERS (International Earth
Rotation Service) De este modo el IGS (International GNSS Service) difunde las
efemeacuterides precisas expresadas en este marco de referencia Pero en el marco del
IGS aunque se apoya en el ITRF las coordenadas han sido soacutelo obtenidas a partir
de estaciones GNSS (no se incluyen observables de SLR VLVI o DORIS) por eso
al marco ITRF donde el IGS da las coordenadas se le llama IGS08 o IGb08 el ter-
mino b es una correccioacuten o actualizacioacuten del IGS concreto
3 Introduccioacuten
49
El establecimiento de un marco de referencia de precisioacuten no es tarea sencilla ya
que la Tierra sufre deformaciones debido a su caraacutecter elaacutestico y las precisiones de
las observaciones son cada vez mayores por lo que las observaciones deben ser
corregidas por los efectos de
- Mareas terrestres
- Carga atmosfeacuterica y oceaacutenica
- Tectoacutenica de placas El movimiento de la corteza terrestre causado por la
tectoacutenica de placas produce el desplazamiento de los puntos de las redes
geodeacutesicas en el tiempo generando distorsiones (ver Figura 318) Actual-
mente es posible determinar la magnitud empleando modelos globales de
placas tectoacutenicas Las placas se desplazan de 25 a 5 cm antildeo El modelo uti-
lizado hasta el ITRF2005 es el NNR-NUVEL-1A basado en que no exis-
ten rotaciones sobre el Manto de las placas tectoacutenicas y por tanto la suma
de las velocidades de las placas sobre toda la Tierra es cero Para el
ITRF2008 se utiliza un modelo basado en las propias velocidades de las es-
taciones ITRF observadas con teacutecnicas espaciales el APKIM2005 (las ve-
locidades presentan tambieacuten error ya que se obtienen a partir de caacutelculos)
- Movimientos locales y regionales Un ejemplo seriacutea el rebote postglacial de
Escandinavia Por tanto el ITRF es un marco dinaacutemico que cambia de
acuerdo a las variaciones temporales de las coordenadas y velocidades de-
bido a los efectos anteriores (Martiacuten Furones 2011)
Figura 318 Vectores de velocidad de las placas
3 Introduccioacuten
50
3223 Marco de referencia GNSS Materializacioacuten del ITRS IGSyy
La determinacioacuten de coordenadas a partir de observaciones GNSS debe producirse
en un marco que permita establecer una relacioacuten directa con las coordenadas y mar-
cos terrestres y en el caso de GNSS se utilizan los sistemas y marcos ITRS e ITRF
IGS es la realizacioacuten del ITRS es el marco IGS (Internacional GNSS Service)
(Ray et al 2004 y Benciolini et al 2008) y su singularizacioacuten IGS e IGb Este
marco de referencia ha sido el maacutes utilizado como se veraacute maacutes adelante en los
estudios realizados
IGS es un organismo compuesto por maacutes de 200 agencias de todo el mundo que
comparten recursos y datos de estaciones GPS o GLONASS permanentes de todo el
mundo con el fin de generar productos GNSS de alta precisioacuten
El ITRF incluye observaciones GPS (Global Positioning System) SLR (Satellite
Laser Ranging) VLBI (Very Long Baseline Interferometry) y DORIS (Doppler
Orbit determination and Radiopositioning Integrated on Satellite) Pero esta red de
estaciones no es muy homogeacutenea a nivel mundial y el IGS soacutelo selecciona estacio-
nes GPS y como no todas las estaciones GPS incluidas en el ITRF tienen una pre-
cisioacuten homogeacutenea selecciona aquellas que satisfacen ciertos criterios de calidad y
las utiliza como marco de referencia en el caacutelculo de sus productos finales (oacuterbitas
satelitales correcciones a los relojes de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten
terrestre etc) Las estaciones elegidas cuentan uacutenicamente con la teacutecnica espacial
GPS o GLONASS es por esto que si se utilizan uacutenicamente las observaciones de
estas estaciones se puede formar un marco (el marco IGS) de referencia que seraacute
maacutes consistente que el ITRF ya que no utiliza ni mezcla observaciones de otras
teacutecnicas espaciales con esto no se quiere decir que sea un marco maacutes preciso que el
marco ITRF
Esta red que se muestra en la Figura 319 conformada por las estaciones de refe-
rencia seleccionadas por el IGS cerca de 400 no presenta traslaciones ni transfor-
maciones ni cambio de escala con respecto al ITRF por ello nominalmente el
marco de referencia del IGS y el ITRF son iguales El 17 de abril de 2011 (semana
GPS 1632) el servicio internacional de GNSS (IGS) dejoacute de usar el marco de refe-
rencia de IGS05 y adoptoacute uno nuevo llamado IGS08 el cual se entiende equivalen-
te al ITRF2008
3 Introduccioacuten
51
Figura 319 Mapa en el que se muestran las estaciones que forman el marco de referencia IGS
International GNSS Service
El IGS anuncioacute en octubre del 2012 (semana 1709) la introduccioacuten de una versioacuten
actualizada del Marco de Referencia IGS08 la cual se denomina IGb08 Esta actua-
lizacioacuten se debe a que muchas de las estaciones contenidas en el IGS08 han sufrido
discontinuidades posteriores a la eacutepoca 20095 lo que las hace inutilizables como
puntos fiduciales en el ajuste de marcos de referencia Las regiones maacutes afectadas
son Ameacuterica del Sur Aacutefrica y el Este de Asia El IGb08 se utiliza para reemplazar
el IGS08 a partir del 7 de octubre de 2012 semana GPS 1709
Las diferencias entre el ITRF y el IGS en la misma eacutepoca apenas es de alguacuten miliacute-
metro por ello a todos los efectos se consideran similares
Una de las principales diferencias entre los marcos IGS05 e IGSb00 o entre IGS05
e ITRF05 (en sus veacutertices GPS) radica en un refinamiento en la estrategia de caacutelcu-
lo para las coordenadas para obtener una gran precisioacuten de las coordenadas de un
punto GPS es necesario conocer exactamente la posicioacuten del centro de fase tanto del
sateacutelite como de la antena receptora La posicioacuten para la antena receptora se des-
compone en dos partes un sesgo entre el centro de fase y el punto de referencia de
la antena y una variacioacuten respecto a este sesgo ya que el centro de fase no es algo
fijo sino que depende de la elevacioacuten acimut y la intensidad de la sentildeal de los sateacute-
lites
Normalmente los fabricantes dan las coordenadas (3D) del sesgo del centro de fase
respecto al punto de referencia de la antena (normalmente la interseccioacuten de la ver-
tical mecaacutenica con la parte baja de la antena) y se considera que las variaciones a
este sesgo son despreciables por lo que se fijan a cero a este esquema se le deno-
mina correcciones relativas del centro de fase de la antena Actualmente tanto los
3 Introduccioacuten
52
sesgos como las variaciones se pueden modelar (Seeber 2003) para los diferentes
tipos de antena existentes en el mercado esta modelizacioacuten dependeraacute de la eleva-
cioacuten y acimut de los sateacutelites de los que recibe sentildeal El resultado final seraacute una
mejora en la precisioacuten de las coordenadas determinadas en estas estaciones a este
esquema se le denomina correcciones absolutas del centro de fase de la antena Este
efecto afecta sobre todo a la determinacioacuten de la escala del marco IGS Asiacute el mar-
co ITRF2005 no es consistente con las calibraciones absolutas de antena GPS
Los usuarios GNSS que utilicen productos IGS (oacuterbitas paraacutemetros de rotacioacuten de
la Tierra etc) en sus caacutelculos estaraacuten obteniendo las coordenadas finales de sus
estaciones en el marco IGS (actualmente en el IGS08) por lo tanto seraacute el marco
especiacutefico para usuarios GPS
3224 Sistemas geodeacutesicos de referencia locales ETRS 89 datum europeo
Los sistemas de referencia locales o fijos a la Tierra se utilizan para determinar
coordenadas de puntos sobre la superficie terrestre o en sus proximidades Por tan-
to al igual que la Tierra estaacuten en continua rotacioacuten En este tipo de sistemas de
referencia no se cumplen las ecuaciones del movimiento de Newton al aparecer
aceleraciones rotacionales (centriacutefuga y de Coriolis) Reciben por ello el nombre de
sistemas no inerciales
Figura 320 Desplazamiento del centro de masas de un sistema de referencia local
3 Introduccioacuten
53
Estos sistemas pueden ser faacutecilmente relacionados con el campo gravitatorio De
esta forma permiten establecer sistemas de coordenadas intuitivos en los que se
describen los movimientos tal y como se producen ante nuestros ojos Estos siste-
mas asignan dos coordenadas para los desplazamientos planimeacutetricos sobre la su-
perficie terrestre y una tercera para definir la separacioacuten respecto a eacutesta
Un sistema geodeacutesico de referencia local estaacute determinado por un datum geodeacutesico
conjunto de paraacutemetros que definen la posicioacuten de un elipsoide respecto a la Tierra
Ademaacutes se define un punto fundamental en el cual se determinan paraacutemetros como
la orientacioacuten y el origen de coordenadas Los sistemas geodeacutesicos de referencia
locales son sistemas cuasi-geoceacutentricos es decir poseen una considerable desvia-
cioacuten con respecto al centro de masas de la Tierra o geocentro como se puede ver en
la Figura 320 (∆X ne ∆Y ne∆Z ne 0) y estaacuten asociados a un elipsoide de referencia
cuyo objetivo es ajustar el geoide a una zona determinada del globo
Un punto fundamental debe contar con Coordenadas astronoacutemicas (Φ Λ) coorde-
nadas geodeacutesicas (φ λ) altura ortomeacutetrica (H) azimut hacia otro veacutertice (astronoacute-
mico y geodeacutesico) componente meridiana (ξ) primer vertical (η) y ondulacioacuten del
geoide (N) nula
Dicho de otra forma El sistema local queda definido por siete paraacutemetros (o mejor
dicho 6 maacutes una condicioacuten) valores para a y f (geometriacutea del elipsoide) valores de
las desviaciones de la vertical (ξ η) y de la ondulacioacuten del geoide (distancia entre el
elipsoide de referencia y el geoide) con estos tres paraacutemetros se obtiene la orienta-
cioacuten del elipsoide el acimut geodeacutesico de una liacutenea y como condicioacuten que el semi-
eje menor del elipsoide y el eje medio de rotacioacuten terrestre sean paralelos Ademaacutes
se intenta que el elipsoide se ajuste lo maacuteximo posible a la zona a cartografiar (ver
Figura 320) de manera que la reduccioacuten de observaciones sea lo maacutes sencilla
posible
Los sistemas geodeacutesicos de referencia locales estaacuten relacionados a coordenadas
bidimensionales ya sean estas geodeacutesicas curviliacuteneas (φ λ) o planas (x y) La
altura (H) se determina mediante un sistema de referencia vertical el cual es inde-
pendiente del sistema bidimensional Las precisiones alcanzables por la materiali-
zacioacuten de un sistema local de primer orden corresponden a 10 ppm Sin embargo la
zona de efectividad de este nivel de precisioacuten estaraacute limitada por la relacioacuten geomeacute-
trica que exista entre el elipsoide y el geoide pudiendo alcanzar errores relativos a
decenas de metros en aacutereas bastante alejadas del punto fundamental (Fuentes
2006)
EUREF (European Reference Frame) es la subcomisioacuten de la IAG creada en 1987
que se encarga de la definicioacuten realizacioacuten y materializacioacuten del sistema de refe-
rencia europeo ETRS y del sistema de referencia vertical europeo EVRS Para el mantenimiento del ETRS se creoacute una red de estaciones permanentes EPN que con-
tribuyen al mantenimiento del ETRS y se muestra en la Figura 321
3 Introduccioacuten
54
Figura 321 Red EUREF
Dado que sobre la parte estable de Europa la precisioacuten de las posiciones individua-
les se encontraba ya en algunos pocos centiacutemetros en X Y y Z en 1989 se decidioacute
que las coordenadas ITRF89 de las 36 estaciones europeas definieran el Marco de
Referencia Terrestre Europeo (ETRF89) el cual rota con la parte estable de la placa
euroasiaacutetica y es coincidente con el ITRF en la eacutepoca 19890 Esto quiere decir que
al ajustar el marco a los movimientos de la placa las coordenadas de las estaciones
que forman el marco seraacuten siempre iguales (al margen de posibles movimientos
producidos por causas locales) A cada determinacioacuten ITRF(antildeo) le corresponde
una ETRF89(antildeo) o simplemente ETRF(antildeo)
El ETRS89 es el marco de referencia tridimensional europeo basado en una red de
estaciones GPS EUREF En el disentildeo de este marco de referencia europeo los as-
pectos que se tuvieron en cuenta fueron
- Establecer un marco de referencia geoceacutentrico cara cualquier proyecto de ingenieriacutea o geodinaacutemico en Europa
3 Introduccioacuten
55
- Constituir una referencia de precisioacuten para geodesia y navegacioacuten en Euro-
pa
- Eliminar los datums locales en Europa de manera que constituyese un mar-
co de referencia moderno que los diferentes servicios cartograacuteficos nacio-
nales adoptasen
Estaacute definido con una precisioacuten de 1 cm Este sistema de referencia geodeacutesico estaacute
ligado a la placa estable de la placa continental europea El ETRS se desplaza res-
pecto a los ITRS globales pero su relacioacuten es conocida y sus coordenadas se pue-
den trasladar a un ITRS sin peacuterdida de precisioacuten (ETRS89 Boucher and Altamimi)
Este sistema geodeacutesico de referencia lleva asociado entre otros paraacutemetros un
elipsoide de referencia que es el GRS80 completamente equivalente a nivel usuario
con el WGS84
Los primeros caacutelculos de ETRF89 son ideacutenticos a ITRF89 Comparando estos
caacutelculos con resultados ITRFyy encontramos que la plataforma continental Euro-
pea (a excepcioacuten de Grecia y Turquiacutea) se mueve uniformemente a una velocidad de
2-3 cm por antildeo con respecto al ITRS como se puede ver en la Figura 322
Figura 322 Desplazamiento de la plataforma continental Europea de ETRF en comparacioacuten con
ITRF (httpwwwignbeFRFR2-1-5-1-3shtm)
La trasposicioacuten de los avances en marcos de referencia a la legislacioacuten espantildeola se
materializa mediante el Real Decreto 10712007 de 27 de julio por el que se regula
el sistema geodeacutesico de referencia oficial en Espantildea
- El sistema de referencia ETRS89 (European Terrestrial Reference System
1989) Sistema de Referencia Terrestre Europeo 1989 ligado a la parte es-
3 Introduccioacuten
56
table de la placa continental europea es consistente con los modernos sis-
temas de navegacioacuten por sateacutelite GPS GLONASS y el europeo GALILEO
Su origen se remonta a la resolucioacuten de 1990 adoptada por EUREF (Sub-
comisioacuten de la Asociacioacuten Internacional de Geodesia AIG para el Marco
de Referencia Europeo) y trasladada a la Comisioacuten Europea en 1999 por lo
que estaacute siendo adoptado sucesivamente por todos los paiacuteses europeos
- El objeto de este real decreto es la adopcioacuten en Espantildea del sistema de refe-
rencia geodeacutesico global ETRS89 sustituyendo al sistema geodeacutesico de re-
ferencia regional ED50
Actualmente la IERS pretende actualizar el marco de referencia aproximadamente
cada cinco antildeos esto puede producir saltos en las coordenadas de las estaciones y
discontinuidades que pueden llevar a cierto grado de confusioacuten (por ejemplo se ha
constatado un salto en el eje Z entre ITRF2000 e ITRF2005 de 18 mmantildeo debido
entre otras cosas a la incertidumbre de las medidas SLR en la determinacioacuten del
geocentro terrestre evidentemente estos saltos pasaraacuten a la definicioacuten ETRF del antildeo
correspondiente Este salto u offset se ha introducido en la correspondiente solucioacuten
ETRF rompiendo con el caraacutecter teoacuterico de ldquocoordenadas constantesrdquo del marco
europeo Para evitar que esto vuelva a suceder dado que estos saltos son inherentes
del propio proceso de generacioacuten y caacutelculo de los sucesivos marcos ITRF se reco-
mienda no utilizar el ETRF2005 (ni siquiera se ha creado) sino que se debe adoptar
el ETRF2000 como marco de referencia convencional definitivo (es decir se ldquocon-
gelardquo el marco ETRF89 al ETRF2000) de todas formas para poder aprovechar las
precisiones del marco ITRF2005 se recomienda que todas las estaciones europeas
que posean solucioacuten en el marco ITRF2005 se expresen en el marco ETRF2000
llamando a estas coordenadas ETRF2000(R05) Esta decisioacuten se adoptoacute ademaacutes
para armonizar las futuras realizaciones del sistema ETRS89 estableciendo asiacute un
uacutenico marco de forma convencional comuacuten para toda Europa El marco de referen-
cia se ha ido densificando poco a poco sobre todo gracias a las determinaciones
GPS En 1990 se antildeadieron 30 estaciones maacutes a las originales desde entonces se
han ido introduciendo estaciones sobre todo en Europa del Este Actualmente cerca
de 90 forman la red EUREF permanente (ver Figura 321)
Transformacioacuten entre ITRS-ETRS89
La transformacioacuten entre ITRS y ETRS89 se desarrolla por el EUREF TWC y se
compone de tres pasos
- Estimacioacuten de coordenadas en el ITRF actual en la eacutepoca actual t
- Transformacioacuten de ITRF a ETRF en la eacutepoca actual
- Propagacioacuten de las coordenadas en tiempo en el ETRF
En cuanto a la segunda etapa hay que sentildealar que hasta el ITRF 2000 el EUREF
recomienda transformar ITRS a ETRS89 soacutelo en las mismas versiones (de
ITRF2000 y ETRF2000 etc) sin embargo en el caso de ITRF2005 se recomienda
3 Introduccioacuten
57
no utilizar el uacuteltimo ejercicio ETRF205 sino maacutes bien adoptar la ETRF2000 como
un marco convencional del sistema de ETR89 (Boucher and Altamimi)
EUREF Permanent Network (EPN) httpepncbomabe
EUEF perteneciente a la IAG es el Marco de Referencia para EUROPA y realiza y
mantiene los ETRS Sistema Europeo de Referencia El instrumento de EUREF es la
red de estaciones Permanente EPN que cubre Europa con 223 estaciones GNSS
(ver Figura 321)
Proyecto EUVN (European Vertical Reference Network)
La Red Vertical Europea GPS de Referencia (EUVN) disentildeada para la unificacioacuten
de los diferentes sistemas de altitudes en Europa se observoacute en mayo de 1997 y sus
resultados se presentaron en junio de 1998 Incluye 195 puntos distribuidos por toda
Europa 79 puntos EUREF 53 puntos nodales de las redes de nivelacioacuten del este y
oeste de Europa y 63 mareoacutegrafos En Espantildea existen 8 estaciones EUVN (Alican-
te Almeriacutea Barcelona Casetas La Coruntildea Palma Puertollano y Santander) Cada
una de ellas posee un conjunto de coordenadas tridimensionales X Y Z latitud
longitud altitud elipsoidal y altitud fiacutesica derivada de medidas de nivelacioacuten y gra-
vedad con respecto a UELN yo los sistemas nacionales de altitudes El proyecto
EUVN contribuye a la realizacioacuten de un datum Europeo Vertical y a conectar los
diferentes niveles del mar de los diferentes paiacuteses europeos con respecto al PSMSL
(Servicio Permanente del Nivel Medio del Mar) asiacute como a la determinacioacuten de un
sistema global absoluto de altitudes
3225 Sistemas de referencia geodeacutesicos globales GRS80 y WGS84
El Geodetic Reference System 1980 (GRS80) adoptado por la IUGG (International
Union of Geodesy and Geophysics) por su asamblea general de Camberra en 1979
pertenece a este grupo Este sistema reemplaza al GRS67 por no representar ade-
cuadamente el tamantildeo forma y el campo gravitatorio con precisioacuten suficiente para
la mayoriacutea de aplicaciones geodeacutesicas geofiacutesicas astronoacutemicas e hidrograacuteficas Los
principales paraacutemetros del sistema se muestran en la Tabla 32
El paraacutemetro a se ha obtenido a partir de medidas SLR y Doppler el coeficiente del
potencial gravitatorio J2 se ha obtenido a partir de perturbaciones en la oacuterbita de
sateacutelites la constante gravitacional GM ha sido obtenida a partir de SLR LLR y
pruebas espaciales y ω = 729311510-11 rdsg se ha obtenido a partir de medidas
astronoacutemicas
La orientacioacuten del eje Z seraacute la definida por el polo CIO como eje X el meridiano
0 definido por la BIH y el eje Y formando la tripleta dextroacutegira
3 Introduccioacuten
58
Paraacutemetro Abreviacioacuten Valor
Radio ecuatorial de la Tierra Semieje
mayor
a 6378137 m
Aplanamiento f 1298257222101
Primera excentricidad e 0081819191043
Segunda excentricidad eacute 00820944379496
Constante gravitacional geoceacutentrica GM 3986005 10-8
m3s
-2
Factor dinaacutemico J2 10826310-8
ω 729311510-11
rds
Tabla 32 Principales paraacutemetros del sistema Geodetic Reference System 1980 (GRS80)
Este sistema sigue en vigor y no se ha actualizado en su definicioacuten ya que se debe
tener en cuenta que por debajo del metro en la diferencia de paraacutemetros no existe
una diferencia praacutectica en la determinacioacuten de coordenadas Asiacute las mejoras del
mismo se consideran avances cientiacuteficos pero el estaacutendar (GRS80) no se debe cam-
biar
Cuando la informacioacuten sobre el datum se obtiene a partir de posiciones dentro de la
oacuterbita de los sateacutelites (determinacioacuten dinaacutemica del sistema) los coeficientes del
potencial gravitatorio (J2) asiacute como algunas constantes (ω velocidad de la luz
constante gravitatoria geoceacutentrica) forman parte de la definicioacuten del datum ya que
se calculan todas juntas
Un ejemplo de eacuteste uacuteltimo grupo es el World Geodetic System 1984 (WGS84) utili-
zado por la teacutecnica GPS y obtenido exclusivamente a partir de los datos de la cons-
telacioacuten de sateacutelites GPS
World Geodetic System es un sistema de referencia terrestre convencional desa-
rrollado por el servicio geograacutefico de la armada de los EEUU (DMA-Defense Map-
ping Agency Posteriormente NIMA) El sistema de coordenadas cartesianas tridi-
mensional GPS es un marco de referencia terrestre centrado en la Tierra ECEF y
fijo a ella (Earth Centered Earth Fixed)
El WGS-84 se realizoacute a partir de un conjunto de maacutes de 1500 posiciones terrestres
cuyas coordenadas se derivaron de observaciones Doppler Posteriormente se reali-
zan refinamientos del sistema Actualmente el utilizado es el marco WGS84
(G1150) que fue introducido en 2002 y que estaacute de acuerdo con ITRF2000 a nivel
de centiacutemetro
El marco de referencia WGS lo constituyen los sateacutelites y sus efemeacuterides transmiti-
das no existe un marco en Tierra por esos se realizan sucesivas aproximaciones o
refinamiento al ITRF de manera que sus coordenadas absolutas apenas difieran
3 Introduccioacuten
59
Las caracteriacutesticas de WGS84 se muestran en la figura 323 y son
- Su origen es coincidente (2 m) con el centro de masas de la Tierra inclui-
dos oceacuteanos y mares
- El eje Z estaacute en direccioacuten del Polo terrestre Convencional del BIH eacutepoca
1984
- Eje X es la interseccioacuten del plano del meridiano de referencia meridiano
cero Greenwichcon el ecuador
- Eje Y completa el sistema ortogonal dextrorsum
Figura 323 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de WGS84
Las funciones derivadas para el elipsoide de referencia WGS84 se muestran en la
Tabla 33
Elipsoide de referencia WGS84
Nombre Constantes y Magnitudes
a semieje mayor 6378137 m precision 2 m
b semieje menor 635675231424518
e Excentricidad 008181919084
F aplanamiento
1298257223563
We velocidad rotacion Tierra 72921151467 10-5
rads
cte gravitacional GM 3986004418108 m
3s
2
Tabla 33 Constantes para el elipsoide WGS84
El WGS 84 utilizoacute originalmente el elipsoide GRS80 de referencia pero ha sido
objeto de algunas mejoras menores en posteriores ediciones desde su publicacioacuten
inicial La mayoriacutea de estas mejoras son importantes para los caacutelculos orbitales de
3 Introduccioacuten
60
alta precisioacuten para los sateacutelites pero tienen poco efecto praacutectico sobre los usos tiacutepi-
cos topograacuteficos Actualmente WGS 84 utiliza el geoide EGM96 (modelo gravita-
cional de la Tierra 1996) revisado en 2004 Este geoide define la superficie del
nivel del mar nominal por medio de una serie de armoacutenicos esfeacutericos de grado 360
que proporciona unos 100 km de resolucioacuten horizontal
De acuerdo con el IERSITRS las versiones maacutes actuales del sistema WGS84
(G730 G873 y G1150) y las del sistema ITRS (ITRFyy) se pueden considerar ideacuten-
ticas al nivel de los 10 cm Por tanto para relacionar el ETRS89 y el WGS84 consi-
deraremos la equivalencia entre el ETRS89 y el ITRS
La diferencia entre GRS80 y WGS84 es despreciable
323 Teacutecnicas maacutes utilizadas
Varias son las teacutecnicas que se utilizan para el estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre las maacutes utilizadas se explican brevemente en este apartado En la
Figura 324 se muestra un esquema resumen de las teacutecnicas maacutes habituales
Figura 324 Esquema de las teacutecnicas maacutes utilizadas para el estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre
En todos los casos analizados en esta tesis se ha tratado de determinar los despla-
zamientos permanentes producidos por diferentes fenoacutemenos geodinaacutemicos terre-
motos movimiento general de las placas tectoacutenicas movimiento de fallas subsi-
dencia del terreno y vulcanismo Para lograr este fin se ha utilizado el posiciona-
miento relativo GNSS con medidas de fase Se ha empleado esta metodo-logiacutea por
ser la que ofrece mayores precisiones en la deteccioacuten de desplazamientos perman-
tentes que son los que buscamos
3 Introduccioacuten
61
En el caso de que se tratara de detectar desplazamientos no permanentes producidos
en cortos periodos de tiempo como es el caso de los terremotos la teacutecnica maacutes
adecuada seriacutea el posicionamiento por punto preciso (PPP) como se puede ver en la
figura 325
Figura 325 Posiciones calculadas mediante PPP del terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011
de magnitud Mw 51 (164740 GPST)
Del mismo modo si analizaacuteramos una
zona en la que no existe infraestructura
de estaciones permanentes GNSS o
bien por cualquier motivo no se pueden
realizar campantildeas perioacutedicas de obser-
vaciones GNSS la metodologiacutea maacutes
adecuada seriacutea la utilizacioacuten del radar de
apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (in-
SAR) Un ejemplo de lo indicado se
muestra en la figura 326
Figura 326 Deformaciones co-siacutesmicas
otbenidas mediante inSAR del terremoto de
Lorca del 11 de mayo de 2011 Institut
Geologravegic de Catalunya
3 Introduccioacuten
62
3231 GNSS posicionamiento relativo56
Se trata de la teacutecnica utilizada para llevar a cabo los estudios que se presentan en
esta tesis
El objetivo del posicionamiento relativo consiste en la determinacioacuten de las compo-
nentes del vector que une dos puntos A y B donde uno de ellos se establece como
fijo Las citadas componentes se determinaraacuten bien en incrementos de coordenadas
o en la determinacioacuten del azimut de la distancia relativa y la diferencia de altura
Este posicionamiento puede hacerse tanto con pseudodistancias como con medidas
de fase pero soacutelo se va a tratar el caso de medidas de fase
Este posicionamiento requiere observaciones simultaacuteneas de dos estaciones A y B y
dos sateacutelites j y k y dos eacutepocas o tiempos de observacioacuten y a partir de estas exi-
gencias se pueden crear diversas combinaciones lineales para eliminar o atenuar los
errores sistemaacuteticos propios de la observacioacuten de fase Este meacutetodo permite obtener
grandes precisiones puesto que elimina la mayoriacutea de los errores sistemaacuteticos y da
solucioacuten a una red estaacutetica para obtener las precisiones que habitualmente se requie-
ren Al vector AB se le llama liacutenea base
Las componentes del vector AB son
(
) (
)
32311 Simples diferencias de fase
Si se realiza una observacioacuten desde dos receptores A y B a un sateacutelite j en un mismo
instante como se muestra en la Figura 327 Las ecuaciones de la diferencia de fase
para los dos puntos son las siguientes
La ecuacioacuten de fase del receptor A sateacutelite j
(
) (
(( ) )
)
5 Hofmann-Wellenhof et al 2008 GNSS Global Navigation Satellite System
6 Berneacute et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
63
Y la ecuacioacuten de fase receptor B sateacutelite j
(
) (
(( ) )
)
Figura 327 Simples diferencias entre receptores
Y la diferencia entre las dos ecuaciones
( )
( ) [
( ) ( )
]
( ( ) ( ))
De forma abreviada se puede poner como
( )
( )
Es la forma final de la ecuacioacuten en simples diferencias donde ha desaparecido el
teacutermino de desviacioacuten del reloj del sateacutelite Las incoacutegnitas de este modelo asiacute defi-
nido son la diferencia entre los estados de los relojes de los receptores la diferencia
de ambiguumledades las diferencias de distancias al sateacutelite desde los puntos A y B y
el estado atmosfeacuterico
Un caso anaacutelogo es la construccioacuten de las simples diferencias de observaciones simultaacutenea de dos sateacutelites i j desde un mismo punto o receptor A como se muestra
en la Figura 328 En este caso se elimina el estado del reloj del receptor pero per-
3 Introduccioacuten
64
manece la del estado del sateacutelite Algunos autores a esta expresioacuten la denominan
simples diferencias entre sateacutelites
Figura 328 Simples diferenciase entre sateacutelites
Las simples diferencias tambieacuten reducen errores orbitales y de refraccioacuten atmosfeacuteri-
ca en el caso que los receptores esteacuten a distancias cortas ya que los errores men-
cionados seraacuten muy proacuteximos y el valor diferencia seraacute muy pequentildeo
32312 Dobles diferencias de fase
El modelo de dobles diferencias requiere que eacutestas sean referidas a un sateacutelite co-
muacuten (sateacutelite de referencia)
Sean dos puntos A B y dos sateacutelites j k implicados como muestra la Figura 329
se pueden formar dos simples diferencias de acuerdo con la ecuacioacuten anterior con
esta combinacioacuten del meacutetodo de simples diferencias entre estaciones y sateacutelites se
eliminan los estados de los relojes tanto de receptor como de sateacutelite
( )
( )
( )
( )
3 Introduccioacuten
65
Luego la ecuacioacuten de diferencia de fases entre dos receptores y dos sateacutelites en el
mismo instante t vendraacute dada por
(
) (
) (
)
(
)
Figura 329 Dobles diferencias
Mediante el uso de esta expresioacuten se eliminan las desviaciones de los osciladores de
los receptores con respeto a la escala de tiempos GPS
Todaviacutea quedan como incoacutegnitas la ambiguumledad inicial en ambas estaciones N y
los errores atmosfeacutericos troposfera e ionosfera
32313 Triples diferencias de fase
Con objeto de eliminar la ambiguumledad Remondi sugirioacute substraer dos dobles dife-
rencias en dos eacutepocas infinitamente proacuteximas t1 y t2 llamada triples diferencias
como muestra la Figura 330
3 Introduccioacuten
66
Figura 330 Triples diferencias
Planteemos el modelo de acuerdo a las expresiones de dobles diferencias
En el instante t1
( )
( )
( ( ) ( )
) (
( )
( )
)
(
( )
( )
) (
( )
( )
)
En el instante t2
( )
( )
( ( ) ( )
) (
( )
( )
)
(
( )
( )
) (
( )
( )
)
3 Introduccioacuten
67
Es decir la triple diferencia vendraacute dada por
( ( )
( )
) ( ( )
( )
)
( ( )
( )
) (
( )
( )
)
Que de acuerdo a las expresiones anteriores se podraacute poner como
( ( )
( )
) ( ( )
( )
)
( ( )
( )
) (
( )
( )
)
Al ser dos instantes o eacutepocas tan proacuteximas se eliminan los teacuterminos de N pues son
praacutecticamente iguales y lo mismo ocurre con el efecto atmosfeacuterico pues no habraacute
habido cambios entre ambas observaciones
Por lo tanto la expresioacuten de triples diferencias queda soacutelo vinculada a los valores de
distancias ρ Con triples diferencias se calcula una distancia ρ y con este valor se
trabaja con dobles diferencias para obtener el nuacutemero N de ambiguumledades Si la
solucioacuten que se obtenga con dobles diferencias da un valor N fijo es la solucioacuten fija
dobles diferencias que es la deseada caso de no poder obtenerse dobles diferencias
con solucioacuten fija de N se resuelve con el mejor N posible y la solucioacuten es solucioacuten
flotante
flotante En la figura 28 se muestra un esquema del proceso de caacutelculo
3 Introduccioacuten
68
32314 Esquema de caacutelculo mediante programa comercial
Figura 331 Proceso de caacutelculo mediante programa comercial
3 Introduccioacuten
69
32315 Esquema de caacutelculo mediante programa cientiacutefico geodeacutesico de alta precisioacuten
Figura 331 Proceso de caacutelculo mediante programa cientiacutefico geodeacutesico de alta precisioacuten
3 Introduccioacuten
70
Para la realizacioacuten de todos los caacutelculos en la presente tesis se ha utilizado un pro-
grama cientiacutefico de procesamiento de datos GNSS
El uso de un programa cientiacutefico aporta precisioacuten a los caacutelculos en cuanto que es
capaz de introducir paraacutemetros que los programas comerciales no contemplan
Velocidades de las estaciones
Actualmente como ya se ha indicado las coordenadas de las estaciones de las redes
geodeacutesicas se publican con respecto a un marco de referencia y en una eacutepoca espe-
ciacutefica en el tiempo este hecho implica que las coordenadas para un punto con res-
pecto al marco de referencia son vaacutelidas solamente para la fecha o eacutepoca especi-
ficada Se puede afirmar por tanto que las coordenadas de una red en un marco y
eacutepoca definida son como ldquouna fotografiacuteardquo de dicha red La aplicacioacuten del efecto del
tiempo en el procesamiento de datos GPS se traduce en la obtencioacuten de oacuterdenes de
exactitud maacutes altos y una mejora en la consistencia con el marco de referencia
adoptado en especial para las zonas en donde intervienen en el procesamiento de
datos estaciones de referencia en diferentes placas tectoacutenicas o en las que existan
otro tipo de desplazamientos como vulcanismo sismicidad o subsidencia
Paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra Movimiento del polo
Los EOP (Earth Orientation Parameters) son paraacutemetros de orientacioacuten que permi-
ten relacionar el sistema terrestre medio con el sistema celeste medio Estos paraacute-
metros se estiman a partir de la combinacioacuten de soluciones de VLBI SLR DORIS
y GNSS posibles gracias a la presencia de estaciones que poseen mas de una de
estas teacutecnicas Son calculados por el IERS (International Earth Rotation And Refer-
ence Systems Service) El IGS (International GNSS Service) proporciona solucio-
nes de EOP como un servicio del IERS Uno de los paraacutemetros fundamentales del
Sistema de Referencia Terrestre Interna-cional esta dado por el eje de rotacioacuten te-
rrestre Eacuteste no se encuentra fijo en el espacio es por ello que sus movimientos
deben ser tenidos en cuenta a la hora de realizar caacutelculos GNSS de alta precisioacuten
Los movimientos del eje pueden ser descriptos como una superposicioacuten de varios
movimientos agrupados bajo los teacuterminos de Precesioacuten y Nutacioacuten Por otra parte
las variaciones del eje de rotacioacuten instantaacuteneo respecto del convencional se deno-
minan Movimiento del Polo A estos movimientos se agrega la rotacioacuten terrestre
propiamente dicha compuesta por una velocidad de rotacioacuten media y sus propias
irregularidades
Correcciones por cargas oceaacutenicas
La corteza presenta una respuesta elaacutestica frente a las variaciones de las mareas
oceaacutenicas Esta respuesta en de mayor magnitud para estaciones cercanas a los bor-
des continentales y de mucha menor influencia en las estaciones ubicadas en el
interior del continente
3 Introduccioacuten
71
Las cargas oceaacutenicas originan una serie de efectos sobre la superficie terrestre Es-
tos efectos pueden dividirse en tres partes principales La primera la deformacioacuten
elaacutestica de la Tierra bajo el peso de las masas de agua oceaacutenica La segunda la
atraccioacuten gravitatoria directa que ejercen estas masas de agua Finalmente como
consecuencia de las dos anteriores se produce una redistribucioacuten de masas en el
interior de la Tierra que origina a su vez variaciones de gravedad
Sobre la superficie terrestre el efecto de las cargas oceaacutenicas se observa perioacutedica-
mente en forma de deformaciones y variaciones de gravedad y afecta por tanto a
observaciones geodeacutesicas y geofiacutesicas Los desplazamientos originados por las
cargas oceaacutenicas pueden alcanzar un rango de varios centiacutemetros por lo que dichos
desplazamientos deben corregirse sobre las observaciones GPS para obtener altas
precisiones
Correcciones por mareas terrestres
La suma de los efectos gravitatorios del Sol la Luna y los planetas del Sistema
Solar afectan a la Tierra no solo a la hidrosfera sino tambieacuten en las zonas continen-
tales ocasionando las mareas terrestres Este hecho afectaraacute a cualquier medida
geodeacutesica efectuada sobre la superficie terrestre por lo que para caacutelculos precisos
debemos tener en cuenta tal efecto y corregirlo adecuadamente ya que las mareas
terrestres provocan que los observables geodeacutesicos de precisioacuten sean dependientes
del tiempo debiendo reducirse a un estado cuasi-estacionario de invarianza tempo-
ral Este efecto se ha de tener en cuenta en las medidas GNSS de alta precisioacuten ya
que cambiaraacuten la posicioacuten del punto El fenoacutemeno afectaraacute sobretodo a la compo-
nente radial es decir a la altura elipsoidal mientras que el efecto en planimetriacutea
seraacute mucho maacutes modesto En el proceso de caacutelculo utilizado estos efectos se han
tenido en cuenta introduciendo en el programa las efemeacuterides planetarias corres-
pondientes
Correcciones por errores instrumentales de coacutedigo
Desde hace tiempo se sabe que existen sesgos en los sateacutelites GNSS sesgos depen-
dientes de la combinacioacuten de observables y de los receptores utilizados La comuni-
dad cientiacutefica tiene disponibles diferentes combinaciones de observables GNSS
pero debido a este efecto el posicionamiento preciso de las liacuteneas de base se puede
llegar a degradar debido a esta mezcla de tipos de observables para redes con varios
modelos de receptor Debido a que estos sesgos pueden afectar negativamente a la
resolucioacuten de ambiguumledades de fase de la portadora es necesario tenerlos en cuenta
para corregirlos
Los programas cientiacuteficos para caacutelculos GNSS maacutes relevantes son GAMIT-
GLOBK del Department of Earth Atmospheric and Planetary Sciences (Masachu-
setts Institute of Technology) GIPSY-OASIS (Jet Propulsion Laboratory ndash NASA)
y el BERNESE desarrollado por la Universidad de Berna
3 Introduccioacuten
72
En esta tesis se ha utilizado el programa Bernese 50 Para realizar los caacutelculos en
este programa se han de ejecutar una serie de procesos y dependiendo de queacute resul-
tado queramos conseguir ejecutaremos los citados procesos en un determinado
orden teniendo en consideracioacuten que generalmente ejecutaremos el mismo proceso
varias veces con diferentes datos de entrada El procedimiento estaacutendar de caacutelculo
que se ha utilizado para la compensacioacuten de las redes GNSS en esta tesis se mues-
tra en la Figura 331 y se detalla a continuacioacuten
El primer paso consiste en la generacioacuten de un archivo con la informacioacuten de las
estaciones eacuteste es un archivo que utilizaraacute maacutes tarde Bernese y su importancia radi-
ca en el hecho de que al generarlo al programa chequea la informacioacuten contenida
en los archivos RINEX de observacioacuten detectando posibles incohorencias
Las coordenadas de las estaciones de referencia estaacuten referidas a una eacutepoca especiacute-
fica El proceso COOVEL propaga las coordenadas de estas estaciones a la eacutepoca
de observacioacuten utilizando las velocidades de cada una de esas estaciones Las velo-
cidades de las estaciones son proporcionadas por diversos organismos gestores de
datos GNSS pero si no se tiene las velocidades de los veacutertices se puede utilizar el
programa NUVELO de Bernese para calcularlas mediante el modelo NUVEL-1
Para cualquier procesamiento GNSS de precisioacuten son necesarias las oacuterbitas precisas
de los sateacutelites estas oacuterbitas las facilitan varios organismos en archivos sp3 que
ademaacutes contienen la informacioacuten de los relojes El proceso PRETAB transforma las
citadas oacuterbitas precisas en un formato tabular ademaacutes extrae la informacioacuten de reloj
de las oacuterbitas precisas La transformacioacuten la realiza mediante la conversioacuten de la
posicioacuten de los sateacutelites del sistema fijo en la Tierra al sistema Inercial J20000
utilizando los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra movimiento del polo
A continuacioacuten deben transformarse las oacuterbitas tabulares obtenidas anteriormente a
oacuterbitas estaacutendar es el proceso ORBGEN el que se encarga de esta funcioacuten utilizan-
do distintos modelos de oacuterbitas predefinidos estos modelos estaacuten definidos por un
modelo de potencial gravitatorio las perturbaciones planetarias DE200 las correc-
ciones debidas a la relatividad general y las correcciones por mareas terrestres y
oceaacutenicas
Ademaacutes junto con los modelos predefinidos utiliza paraacutemetros de presioacuten debido a
la radiacioacuten del Sol para la generacioacuten de las oacuterbitas estaacutendares este modelo se
define como
D=D0+DCCOS(U)+DSSIN(U)
Y=Y0+YCCOS(U)+YSSIN(U)
X=X0+XCCOS(U)+XSSIN(U)
donde
3 Introduccioacuten
73
D presioacuten de la radiacioacuten solar en la direccioacuten de sol ndash sateacutelite
Y direccioacuten del eje de los paneles solares del sateacutelite
X direccioacuten perpendicular a D y Y
Una vez se dispone de los paraacutemetros orbitales se puede pasar a la importacioacuten de
datos de observacioacuten El proceso RXOBV3 transforma los archivos de observacioacuten
en formato RINEX a formato de Bernese En el proceso de transformacioacuten el pro-
grama compara el encabezado del archivo RINEX con el archivo de informacioacuten de
las estaciones (STA) para la verificacioacuten de los datos de cada estacioacuten como tipo
de antenas tipo de receptor nombre de la estacioacuten altura de las antenas Es necesa-
rio que el nombre de las estaciones tipo de receptores y los tipos antenas coincidan
y que a la vez esteacuten en la base de datos del programa Bernese contenido en los ar-
chivos RECEIVER (informacioacuten de los receptores) y PHASE_CODI08 (informa-
cioacuten de las antenas) que deberaacuten estar actualizados
El siguiente paso consiste en la sincronizacioacuten de los relojes de los receptores y
deteccioacuten de errores groseros para ello el programa CODSPP sincroniza el tiempo
del receptor al tiempo GPS Es decir obtiene el desfase entre el tiempo del receptor
y el tiempo GPS δk El programa utiliza el meacutetodo de ajustes por miacutenimos cuadra-
dos Los observables son las mediciones de cero-diferencias de coacutedigo y se utiliza
la combinacioacuten L3 libre de ionoacutesfera Las correcciones obtenidas se guardan en los
archivos de observacioacuten de Bernese Este proceso ademaacutes de los archivos de oacuterbi-
tas estaacutendares la informacioacuten de relojes las observaciones de coacutedigo las coordena-
das a priori y los paraacutemetros de orientacioacuten de la tierra utiliza los errores instru-
mentales de coacutedigo que se introducen para dar solucioacuten al hecho de que algunos
receptores que utilizan el coacutedigo P otros CAhellip y este archivo permite procesarlos
juntos calculando la diferencia y aplicaacutendola si utilizamos L3 como es nuestro
caso no es estrictamente necesario
El proceso CODSPP ademaacutes de sincronizar los relojes tambieacuten calcula las coorde-
nadas de las estaciones y detecta errores groseros en los observables Si se tiene
coordenadas a priori precisas como es nuestro caso no es necesario calcularlas con
el CODSPP para el procesamiento por doble diferencias Sin embargo siacute se realiza
la deteccioacuten de errores groseros el programa CODSPP procesa los observables
eacutepoca a eacutepoca y obtiene el resultado de los valores ldquoObservado ndash Calculadordquo (O-C)
para cada eacutepoca Basaacutendose en los valores O-C se obtiene una correccioacuten de reloj
para cada eacutepoca Despueacutes de corregir los valores O-C para todas las observaciones
por la correccioacuten de reloj se analizan los residuales para la deteccioacuten de errores
groseros El programa considera que un observable contiene error grosero si
- El residuo de una eacutepoca sobrepasa el valor especificado de la media de los residuos O-C de esa eacutepoca
3 Introduccioacuten
74
- El residuo es mayor que n veces el valor del residuo maacutes pequentildeo de todos
los observables de eacutesa eacutepoca donde n es un valor especificado
Seguidamente se calculan las simples diferencias con el proceso SNGDIF que se
basa en las siguientes estrategias
- Observaciones maacuteximas (OBS-MAX) las liacuteneas base se crean tomando en
cuenta el nuacutemero comuacuten de observaciones para cada estacioacuten Para todas
las posibles combinaciones se toma la liacutenea base que tenga el maacuteximo de
observaciones Es el meacutetodo utilizado en la presente tesis
- Distancia maacutes corta (SHORTEST) se crean liacuteneas bases no redundantes en
funcioacuten de la distancia maacutes corta entre las estaciones Este meacutetodo se utili-
za cuando las estaciones tienen el mismo intervalo de tiempo de medicioacuten
- Estacioacuten inicial (STAR) se selecciona una estacioacuten como referencia y las
liacuteneas bases la forman las demaacutes estaciones con la estacioacuten de referencia
- Definido por el usuario (DEFINED) las liacuteneas bases se crean en funcioacuten de
un archivo que contiene las liacuteneas bases predefinidas por el usuario
- Manual en este caso se selecciona manualmente dos estaciones para for-
mar una liacutenea base En este caso soacutelo se crea una sola liacutenea base
Una vez generadas las simples diferencias se realiza un pre-procesamiento de los
observables por simples diferencias mediante el proceso MAUPRP que realiza un
pre-procesamiento deteccioacuten y correccioacuten de errores groseros y de saltos de ciclo
de los observables de fase en cero o simple diferencias Este proceso necesita los
observables de simple diferencias de fase las coordenadas a priori las oacuterbitas es-
taacutendares y los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra El programa puede relizar el
escrutinio de los datos de observacioacuten de diferentes formas combinado ndash COMBI-
NED ambos ndash BOTH L1 y L2 Para liacuteneas base mayores que 10 km se utiliza el
modo COMBINED y la combinacioacuten lineal L3 de observables en L1 y L2 para la
deteccioacuten de peacuterdidas de ciclo como se ha utilizado en la presente tesis
Este proceso MAUPRP es uno de los maacutes releventes el programa realiza de forma
secuencial las siguientes tareas
- Marca los observables para excluirlos del pre-procesamiento en funcioacuten de
o Observaciones con sateacutelite de baja elevacioacuten
o Eacutepocas de observacioacuten que no disponen de ambas frecuencias
o Intervalos cortos de observacioacuten El programa primero realiza una
revisioacuten de los datos de observacioacuten para buscar pequentildeos saltos
como la falta de una eacutepoca entre los observables
- Realiza una revisioacuten no-parameacutetrica para identificar errores groseros
- Calcula una solucioacuten de diferencias de eacutepoca (para observables de simples diferencias es una solucioacuten de triples diferencias) mediante ajuste por miacute-
nimos cuadrados como referencia para la deteccioacuten de peacuterdida de ciclos El
3 Introduccioacuten
75
tipo de combinacioacuten lineal para la solucioacuten se adopta trataacutendose de liacuteneas
base largas como L3 En el caso de que se tenga coordenadas a priori bue-
nas como es nuestro caso se especifica el valor maacuteximo aceptado de O-C
para la solucioacuten de triple diferencias Tambieacuten se especifica la desviacioacuten
tiacutepica ldquosigmardquo si se conoce de la liacutenea base para el caso de simples dife-
rencias y debe reflejar aproximadamente la precisioacuten de las coordenadas a
priori Un valor de cero indica que no se tiene valores de sigma a priori
- Deteccioacuten y correccioacuten de la peacuterdida de ciclo el programa realiza primero
una correccioacuten por saltos originados por el reloj del receptor Dependiendo
del meacutetodo que se ha seleccionado para el anaacutelisis el programa analiza los
residuales obtenidos de la solucioacuten de triples diferencias del paso anterior
para la deteccioacuten y correccioacuten por peacuterdida de ciclos
Ya corregidas las peacuterdidas de ciclo de los observables y marcados algunos errores
groseros mediante triples diferencias se procede a realizar una revisioacuten de los resi-
duales obtenidos por dobles diferencias para la deteccioacuten de errores groseros Esto
se realiza ejecutando los procesos
- GPSEST crea los archivos de residuales por medio de doble diferencias
- RESRMS revisa los residuales para detectar los errores groseros
- SATMRK marca los residuales detectados para eliminarlos del anaacutelisis
posterior
- GPSEST crea archivos de residuales finales limpios de errores groseros y
guarda las ecuaciones normales
A continuacioacuten se explica con maacutes detalle los programas GPSEST RESRMS
SATMRK
El proceso GPSEST se utiliza varias veces durante el procesamiento para esta etapa
se va a utilizar para obtener los residuales de dobles diferencias para la deteccioacuten de
errores groseros El procesamiento se realiza partiendo de los observables de sim-
ples diferencias utilizando las oacuterbitas estaacutendar los paraacutemetros de orientacioacuten de la
Tierra y las correcciones por cargas oceaacutenicas Este proceso es al igual que cual-
quier proceso de Bernese muy versaacutetil y permite elegir entre otros
- El sistema satelital utilizado (GPS GLONASS o ambos)
- El tipo de frecuencia a procesar (L1 L2 L3 L4 L5 -Banda ancha-
L1ampL2 L3ampL4 MELWUEBB y DTEC) En nuestro caso elegimos L3
- La maacutescara de elevacioacuten de los sateacutelites
- El intervalo de tiempo entre eacutepocas
- La tolerancia (en mili segundos) para considerar las observaciones como
simultaacuteneas
- Ponderar los observables En nuestro caso se tomaacute la opcioacuten COSZ que considera pesos en funcioacuten de la elevacioacuten por si hubiese sateacutelites con ele-
vacioacuten menor de 15ordm
3 Introduccioacuten
76
- Forma de calcular los residuos en nuestro caso ldquonormalizadosrdquo son los re-
siduos O-C divididos por la raiacutez cuadraacutetica de los elementos de la diagonal
de la matriz de cofactor de los residuos ( ) ( )
radic ( )
- La estrategia de correlacioacuten donde elegiremos la opcioacuten que realiza el pro-
cesamiento de forma conjunta de todas las correlaciones posibles existentes
entre las liacuteneas bases de una red asiacute como las distintas frecuencias y sus
combinaciones lineales
- Elegir el modelo troposfeacuterico para la componente seca elegimos el modelo
Dry Niell y para la componente huacutemeda pediremos que el programa lo mo-
dele con una ldquomapping functionrdquo cada 2h
- Y por supuesto definir el tipo de definicioacuten de datum en este primer caacutelcu-
lo consideraremos la red libre sin constrentildeimientos
Es el proceso RESRMS el que revisa los residuos de dobles diferencia obtenidos
por el programa GPSEST para la deteccioacuten de errores groseros Los errores grose-
ros detectados se guardan en un archivo de edicioacuten que es utilizado por el programa
SATMRK para marcar los errores groseros en los observables
Marcados los errores groseros en los observables de simples diferencias ahora se
procede a crear los residuos libres de errores groseros mediante el uso de nuevo del
proceso GPSEST El procedimiento es el mismo explicado anteriormente pero
ahora los archivos de observables de simples diferencias estaacuten limpios de errores
groseros Ademaacutes de los residuos en este proceso tambieacuten se obtienen las ecuacio-
nes normales de la red sin errores groseros
En esta etapa del procesamiento se calcula la solucioacuten de la red con los valores
reales de las ambiguumledades esto es una solucioacuten flotante El proceso ADDNEQ2
utiliza el modelo de ldquomiacutenimos cuadrados secuencialrdquo para realizar los caacutelculos y
procesamientos en la solucioacuten de las redes El proceso parte de las ecuaciones nor-
males obtenidas por el programa GPSEST y con eacutel se calculan las coordenadas de
las estaciones los paraacutemetros troposfeacutericos y las ecuaciones normales Tambieacuten en
este proceso se ha de definir el datum ahora ya podemos dar una solucioacuten constri-
ntildeendo las estaciones que consideraremos fijas no fijaremos las citadas estaciones
por no tratarse del comportamiento real de las mismas adoptaremos la solucioacuten de
constrentildeimientos miacutenimos donde se asume que hay dos marcos de referencia el
primero obtenido mediante las coordenadas a priori de una seria de estaciones de
referencia y el segundo por medio los las coordenadas estimadas de las mismas
estaciones de referencia Estos dos marcos referencia estaacuten relacionados mediante
una transformacioacuten de 7-paraacutemetros de Helmert
Llegados a este punto volveremos a utilizar el proceso GPSEST para la resolucioacuten
de ambiguumledades aunque previamente deberemos seleccionar las liacuteneas base lo
3 Introduccioacuten
77
haremos de forma autoacutematica con el proceso BASLST tomando como criterio que
la longitud de las liacuteneas base sea miacutenima
La resolucioacuten de ambiguumledades con GPSEST se realiza teniendo en cuenta que
deberemos utilizar los modelos atmosfeacutericos modelo ionosfeacuterico y modelo tropos-
feacuterico estimado y que las coordenadas que introduciremos son las coordenadas
calculadas de la solucioacuten flotante del programa ADDNEQ2 Deberemos tener en
cuenta que ahora utilizaremos las frecuencias L1 y L2 y no su combinacioacuten ya que
las ambiguumledades se resuelven para esas frecuencias Ademaacutes la estrategia de co-
rrelacioacuten seraacute ahora BASELINE ya que de este modo el programa procesa las liacute-
neas bases de forma secuencial y no en conjunto como en el caso de CORRECT
En el programa GPSEST se presentan cuatro estrategias de resolucioacuten de ambiguumle-
dades de las cuales elegiremos QIF (Quasi-Ionosphere-Free) que permite la resolu-
cioacuten de las ambiguumledades en L1 y L2 de liacuteneas bases hasta una longitud de 2000 km
sin utilizar los observables de coacutedigo
A continuacioacuten se procede al caacutelculo de la red con ambiguumledades fijas para ello se
tilizan de nuevo los procesos GPSEST para generar las ecuaciones normales intro-
duciendo las ambiguumledades calculadas en la seccioacuten anterior y ADDNEQ2 para
calcular la solucioacuten final
En esta estapa del procesamiento se utiliza el programa GPSEST para calcular la
solucioacuten de la red con ambiguumledades fijas introduciendo las ambiguumledades obteni-
das anteriormente Ademaacutes se calculan las coordenadas el retraso troposfeacuterico en el
zenit y su gradiente horizontal Las coordenadas de las estaciones de referencia no
se fijan para que se incluyan en las ecuaciones normales
El proceso GPSEST se ejecuta eligiendo como estrategia de correlacioacuten de nuevo
CORRECT En la definicioacuten de datum en este caso constrentildeimos todas las coorde-
nadas con valores de sigma a priori de 01 en todas las direcciones Al no fijar las
coordenadas a sus valores a priori obtenemos las ecuaciones normales con todas
estaciones de la red para luego procesarlas con el ADDNEQ2 por constrentildeimientos
miacutenimos En este caso el modelo troposfeacuterico a utilizar para la funcioacuten de mapeo es
el de ldquoWET NIELLrdquo con un espaciado de 1 h Tambieacuten se calcula el gradiente hori-
zontal mediante un modelo inclinado entre el cenit y la funcioacuten de mapeo ldquoTIL-
TINGrdquo con un espaciado de 24 h
Para terminar se realiza el caacutelculo de la solucioacuten final de la red con ADDNEQ2 En
esta etapa del proceso utilizaremos el ADDNEQ2 para calcular la solucioacuten final de
la red con las ecuaciones normales con ambiguumledades fijas obtenidas en la seccioacuten
anterior Los resultados del procesamiento de la red son las coordenadas estimadas
de las estaciones los paraacutemetros troposfeacutericos estimados y las ecuaciones normales
finales El datum se define mediante constrentildeimiento miacutenimo referido a una serie
de estaciones de referencia y la condicioacuten de constrentildeimiento es de cero traslacioacuten
3 Introduccioacuten
78
para el baricentro de las coordenadas de referencia Por uacuteltimo en la configuracioacuten
para el manejo de los paraacutemetros troposfeacutericos se configura el sigma a priori del
retardo troposfeacuterico relativo en 10 metros y la separacioacuten de tiempo entre los pa-
raacutemetros de 1 hora (3600 seg)
32316 Caacutelculo y compensacioacuten de redes7
Meacutetodo general
A partir de las observaciones u observables GPS o topograacuteficos se pretende calcu-
lar las coordenadas o vectores del proyecto o red Generalmente se cuenta con ob-
servaciones redundantes muchas maacutes observaciones que incoacutegnitas y puesto que
las medidas fiacutesicas nunca son exactas se pretende dar la mejor solucioacuten y cifrar con
queacute calidad y precisioacuten La estrategia para dar esta respuesta es aplicar un ajuste por
miacutenimos cuadrados este ajuste en Geodesia sigue el modelo Gauss-Markov como
muestra la Figura 333
Este modelo de miacutenimos cuadrados requiere de dos modelos un modelo matemaacuteti-
co que establece las relaciones entre observables variables y paraacutemetros cuya de-
terminacioacuten se pretende y un modelo estocaacutestico que describe la distribucioacuten espe-
rada de los errores de las observaciones
Esto nos permite lo siguiente
- Obtener el mejor resultado posible con esos observables mediante el ajuste
miacutenimo cuadraacutetico
- Eliminar posibles errores a partir de las pruebas estadiacutesticas
- Cifrar la precisioacuten y fiabilidad de los resultados
El observable es una variable aleatoria que debe seguir una distribucioacuten normal Si
no hay errores sistemaacuteticos que no debe haberlos los residuos siguen tambieacuten una
distribucioacuten normal con media cero
Aceptando como verdadera la hipoacutetesis de que los observables tienen caraacutecter de
variable aleatoria y por lo tanto estaacuten sujetos uacutenicamente a errores aleatorios se
aceptaraacute que los observables siguen una distribucioacuten normal (se podriacutea comprobar
su normalidad por medio de un test de adherencia prueba de chi-cuadrado)
O ~ N(OT0)
El modelo matemaacutetico planteado para la resolucioacuten de la Red geodeacutesica expresaraacute
siempre una aproximacioacuten simplificada a la realidad fiacutesica
F(XC) = 0
7 Leick 2004 GPS Satellite Surveying
3 Introduccioacuten
79
X = vector de variables en nuestro caso coordenadas
C = vector de observables compensados
F (Xaprox + x OT + v) = 0 Xa+ x = X y Observable + residuo = C
Linealizando por Taylor la funcioacuten anterior obtendremos la siguiente expresioacuten
particularizada para los valores de Xaprox y OT
0)()(
dC
C
FdX
X
FOXFCXF Taprox
donde
)( Taprox OXF = w vector de teacuterminos independientes
X
F
= A matriz de disentildeo de las variables
C
F
= B matriz de disentildeo de los observables
x =dX
v = dC
Las matrices A y B se llaman de disentildeo pues definen la geometriacutea de la red El
resto de estimadores y matrices se denominaraacuten de criterio pues cifran a priori o a
posteriori los resultados esperables o alcanzados respectivamente
El vector de residuos verifica
E(v) = 0 v N(0 s2Q)
s2 es la varianza poblacional y σ
2 varianza muestral
Es decir sigue una distribucioacuten normal de media cero y matriz de covarianzas s2Q
En general las observaciones no estaacuten incorreladas se conoce sus varianzas y la
matriz de pesos a priori
sum= σo2 donde σo es la varianza da priori de peso unidad o factor de referencia a
priori
La matriz cofactor es Q = σo2 P
-1 y P es la matriz de pesos
El modelo F(C X) = 0 o el Ax+BvndashW = 0
con la hipoacutetesis
E(v) = 0 v N(0 s2Q)
3 Introduccioacuten
80
se denomina de Gauss-Markov y parte de tres premisas para su resolucioacuten
- El modelo no es lineal pero es faacutecilmente linealizable
- No existen errores groseros ni sistematismos
- En la matriz de covarianzas del vector v s2Q se postula la precisioacuten a prio-
ri de las observaciones
La solucioacuten a este modelo se aborda por la aplicacioacuten del algoritmo de los miacutenimos
cuadrados donde vTPv = miacutenimo
Figura 333 Compensacioacuten de una red
Es importante que el valor tomado de peso a priori de las observaciones sea cohe-
rente con la realidad fiacutesica de manera que dependeraacute de varios factores precisioacuten
de los instrumentos habilidad del operador meacutetodo de observacioacuten condiciones de
observacioacuten sentildealizacioacuten etc
De forma que se plantea un sistema de ecuaciones del siguiente tipo
Ax+Bv-W = 0
En dicha ecuacioacuten el problema es calcular x Cuya solucioacuten de miacutenimos cuadrados
seraacute
x= S-1
ATM
-1K
donde S = ATM
-1A y M = BP
-1B
T
La solucioacuten de x bajo la condicioacuten de miacutenimos cuadrados soacutelo requiere el conoci-
miento a priori de la matriz de pesos pero no de la varianza de la unidad de peso ni
3 Introduccioacuten
81
de la matriz varianza-covarianza aunque estas son imprescindibles para el estudio
del comportamiento estadiacutestico de los resultados del ajuste
El problema se puede presentar como un ajuste ligado o un ajuste libre Si se cono-
ce el datum de la red (es decir las coordenadas de dos puntos o las coordenadas de
un punto y el acimut de un eje) el sistema se llama sistema determinista o ligado La
solucioacuten se obtendraacute trabajando con matriz inversa claacutesica aplicaacutendola al sistema
de ecuaciones normales que se nos presentaraacute en el proceso Pero cuando se desco-
nozca el datum no existen puntos fijos la red se llama Red Libre su solucioacuten re-
quiere trabajar con de otras herramientas algebraicas (pseudoinversa descomposi-
cioacuten etc) para obtener la solucioacuten
Red ligada
Se trata del caso que nos ocupa en el que hemos tomado ciertas estaciones perma-
nentes como puntos fijos
Caso determinista en toda red se dispone de datos que permiten recurrir a los meacute-
todos de compensacioacuten o ajuste que tienen por objeto dar la mejor de las soluciones
posibles Las soluciones a este problema se abordan con teacutecnicas habituales de aacutel-
gebra lineal aplicando el algoritmo de los miacutenimos cuadrados y estudiando algunas
propiedades estadiacutesticas de las diferentes soluciones Tambieacuten es necesario el mo-
delo estocaacutestico para estimar las medidas de precisioacuten de los resultados de la com-
pensacioacuten y para efectuar un anaacutelisis estadiacutestico de los mismos
En definitiva la solucioacuten oacuteptima de un problema de ajuste o compensacioacuten es aque-
lla que ademaacutes de satisfacer exactamente las ecuaciones del modelo en su forma
lineal deacute lugar a unos errores residuales que satisfagan el principio de los miacutenimos
cuadrados
El sistema de ecuaciones general permite dos tipos de particularizaciones de la que
soacutelo vamos a mencionar la que se utiliza en la actualidad se trata del Meacutetodo de
Observaciones Indirectas o Variacioacuten de Coordenadas
F(X) ndash C = 0
Linealizando esta funcioacuten obtenemos el meacutetodo de observaciones indirectas o de
variacioacuten de coordenadas
)1()1()1()( mmnnm vwxA
donde
m se corresponde con el nuacutemero de ecuaciones (observaciones que se han reali-
zado en el trabajo de campo)
3 Introduccioacuten
82
n se corresponde con el nuacutemero de incoacutegnita a determinar en la compensacioacuten
(correcciones a las coordenadas aproximadas)
lo que implica suponer que la matriz de disentildeo B = - I
A partir del modelo matemaacutetico propuesto Ax ndash W = v asiacute como del correspon-
diente modelo estadiacutestico Gauss-Markov somos capaces de compensar nuestros
observables de tal forma que podemos obtener las coordenadas compensadas de los
veacutertices libres de la red
Dado que los observables no tienen la misma precisioacuten hay que introducir la matriz
de pesos P Esta matriz es diagonal y su teacutermino tiene como valor la inversa de sus
varianzas frasl
Con la condicioacuten de miacutenimo ΣPv2 = v
TPv
La solucioacuten al problema de determinacioacuten de la variable x es la siguiente
Condicioacuten de miacutenimo Ω minimizaraacute ΣPv2 = v
T Pv
( )
vTPA = 0
luego tambieacuten
ATPv = 0
(la matriz P es cuadrada y diagonal)
Como
Ax-W=v
Se sustituye este valor de v en la expresioacuten anterior
ATP(Ax-W)=0
ATPAx - ATPW = 0
WPAxAPA TT )(
Sistema de ecuaciones normales si se llama N= ATPA
Nx = ATPW
donde N tiene inversa
Esta expresioacuten nos define un sistema de ecuaciones normales que se podraacute resolver
por diferentes meacutetodos (factorizacioacuten LU Choleskyhellip) Pero dado que nuestro
3 Introduccioacuten
83
objetivo es minimizar el sumatorio de la traza de la matriz de residuos utilizaremos
miacutenimos cuadrados para resolver el sistema
Solucioacuten al problema planteado
( )
El aplicar el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados y disponer de observaciones abun-
dantes asiacute como conocer a priori la matriz de pesos permite validar el modelo y
cifrar la precisioacuten de sus resultados a partir del anaacutelisis de sus residuos estimador
de la varianza y la matriz de varianzas covarianzas
La obtencioacuten de residuos se obtendraacute a partir de
Amiddotx ndash W = v
La obtencioacuten de este vector de residuos es fundamental para la determinacioacuten de los
diferentes paraacutemetros estadiacutesticos como las figuras de error estimadores paraacuteme-
tros de fiabilidad y por lo tanto constituye la base de todo el estudio analiacutetico de la
solucioacuten obtenida
Los observables han sido considerados como variables aleatorias que siguen una
distribucioacuten normal N (s2middotQ) (de media y desviacioacuten tiacutepica s
2middotQ) y partimos de
la hipoacutetesis de que la esperanza matemaacutetica de los residuos es cero y que siguen una
distribucioacuten normal N(01) el estimador de la varianza y desviacioacuten tiacutepica del ob-
servable de peso unidad a priori seraacute uno
A partir del estimador de la varianza del observable de peso unidad podemos cono-
cer cuaacutel es el comportamiento estadiacutestico de la red
Asiacute para la determinacioacuten del estimador de la varianza y desviacioacuten tiacutepica del ob-
servable de peso unidad a posteriori la expresioacuten empleada es la siguiente
nm
vPvT
2
0
Que generalmente se representa por ya que es un estimador de la propia varianza
m-n representan los grados de libertad del sistema de ecuaciones que se pretende
resolver
3 Introduccioacuten
84
Ajuste de una red de vectores GPS
El ajuste de una red GPS con dos vectores trabajando conjuntamente ajuste liacuteneas
base o vectores de posicioacuten entre dos puntos se plantea a partir de la diferencia de
coordenadas entre ambos puntos
Ecuacioacuten de observacioacuten en funcioacuten de diferenciales de coordenadas cartesianas
geoceacutentricas sean dos puntos (XjYjZj) e (XiYiZi) cuyas coordenadas aproximadas
sean (Xjo Yj
o Zj
o) y (Xi
o Yi
o Zi
o) Las ecuaciones de observacioacuten planteadas seraacuten
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
Por lo tanto
( )
( )
( )
donde las incoacutegnitas son los valores (dxj dxi dyj dyi dzj dzi )
que de forma matricial se representara por
Ax- W = v
y la solucioacuten seraacute
x= (ATPA)-1ATw
la formacioacuten del modelo depende de la matriz de pesos en el posicionamiento rela-
tivo las observaciones se consideran correladas Se puede utilizar las desviaciones
tiacutepicas dependientes de la longitud de las liacuteneas base y entonces las covarianzas se
toman nulas o tomar la matriz varianza covarianza completa esta ponderacioacuten es la
maacutes habitual
3 Introduccioacuten
85
3232 GNSS posicionamiento absoluto89 Posicionamiento de Punto Preciso
(PPP)
32321 Caacutelculo de la posicioacuten absoluta de un punto por pseudodistancias
La ecuacioacuten general de pseudodistancia viene dada por
( )
Donde
pseudodistancia
R estado del reloj del receptor ldquoincoacutegnitardquo
ion + trop retardos atmosfeacutericos ldquomodelados o eliminadosrdquo
s estado del reloj del sateacutelite ldquomodeladordquo
m + εp errores modelados o corregidos
En esta ecuacioacuten el estado del reloj de sateacutelite se puede corregir ya que en el men-
saje de navegacioacuten vienen los paraacutemetros para ello respecto a un tiempo de refe-
rencia tc Los errores atmosfeacutericos se pueden corregir o modelar y se tomaraacuten las
precauciones para que no existan errores multipath y errores instrumentales
La distancia geomeacutetrica ρ entre el receptor (XiYiZi) y el sateacutelite (XjY
jZ
j ) se
puede expresar de la siguiente forma
222 )()()()( i
j
i
j
i
jj
i ZZYYXXt
(XiYiZi) coordenadas receptor ldquoincoacutegnitasrdquo
(XjY
jZ
j) coordenadas sateacutelite ldquoconocidas por las efemeacuteridesrdquo
Por lo tanto en la expresioacuten inicial de observable de pseudodistancia se podraacute susti-
tuir el valor ρ por ρij que liga las coordenadas de sateacutelite y receptor
Este teacutermino introduce la no linealidad del sistema y el modelo planteado para su
resolucioacuten hay que linealizarlo para ello se efectuacutea un desarrollo en serie de Taylor
en torno a unas coordenadas aproximadas del receptor i( Xc Yc Zc)
8 Hofmann-Wellenhof et al 2008 GNSS Global Navigation Satellite System
9 Berneacute et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
86
Teniendo en cuenta que distancia geomeacutetrica = distancia calculada + diferencial
caacutelculo
j
i
j
iC
j
i
La expresioacuten puede escribirse
|
| |
| |
| ( )
Introduciendo el residuo y pasando Rij al otro lado
|
| |
| |
|
es el residuo de observacioacuten
la distancia calculada entre sateacutelite y receptor
la distancia observada o medida
Las incoacutegnitas o valores a calcular son
( )
estado del reloj del receptor
Esta ecuacioacuten seraacute general a plantear por cada observacioacuten a sateacutelite como se plan-
tean cuatro incoacutegnitas al menos se deberiacutean observar cuatro sateacutelites por eacutepoca
Generalmente se observan maacutes y al estar el modelo sobredimensionado se puede
buscar la mejor solucioacuten por miacutenimos cuadrados y dar valores de precisioacuten y fiabi-
lidad Es decir el nuacutemero de observaciones seraacute nge 4 sateacutelites GPS simultaacuteneamen-
te
Ordenadas de forma matricial
Donde la matriz de coeficientes A estaacute formada por los teacuterminos
(
)
3 Introduccioacuten
87
El vector X paraacutemetros o incoacutegnitas son los valores a determinar (
)
El vector W observaciones
(
)
y el vector v vector residuos a minimizar (
)
En el modelo lo que se calcula son las diferenciales dXi dYi dZi de la posicioacuten ver-
dadera del receptor XYZ a partir de la calculada de forma aproximada ( Xc Yc Zc)
donde se ha realizado la linealizacioacuten
Este valor se puede ir mejorando iterando con las sucesivas correcciones obtenidas
para una misma eacutepoca Es frecuente que en redes GNSS en observaciones estaacuteticas
se obtenga una buena solucioacuten a la tercera iteracioacuten
Y el vector solucioacuten es x = (ATA)
-1A
TW
Algunos autores por simplicidad de desarrollo abrevian de la expresioacuten anterior los
retardos atmosfeacutericos que han sido modelados o eliminados asiacute como el estado del
reloj del sateacutelite tambieacuten modelado dejando la expresioacuten simplificada en
|
| |
| |
|
Las ecuaciones por observacioacuten seraacuten
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
hellip
|
| |
| |
|
3 Introduccioacuten
88
En forma matricial se puede escribir Ax-w = v
(
)
(
)
Vector X y vector V ideacutenticos
La resolucioacuten del sistema se realiza por miacutenimos cuadrados seguacuten el modelo Gauss
Markov como ya se ha indicado
32322 Caacutelculo de la posicioacuten absoluta de un punto por fase de la portadora
Las pseudodistancias tambieacuten pueden ser calculadas a partir de diferencias de fase
La expresioacuten viene dada por
(
) (
( )
)
(en unidades de ciclo como aacutengulo)
( )
(en unidades lineales)
En unidades de ciclo la fase entre el sateacutelite j y el receptor i vendraacute dada por
(
( )
) (
( )
)
Y en unidades lineales
( ) ( )
Donde se ha eliminado el error del reloj sateacutelite (correcciones en el mensaje) y
( ) es la diferencia de fase medida expresada en ciclos es la longitud de onda
y representa el nuacutemero entero de ciclos entre el receptor i y el sateacutelite j en el
momento inicial incoacutegnita que va a permanecer constante
3 Introduccioacuten
89
Igual que en el caso de coacutedigos la distancia geomeacutetrica entre el receptor (XiYiZi) y
el sateacutelite (XjYjZj) podremos expresarla de la siguiente forma
Es decir el problema viene en esta expresioacuten ya que este teacutermino introduce la no
linealidad del sistema Para linealizarlo se efectuacutea del mismo modo que en coacutedigo
por un desarrollo en serie de Taylor en torno a unas coordenadas aproximadas del
receptor i( Xc Yc Zc)
Considerando que distancia geomeacutetrica = distancia calculada + diferencial caacutelculo
j
i
j
iC
j
i
La distancia entre sateacutelite y receptor cuyas coordenadas conocemos una por efe-
meacuterides y otras calculadas de forma aproximada viene dada por
( )
( )
( )
Y desarrollando de la misma manera que en la linealizacioacuten del coacutedigo la expresioacuten
general de ecuacioacuten de observacioacuten en unidades lineales seraacute
|
| |
| |
|
El modelo generalizado seraacute
Esta expresioacuten es comparable con el modelo de pseudodistancia por coacutedigo
Las incoacutegnitas seraacuten las correcciones dXi dYi dZi a los valores de coordenadas
aproximadas el estado del reloj del receptor y el valor N de ambiguumledades
i
c
i
i
c
i
c
i
dZZZi
dYYYi
dXiXXi
222 )()()()( ZiZYiYXXt jj
i
jj
ic
3 Introduccioacuten
90
La matriz A de disentildeo tendraacute los coeficientes
(
)
El vector X de paraacutemetros o incoacutegnitas
(
)
El vector W es ideacutentico al de pseudodistancias salvo el signo del ∆ion que es de
signo contrario
(
)
Donde el modelo general es Ax-W = V
Solucioacuten miacutenimos cuadrados
x = (ATA)
-1A
TW
32323 GNSS Posicionamiento de Punto Preciso (PPP)
El Posicionamiento por Punto Preciso (PPP) destaca como un meacutetodo oacuteptimo para
la prestacioacuten de servicios globales de aumentacioacuten de la precisioacuten utilizando las
constelaciones GNSS actuales y las futuras Combinando las posiciones y estados
de relojes precisos de los sateacutelites con la ayuda de un receptor GNSS de doble fre-
cuencia PPP es capaz de ofrecer soluciones de posicioacuten con precisiones de nivel
centimeacutetrico a decimeacutetrico PPP requiere un menor nuacutemero de estaciones de refe-
rencia distribuidas globalmente a diferencia de los sistemas diferenciales claacutesicos
(por ejemplo RTK) un uacutenico paquete de datos de oacuterbitas precisas y datos de relojes
(calculado por un centro de procesamiento) es vaacutelido para todos los usuarios del
mundo y la solucioacuten no se ve afectada por un fallo en una estacioacuten de referencia
3 Introduccioacuten
91
concreta Siempre hay muchas estaciones de referencia que observan el mismo
sateacutelite porque las oacuterbitas y relojes precisos se calculan a partir de una red mundial
de estaciones de referencia Como resultado PPP da una solucioacuten de la posicioacuten
altamente redundante y robusta (Navipedia 2013)
Introduccioacuten
Posicionamiento por Punto Preciso (PPP) es un servicio global de posicionamiento
preciso que requiere la disponibilidad de la oacuterbita y el estado del reloj del sateacutelite de
referencia de forma precisa en tiempo real a traveacutes de una red de estaciones de
referencia GNSS distribuidas por todo el mundo
Mediante la combinacioacuten de las posiciones y relojes precisos de los sateacutelites con un
receptor GNSS de doble frecuencia (para eliminar el efecto de primer orden de la
ionosfera) PPP es capaz de ofrecer soluciones de posicioacuten de nivel centimeacutetrico a
decimeacutetrico incluso mejor de 1 cm en modo estaacutetico PPP difiere del posiciona-
miento Relativo en Tiempo Real por doble diferencia (RTK) en el sentido de que no
requiere el acceso a las observaciones de una o maacutes estaciones de referencia concre-
tas medidas con precisioacuten y en que PPP proporciona un posicionamiento absoluto
en lugar de la ubicacioacuten con respecto a la estacioacuten de referencia como lo hace RTK
PPP soacutelo requiere oacuterbitas y datos del reloj precisos calculados por un centro de
procesamiento a partir de las mediciones de las estaciones de referencia de una red
de estaciones relativamente escasa (miles de km seriacutea suficiente) Esto hace que
PPP sea una alternativa muy atractiva al RTK para aquellas aacutereas donde la cobertu-
ra RTK no estaacute disponible Por el contrario la teacutecnica de PPP todaviacutea no estaacute tan
consolidada como la RTK y requiere maacutes tiempo para lograr las maacuteximas presta-
ciones Actualmente existen varios servicios de post-procesamiento PPP consoli-
dados Por el contrario los sistemas de PPP en tiempo real estaacuten en fase de desarro-
llo incipiente
El algoritmo de PPP utiliza como entrada observaciones de coacutedigo y fase obtenidas
de un receptor de doble frecuencia y datos de oacuterbitas de sateacutelites y relojes precisos
con el fin de calcular las coordenadas precisas del receptor y el estado del reloj Las
observaciones procedentes de todos los sateacutelites se procesan juntas resolviendo las
diferentes incoacutegnitas a saber las coordenadas del receptor el reloj del receptor el
retardo troposfeacuterico del cenit y las ambiguumledades de fase
La precisioacuten de los relojes de los sateacutelites y las oacuterbitas es uno de los factores maacutes
importantes que afectan a la calidad del PPP Otro factor importante que afecta a los
resultados del PPP es la cantidad y la calidad de las observaciones Al igual que
cualquier teacutecnica GNSS PPP se ve afectada por obstrucciones de liacutenea de visioacuten al
sateacutelite Incluso los datos maacutes precisos de oacuterbitas y relojes son inuacutetiles si el usuario
no puede realizar un seguimiento correcto de sateacutelites concretos Cuando la visibili-dad de los sateacutelites estaacute parcialmente obstruida se pueden obtener mejores resulta-
3 Introduccioacuten
92
dos mediante el uso de todos los sateacutelites disponibles tanto del sistema GPS como
de GLONASS o en el futuro Galileo
La solucioacuten PPP requiere un cierto tiempo para converger debido a la necesidad de
estimar correctamente las ambiguumledades de fase pero el uso de la combinacioacuten de
mediciones GPS y GLONASS proporciona resultados significativamente mejores
cuando el tiempo de observacioacuten es corto Para el usuario de GNSS esto significa
que hasta 18 sateacutelites GPS + GLONASS pueden ser visibles simultaacuteneamente en
zonas a cielo abierto lo que representa un aumento de alrededor del 60 en la dis-
ponibilidad de sateacutelites en comparacioacuten con el uso de soacutelo GPS Esto lleva a una
mayor precisioacuten y una convergencia maacutes raacutepida en aplicaciones de posicionamiento
preciso
Se obtendraacute una mejora en un futuro proacuteximo gracias a la implantacioacuten de nuevos
sistemas regionales en oacuterbitas geoestacionarias Con estos sistemas el tiempo de
convergencia o la exactitud en un tiempo de observacioacuten corto no se veriacutea afectada
pero la precisioacuten en las aplicaciones con tiempo de observacioacuten largo pueden mejo-
rar considerablemente Para lograr esto es importante ser capaz de calcular las oacuterbi-
tas geosiacutencronas precisas lo que es actualmente un desafiacuteo pero parece ser factible
en un futuro proacuteximo (Laiacutenez Samper et al 2011)
Principios
El concepto de PPP fue introducido por primera vez en los antildeos 70 del pasado siglo
y los fundamentos teoacutericos del PPP se documentan en Zumberge et al (1997)
Como se describe en Hofmann-Wellenhof et al (2008) el modelo matemaacutetico
baacutesico de PPP con observables de doble frecuencia se define por la combinacioacuten
libre ionosfera de dos pseudodistancias de coacutedigo y fase de la portadora (Huber et
al 2010)
( ) ( )
( ) ( )
Donde f1 y f2 son las frecuencias GPS L1 y L2 P(Li) y Φ(Li) son los observables
de coacutedigo y fase ρ es la pseudodistancia c es la velocidad de la luz dT es el desfa-
se del reloj del receptor dtrop es el efecto troposfeacuterico Nrsquoi es el teacutermino de ambi-
guumledad de fase en Φ(Li) Las anteriores ecuaciones indican que los paraacutemetros des-
conocidos que se deberaacuten estimar en PPP incluyen coordenadas de posicioacuten
teacuterminos de ambiguumledad de fase desfase del reloj del receptor y efecto troposfeacuterico
(InsideGNSS 2006)
3 Introduccioacuten
93
El marco de referencia
Una caracteriacutestica importante del PPP es su caraacutecter absoluto ya que el uso de las
oacuterbitas y relojes utilizados como datos son de naturaleza global es decir expresa-
das en el mismo marco de referencia que las oacuterbitas de los sateacutelites Por lo que las
soluciones obtenidas aplicando esta teacutecnica seraacuten tambieacuten globales esto es los
resultados se expresan en un marco de referencia definido por los productos globa-
les y no dependen de puntos locales o regionales por lo que el datum geodeacutesico no
estaacute definido a partir de constrentildeimientos de estaciones de referencia Si como
habitualmente se hace se utilizan oacuterbitas precisas del IGS estaraacuten referidas al ac-
tual Marco de Referencia Terrestre Internacional el ITRF08 A su vez hay que
considerar que las coordenadas estaacuten referidas a la eacutepoca en que se realizan las
mediciones De manera que si queremos vincular las coordenadas obtenidas con el
PPP a un marco de referencia diferente es necesario tener en cuenta fundamental-
mente la diferencia entre la eacutepoca de definicioacuten del marco y la eacutepoca de medicioacuten
Por todo ello se podraacuten emplear receptores situados en cualquier lugar de la Tierra
y las coordenadas obtenidas se referiraacuten al mismo marco de referencia Este caraacutecter
absoluto de las coordenadas implica que efectos como mareas oceaacutenicas atmoacutefera y
los producidos en la corteza terrestre se reflejen de forma maacutes aparente en los resul-
tados PPP que en una teacutecnica relativa En consecuencia PPP estaacute maacutes afectado por
las deficiencias del modelo de movimiento de la estacioacuten asumido en el anaacutelisis asiacute
como por los errores en las oacuterbitas del sateacutelite y en los relojes
Sesgos y errores
Aunque se trata de un tema en general poco conocido por el usuario final ya que se
encuentra ldquoencerradordquo dentro de los algoritmos del software que calcula las posi-
ciones es importante conocer que el PPP requiere de una gran cantidad de correc-
ciones para alcanzar las exactitudes que ofrece estas son la rotacioacuten de fase de los
sateacutelites efectos relativistas correccioacuten de las mareas terrestres carga oceaacutenica y
otros paraacutemetros geofiacutesicos como el movimiento del polo y el movimiento de las
placas tectoacutenicas conjunto de correcciones que son propias de este meacutetodo en com-
paracioacuten con el meacutetodo diferencial
Normalmente en PPP se utiliza la combinacioacuten lineal libre de ionosfera de obser-
vaciones de coacutedigo y fase de portadora para eliminar el efecto ionosfeacuterico de primer
orden Esta combinacioacuten lineal sin embargo deja un componente de retardo ionos-
feacuterico residual de hasta unos pocos centiacutemetros que representan teacuterminos ionosfeacuteri-
cos de orden superior (Hoque y Jakowski 2007) Las oacuterbitas de los sateacutelites y los
errores de los relojes se pueden estimar utilizando los productos del IGS de estima-
cioacuten de oacuterbitas y estados de los relojes El error del reloj del receptor se estima co-
mo uno de los paraacutemetros desconocidos El efecto de las cargas oceaacutenicas las ma-reas terrestres efecto wind-up de la fase de la portadora efectos relativistas y las
variaciones de centro de fase de la antena del receptor pueden modelarse o calibrar-
3 Introduccioacuten
94
se El retardo troposfeacuterico se puede reducir mediante el uso de modelos empiacutericos
(por ejemplo modelos de Hopfield o Saastamoinen) o mediante el uso de las co-
rrecciones troposfeacuterica facilitadas por redes regionales GPS En la actualidad los
productos de oacuterbitas precisas y relojes del IGS no tienen en consideracioacuten el retardo
ionosfeacuterico de segundo orden Esto deja un componente de error residual que ralen-
tiza el tiempo de convergencia y deteriora la solucioacuten PPP Para solventar este pro-
blema se pueden utilizar correcciones de retardo ionosfeacuterico de orden superior
cuando se estimen las oacuterbitas precisas y las correcciones de reloj y cuando se forme
el modelo matemaacutetico PPP (Elsobeiey y El-Rabbany 2011)
Ventajas e inconvenientes
Como se ha mencionado antes la teacutecnica PPP ofrece beneficios significativos en
comparacioacuten con las teacutecnicas de posicionamiento diferencial
- PPP requiere un uacutenico receptor de GPS y por lo tanto no se necesitan es-
taciones de referencia proacuteximas al usuario
- PPP se puede considerar un planteamiento de posicionamiento global debi-
do a que sus soluciones de posicioacuten se refieren a un marco de referencia
global Como resultado PPP proporciona mucha mayor consistencia de po-
sicionamiento que el meacutetodo diferencial que proporciona soluciones de
posicioacuten relativas a la estacioacuten o estaciones base
- PPP consigue que desaparezcan las limitaciones referidas a la longitud del
vector o de la base
- PPP reduce los costes en mano de obra y equipos y simplifica la logiacutestica
operativa para el trabajo de campo ya que elimina la dependencia de la es-
tacioacuten base
- PPP puede tener otras aplicaciones maacutes allaacute del posicionamiento Por
ejemplo como la teacutecnica PPP estima los paraacutemetros del reloj del receptor y
los efectos troposfeacutericos ademaacutes de los paraacutemetros de posicioacuten de coorde-
nadas proporciona otra forma para la transferencia de tiempo preciso y la
estimacioacuten troposfera mediante un uacutenico receptor GPS
La principal desventaja del PPP es que requiere tiempos de convergencia largos
necesarios para que la solucioacuten flotante de las ambiguumledades de la fase converja
para garantizar un posicionamiento a nivel centimeacutetrico (Rizos et al 2012) Esto no
supone un problema para el caso que nos ocupa puesto que en lo que a control de
desplazamientos se refiere se realizan observaciones estaacuteticas
Algunos proveedores de datos y productos de PPP
Para el procesamiento con PPP se necesitan datos de efemeacuterides y estado de relojes
de alta precisioacuten Estos datos los proporcionan de forma gratuita organismos como
el IGS una lista detallada de los productos que proporciona el IGS se puede consul-
tar en httpigscbjplnasagov
3 Introduccioacuten
95
En este momento se puede encontrar una variedad de programas PPP comerciales
incluso en liacutenea Los servicios en liacutenea ofrecen la posibilidad de subir archivos de
observacioacuten RINEX (Receiver Independent Exchange Format) para procesarlos de
forma totalmente automatizada en un servidor Los resultados se devuelven a traveacutes
de correo electroacutenico o ftp en un corto intervalo de tiempo
Seguidamente se describen brevemente los diferentes paquetes de software y plata-
formas de Internet
CSRS-PPP
NRCans (Natural Resources Canadarsquos) PPP tambieacuten conocido como CSRS-PPP
(Canadian Spatial Reference System) es un servicio PPP en liacutenea gratuito para
postprocesado de datos GPS disponible desde 2003
(httpwwwgeodnrcangccaproducts-produitsppp_ephp) CSRS-PPP permite a
los usuarios de GPS enviar viacutea internet archivos de datos curdos de observacioacuten
GPS de simple o doble frecuencia estaacuteticas o cinemaacuteticas En el caso de aplicacio-
nes estaacuteticas se pueden alcanzar precisiones globales de nivel centimeacutetrico para
receptores de doble frecuencia asiacute como para los receptores monofrecuencia utili-
zando datos de coacutedigo y fase de portadora Para aplicaciones cinemaacuteticas soacutelo se
pueden alcanzar precisiones subcentimeacutetricas en el caso de receptores de doble
frecuencia
GAPS de UNB
La Universidad de New Brunswick (UNB) desarrolloacute el software de anaacutelisis y posi-
cionamiento GPS Analysis and Positioning Software (GAPS) De acuerdo con
Leandro et al (2007) los algoritmos utilizados en GAPS siguen maacutes o menos los
enfoques estaacutendar de PPP GAPS estaacute disponible como maacutequina de procesamiento
en liacutenea a traveacutes de la paacutegina web httpgapsggeunbcappp Se puede realizar
tanto el procesamiento estaacutetico como el cinemaacutetico
GrafNav de Waypoint
GrafNav es una herramienta de procesamiento de trayectoria para aplicaciones ae-
ronaacuteuticas que proporciona una aplicacioacuten para PPP El software puede procesar
observaciones de coacutedigo y fase de una o doble frecuencia junto con archivos de
informacioacuten precisa de oacuterbitas y relojes Seguacuten Waypoint (2006) se pueden alcan-
zar precisiones de 10-20 cm para mediciones aeronaacuteuticas tiacutepicas
Bernese Software v50 (BSW)
Aunque se trata de una herramienta tradicional de procesamiento de dobles diferen-
cias concretamente la que se ha utilizado para compensar las redes GNSS en esta
Tesis el software Bernese (BSW) (httpwwwberneseunibech) desarrollado en
el Instituto Astronoacutemico de la Universidad de Berna tambieacuten tiene capacidad para
analizar mediciones GNSS sin diferenciar en modo de post-proceso BSW PPP es
3 Introduccioacuten
96
muy raacutepido y eficiente generando coordenadas de precisions centimeacutetricas Sin
embargo no es posible llegar a la precision que se alcanza con el anaacutelisis de redes
Perspectivas
Con respecto a los retos PPP se enfrenta a varios con el fin de alcanzar su pleno
potencial de aplicaciones el maacutes importante es el largo tiempo de inicializacioacuten
que es un inconveniente para aplicaciones en tiempo real
Por todo lo visto anteriormente trataacutendose del estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre la teacutecnica PPP es capaz de aportar posiciones absolutas precisas
Por lo tanto incluso si todas las estaciones se ven afectadas por desplazamientos
siacutesmicos PPP es capaz de ofrecer posiciones absolutas vaacutelidas para el proceso de
monitorizacioacuten Este asiacute como la idoneidad para aplicaciones en tiempo real puede
ser considerado como una ventaja importante de esta estrategia (Mendoza et al 2012)
3233 Radar de apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (InSAR)
Otra de las teacutecnicas maacutes utilizadas para la deteccioacuten de movimientos de la corteza
terrestre es la conocida como InSAR que viene del acroacutenimo SAR (Synthetic Aper-
ture Radar) se trata pues de una teacutecnica que parte de la informacioacuten de un Radar de
Apertura Sinteacutetica La interferometriacutea diferencial (InSAR) usando imaacutegenes radar
de apertura sinteacutetica (SAR) genera una nueva imagen (interferograma) a partir de
dos imaacutegenes SAR de una misma zona Se trata de una teacutecnica en desarrollo y de
gran precisioacuten la cual combinada con datos como pueden ser geoloacutegicos morfoloacute-
gicos sismoloacutegicos etc se muestra muy eficaz en la cuantificacioacuten de deformacio-
nes superficiales en el terreno (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
Las teacutecnicas de teledeteccioacuten tradicionalmente se han caracterizado por aprovechar
la radiacioacuten electromagneacutetica solar (natural) como fuente generadora o emisor de
ondas para el posterior tratamiento y generacioacuten de imaacutegenes Cada sensor o recep-
tor utilizado en cada caso trabaja en una banda concreta Es decir aprovecha una
determinada longitud de onda de todo el espectro electromagneacutetico que un objeto
cualesquiera emite como respuesta a la radiacioacuten recibida para generar una ima-
gen Representa un avance cuando se puede controlar la fuente generadora de on-
das seguacuten el objetivo Asiacute surgen un tipo particular de teacutecnicas de teledeteccioacuten
cuando el emisor de ondas es artificial con lo que se puede controlar la emisioacuten de
ondas en una determinada frecuencia eacuteste es el caso por ejemplo de las imaacutegenes
RADAR (Radio Detection And Ranging) (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
La generacioacuten de imaacutegenes mediante teacutecnica de RADAR trabaja en la zona del
espectro electromagneacutetico correspondiente a las microondas comprendida entre
aproximadamente 10 y 10-3 cm Por tanto las imaacutegenes RADAR tienen una serie
3 Introduccioacuten
97
de ventajas como pueden ser la capacidad de atravesar las nubes y la lluvia asiacute
como la de tomar registro en la oscuridad
Existen varias teacutecnicas de generacioacuten de imaacutegenes mediante RADAR El meacutetodo
tradicional se conoce como Sistema Radar Real o RAR (figura 30 izquierda) por
otro lado tambieacuten existe el conocido Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica o SAR
(Figura 334 derecha) utilizado por los sateacutelites europeos ERS-1 y ERS-2 El SAR
inversamente al RAR logra una resolucioacuten mayor cuanto menor es la longitud de la
antena lo que supone una mejora teacutecnica sensible respecto a este uacuteltimo
Figura 334 Geometriacutea RAR (izquierda) y geometriacutea SAR (derecha) (tomada de
httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de interferometriacutea radar de la Universidad
de Standford Prof Howard Zebker)
32331 Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica
El Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica o SAR se basa fundamentalmente en el
efecto Doopler (cuando la fuente emisora de ondas y el observador estaacuten en movi-
miento relativo el ancho de banda se acorta hacia donde se mueve el emisor y se
alarga hacia donde se aleja) y como se ha mencionado con anterioridad es utiliza-
do por los sateacutelites europeos ERS-1 y ERS-2 El SAR tiene muacuteltiples aplicaciones
como pueden ser (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
- Obtencioacuten del espectro de las olas de agua en el oceacuteano
- Clasificacioacuten de los tipos de hielos
- Seguimiento de desplazamientos del hielo
- Modelos digitales del terreno por interferometriacutea
- Deteccioacuten automaacutetica de vertidos de fuel
- Altiacutemetros radar
- Radargrametriacutea
- Geodesia determinacioacuten del geoide
- Deformaciones del terreno
3 Introduccioacuten
98
Este tipo de imaacutegenes (como cualquier otra anaacuteloga) necesita antes de su genera-
cioacuten definitiva un preprocesado que corresponde fundamentalmente a la elimina-
cioacuten del ruido (Speckle) y un posterior procesado de la imagen mediante un proto-
colo previamente establecido Para la interpretacioacuten de las imaacutegenes hay que tomar
las siguientes consideraciones
- Las sombras observadas son consecuencia del aacutengulo de incidencia y no de
la geometriacutea de la iluminacioacuten solar
- Los niveles de gris estaacuten relacionados con la propiedad de dispersioacuten de la
superficie A mayor dispersioacuten tonos maacutes claros
- Los distintos tipos de superficies generan distintos tipos de dispersiones
o Aacutereas urbanas dispersioacuten muy fuerte
o Bosques dispersioacuten intermedia
o Agua calmada baja dispersioacuten
- La dispersioacuten que proporciona informacioacuten de la superficie es proporcio-
nal a la rugosidad las propiedades dieleacutectricas y las pendientes locales
32332 Interferometriacutea diferencial mediante imaacutegenes de radar de apertura
sinteacutetica
La interferometriacutea se centra en el estudio y explotacioacuten de la informacioacuten propor-
cionada por las imaacutegenes de fase de las imaacutegenes complejas SAR Tanto la teacutecnica
de de interferometriacutea SAR como la interferometriacutea diferencial (InSAR) se basan
en la explotacioacuten contenida en uno o maacutes interferogramas La interferometriacutea es
utilizada para la cuantificacioacuten de deformaciones ocurridas en la superficie terrestre
mediante la obtencioacuten de la altura del suelo a partir de dos imaacutegenes SAR obteni-
das desde puntos proacuteximos con cierto intervalo temporal de separacioacuten como se
puede apreciar en la Figura 335 (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
El avance y desarrollo de esta teacutecnica como tantas otras anaacutelogas va unida a la
capacidad de adquisicioacuten de ordenadores personales y a la disponibilidad de imaacutege-
nes de RADAR de casi cualquier zona del planeta procedentes de los sateacutelites eu-
ropeos ERS-1 ERS-2 y ENVISAT y el japoneacutes J-ERS-1 Se trata de un meacutetodo de
gran precisioacuten cuya potencia radica en que trabaja con la informacioacuten de fase de la
onda emitida por el sateacutelite y por tanto la precisioacuten estaacute uacutenicamente limitada por la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida En el caso de los sateacutelites europeos ERS la
longitud de onda emitida es de 56 mm por lo que pueden llegar a identificarse des-
plazamientos proacuteximos a la mitad de un ciclo es decir 28 mm Todo esto ha propi-
ciado la realizacioacuten de numerosos estudios en los que se identifican y cuantifican
importantes deformaciones superficiales
3 Introduccioacuten
99
Figura 335 Generacioacuten de imaacutegenes SAR (tomada de
httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de interferometriacutea radar de la Universidad
de Standford Prof Howard Zebker)
32333 Metodologiacutea General
La teacutecnica de la interferometriacutea diferencial aplicada al estudio de deformaciones
ocurridas en la superficie terrestre consiste fundamentalmente en la comparacioacuten
de la informacioacuten de fase de dos imaacutegenes SAR de una misma superficie tomadas
antes y despueacutes respectivamente del evento en cuestioacuten sobre la zona afectada (Fi-
gura 336 izquierda) La diferencia resultante de fases origina un nuevo tipo de
imagen llamada interferograma (Figura 336 derecha) y que se define como la dife-
rencia de fase entre las dos imaacutegenes La idea fundamental es la estimacioacuten del
nuacutemero de ciclos completos de longitud de onda para a partir de ella y el interfero-
grama poder determinar la elevacioacuten del terreno Es un proceso complejo y existen
varios algoritmos con estimaciones que pretenden obtener la maacutexima precisioacuten y
bondad del meacutetodo (fase de Unwrapping)
Por tanto mediante esta teacutecnica se puede apreciar deformaciones o variaciones de
altura en la direccioacuten suelo-sateacutelite Cualquier deformacioacuten en la horizontal como
puede ser el caso de una falla de componente exclusivamente en direccioacuten pasaraacute
desapercibida En los casos en los que exista deformacioacuten el interferograma regis-
tra un modelo de interferencia compuesto de franjas (fringes) que contienen toda la informacioacuten sobre la geometriacutea relativa entre las dos imaacutegenes Cada franja que
corresponde con un ciclo de fase equivale a un cambio de distancia suelo-sateacutelite
3 Introduccioacuten
100
de 28 mm Se trata de una deformacioacuten escalar y no vectorial como la obtenida con
sistemas GPS
Figura 336 Reflejo en franjas de interferograma que tendriacutea un levantamiento como el mostrado
(izquierda) Esquema mostrando como la diferencia de fase de la onda emitida y recibida por el
sateacutelite indica la cantidad de movimiento en la direccioacuten suelo-sateacutelite producido en este caso por
un movimiento cosiacutesmico (tomada de httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de
interferometriacutea radar de la universidad de Standford Prof Howard Zebker)
324 Redes de estaciones permanentes
Con el desarrollo de las teacutecnicas GNSS son muchos los organismos que han puesto
en marcha sus propias redes de estaciones permanentes GNSS la mayoriacutea de las
cuales ofrecen sus datos de forma gratuita
Una red de estaciones permanentes GNSS debe tener tres componentes fundamen-
tales
- Las estaciones GPS permanentes funcionando en forma autoacutenoma que re-
colectan las observaciones GPS y las almacenan para despueacutes enviarlas al
centro de control correspondiente
- El centro de coordinacioacuten y almacenamiento de datos que coordina el fun-
cionamiento de la red y concentra las mediciones realizadas en un servidor
- El centro de caacutelculo que procesa las observaciones de la red para obtener
coordenadas de las estaciones correcciones ionosfeacutericas y otros productos
uacutetiles
Las redes de estaciones permanentes ofrecen muacuteltiples beneficios tanto en lo que se
refiere a la emisioacuten de correcciones en tiempo real para trabajar en RTK (Real Time
Kinematic) como en lo referente a la puesta a disposicioacuten de los datos estaacuteticos
recolectados por las estaciones estos datos son los que se han utilizado para la rea-
lizacioacuten de la presente tesis
3 Introduccioacuten
101
Los objetivos de una estacioacuten permanente son varios
- Objetivos de caraacutecter praacutectico como son reducir la inversioacuten en equipa-
miento de los profesionales y mejorar el rendimiento de los trabajos de
campo gracias a las emisiones de correcciones RTK
- Objetivos de caraacutecter geodeacutesico estos son mejorar la georreferenciacioacuten
cartograacutefica perfeccionar los marcos de referencia nacionales o regionales
y contribuir con el marco de referencia mundial (ITRF Internacional Te-
rrestrial Reference Frame)
- Objetivos de caraacutecter geofiacutesico geodinaacutemico u otros determinar los mo-
vimientos de la corteza terrestre realizar estudios climatoloacutegicos investi-
gar la variabilidad ionosfeacuterica etc
Las tareas de una estacioacuten permanente son principalmente la recoleccioacuten de obser-
vaciones de forma continua la verificacioacuten de la calidad de los datos la transfor-
macioacuten de las observaciones a un formato convencional (RINEX) y la compresioacuten
de los archivos de datos asiacute como el almacenamiento de la informacioacuten en un ser-
vidor
Los elementos baacutesicos que componen una estacioacuten permanente son un receptor y
una antena GNSS geodeacutesicos un PC para almacenar y administrar la informacioacuten
programas de automatizacioacuten conexioacuten a Internet fuente continua de alimentacioacuten
Aunque la estacioacuten realiza sus operaciones mecaacutenicamente mediante un programa
de control nunca es posible prescindir totalmente de personal teacutecnico
La ubicacioacuten de una estacioacuten permanente debe cumplir una serie de requisitos
- El horizonte debe estar despejado
- En las cercaniacuteas de la antena no deben encontrarse objetos que puedan in-
ter-ferir con las sentildeales GNSS o producir multicamino
- El terreno debe ser geoloacutegicamente estable
- La antena debe estar montada sobre una estructura riacutegida y perdurable
- El sitio debe estar libre de interferencias electromagneacuteticas
- Debe contarse con la infraestructura indispensable energiacutea eleacutectrica cone-
xioacuten a Internet seguridad y accesibilidad faacutecil
En lo que se refiere a la gestioacuten una estacioacuten permanente puede ser gestionada por
cualquier organismo puacuteblico o privado aunque es interesante que se integre en la
red nacional o regional de estaciones GNSS permanentes
Una red nacional de estaciones permanentes GNSS evita conflictos de coordenadas
entre provincias o municipios por otro lado el procesamiento conjunto de los datos
de toda la red garantiza la homogeneidad de las coordenadas de todas sus estaciones
y proporciona un marco de referencia uniforme
3 Introduccioacuten
102
Si las estaciones permanentes estaacuten integradas en la red nacional
- Sus coordenadas se calculan perioacutedicamente lo que garantiza calidad y fia-
bilidad
- El centro de coordinacioacuten y los centros de caacutelculo brindan soporte teacutecnico
tanto a los profesionales a cargo de la estacioacuten como a los profesionales
usuarios de la estacioacuten
- Los datos de todas las estaciones estaacuten disponibles en un uacutenico servidor
- Los datos se almacenan de acuerdo con estaacutendares
- Las coordenadas de las estaciones permanentes tienen valor legal porque se
hallan referidas al marco de referencia nacional promulgado oficialmente
por la autoridad competente
Existen redes de estaciones permanentes a diferentes niveles a nivel mundial cabe
destacar la red del IGS o la red CORS de Estados Unidos A nivel continental en-
contramos la red EUREF A nivel nacional tenemos la red del IGN (Instituto Geo-
graacutefico Nacional) A nivel autonoacutemico casi todas las autonomiacuteas disponen de una
red de estaciones permanentes asiacute Aragoacuten Andaluciacutea Asturias C Valenciana
Cantabria Castilla y Leoacuten Cataluntildea Extremadura Islas Canarias La Rioja Mur-
cia Navarra y Paiacutes Vasco disponen de sus propias redes de estaciones permanentes
En Castilla La Mancha Islas Baleares y Madrid todaviacutea no disponen de red
325 Estado del arte
El uso de las tecnologiacuteas GNSS ha supuesto un gran avance en el campo de la Geo-
dinaacutemica proporcionando medidas directas de los desplazamientos de las placas y
de las deformaciones intraplaca Esta informacioacuten es baacutesica para la comprensioacuten de
la cinemaacutetica de estos movimientos por lo que actualmente estaacuten operativos nume-
rosos programas de investigacioacuten tanto nacionales como internacionales al respecto
3251 Programas internacionales
32511 International Litosphere Program
El ILP fue establecido en 1980 por el International Council of Scientific Unions
(ICSU) a peticioacuten de la International Union of Geological Sciences (UICG) y la
International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) Se puede consultar in-
formacioacuten maacutes detallada acerca de este programa en su paacutegina web
httpsclilpgfz-potsdamde
El Programa International Litosphere Program (ILP) busca dilucidar la naturaleza
la dinaacutemica el origen y evolucioacuten de la Litosfera a traveacutes de proyectos de investi-
gacioacuten internacionales y multidisciplinares relacionados con las ciencias de la Tie-rra a traveacutes de comiteacutes de coordinacioacuten
3 Introduccioacuten
103
El ILP se encarga de promover proyectos de investigacioacuten de intereacutes para las comu-
nidades geoloacutegica (UISG) y geofiacutesica (IUGG) Se pretende lograr un equilibrio
entre hacer frente a las necesidades sociales como comprender las cataacutestrofes natu-
rales el suministro de informacioacuten para la mejora en la exploracioacuten de recursos y la
proteccioacuten del medio ambiente y satisfacer la curiosidad cientiacutefica
Perfil del programa
El estudio integral de la Tierra soacutelida es fundamental para el programa ILP desde
los siguientes puntos de vista
- La Litosfera constituye la conexioacuten entre el interior terrestre y la superficie
de la Tierra
- La Litosfera es el nexo de unioacuten entre la geologiacutea la geofiacutesica y geoteacutecni-
ca (es decir la interfaz centrada entre la IUGS y IUGG )
- Los avances en el estudio de la Litosfera no pueden prosperar sin la inte-
gracioacuten de teacutecnicas de teledeteccioacuten y monitorizacioacuten (donde es clave el
uso de teacutecnicas GNSS como las empleadas en la presente tesis) recons-
truccioacuten y procedimientos de modelado
Retos del programa
Fomentar la investigacioacuten fundamental sobre la Litosfera para propiciar nuevos
conocimientos en relacioacuten a los procesos de la Tierra Los desafiacuteos a los que se
enfrenta a este respecto el ILP en el futuro cercano son
- Fortalecer la conexioacuten entre aspectos de la Tierra soacutelida y no soacutelida rela-
cionados con la Litosfera
- Fortalecer el perfil y el impacto de la investigacioacuten sobre la Litosfera en
temas de relevancia social como la energiacutea y el medio ambiente
- Ser atractivo para los joacutevenes investigadores mediante la eleccioacuten de temas
interesantes adoptando enfoques integradores
- Promover la formacioacuten de joacutevenes investigadores en los estudios Litosfera
Temas de investigacioacuten propuestos
Desde 1990 los proyectos del ILP se han movido en torno a los cuatro temas de
investigacioacuten principales
- Ciencias de la tierra sobre el cambio global
- Dinaacutemica continental y procesos profundos
- Litosfera Continental
- Litosfera oceaacutenica
Los temas propuestos para los nuevos grupos de trabajo incluyen
- Cartografiacutea integrada de la Litosfera
- Dinaacutemica del Manto
3 Introduccioacuten
104
- Respuesta de la Litosfera en los procesos de superficie
- Estudios paleoclimaacuteticos
Una caracteriacutestica clave en los grupos de trabajo es su caraacutecter dinaacutemico Existen
grupos durante un periacuteodo limitado de cinco antildeos Se da un valor especial a las
iniciativas recientes en Ameacuterica del Norte para la adquisicioacuten de datos a gran escala
(como EarthScope) y para buscar valor antildeadido de los programas nacionales maacutes
importantes como por ejemplo los emprendidos en China India y Ameacuterica del Sur
32512 Programa Topo Europe Euro array
El programa Topo Europe aborda la evolucioacuten topograacutefica 4-D de los oroacutegenos y
regiones internas de la placa europea a traveacutes de un enfoque multidisciplinario que
integra Geologiacutea Geofiacutesica Geodesia y Geoteacutecnica El programa se centra en mo-
nitorizacioacuten tratamiento de imaacutegenes reconstruccioacuten y la modelizacioacuten de los pro-
cesos que interactuacutean y controlan la
topografiacutea continental con los ries-
gos naturales asociados Se puede
consultar informacioacuten maacutes detalla-
da acerca de este programa en su
paacutegina web httpwwwtopo-
europeeu
Topo Europe realiza una serie de
novedosos estudios sobre cuantifi-
cacioacuten de movimientos verticales
(para los que el uso de las teacutecnicas
GNSS es fundamental) relacionan-
do la evolucioacuten de cauces fluviales
con hundimientos debidos a causas
tectoacutenicas en laboratorios naturales
cuidadosamente seleccionados en
Europa Estos laboratorios naturales
incluyen los Alpes Caacuterpatos-cuenca panoacutenica la plataforma de Europa central y
oriental la regioacuten de los Apeninos-Egeo-Anatolia la Peniacutensula Ibeacuterica el margen
continental de Escandinavia la plataforma de Europa del este y la zona oriental del
Caacuteucaso
Se integran instalaciones de investigacioacuten europeas y conocimientos esenciales para
avanzar en la comprensioacuten del papel de la topografiacutea en los sistemas dinaacutemicos
ambientales de la Tierra El objetivo principal es doble
- Integrar los programas nacionales de investigacioacuten en una red europea co-muacuten
- Integrar las actividades de los institutos Topo Europe y los participantes
Figura 337 Programa Topo Europe Aacutembitos
de actuacioacuten
3 Introduccioacuten
105
Los principales objetivos son proporcionar un foro interdisciplinario para compartir
conocimiento e informacioacuten en el campo de la evolucioacuten neotectoacutenica y topografica
de Europa de promover y fomentar la investigacioacuten multidisciplinar en una escala
verdaderamente europea para aumentar la movilidad de los cientiacuteficos y la forma-
cioacuten de joacutevenes cientiacuteficos
Justificacioacuten del programa Topo Europe
La topografiacutea continental es la interfaz de los procesos que ocurren en las profundi-
dades de la Tierra la superficie y la atmoacutesfera La topografiacutea influye en la sociedad
no soacutelo como resultado de cambios lentos en el paisaje sino tambieacuten en teacuterminos de
su impacto sobre los riesgos geoloacutegicos y el medio ambiente Cuando sube el nivel
del mar de un lago o del agua subterraacutenea o bien se produce una subsidencia au-
menta el riesgo de inundaciones que afecta directamente a la sostenibilidad de los
ecosistemas locales y los haacutebitats humanos Por otro lado la disminucioacuten de niveles
de agua y tierras pueden conducir a un mayor riesgo de erosioacuten y desertificacioacuten
En el pasado reciente los deslizamientos catastroacuteficos y caiacutedas de roca han causado
graves dantildeos y numerosas viacutectimas en Europa El raacutepido crecimiento demograacutefico
en las cuencas hidrograacuteficas tierras bajas costeras y las regiones montantildeosas y el
calentamiento global asociado a fenoacutemenos meteoroloacutegicos excepcionales cada vez
maacutes frecuentes pueden agravar el riesgo de inundaciones A lo largo de las zonas
de deformacioacuten activa los terremotos y las erupciones volcaacutenicas causan cambios
en la topografiacutea de corta duracioacuten y localizada Estos cambios pueden presentar
peligros adicionales pero al mismo tiempo permiten cuantificar el estreacutes y la acu-
mulacioacuten de tensioacuten un control de clave para la evaluacioacuten de riesgo siacutesmico y
volcaacutenico A pesar de que los procesos naturales y las actividades humanas causan
riesgos geoloacutegicos y cambios ambientales la contribucioacuten relativa de los distintos
componentes es todaviacutea poco conocida El hecho de que la topografiacutea influye el
clima es conocido desde el comienzo de la civilizacioacuten pero soacutelo recientemente
somos capaces de modelar sus efectos en las regiones donde se dispone de buenos
datos topograacuteficos y climatoloacutegicos
El estado actual y el comportamiento de la superficie de la Tierra es una consecuen-
cia de los procesos que operan en una amplia gama de escalas de tiempo Los efec-
tos maacutes importantes son los relacionados con la actividad tectoacutenica el hundimiento
y el desarrollo de los sistemas fluviales los efectos residuales de las edades de hielo
en los movimientos verticales de la corteza efectos climatoloacutegicos y los poderosos
impactos antropogeacutenicos Si queremos entender el estado actual del sistema de la
Tierra para predecir su futuro y para disentildear nuestro uso de la misma necesitamos
comprender este espectro de procesos operando al mismo tiempo pero en diferentes
escalas de tiempo El desafiacuteo de las ciencias de la Tierra es describir el estado del
sistema para controlar sus cambios prever su evolucioacuten y para evaluar los modos
de su uso sostenible por la sociedad humana
3 Introduccioacuten
106
Objetivos especiacuteficos de Topo Europe
- Modelado de la subsidencia en las cuencas y deltas de Europa
- Cuantificacioacuten de inestabilidades del terreno
- Monitorizacioacuten de alta resolucioacuten de los movimientos corticales en el espa-
cio y el tiempo para cuantificar la relacioacuten entre fuentes y sumideros de se-
dimentos y el disentildeo de modelos tectoacutenicos y siacutesmicos
- Adaptacioacuten de los sistemas de modelizacioacuten numeacuterica y analoacutegica para la
caracterizacioacuten de las relaciones de retroalimentacioacuten entre la tectoacutenica la
topografiacutea y el clima
- Imaacutegenes tomograacuteficas de alta resolucioacuten de la interaccioacuten dinaacutemica entre
el Manto y la Litosfera y sus efectos sobre la topografiacutea de la superficie
- Estudio de los efectos de los procesos neotectoacutenicos en los cauces fluviales
y la evolucioacuten costera con especial atencioacuten a los riesgos de inundacioacuten
32513 Programa Topoiberia
El proyecto Topo-Iberia responde al intereacutes de la comunidad cientiacutefica espantildeola por
establecer un marco cientiacutefico-tecnoloacutegico en el que desarrollar de manera integra-
da estudios geocientiacuteficos multidisciplinares sobre el lsquomicro-continentersquo formado
por la peniacutensula ibeacuterica y sus maacutergenes
La configuracioacuten del relieve terrestre (topografiacutea continental y batimetriacutea marina) y
los cambios que puedan producirse en nuestro entorno geograacutefico natural tienen una
trascendencia social innegable ya que marcan las condiciones de habitabilidad y
desarrollo futuro de la actividad humana
Los cambios en el relieve pueden producirse a ritmos temporales muy variados y
tener causas muy diversas de tipo natural o antropogeacutenico pero deben ser tenidos
muy en cuenta en aspectos como evaluacioacuten de recursos y riesgos naturales cambio
climaacutetico etc
Hasta hace poco tiempo se analizaba la topografiacutea continental en relacioacuten uacutenica-
mente con una serie de procesos que tienen lugar en la superficie terrestre y en la
atmoacutesfera Estudios recientes han reconocido la importancia e influencia que sobre
la topografiacutea ejercen tambieacuten los procesos geoloacutegicos profundos a nivel de Litosfe-
ra y Manto terrestre El grado de impacto de tales procesos profundos y las relacio-
nes de interdependencia y retroalimentacioacuten que existen entre todos ellos son auacuten
mal conocidos y poco cuantificados
Para su comprensioacuten se requieren estudios innovadores multidisciplinares e inte-
grados en el aacutembito de las Ciencias de la Tierra Los modelos estructurales y evolu-
tivos deben basarse en conjuntos de datos con una resolucioacuten muy superior a la
disponible actualmente para lo que se requeriraacuten acciones de adquisicioacuten de nuevos
datos con gran densidad mediante plataformas experimentales multidisciplinares
3 Introduccioacuten
107
El proyecto Geociencias en Iberia Estudios integrados de topografiacutea y evolucioacuten
4D Topo-Iberia es una propuesta que involucra a maacutes de 100 investigadores de 10
grupos distintos y que responde a la voluntad e intereacutes de la comunidad cientiacutefica
espantildeola de establecer un marco cientiacutefico-tecnoloacutegico en el que desarrollar de
manera integrada estudios geocientiacuteficos multidisciplinares Se puede consultar
informacioacuten maacutes detallada acerca de este programa en su paacutegina web
httpwwwigmeesinternetTopoIberia
El lsquomicro-continentersquo formado por
la peniacutensula ibeacuterica y sus maacutergenes
constituye un laboratorio natural
idoacuteneo claramente reconocido a
nivel internacional para desarrollar
investigaciones innovadoras y de
frontera sobre su topografiacutea y evo-
lucioacuten 4D
La finalidad de Topo-Iberia es
comprender la interaccioacuten entre
procesos profundos superficiales y
atmosfeacutericos integrando investiga-
ciones en geologiacutea geofiacutesica geo-
desia y geo-tecnologiacutea El conoci-
miento de los cambios del relieve y
sus causas es de gran trascendencia
social por lo que respecta al cambio
climaacutetico y a la evaluacioacuten de re-
cursos naturales y riesgos
Como se indica en la Figura 338 se identifican tres aacutembitos prioritarios de actua-
cioacuten
- Zona norte de la placa ibeacuterica (Sistema Pirenaico-Cantaacutebrico) Este aacutembito
de actuacioacuten incluye los Pirineos y su prolongacioacuten hacia el oeste por la
Cordillera Cantaacutebrica y el margen continental noribeacuterico lo que constituye
un mismo aacutembito geodinaacutemico ligado a la interaccioacuten entre las placas Ibeacute-
rica y Europea Los relieves pirenaicocantaacutebricos se conectan hacia el sur
con la terminacioacuten norte de la Cordillera Ibeacuterica y terminan gradualmente
hacia el oeste a traveacutes de los Montes de Leoacuten y los suaves relieves del ma-
cizo galaico
- Aacuterea central peninsular (Meseta Sistemas Central e Ibeacuterico) El aacutembito
geodinaacutemico central del microcontinente Ibeacuterico incluye las regiones de-
formadas del interior de la placa como el Sistema Central y Cadena Ibeacuterica
y sus cuencas sedimentarias asociadas
Figura 338 Programa Topo Iberia Aacutembitos
prioritarios de actuacioacuten
3 Introduccioacuten
108
- Zona sur de la placa ibeacuterica (Sistema Beacutetico-Rifentildeo) Este aacutembito geodi-
naacutemico incluye el oroacutegeno Beacutetico-Rifentildeo el prisma de acrecioacuten del Golfo
de Caacutediz y las cuencas y maacutergenes de los mares de Alboraacuten y Argelino-
Balear occidental
Se pretende configurar una base de datos y resultados multidisciplinares que permi-
ta resolver los interrogantes actualmente existentes mediante estrategias novedosas
de interpretacioacuten conjunta
Objetivo fundamental del programa es incrementar decisivamente la informacioacuten
disponible con el despliegue sobre el terreno de una plataforma IberArray de
observacioacuten tecnoloacutegica multiinstrumental y de gran resolucioacuten
En cuanto a finalidades para aplicabilidad a intereses nacionales de los resultados
esperables estas investigaciones propician un incremento en la infraestructura geo-
loacutegica y geofiacutesica en cordilleras y cuencas de aguas territoriales espantildeolas En su
caso pueden ser aplicadas a actuaciones dirigidas a prevenir y disentildear planes de
contingencia para riesgos geoloacutegicos y tambieacuten medioambientales especialmente
en aquellas zonas en que se producen considerables terremotos y numerosos desli-
zamientos del terreno relacionados con el desarrollo actual del relieve y la elevacioacuten
de maacutergenes continentales Su aplicacioacuten en el aacutembito marino afecta a diversas
aacutereas con importante traacutefico mariacutetimo turiacutestico y comercial y viacuteas de paso obligado
para mercanciacuteas peligrosas Tambieacuten es posible la transferencia de nuestros resul-
tados al sector industrial especialmente en cuanto a la potencialidad en hidrocarbu-
ros en determinadas cuencas que han sido y son actualmente sujeto de exploracio-
nes comerciales por compantildeiacuteas petroleras nacionales y extranjeras
Figura 339 Equipos GPS de la Red Topo-Iberia
3 Introduccioacuten
109
Como se ha comentado uno de los objetivos principales del proyecto Topo-Iberia
es obtener informacioacuten sobre el estado de esfuerzos y la deformacioacuten dentro de la
Peniacutensula Ibeacuterica y sus maacutergenes puesto que los equipos GPS permiten medir la
deformacioacuten actual y proporcionan informacioacuten sobre tectoacutenica activa detectando
movimientos relativos entre las estaciones del orden de mmantildeo el proyecto Topo-
Iberia cuenta con un subproyecto GPS que preveacute el despliegue de una red semi-
permanente de 25 GPS de registro continuo durante un periodo de al menos 30
meses que se muestran en la Figura 339 Los equipos GPS cubriraacuten varias transec-
tas y zonas estrateacutegicas complementando los instrumentos actualmente disponibles
instalados por diversas instituciones Informacioacuten maacutes detallada acerca de este pro-
yecto se puede encontrar en su paacutegina web
httpwwwigmeesinternetTopoIberiametodologiashtmltheta
32514 Proyecto CAP (Central Andes Proyect)
Constituye un proyecto cientiacutefico auspiciado por la Fundacioacuten Nacional de Ciencias
de los Estados Unidos de Norteameacuterica y desarrollado por los Doctores Robert
Smalley Jr de la Universidad de Memphis y Mike Bevis de la Universidad de Ohio
que comenzoacute en el antildeo 1992 y consiste en el estudio de la deformacioacuten y desplaza-
miento de la corteza terrestre particularmente en la zona andina en la Repuacuteblica
Argentina
Informacioacuten maacutes detallada acerca del proyecto se puede encontrar en su paacutegina
web httpwwwigngobarNuestrasActividadesIDProyectosColaboracionCap
Figura 340 Central Andes Projetc Desplazamientos cosiacutesmicos asociados al terremoto de Chile
del 27 de febrero de 2010 de 88 Mw
3 Introduccioacuten
110
Desde los inicios del proyecto el Instituto Geograacutefico Nacional de Argentina
(IGN) estuvo directamente vinculado al mismo a traveacutes de la ejecucioacuten de medicio-
nes de campantildea a lo largo de toda la Repuacuteblica Argentina
Estas mediciones se realizan con receptores GPS de uacuteltima generacioacuten ubicados
satisfaciendo las necesidades del proyecto algunos de ellos se instalaron de forma
permanente y han constituido la base sobre la cual se ha desarrollado la Red Argen-
tina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC) administrada por el IGN Otros
puntos son medidos mediante campantildeas de observacioacuten El resultado de uno de sus
trabajos concretamente el estudio de los desplazamientos cosiacutesmicos asociados al
terremoto de Chile del 27 de febrero de 2010 se muestra en la Figura 340
La eleccioacuten y materializacioacuten de los puntos en el terreno es uno de los aspectos
fundamentales del eacutexito del proyecto debido al nivel de precisioacuten de la determina-
cioacuten de las coordenadas de los mismos En este aspecto el IGN capacita a sus profe-
sionales para esta tarea y lo estaacute haciendo actualmente en el procesamiento cientiacutefi-
co de los datos con el software GAMIT ndash GLOB K
A lo largo de maacutes de 15 antildeos de trabajo en conjunto entre las Instituciones y los
profesionales de cada una de las mismas se han publicado numerosos trabajos en
congresos internacionales y en las revistas cientiacuteficas maacutes prestigiosas del mundo
32515 Proyecto Corner Andes Project
El proyecto Corner Andes Project se basa en que los Andes presentan una oportuni-
dad uacutenica para estudiar los procesos de orogeacutenesis producidos por un proceso de
subduccioacuten de una placa oceaacutenica Por otra parte el conocimiento detallado de los
recursos hiacutedricos minerales e hidrocarburos es de vital importancia ya toda la re-
gioacuten presenta considerables riesgos siacutesmicos y volcaacutenicos
El proyecto busca entender en este laboratorio natural los procesos tectoacutenicos y
superficiales con estudios integrados que utilizan la sismologiacutea la geofiacutesica la
geologiacutea estructural y neotectoacutenica petrologiacutea iacutegnea y geoquiacutemica estratigrafiacutea
fiacutesica y anaacutelisis de cuencas la geomorfologiacutea la paleoclimatologiacutea y glaciologiacutea Es
de sentildealar que para la realizacioacuten de estos estudios el uso de las teacutecnis GNSS es
fundamental El aacutembito regional del proyecto constituye el oroacutegeno andino entre el
sur de Peruacute y la Patagonia con los esfuerzos concentrados en Argentina Chile y
Bolivia El proyecto se ha enriquecido y fortalecido por una estrecha cooperacioacuten
con los geocientiacuteficos de Ameacuterica Latina en la industria instituciones puacuteblicas y el
mundo acadeacutemico Informacioacuten maacutes detallada acerca del proyecto se puede encon-
trar en su paacutegina web httpwwwgeocornelledugeologycap
3 Introduccioacuten
111
Objetivos de del proyecto
La mayor parte de la investigacioacuten llevada a cabo por los miembros de Corner An-
des Project se ha centrado en Argentina y Chile aunque tambieacuten se ha trabajado en
Venezuela Bolivia Peruacute y Colombia
Los proyectos de investigacioacuten actuales maacutes importantes son los siguientes
- Estudio de la zona de subduccioacuten del norte de Chile
- Deformacioacuten asociada con la subduccioacuten
- Volcanismo Cenozoico en Argentina central y Chile relacioacuten del magma-
tismo con los aacutengulos de la zona de subduccioacuten y los procesos de la evolu-
cioacuten litosfeacuterica continental
- Las variaciones geoquiacutemicas temporales y espaciales en la zona de rocas
magmaacuteticas de la Patagonia Implicaciones para la evolucioacuten cortical y del
Manto
- Estudio de los cambios climaacuteticos en el inicio del Cuaternario en el desierto
de Atacama y sus relaciones con las aguas subterraacuteneas
- Paleoclima del Mioceno en las tierras bajas de los Andes Centrales
- La rotacioacuten de la vertiente occidental de los Andes Centrales y el origen de
las cuencas sedimentarias del Salar de Atacama y Calama
- Movimiento y migracioacuten de magma volcaacutenico
- Ciclo siacutesmico en la regioacuten andina
3252 Programas nacionales
32521 Programa Earth Scope
Earth Scope es un programa de la National Science Foundation (NSF) que desplie-
ga miles de instrumentos de prospeccioacuten siacutesmica GPS y otros instrumentos geofiacutesi-
cos para estudiar la estructura y la evolucioacuten de Ameacuterica del Norte (ver Figura
341) asiacute como los procesos que producen terremotos y erupciones volcaacutenicas Se
trata de un proyecto que fomenta la colaboracioacuten entre cientiacuteficos educadores
responsables poliacuteticos y ciudadanos para divulgar los avances cientiacuteficos en la
materia Maacutes informacioacuten acerca del proyecto se puede encontrar en su paacutegina web
httpwwwearthscopeorg
Objetivos del proyecto
Ameacuterica del Norte posee uno de los registros maacutes completos de formacioacuten modifi-
cacioacuten y destruccioacuten continental El objetivo de Earth Scope es usar Norteameacuterica
como un laboratorio natural para obtener conocimientos fundamentales sobre coacutemo
funciona la Tierra La complejidad de los procesos geoloacutegicos requiere estudios
multidisciplinares de cientiacuteficos especializados en ciencias de la Tierra Con el pro-grama se pretende alentar a los cientiacuteficos desde un punto de vista maacutes creativo
3 Introduccioacuten
112
permitiendo que las ideas innovadoras proporcionen nuevos conocimientos sobre el
pasado el presente y el futuro del planeta en que vivimos
Figura 341 Red de instrumentacioacuten desplegada en el proyecto Earth Scope www Earhsco-
peorgcurrent_status 10-2013
La temaacutetica estudiada se puede dividir en varias categoriacuteas generales
- Procesos en los maacutergenes convergentes Constituyen algunos de los entor-
nos maacutes dinaacutemicos tectoacutenicamente de la Tierra
- Tensioacuten y deformacioacuten de la corteza La forma en que la Tierra soacutelida res-
ponde a las fuerzas tectoacutenicas
- Deformacioacuten y evolucioacuten de las estructuras continentales Estudio del mar-
gen activo de Ameacuterica del Norte
- Fallas tectoacutenicas y procesos involucrados en los terremotos EarthScope es-
taacute investigando el desarrollo de modelos de prediccioacuten de terremotos des-
entrantildeando los procesos activos y dinaacutemicos a lo largo de fallas
- Estructura y dinaacutemica del interior de la Tierra Uno de los objetivos funda-
mentales es la mejor comprensioacuten de los procesos internos de la Tierra y la
evolucioacuten de la Litosfera continental en relacioacute a los procesos del Manto
superior es un objetivo principal de EarthScope Aprenda maacutes sobre coacutemo
la investigacioacuten EarthScope estaacute impulsando descubrimientos en esta aacuterea
3 Introduccioacuten
113
- Vulcanismo Ameacuterica del Norte posee una amplia gama de sistemas mag-
maacuteticos como los claacutesicos volcanes de maacutergenes convergentes de Casca-
dia y las Aleutianas
32522 Southern California Integrated GPS Network (SCIGN)
La red SCIGN constituye un conjunto de 250 estaciones permanentes distribuidas a
lo largo del sur de California con una mayor densificacioacuten en el aacuterea metropolitana
de Los Aacutengeles La red comienza a instalarse desde hace una deacutecada hasta llegar a
su conformacioacuten actual Maacutes informacioacuten se puede encontrar en la web
wwwscecorg
Figura 342 Mapa en el que se muestran los vectores de desplazamiento de la corteza terrestre en
el sur de California seguacuten la SCIGN wwwscecorginstanet01newsspot010828
El 2 de julio de 2001 cuatro diacuteas antes de su inauguracioacuten programada SCIGN
alcanzoacute su objetivo meta de 250 estaciones operativas diseminadas por todo el sur
de California y el norte de Baja California Meacutexico
3 Introduccioacuten
114
Las estaciones SCIGN estaacuten dirigidas por las siguientes agencias
- 125 estaciones centrales son financiadas por la National Science Founda-
tion (NSF)
- 95 estaciones a lo largo de la Falla de San Andres y en la zona urbana de
Los Angeles que son gestionadas por la oficina local de Pasadena del Ser-
vicio Geoloacutegico de EEUU
- Las estaciones restantes que son gestionadas por el Jet Propulsion Labora-
tory y otras agencias
Objetivos de la red
El sur de California es un lugar sujeto a fuerzas tectoacutenicas de cizalladura estirando
y comprimiendo la corteza terrestre con un patroacuten complejo Estas deformaciones
lentas pero continuas se producen fundamentalmente en las principales fallas tectoacute-
nicas activas responsables por otra parte de la alta sismicidad de la regioacuten La pre-
gunta que trata de responder la SCIGN es si a traveacutes del patroacuten de deformacioacuten se
pueden prever con maacutes precisioacuten futuros terremotos
La red SCIGN fue construida con cuatro grandes objetivos cientiacuteficos en mente
SCIGN estaacute disentildeada para proporcionar una cobertura regional que mejore las esti-
maciones de riesgo siacutesmico identificando fallas activas empujes debajo de Los
Angeles variaciones en las tensiones medidas y mediciones de movimientos per-
manentes mayores de 1 mm no detectables por los sismoacutegrafos (ver figura 37)
incluyendo la respuesta de las fallas a los cambios de tensioacuten regionales La red
consigue esos objetivos haciendo mediciones geodeacutesicas precisas y continuas que
revelan el pequentildeo movimiento continuo producto de la tensioacuten que se transmite a
traveacutes de la corteza en el sur de California Como es conocido la tensioacuten acumulada
estaacute directamente relacionada con la peligrosidad siacutesmica Estas mediciones contri-
buyen a la evaluacioacuten del peligro ayudando y concienciando a los ciudadanos a
prepararse Por lo tanto este instrumento puramente cientiacutefico puede producir efec-
tos sociales positivos siendo sin duda eacuteste el objetivo uacuteltimo del proyecto SCIGN
Los productos generados con los datos SCIGN al igual que esos datos son de libre
acceso en wwwscignorg
32523 Crustal deformation monitoring (United States Geological Survey
USGS)
La superficie de la Tierra estaacute siendo deformada a traveacutes de fallas tectoacutenicas que
acumulan tensioacuten y que se deslizan con el tiempo El USGS utiliza mediciones GPS
para controlar este movimiento cerca de fallas activas
El USGS utiliza GPS para medir la deformacioacuten de la corteza en todo los Estados Unidos Sin embargo la mayor parte del trabajo se concentra en los estados del
3 Introduccioacuten
115
oeste como se puede ver en la figura 38 donde se producen la mayoriacutea de los te-
rremotos y donde las tasas de deformacioacuten de la corteza son maacutes altas
La superficie de la
Tierra cerca de las
fallas activas se
deforma antes du-
rante y despueacutes de
los terremotos Del
mismo modo la
superficie cercana a
los volcanes activos
tambieacuten se deforma
como consecuencia
de las erupciones y
la evolucioacuten volcaacute-
nica La deforma-
cioacuten de la corteza se
puede estudiar des-
de diferentes teacutecni-
cas de observacioacuten
movimiento relativo
de puntos de la
superficie de la Tierra inclinacioacuten del suelo tensiones y deslizamientos de falla El
USGS habitualmente mide estos y otros paraacutemetros que reflejan esta deformacioacuten
32524 Programa CMONOC (Cristal Movement Observation Network of China)
El objetivo cientiacutefico de Crustal Movement Observation Network of China es fun-
damentalmente la prediccioacuten de terremotos aunque tambieacuten satisface necesidades
en el campo de la Geodesia dando servicios de GNSS diferencial en el campo de la
Meterorologiacutea etc Por este motivo estaacute gestionado por el ldquoFirst Crustal Deforma-
tion Monitoring Center China Seismological Bureau Tianjin 300180 Chinardquo
Las caracteriacutesticas principales de la CMONOC son la alta precisioacuten y estabilidad de
sus observaciones la toma de gran cantidad de datos y el procesamiento de esos
datos en tiempo real de forma raacutepida y precisa
El sistema CMONOC consta de cuatro partes la red fiducial la red baacutesica la red
local y el sistema de transmisioacuten procesamiento y anaacutelisis de datos
La red fiducial de CMONOC consta de 25 estaciones GPS en observacioacuten continua
Algunas de estas estaciones tambieacuten utilizan teacutecnicas VLBI y SLR Con una dis-
tancia media de aproximadamente 700 km entre estaciones adyacentes la funcioacuten
Figura 343 Red de estaciones GPS permanentes y no permanentes
del oeste de EEUU httpearthquakeusgs govmonitoringgps
3 Introduccioacuten
116
principal de la red fiducial es el control de los movimientos tectoacutenicos de los blo-
ques de primer orden de China continental Las estaciones fiduciales estaacuten construi-
das sobre la roca madre Las precisiones de alcanzadas son de 13 mm para las
variaciones anuales de las liacuteneas base entre estaciones fiduciales adyacentes 15
mm para las variaciones anuales de las liacuteneas base entre estaciones VLBI adyacen-
tes 21 cm para la determinacioacuten de las coordenadas absolutas de estaciones SLR y
08 - 49 Gal para las medidas absolutas de gravedad La red fiducial se puso en
funcionamiento el 1 de abril de 2000
La red baacutesica se compone de 56 estaciones GPS en las que se realizan observacio-
nes perioacutedicas Como complemento a la red fiducial la red baacutesica se utiliza princi-
palmente para controlar la deformacioacuten de la corteza en y entre los bloques de pri-
mer orden Las estaciones estaacuten dispuestas de manera uniforme junto con las
estaciones fiduciales con una distancia media entre ellas de alrededor de 350 km
Dos mediciones de la red baacutesica se llevaron a cabo tanto en 1998 y 2000 con preci-
siones de menos de 3 mm para la componente horizontal y menos de 10 mm para
la componente vertical
La red local estaacute constituida por 1000 estaciones GPS en las que se realizan obser-
vaciones de manera esporaacutedica Estaacuten dispuestas en diez aacutereas de especial intereacutes
para su monitorizacioacuten Cerca de 700 de ellas se concentran a lo largo de las princi-
pales zonas tectoacutenicas y siacutesmicas con el objetivo de la prediccioacuten de terremotos
Alrededor de 300 de ellas estaacuten dispuestas de manera uniforme en todo el paiacutes co-
mo complemento a las redes fiducial y baacutesica para vigilar los movimientos de los
grandes bloques tectoacutenicos La red local se establecioacute en agosto de 1998 la primera
medicioacuten se realizoacute en 1999 y maacutes de 800 estaciones se volvieron a observar en
2001 Los resultados obtenidos indican que las presiones son mejores de 3 mm para
la componente horizontal y de 10 mm para la vertical
La organizacioacuten del proyecto se basa en un centro de datos y tres subsistemas de
intercambio de datos El centro de datos es el responsable de las operaciones y ges-
tioacuten de la red procesamiento y anaacutelisis de datos que se aplican directamente para la
prediccioacuten de terremotos y mitigacioacuten de desastres El centro de datos tambieacuten pro-
porciona los elementos baacutesicos para cada subsistema de intercambio de datos y de
los ministerios y comisiones relacionados Los subsistemas de intercambio de datos
proporcionan informacioacuten a la comunidad investigadora al programa de Geodinaacute-
mica espacial de Asia y el Paciacutefico y a la red de control geodeacutesico nacional de
Topografiacutea y Cartografiacutea La construccioacuten del centro de datos se llevoacute a cabo en el
antildeo 2000 Sus caracteriacutesticas teacutecnicas principales son 310 Mb diarios para la reco-
leccioacuten de datos 50 Gb para el almacenamiento de datos en liacutenea y 220 estaciones
para el procesamiento de datos A finales del antildeo 2000 probado y revisado por el
Comiteacute de Aceptacioacuten de Estado la red en su conjunto alcanzoacute y superoacute las normas
de calidad preestablecidas y se puso en funcionamiento
3 Introduccioacuten
117
Con una superficie de 95 en la parte continental de China CMONOC ha elevado
la precisioacuten de la medicioacuten tradicional del movimiento de la corteza en China en
tres oacuterdenes de magnitud y la eficiencia de observacioacuten por diez veces Se ha cu-
bierto el objetivo de la monitorizacioacuten casi instantaacutenea de todo el paiacutes y se ha au-
mentado la capacidad de predecir un gran terremoto en China La oficina sismoloacute-
gica de China ya ha utilizado los datos GPS observados en el examen anual
sismoloacutegico y ha obtenido mejores resultados en las predicciones de terremotos
para medio y largo plazo Se ha aumentado la precisioacuten de la red de control geodeacute-
sico mejorando los sistemas geodeacutesicos aplicados en la Topografiacutea y Cartografiacutea del
paiacutes
En los uacuteltimos tres antildeos el CMONOC funciona con normalidad Siete estaciones
fiduciales forman parte de la red de estaciones IGS y los datos obtenidos a partir de
la red se han utilizado en multitud de estudios cientiacuteficos En la Figura 344 se
muestra la tasa de movimiento horizontal de la corteza continental China basada en
los datos de CMONOC
Figura 344 Velocidades horizontales de las estaciones pertenecientes a la red fiducial de CMO-
NOC y principales unidades tectoacutenicas de China (Liren et al 2003)
32525 Islandia Red ISGPS
Islandia se situacutea en el tercio septentrional de la dorsal atlaacutentica que con un eje nor-
te-sur disecciona la isla y al mismo tiempo sirve de liacutemite a las placas continenta-
les americana y eurasiaacutetica La enorme actividad siacutesmica a lo largo de este acciden-
3 Introduccioacuten
118
te geoloacutegico se manifiesta mediante potentes erupciones submarinas bajo el Atlaacuten-
tico y en forma de afloramientos insulares de naturaleza volcaacutenica
Como consecuencia de estas fuerzas tectoacutenicas el territorio formado por una buena
parte de los fiordos occidentales asiacute como una amplia extensioacuten de la franja orien-
tal de Islandia surgieron del mar hace 16 millones de antildeos por lo que desde el
punto de vista geoloacutegico la isla es una de las masas terrestres maacutes joacutevenes del pla-
neta
Figura 345 Red ISGS de estaciones permanentes en Islandia (ISGPS)
La ubicacioacuten de Islandia sobre la mismiacutesima dorsal atlaacutentica y la consecuente parti-
cioacuten de su tierra emergida en dos mitades pertenecientes a cada una de las mencio-
nadas placas tectoacutenicas origina que los seiacutesmos y las erupciones volcaacutenicas se ma-
nifiesten continuamente hasta el punto de haberse estimado que la tercera parte de
todas las coladas de lava surgidas en el globo en uacuteltimo milenio se han generado en
la Islandia
La Oficina Meteoroloacutegica Islandesa gestiona una red de estaciones geodeacutesicas per-
manentes GPS en Islandia para monitorizar la deformacioacuten cortical relacionada con
los movimientos tectoacutenicos la actividad volcaacutenica y los terremotos Con instrumen-
tos de calidad geodeacutesica y software especializado se obtienen posiciones diarias de
las estaciones dentro del rango de unos pocos miliacutemetros Estaciones CGPS por lo
tanto son una excelente herramienta para monitorear la deformacioacuten cortical
3 Introduccioacuten
119
Se puede obtener informacioacuten adicional acerca de esta red en la paacutegina web
httphraunvedurisjaenglishwebgpshtml
La red se inicioacute como un proyecto de colaboracioacuten en el antildeo 1999 para vigilar los
movimientos de la corteza terrestre en zonas tectoacutenicas y volcaacutenicas activas en Is-
landia
Actualmente hay 18 estaciones GPS continuas en Islandia (ver Figura 345) de las
cuales 14 pertenecen a la red ISGPS tres son estaciones IGS y una es gestionada
por la National Land Survey of Iceland El disentildeo de la red ISGPS estaacute se basa en la
simplicidad robustez y eficiencia de costes El nuacutemero de componentes eleacutectricos
en el campo se reduce al miacutenimo se utiliza un disentildeo de monumento de acero
inoxidable para conseguir una alta estabilidad
Los datos de las estaciones ISGPS se descargan automaacuteticamente y se procesan a
diario Se utiliza el software Oberland V42 para procesar los datos Las series ob-
servadas en la mayoriacutea de estaciones de ISGPS estaacuten dominadas por el movimiento
causado por la divergencia de las placas norteamericana y euroasiaacutetica en general
de acuerdo con el modelo NUVEL-1A Las discrepancias se observan en las esta-
ciones que estaacuten dentro de la zona de deformacioacuten liacutemite de placas o cerca de fuen-
tes de deformacioacuten volcaacutenica La red ISGPS a lo largo del tiempo que lleva operati-
va ha demostrado ser una herramienta muy valiosa para monitorizar las
deformaciones
32526 Japoacuten Red GEONET
El archipieacutelago de Japoacuten se ubica en una de las zonas geoloacutegicamente maacutes inesta-
bles y complejas del planeta Se trata de un paiacutes altamente siacutesmico debido a su ubi-
cacioacuten en el Cinturoacuten de Fuego del Pacifico El territorio japoneacutes es el resultado de
continuos e inmensos movimientos tectoacutenicos que llevan producieacutendose durante
centenares de millones de antildeos desde mediados del Periacuteodo Siluacuterico hasta el Pleis-
toceno Este proceso tiene su origen en la subduccioacuten de la placa Filipina y la placa
Paciacutefica debajo de las continentales placa Ojotsk (subplaca de la placa Euroasiaacutetica)
y placa Amuria (subplaca de la Norteamericana)
En Japoacuten los temblores de tierra son frecuentes (con una intensidad reducida a mo-
derada) Tienen lugar maacutes de 5000 movimientos siacutesmicos al antildeo de los cuales
1000 son percibidos por la poblacioacuten y de ellos soacutelo unos cuantos son terremotos
violentos
La autoridad responsable de la informacioacuten geoespacial en Japoacuten ( Geographical
Survey Institute GSI) gestiona una red de estaciones de control GNSS que cubren
archipieacutelago japoneacutes con maacutes de 1200 estaciones con una separacioacuten promedio de
unos 20 km (desde marzo de 2004) para la monitorizacioacuten de la deformacioacuten de la
corteza terrestre para la realizacioacuten de trabajos topograacuteficos Se puede obtener maacutes
3 Introduccioacuten
120
informacioacuten acerca de esta red en su paacutegina web
httpterrasgsigojpjaterras_englishhtml
Los datos de observacioacuten
recogidos en cada estacioacuten
estaacuten abiertos para uso puacuteblico
y privado en Japoacuten Los fiche-
ros en formato RINEX con
intervalo de 30 segundos se
facilitan al puacuteblico a traveacutes de
Internet
Recientemente se actualizoacute el
sistema GEONET para mejo-
rar las capacidades en tiempo
real En la mayoriacutea de las
estaciones se observan y
transmiten datos a 1 Hz en
tiempo real Estos datos en
tiempo real dan servicio a los
usuarios comerciales de servi-
cio de posicionamiento
Por parte de GSI actualmente
se llevan a cabo anaacutelisis casi
en tiempo real de las 1200
estaciones de forma rutinaria
para prevenir situaciones de
emergencia o para dar una respuesta raacutepida a un episodio siacutesmico o volcaacutenico (Ha-
tanaka et al 2007)
32527 Programa indio de red nacional GNSS para el control de deformacioacuten
cortical
El subcontinente indio es una de las regiones maacutes propensas a terremotos del mun-
do En el uacuteltimo siglo varios terremotos de gran magnitud como el de Andaman-
Sumatra (Mw 93) en 2004 y el de 2005 en Cachemira (Mw 76) cuyos epicentros
se situaron tanto en el interior como en el borde de placa La regioacuten cuenta con una
tectoacutenica muy compleja incluyendo los principales sistemas de fallas de la zona de
colisioacutendel Himalaya
Mediante teacutecnicas geodeacutesicas GNSS se pretende comprender la dinaacutemica tectoacutenica
de la zona y medir la acumulacioacuten de esfuerzos
En India los estudios geodeacutesicos basados en teacutecnicas espaciales se iniciaron con el
lanzamiento de un amplio Programa Nacional GNSS en sismologiacutea por el Departa-
Figura 346 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones
de GEONET Hatanaka et al 2007)
3 Introduccioacuten
121
mento de Ciencia y Tecnologiacutea en 1997 Bajo este programa fue establecida una
red de 50 estaciones permanentes GNSS en ubicaciones adecuadas para la investi-
gacioacuten siacutesmica (ver Figura 347)
El programa GNSS Nacional
Indio se estaacute llevando a cabo
con el fin de proporcionar un
impulso a las medidas de
deformacioacuten cortical de la
placa India la identificacioacuten
de las regiones de acumula-
cioacuten de tensioacuten y para esti-
mar las tasas de convergencia
de las fallas maacutes importantes
Bajo este programa se ha
establecido la red de estacio-
nes GNSS permanentes La
red ha generado conjuntos de
datos muy valiosos que han
ayudado en la estimacioacuten de
movimiento de la placa india
Las mediciones tambieacuten se
han utilizado en el control de
deformaciones co-siacutesmicas y
post-sismicas relacionadas con los recientes terremotos ocurridos en la India y las
regiones adyacentes Se puede obtener maacutes informacioacuten acerca de este programa en
la paacutegina web httpwwwisrogovinnewsletterscontentsspaceindiajan2012-
jun2012enewsletterhtm
32528 Turquiacutea Programas del grupo de trabajo en Geodinaacutemica Unioacuten
nacional de Geodesia y Geofiacutesica de Turquiacutea
Turquiacutea estaacute situada en la placa de Anatolia entre las placas de Arabia y Euro-
asia Como consecuencia del movimiento convergente entre eacutestas se produce
un desplazamiento hacia el oeste de la placa de Anatolia Este desplazamiento
se manifiesta a traveacutes de las fallas septentrional y oriental de Anatolia Las fa-
llas transformantes norte y este de Turquiacutea son normalmente verticales y atra-
viesan toda la corteza terrestre con un trazado maacutes o menos lineal que alcanza
cerca de mil kiloacutemetros de longitud siendo aquiacute donde principalmente se locali-
zan los grandes terremotos que suceden en esta regioacuten
La falla de Anatolia es de tipo transformante tiene unos 900 km de longitud y
sus longitudes y tasa de movimiento son similares a los de la falla de San An-
dreacutes en California (Estados Unidos)
Figura 347 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones de la red nacional GNSS india
3 Introduccioacuten
122
Aunque la regioacuten tiene una larga historia de terremotos destructivos el terremo-
to de Izmit en agosto de 1999 fue de los maacutes importantes de este siglo en mag-
nitud y consecuencias
Red turca de estaciones GPS permanentes (TNPGN)
La red TNPGN estaacute formada por 144 estaciones (ver figura 348) aunque esaacute en
continuo crecimiento debido al gran intereacutes que ha despertado en la comunidad
cientiacutefica Los anaacutelisis de los datos de las estaciones TNPGN se llevan a cabo en la
Direccioacuten General de Cartografiacutea sobre una base diaria La finalidad de la red es
fundamentalmente geodeacutesica topograacutefica geodinaacutemica y para trabajos de ingenie-
riacutea
Figura 348 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones de la red TUSAGA Kurt M et al 2011
Las estaciones son TNPGN son utilizadas profusamente en control geodeacutesico y
vigilancia de los movimientos de la corteza terrestre siendo una herramienta indis-
pensable para la investigacioacuten de la actividad tectoacutenica y siacutesmica de una regioacuten muy
activa como es Anatolia y sus alrededores
Igualmente los datos de TUSAGA proporcionan una ayuda importante para la pre-
diccioacuten meteoroloacutegica a corto plazo
32529 Red Geodeacutesica Nacional SIRGAS-Chile Proyecto Feacutenix
Al final del Paleozoico hace 251 millones de antildeos Chile perteneciacutea al bloque con-
tinental denominado Gondwana No era maacutes que una depresioacuten marina con sedi-
mentos acumulados que comenzoacute a levantarse a finales del Mesozoico hace
65 millones de antildeos debido al choque entre las placas de Nazca y Sudamericana
dando origen a la cordillera de los Andes El territorio seriacutea modelado por millones
de antildeos maacutes debido al plegamiento de las rocas configurando el actual relieve
3 Introduccioacuten
123
Chile es considerado uno de los paiacuteses siacutesmicamente maacutes activos debido a su ubica-
cioacuten en el Cinturoacuten de fuego del Paciacutefico Gran parte del territorio continental yace
junto a la zona de subduccioacuten de la placa de Nazca bajo la placa Sudamericana En
cambio al sur del istmo de Ofqui en la Regioacuten de Ayseacuten la subduccioacuten es produ-
cida por la placa Antaacutertica que se mueve a menor velocidad que la de Nazca y por
ende es siacutesmicamente menos activa
A lo largo de su historia diversos terremotos han azotado al paiacutes reconfigurando
su geografiacutea fiacutesica y humana siendo el tipo de cataacutestrofe natural maacutes dantildeino en
Chile Al movimiento siacutesmico en siacute y a la destruccioacuten producida se suman diversos
efectos colaterales entre los que se destacan los aludes y los tsunamis
El terremoto de Chillaacuten de 1939 ha sido el maacutes mortiacutefero en la historia de Chi-
le con una cifra oficial de 5648 muertos El terremoto de Valdivia de 1960 ha sido
el maacutes potente registrado en Chile y en la historia de la humanidad con una magni-
tud de 95 MW
Objetivos del proyecto
Muchas infraestructuras del centro sur de Chile fue dantildeada por el terremoto del 27
de febrero del 2010 el quinto maacutes grande registrado en la historia El sistema geo-
deacutesico nacional que proporciona georreferenciacioacuten de precisioacuten a los usuarios
tambieacuten ha sido afectado por los movimientos cosiacutesmicos y postsiacutesmicos asociados
a este devastador terremoto y a sus reacuteplicas posteriores La manera maacutes raacutepida de
restaurar el sistema de referencia al nivel del centiacutemetro en las aacutereas afectadas es
construir una gran cantidad de nuevas estaciones permanentes GPS lo maacutes raacutepida-
mente posible Eacuteste es el objetivo principal del proyecto y de los miembros que lo
componen
El Proyecto Feacutenix estaacute conformado por el Instituto Geograacutefico Militar (IGM) inge-
nieros y cientiacuteficos del proyecto CAP (Central Andes Project) maacutes un nuacutemero cre-
ciente de colaboradores de Chile de los EEUU Europa y otras partes El Proyec-
to CAP ha estado desarrollando trabajos en conjunto con el IGM en Chile desde
1993 El proyecto Feacutenix ha recibido ya la financiacioacuten significativa del National
Science Foundation (NSF) de los EEUU de la Universidad de Estado de Ohio
de la Universidad de Hawaii del Instituto Tecnoloacutegico de California y de UNA-
VCO (Consorcio cientiacutefico financiado por el NSF)
El Proyecto Feacutenix participa activamente con la Universidad de Chile California
Institute of Technology (USA) Escuela Normal Superior (Francia) Hamilton Co-
llege (USA) y Pacific Geoscience Center (Canada)
3 Introduccioacuten
124
En concreto las actuaciones del proyecto SIRGAS son las siguientes
- Instalacioacuten de 50 estaciones permanentes GPS para labores de monitoriza-
cioacuten cntinuo sumadas a las estaciones ya existentes
- Comunicaciones
- Determinacioacuten de las deformaciones que afectaron a la Red Geodeacutesica Na-
cional su continuidad y validez en el tiempo
- Caacutelculo de efecto co-siacutesmico
- Estimacioacuten del efecto post-siacutesmico
- Anaacutelisis cientiacutefico del terremoto del 27 de febrero del 2010
4 Estudios realizados
125
4 Estudios realizados
El sesenta por ciento de las muertes causadas por desastres naturales en la pasada
deacutecada se debieron a terremotos La monitorizacioacuten de terremotos ha cobrado gran
importancia en los recientes estudios cientiacuteficos y una de las maacutes recientes incorpo-
raciones a las numerosas teacutecnicas interdisciplinares utilizadas para estudiar los te-
rremotos son las tecnologiacuteas GNSS
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento permanente de las aacutereas
cercanas al epicentro Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes
han creado una herramienta y un marco de referencia terrestre esencial para el estu-
dio de dichos desplazamientos
En la tesis que se presenta se trata de situar y cuantificar geograacutefica y temporalmen-
te mediante teacutecnicas GNSS los desplazamientos producidos en el episodio siacutesmi-
co del terremoto de Tohoku el 11 de marzo de 2011 el episodio siacutesmico del terre-
moto de Lorca del 11 de mayo de 2011 el terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre
de 2011 el volcaacuten submarino de El Hierro que entroacute en erupcioacuten el 10 de octubre
de 2011 la subsidencia histoacuterica de la cuenca de Lorca y el movimiento relativo
entre las placas Africana y Eurasiaacutetica en la Peniacutensula Ibeacuterica
4 Estudios realizados
126
41 Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la
distancia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11
de marzo de 2011
411 Introduccioacuten
De acuerdo con el UNFPA (United Nations Population Fund) a fecha de 31 de
octubre de 2011 siete mil millones de personas habitan la Tierra Aproximadamen-
te una de cada dos personas vive en una ciudad y soacutelo en unos 35 antildeos dos de cada
tres En 2015 maacutes de la mitad de la poblacioacuten mundial viviraacute en zonas urbanas y en
2030 las ciudades seraacuten el hogar de casi 5000 millones de personas (United Na-
tions Population Fund 2012)
Seguacuten el CRED (Centre for Researchonthe Epidemiology of Disasters) el 60 por
ciento de las muertes causadas por los desastres naturales en los uacuteltimos diez antildeos
se han debido a los terremotos y la razoacuten es que ocho de las ciudades maacutes pobladas
del planeta estaacuten construidas sobre liacuteneas de fallas tectoacutenicamente activas Estas
ciudades son Katmanduacute Nepal Estambul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta
Indonesia Tokio Japoacuten Meacutexico DF Meacutexico Nueva Delhi India aacuterea de Nueva
York EEUU Vancouver BC Shanghai China y Los Angeles EEUU (Centre for
Research on the Epidemiology of Disasters 2012)
Por esta razoacuten el estudio de los terremotos tiene un gran intereacutes para intentar ser
capaces de predecir en queacute aacutereas la probabilidad de ocurrencia de un terremoto es
maacutes grande y en la medida de lo posible cuaacutel seraacute su intensidad Por lo tanto la
monitorizacioacuten de sismos ha adquirido gran importancia en estudios cientiacuteficos
recientes Una de las maacutes recientes adiciones a las numerosas teacutecnicas interdiscipli-
narias empleadas para el estudio de los terremotos son las teacutecnicas geodeacutesicas (Kul-
karni et al 2004)
Con la aparicioacuten de los datos GPS de alta cobertura las diferencias entre las obser-
vaciones y el modelado siacutesmicos y geodeacutesicos se han vuelto borrosas (Yue and Lay
2011) Wright TJ (2011) utiliza el posicionamiento de punto preciso en el modo
tiempo real con con correcciones de orbitales y de reloj radiodifundidas para dar la
posicioacuten de cada estacioacuten cada segundo permitiendo que los datos puedan detectar
los movimientos de la estacioacuten centraacutendose en alertas de tsunami (Wright et al 2012) La disponibilidad en tiempo real de estos desplazamientos puede ser de gran
utilidad en respuesta al terremoto y alerta de tsunami y hasta cierto punto en la
alerta temprana del terremoto (Grapenthin and Freymueller 2011) Grapenthin
propone un meacutetodo que integra desplazamientos en tiempo real en un sistema de
alarma de terremotos
En 1969 el sismoacutelogo japoneacutes Kiyoo Mogi propuso que existe un patroacuten de sismi-
cidad precursora antes de grandes terremotos (Mogi 1969) uno de estos precurso-
res son los desplazamientos de la corteza El estudio de la deformacioacuten de la corteza
4 Estudios realizados
127
es uno de los aspectos esenciales en el conocimiento de los terremotos (Sagiya
2004) Este artiacuteculo es parte de un estudio maacutes amplio dirigido a investigar la de-
formacioacuten de la corteza terrestre como precursor de los eventos siacutesmicos Las de-
formaciones superficiales detectadas mediante el sistema de posicionamiento global
han aumentado las posibilidades de mitigar futuros riesgos siacutesmicos (Chen et al
2011)
El uso del sistema GPS ha sido la teacutecnica maacutes precisa y conveniente en levanta-
mientos geodeacutesicos en los uacuteltimos 20 antildeos Debido a su alta precisioacuten en las posi-
ciones y su eficacia en una amplia gama de trabajos el GPS en la actualidad ha
superado casi en su totalidad a los meacutetodos terrestres para trabajos geodeacutesicos de
alta precisioacuten (Chang 2000)
Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes han creado una he-
rramienta y un marco de referencia terrestre muy relevante para el estudio de las
deformaciones de la corteza terrestre debidas a fuerzas tectoacutenicas Estas tecnologiacuteas
son de gran intereacutes para estudios de geodinaacutemica y deformaciones Aunque la de-
formacioacuten es un indicador maacutes objetivo que el desplazamiento debido a que no se
requiere marco de referencia (Takahashi 2011) las teacutecnicas GNSS permiten cuanti-
ficar con garantiacutea los desplazamientos de las estaciones ocurridos durante los terre-
motos como consecuencia los movimientos horizontales y verticales se pueden
medir en fallas y regiones tectoacutenicamente activas y relacionarlos con otras zonas no
afectadas El sistema GPS ha demostrado ser una herramienta muy eficaz para lle-
var a cabo estudios de deformacioacuten debido a su alta precisioacuten y exactitud (Kulkarni
et al 2006)
Es posible crear mapas de vectores de desplazamiento de estas redes dentro de los
marcos de referencia geodeacutesica que permiten medir con precisioacuten los desplaza-
mientos hasta una escala milimeacutetrica
En Espantildea tanto el Estado como las regiones o comunidades han creado redes de
estaciones permanentes GNSS con densificacioacuten suficiente para evaluar los efectos
siacutesmicos Esta teacutecnica se ha utilizado desde hace tiempo en California para el anaacuteli-
sis de la falla de San Andreacutes y otras fallas en el aacuterea de Los Aacutengeles (Hudnut
2008) Se utiliza tambieacuten en Chile donde la liberacioacuten de energiacutea siacutesmica conduce a
movimientos continuos Los estudios de desplazamiento del terremoto de Maule
(febrero de 2010) se llevaron a cabo mediante teacutecnicas GPS (Global Position Sys-
tem) (Baacuteez et al 2011) En 2007 el comportamiento cinemaacutetico y mecaacutenicas de la
Falla Chihshang a la luz del terremoto Chengkung fue estudiado tambieacuten por teacutecni-
cas GPS (Hu et al 2007)
En Japoacuten donde suceden maacutes del 20 de los terremotos con valores por encima de
magnitud 60 Mw los expertos del USGS han analizado los datos GNSS y han detectado en las estaciones GNSS maacutes cercanas al epicentro del terremoto movi-
mientos de cuatro metros hacia el este El geofiacutesico Ross Stein dice que como re-
4 Estudios realizados
128
sultado (New York Times 2011) Japoacuten es maacutes ancho de lo que era antes Seguacuten
Gross cientiacutefico del JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA la velocidad de
rotacioacuten de la Tierra tambieacuten se ha visto alterada por el terremoto (Jet Propulsion
Laboratory 2011)
No hay duda sobre el hecho de que las teacutecnicas GNSS poseen un gran intereacutes estra-
teacutegico y constituyen una poderosa herramienta en el anaacutelisis de la deformacioacuten de la
corteza terrestre
El presente estudio trata de situar y cuantificar geograacutefica y temporalmente por
medio de tecnologiacuteas geodeacutesicas concretamente teacutecnicas GNSS los desplazamien-
tos producidos en el episodio siacutesmico del terremoto de Tohoku en la Figura 41 se
muestra la secuencia del prograso del citado tsunami La escala temporal incluye
del 27 de febrero hasta el 15 de abril de 2011
El viernes del 11 de marzo del 2011 a las 144623 hora local (054623 UTC) uno
de los terremotos maacutes grandes y mortiacuteferos de los que hay constancia histoacuterica se
produjo a 130 kiloacutemetros al este de Sendai en la regioacuten de Tohoku Japoacuten La mag-
nitud del terremoto alcanzoacute 90 Mw y provocoacute un tsunami que destruyoacute la costa
oeste de la isla de Honshu provocando enormes peacuterdidas humanas y materiales
destacando la crisis producida en la central nuclear de Fukushima
El terremoto de Tohoku se produce en la zona de subduccioacuten de la placa del Paciacutefi-
co bajo la placa de Okhotsk Es una zona tectoacutenicamente compleja y muy activa en
la que la actividad siacutesmica es muy alta La velocidad de convergencia entre estas
dos placas vecinas es de unos 85 mm al antildeo (Spicak and Vanek 2011)
Figura 41 Secuencia del progreso del tsunami en la zona de Sendai NHK Televisioacuten
4 Estudios realizados
129
412 Objetivo de la investigacioacuten
Los terremotos se puede explicar baacutesicamente con la siguiente secuencia temporal
de sucesos En primer lugar la tensioacuten se almacena en estratos deformados maacutes
tarde se produce una ruptura de rocas en un punto deacutebil producieacutendose finalmente
la liberacioacuten repentina de la tensioacuten acumulada (Wang 2007)
Es de sobra conocido que uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento
de forma permanente de las aacutereas cercanas al epicentro los efectos de cada terremo-
to dependen de las caracteriacutesticas del mismo sobre todo de la intensidad y la pro-
fundidad del epicentro (Gianniou 2010)
El objetivo de este artiacuteculo consiste en la cuantificacioacuten de los movimientos tectoacute-
nicos producidos por el terremoto de Tohoku del 11 de marzo de 2011 Esta inves-
tigacioacuten se llevaraacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del Interna-
tional GNSS Service (IGS) con el objetivo de comprobar los movimientos de la
zona afectada por el terremoto en cuestioacuten en relacioacuten con el aacuterea geograacutefica cir-
cundante en principio no afectada por los citados movimientos
413 Antecedentes
La zona de arcos-isla situada al este del continente asiaacutetico conforma una de las
zonas maacutes activas del mundo desde el punto de vista siacutesmico El noreste de Japoacuten
ha sufrido muchos terremotos interplaca de magnitud 7 Mw a lo largo de esta zona
de subduccioacuten donde la placa Paciacutefica presiona y se introduce bajo la subplaca de
Okhotsk a un ritmo de entre 73 y 78 miliacutemetros por antildeo (Avouac 2011)
Seguacuten el USGS (United States Geological Survey) nueve terremotos de magnitud 7
o mayor se han observado a lo largo de la fosa de Japoacuten cerca de la costa de Hons-
hu desde 1973 (Spicak y Vanek 2011)
Sin embargo no se habiacutea registrado instrumentalmente terremotos interplaca de
magnitud superior a 75 Mw desde 1923 excepto en el aacuterea maacutes septentrional don-
de ha habido sismos de magnitud de hasta 79 Mw
No existen registros histoacutericos de movimientos siacutesmicos de 85 Mw desde el siglo
XVII Es de intereacutes resentildear que el mayor terremoto jamaacutes registrado alcanzoacute una
magnitud de 95 Mw en 1960 por la ruptura de maacutes de mil kiloacutemetros del liacutemite
entre la placa de Nazca y la Sudamericana a lo largo de la costa meridional de Chile
(Avouac 2011)
En 2002 los Responsables de Investigacioacuten de Terremotos del gobierno japoneacutes
comenzaron un estudio acerca de la evaluacioacuten a largo plazo de los terremotos en la
zona de subduccioacuten de la regioacuten de Tohoku y estimaron una probabilidad del 80-90 de que en el aacuterea se produjera un gran terremoto de magnitud 77-82 en los
4 Estudios realizados
130
siguientes 30 antildeos pero nunca mencionaron terremotos de magnitud 9 (Sagiya
2011)
414 Marco geoestructural
El archipieacutelago de Japoacuten se ubica en una de las zonas geoloacutegicamente maacutes inesta-
bles y complejas del planeta Consta de alrededor de 1042 islas y maacutes de 2000
islotes Las cuatro islas centrales son las mayores Hokkaidō Honshū Shikoku y
Kyushu que suman alrededor del 98 de la superficie total El conjunto forma un
arco de noreste a suroeste de 3700 kiloacutemetros (Barnes 2003)
Se trata de un paiacutes altamente siacutesmico debido a su ubicacioacuten en el Cinturoacuten de Fuego
del Pacifico El territorio japoneacutes es el resultado de continuos e inmensos movi-
mientos tectoacutenicos que llevan producieacutendose durante centenares de millones de
antildeos desde mediados del Periacuteodo Siluacuterico hasta el Pleistoceno Este proceso tiene su
origen en la subduccioacuten de la placa Filipina y la placa Paciacutefica debajo de las conti-
nentales placa Ojotsk (subplaca de la placa Euroasiaacutetica) y placa Amuria (subplaca
de la Norteamericana)
En su mayoriacutea el territorio estaacute asentado sobre la placa de Ojotsk ubicaacutendose el
liacutemite con la placa Euroasiaacutetica (sector tambieacuten conocido como placa Amuria) al
centro-sur de la isla de Honshū a la altura del nudo montantildeoso y valle de la Fosa
Magna El resto del territorio japoneacutes se encuentra en la segunda placa indicada
Esta compleja distribucioacuten origina profundas y extensas fosas oceaacutenicas especial-
mente en la costa paciacutefica del archipieacutelago Destaca en particular la Fosa de Japoacuten
de alrededor de 9000 metros de profundidad originada por una falla con borde
convergente por subduccioacuten
Japoacuten estuvo asociado originalmente a la costa este del continente eurasiaacutetico Los
procesos de subduccioacuten movieron Japoacuten hacia el este originando la apertura del
Mar del Japoacuten hace alrededor 15 millones de antildeos y dando lugar a una cuenca sub-
marina El Estrecho de Tartaria y el Estrecho de Corea fueron abiertos mucho maacutes
adelante
Las colisiones entre estas placas y su posterior hundimiento generaron los arcos de
islas de las Kuriles y de Sajalin-Hokkaidocirc (al norte) el arco de Honshucirc que conecta
Kyūshū Shikoku Honshucirc y la porcioacuten oeste de Hokkaidocirc (en el centro) y los arcos
de las Ryucirckyucirc e Izu-Ogasawara (en el sur)
Los bordes entre la placa de Okhotsk y la placa Euroasiaacutetica se situacutean en el centro
de Honshucirc a lo largo de la Fossa Magna un valle que divide a Japoacuten en dos zonas
geoloacutegicas la nororiental y la suroccidental al oeste aparece bordeado por la liacutenea
tectoacutenica de Itoigawa-Shizuoka una falla que se extiende desde la ciudad de Itoi-
gawa (Niigata) hasta la ciudad de Shizuoka pasando por el lago Suwa y por las
montantildeas que conforman la frontera occidental de la Regioacuten de Kantō
4 Estudios realizados
131
En Japoacuten los temblores de tierra son frecuentes (con una intensidad reducida a mo-
derada) Tienen lugar maacutes de 5000 movimientos siacutesmicos al antildeo de los cuales
1000 son percibidos por la poblacioacuten y de ellos soacutelo unos cuantos son terremotos
violentos en la Figura 42 se muestran las intensidades del terremoto de Tohoku
Figura 42- Intensidades del terremoto de Tohoku Este mapa muestra el movimiento del terreno
y la intensidad de las sacudidas en docenas de puntos en todo Japoacuten Cada ciacuterculo representa una
estimacioacuten del movimiento seguacuten los registros del USGS El color amarillo paacutelido representa baja
intensidad y el rojo oscuro alta intensidad Estos datos se superponen a un mapa de densidad de
poblacioacuten proporcionado por Oak Ridge del National Laboratory Tohoku Earthquake Shaking
Intensity NASA Earth Observatory Cartografiacutea realizada por Jesse Allen y Robert Simmon con
datos del USGS Earthquakes Hazard Program y del Oak Ridge National Laboratory Geographic
Information Science and Technology
Gran cantidad de fallas tectoacutenicas locales recorren la superficie originando sismos
de regular intensidad Las maacutes grandes son dos fallas transversales al sur de Hons-
hū la Liacutenea Tectoacutenica de Itoigawa-Shizuoka y la Liacutenea Tectoacutenica Media Japonesa
ambas fallas transformantes que se encuentran en el liacutemite de las placas de Okhotsk
y Euroasiaacutetica a lo largo del sistema montantildeoso de la isla
En ocasiones los terremotos resultan sumamente destructivos originando tsunamis
devastadores con una frecuencia de varias veces en un siglo Los terremotos prin-
4 Estudios realizados
132
cipales maacutes recientes incluyen el Gran terremoto de Hanshin-Awaji en 1995 el
Terremoto de la costa de Chūetsu de 2007 y el Terremoto y tsunami de Japoacuten de
2011 descrito en el presente artiacuteculo
415 Metodologiacutea
La ciencia de los terremotos ha entrado en una nueva era con el desarrollo de tecno-
logiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten de la superficie en las zonas tectoacutenica-
mente activas y en este sentido Japoacuten estaacute a la vanguardia en la puesta en marcha
de estas tecnologiacuteas en concreto con el desarrollo hace unos 15 antildeos de GeoNet
una extensa red de estaciones GPS que toma datos continuamente
Las estaciones de referencia que operan de forma continua pueden ser una forma
muy potente de monitorizar las deformaciones (Oumlzyasar y Oumlzluumldemir 2011)
Sin embargo y dado que el objetivo de este trabajo es contextualizar los movimien-
tos producidos por el terremoto en un marco de referencia maacutes amplio se optoacute por
la utilizacioacuten de los datos proporcionados por el IGS para conseguir una mayor
homogeneidad y amplitud geograacutefica de la informacioacuten
4151 Datos de partida
Todas las estaciones permanentes GPS utilizadas pertenecen al IGS (International
GPS Service) por lo que los resultados obtenidos estaraacuten en el ITRF (International
Terrestrial Reference Frame) (Promthong 2006)
Se tomaron una serie de estaciones maacutes o menos cercanas al epicentro del terremoto
que son MIZU (Mizusawa Iwate Japoacuten) USUD (Usuda Usuda Japoacuten) MTKA
(Mitaka Tokio Japoacuten) KGNI (Koganei Tokio Japoacuten) TSK2 (Tsukuba Ibaraki
Japoacuten) y KSMV (Kashima Ibaraki Japoacuten) De la misma forma se tomaron una
serie de estaciones maacutes alejadas previsiblemente no afectadas por el terremoto
para poder ser utilizadas como marco de referencia estable estas son CHAN (Cha-
gchun Jilin China) SHAO (Shanghai Sheshan China) PETS (Petropavlovsk
Kamchatka Federacioacuten rusa) CCJ2 (Chichijima Ojeasawara Tokio Japoacuten)
KHAJ (Khabarovsk Khabarovsk Federacioacuten rusa) BJFS (Beijing Fangshan
Fangshan Beijing China) STK2 (Shintotsukawa Hokkaido Japoacuten) y AIRA (Aira
Kagoshima Japoacuten)
Del mismo modo se incluyeron en el anaacutelisis una serie de estaciones internaciona-
les del IGS ubicadas maacutes lejos y que probablemente no se ven afectadas por el
terremoto Se eligieron para ser utilizadas como marco estable esto se hace para
establecer una solucioacuten de referencia no deformada (Satirapod 2007) estas esta-
ciones son CHAN (Chagchun Jilin China) SHAO (Shanghai Sheshan China) PETS (Petropavlovsk Kamchatka Russian Federation) CCJ2 (Chichijima
Ojeasawara Tokyo Japan) KHAJ (Khabarovsk Khabarovsk Russian Federation)
4 Estudios realizados
133
BJFS (Beijing Fangshan Fangshan Beijing China) STK2 (Shintotsukawa Hok-
kaido Japan) and AIRA (Aira Kagoshima Japan) La Figura 43 muestra la red
geodeacutesica disentildeada
El IGS nos proporciona datos de observacioacuten GPS de todas las estaciones elegidas
Se tomaron de este organismo los citados datos en forma de archivos RINEX cada
30 segundos asiacute como las coordenadas aproximadas de las estaciones
Otros datos necesarios para los caacutelculos geodeacutesicos realizados se obtuvieron del
Center forOrbitDetermination in Europe (CODE) correcciones ionosfeacutericas oacuterbitas
precisas de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las
estaciones
Los datos acerca de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del OnsalaSpaceObservatory
Figura 43 Cartografiacutea de la red geodeacutesica disentildeada y marco geoestructural del aacuterea que abarca
4152 Marco temporal
Una vez elegidas las estaciones que forman parte del estudio se definioacute el marco
temporal
4 Estudios realizados
134
Se decidioacute realizar los caacutelculos la semana GPS anterior al terremoto concretamente
desde el diacutea 27 de febrero al 5 de marzo asumiendo que se trata de un periodo de
relativa calma para poder estudiar el comportamiento de las coordenadas de las
estaciones los diacuteas previos al terremoto
Una vez obtenidas esas coordenadas se procedioacute a obtener las posiciones diarias de
cada estacioacuten desde dos diacuteas antes del terremoto esto es el 9 de marzo hasta 10
diacuteas despueacutes el 21 de marzo no hay datos del diacutea del terremoto A partir de enton-
ces se calcularon las coordenadas de cada estacioacuten cada 5 diacuteas para el seguimiento
de las posibles reacuteplicas hasta un mes despueacutes el 15 de abril
4153 Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda del programa informaacutetico Bernese de
la Universidad de Berna que nos permite compensar redes geodeacutesicas observadas
mediante teacutecnicas GNSS con una gran precisioacuten y control de las mismas (Dach et
al 2007)
Todos los datos GPS disponibles fueron procesados sesioacuten a sesioacuten para obtener
soluciones diarias En una primera etapa las ambiguumledades se estimaron y se fija-
ron a un entero utilizando la estrategia QIF (QuasiIonosphere Free) Los caacutelculos se
realizaron utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes
tarde las coordenadas de las estaciones maacutes alejadas fueron constrentildeidas para defi-
nir un marco de referencia El retraso troposfeacuterico se corrigioacute aplicando el modelo
de Saastamoinen con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2(z) sien-
do z la distancia cenital La correccioacuten troposfeacuterica seca se aplicoacute a intervalos de
una hora para estimar el retardo de ceacutenit de las sentildeales GPS Por otra parte la de-
mora ionosfeacuterica se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de las frecuencias
L1 y L2 Los errores del reloj del sateacutelite se eliminaron mediante el uso de efemeacuteri-
des precisas proporcionadas por el IGS en formato sp3 Los modelos ionosfeacutericos
velocidades de placas y correcciones Code-Bias se tomaron del CODE (Center for
Orbit Determination in Europe) Por uacuteltimo las correcciones de carga oceaacutenica se
obtuvieron del OnsalaSpaceOrganisation
Como resultado de todo el proceso se obtuvieron coordenadas en el marco de refe-
rencia geodeacutesico WGS84 y en el sistema de coordenadas UTM de cada uno de los
diacuteas calculados
416 Resultados obtenidos
Una vez realizados los caacutelculos se observaron considerables desplazamientos en las
estaciones permanentes situadas cerca del epicentro Este hecho se hace patente de
forma especial en la estacioacuten MIZU situada en la localidad de Mizusawa a 37441 km del epicentro como muestran las Figuras 44 y 45
4 Estudios realizados
135
Figura 44- Graacutefica en la que se muestra el desplazamiento de la estacioacuten de referencia MIZU en
las coordenadas X e Y
Figura 45 Desplazamientos horizontales en la estacioacuten MIZU Se observa la falta de datos desde
el diacutea del terremoto (11 marzo) hasta el diacutea 16 de marzo debido a que la estacioacuten quedoacute tempo-
ralmente dantildeada
4 Estudios realizados
136
Estos desplazamientos se van haciendo menores a medida que nos alejamos del
epicentro aunque resultan apreciables todaviacutea como muestran las Figuras 46 y
47 que hacen referencia a la estacioacuten de Tsukuba
Figura 46- Graacuteficas en las que se muestra el desplazamiento de la estacioacuten de referencia TSK2
en las coordenadas X e Y
Figura 47 Desplazamientos horizontales en la estacioacuten TSK2
4 Estudios realizados
137
Y al elegir la estacioacuten BJFS (Beijing China) situada a maacutes de 2000 km del epicen-
tro vemos como el sismo no produce ninguacuten desplazamiento como muestran las
figuras 48 y 49 De hecho despueacutes de comparar varias soluciones diarias no se
encontraron cambios significativos en la posicioacuten por lo que se puede calificar de
posicioacuten praacutecticamente estable (Kuo et al 2002)
Figura 48- Graacuteficas de la
estacioacuten de referencia BJFS en
la que no se observa desplaza-
mientos horizontales
Figura 49 Desplazamientos horizontales
en la estacioacuten BJFS
4 Estudios realizados
138
El desplazamiento basado en las coordenadas estaacuteticas diarias se ve afectado por los
eventos que se producen en un diacutea sin embargo tiene la ventaja de la precisioacuten
(Nishimura et al 2011)
De acuerdo con el presente estudio el mayor desplazamiento se puede apreciar en
la estacioacuten de MIZU a 37441 kilometros del epicentro
Tambieacuten se deduce del estudio de los desplazamientos en cada una de las estacio-
nes que como cabiacutea esperar los mayores desplazamientos se producen en las esta-
ciones maacutes cercanas al epicentro disminuyendo eacutestos a medida que nos alejamos de
eacuteste como muestran la Tabla 41 y la Figura 410 En la estacioacuten STK2 situada a
579 km del epicentro ya no se detectan desplazamientos
Estacioacuten Distancia epicentral (km) Desplazamiento (m)
MIZU 1403616664 271
KSMV 3034331656 083
TSK2 3185424475 065
MTKA 3851859108 030
KGNI 3868428153 030
USUD 4305464129 028
STK2 5797006672 000
CCJ2 1246230605 000
KHAJ 1275402377 000
AIRA 1289163824 000
CHAN 1539536775 000
PETS 2049470607 000
SHAO 2082604379 000
BJFS 2278574053 000
Tabla 41 Desplazamiento y distancia al epicentro de cada una de las estaciones
4 Estudios realizados
139
Figura 410 Graacutefica en la que se muestra el desplazamiento en funcioacuten de la distancia al epicen-
tro
417 Conclusiones
Del estudio de las coordenadas obtenidas para cada una de las estaciones a lo largo
del periodo calculado se pueden destacar las siguientes conclusiones
- El terremoto Tohoku-Oki ocurrioacute en una de las zonas en las que la Placa
Paciacutefica se desplaza por debajo de Japoacuten a una media de 8 u 85 cm al antildeo
(Simona et al 2011) En el breve periodo del evento siacutesmico la zona proacute-
xima al epicentro de la isla del Honshū se desplazoacute al menos 275 metros
en direccioacuten sureste hacia la placa Paciacutefica (ver Figura 45)
- A medida que nos alejamos del epicentro el desplazamiento decrece consi-
derablemente siguiendo la expresioacuten
donde y es el desplazamiento en metros y x es la distancia al epicentro en
kiloacutemetros La Figura 410 presenta el desplazamiento en funcioacuten de la
distancia al epicentro de acuerdo con esta ecuacioacuten
- El desplazamiento coseismico causado por el terremoto de Tohoku de 2011
se estimoacute en base al anaacutelisis rutinario de GEONET diferenciando las coor-
denadas diarias desde el 10 al 12 de marzo y el desplazamiento horizontal
alcanzoacute 53 m en la Peniacutensula Oshika cerca del epicentro (Nishimura et al
4 Estudios realizados
140
2011) El desplazamiento teoacuterico en la estacioacuten de Oshika GEONET colo-
cada en la Peniacutensula Oshika a 5077 Km del epicentro seriacutea seguacuten nuestra
ecuacioacuten 475 m que es una muy buena aproximacioacuten no teniendo datos
precisos sobre la distancia al epicentro considerada en el anaacutelisis citado
- El terremoto rompioacute maacutes de 400 km de la corteza a lo largo de la zona de
subduccioacuten de Japoacuten (Normil 2011) El equipo de ARIA en el JPL y Cal-
tech determinoacute el desplazamiento del campo coseismic en el arco de Japoacuten
- regioacuten insular que mostroacute desplazamientos significativos hacia el este en
la regioacuten norte de Japoacuten como se muestra en la Figura 411 con despla-
zamientos maacuteximos de aproximadamente 53 m en horizontal y 11 m
(Wang et al 2011) de subsidencia Los resultados de este estudio corrobo-
ran el estudio llevado a cabo por la NASA con soluciones de oacuterbitas raacutepi-
das y usando soacutelo los datos de las estaciones de referencia GEONET
GNSS
Figura 411 Graacutefico en el que se muestra el desplazamiento en las estaciones de referencia
GEONET
- En las estaciones maacutes alejadas como se esperaba no se detecta ninguacuten desplazamiento horizontal el diacutea del terremoto
4 Estudios realizados
141
- En el caso de la componente vertical el terremoto no parece generar nin-
guacuten movimiento vertical detectable en Japoacuten
Como se ha dicho este artiacuteculo es parte de un estudio maacutes amplio dirigido a la in-
vestigacioacuten de la deformacioacuten del terreno como precursor del movimiento siacutesmico
se estaacuten estudiando diferentes eventos siacutesmicos en diferentes lugares para detectar
los patrones de comportamiento
4 Estudios realizados
142
42 Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca
del 11 de mayo de 2011
421 Introduccioacuten
La costa mediterraacutenea es un aacuterea de gran desarrollo turiacutestico motor econoacutemico de
la zona y cuya poblacioacuten se incrementa de forma notable a lo largo de los antildeos
Incluso eventos siacutesmicos moderados pueden producir desplazamientos del terreno o
bien olas marinas con la suficiente intensidad como para producir importantes da-
ntildeos tanto humanos como econoacutemicos (Aacutelvarez-Goacutemez et al 2011)
La zona sureste de la cordillera Beacutetica es el aacuterea con mayor actividad siacutesmica de la
peniacutensula Ibeacuterica Existen varias fallas cuaternarias de longitud superior a 50 km
que hacen de eacutesta un aacuterea de particular intereacutes para estudios paleosiacutesmicos y de
riesgo siacutesmico (Martiacutenez-Diacuteaz et al 2003)
Terremotos causantes de importantes dantildeos han tenido lugar en la provincia de
Murcia varias veces en los uacuteltimos 500 antildeos Aparte del terremoto que estamos
estudiando tres eventos significativos han tenido lugar en un periodo de soacutelo seis
antildeos Mula (1999) Bullas (2002) y La Paca (2005) (Garciacutea-Mayordomo et al 2007)
El mieacutercoles 11 de mayo de 2011 a las 064725 hora local (164725 UTC) se pro-
dujo a 58 Km al WSW de Murcia un terremoto de 1 km de profundidad [USG11]
La magnitud del sismo alcanzoacute los 51 Mw El terremoto de Lorca tuvo lugar en la
regioacuten que marca el liacutemite entre las placas de Eurasia y Aacutefrica (Nubia) donde esta
uacuteltima se mueve hacia el NO (United States Geological Survey 2011)
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento de forma permanente de
las aacutereas cercanas al epicentro los efectos de cada terremoto dependen de las carac-
teriacutesticas del mismo sobre todo de la intensidad y la profundidad del epicentro
(Gianniou 2010)
Las redes geodeacutesicas se usan como base de todo tipo de trabajos geodeacutesicos uno de
los cuales son los estudios geodinaacutemicos que utilizan los cambios en la posicioacuten de
las estaciones de control de una red en un determinado periodo de tiempo para en-
tender las caracteriacutesticas de los movimientos tectoacutenicos (Oumlzyasar y Oumlzluumldemir
2011)
El objetivo de este trabajo es el estudio de los efectos tectoacutenicos producidos por el
terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011
Esta investigacioacuten se llevaraacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) que se consideraraacuten en princi-
pio no afectadas por el sismo y que conformaraacuten el marco de referencia ademaacutes se
4 Estudios realizados
143
integraraacuten estaciones dependientes de otros organismos con el fin de densificar la
informacioacuten
Las deformaciones de la superficie detectadas mediante teacutecnicas GNSS se han de-
mostrado potentes para mitigar futuros riesgos siacutesmicos (Chen et al 2011) es por lo
que este estudio se engloba dentro de un proyecto que pretende estudiar la deforma-
cioacuten del terreno como precursor de fenoacutemenos siacutesmicos
422 Antecedentes
La peniacutensula Ibeacuterica estaacute considerada como una zona de sismicidad moderada den-
tro de esta la regioacuten de Murcia presenta una sismicidad media-alta (Atlas global de
la regioacuten de Murcia 2011)
La sismicidad en el sur de Espantildea estaacute provocada por la convergencia entre la placa
africana y la placa euroasiaacutetica caracterizada por terremotos de baja a moderada
magnitud La velocidad relativa entre las placas se estima entre 4 mm y 9 mm por
antildeo (Santoyo y Luzoacuten 2008)
La sismicidad de la regioacuten de Murcia ha sido estudiada por numerosos autores
seguacuten Ibarguumlen y Rodriacuteguez Estrella (Ibarguumlen y Rodriacuteguez 1996) en la regioacuten de
Murcia existen noticias sobre destrucciones concretas causadas por terremotos des-
de 1579
Figura 412Sismos maacutes importantes en la regioacuten de murcia y alrededores (Sismimur 2011)
4 Estudios realizados
144
El Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) desarrolla una labor continua de revisioacuten de
los cataacutelogos histoacutericos existentes con el fin de introducir modificaciones al cataacutelo-
go siacutesmico oficial La uacuteltima de estas revisiones ha dado lugar a la publicacioacuten del
Cataacutelogo Siacutesmico de la Peniacutensula Ibeacuterica (880 aC-1900) que sustituye a la ante-
rior revisioacuten de 1983 En el nuevo cataacutelogo se ha ampliado el nuacutemero de terremotos
identificados y se ha mejorado su localizacioacuten epicentral asiacute como la asignacioacuten de
la intensidad macrosiacutesmica (Sismimur 2011) De acuerdo con este cataacutelogo en el
interior de la Regioacuten de Murcia consta la ocurrencia de unos 123 terremotos princi-
pales hasta el antildeo 1920 cuyos epicentros aparecen representados en la Figura 412
Estos terremotos corresponden al periodo conocido como de sismicidad histoacuterica
ya que no existiacutea todaviacutea una infraestructura instrumental suficiente
En la Figura 412 se puede observar la distribucioacuten de la sismicidad histoacuterica en la
Regioacuten de Murcia y provincias limiacutetrofes (Sismimur 2011)
La mayoriacutea de los epicentros se localizan en este periodo a lo largo de una franja
central que coincide con la alineacioacuten NE-SW que conforma los valles del Guada-
lentiacuten Sangonera y la vega del Segura Asimismo a lo largo del curso medio del
Riacuteo Segura se distingue otra concentracioacuten de epicentros de direccioacuten NNE-SSW
En contraste destaca la escasa sismicidad localizada en los maacutergenes norte y sur de
la regioacuten lo que debe interpretarse con precaucioacuten ya que puede no responder a la
realidad Conviene tener en cuenta que la identificacioacuten de terremotos histoacutericos
depende de la existencia de suficientes pruebas documentales y evidentemente
eacutestas son maacutes faacuteciles de encontrar en el caso de terremotos ocurridos cerca de po-
blaciones principales (Sismimur 2011)
Seguacuten informacioacuten de la Direccioacuten General de Seguridad Ciudadana y Emergencias
dependiente de la Consejeriacutea de Presidencia de la Regioacuten de Murcia los mayores
sismos ocurridos en la regioacuten hasta 1920 son los que se muestran en la tabla 1 Soacutelo
se muestran aquellos con intensidad mayor de VII con anterioridad a 1920 A partir
de este grado de intensidad comienzan a registrarse dantildeos de importancia en algu-
nas edificaciones
Como puede apreciarse en la tabla en la localidad de Lorca ya se registraron terre-
motos de cierta intensidad en enero de 1579 y agosto de 1674
A partir de 1920 empieza ya a funcionar la primera red siacutesmica espantildeola pasando
asiacute ya al periodo instrumental En la Regioacuten de Murcia se encuentra la estacioacuten
denominada ldquoLa Murtardquo En este punto dado que ya se dispone del instrumental
necesario para ello se pasa a caracterizar a los terremotos por su magnitud en lugar
de por su intensidad lo que supone una forma maacutes objetiva
Desde el antildeo 1920 hasta aproximadamente mediados del antildeo 2005 se han registrado
en el interior de la Regioacuten de Murcia unos 1600 terremotos Entre ellos destacan 19
eventos principales con magnitud superior a 40 junto con dos de magnitud menor
4 Estudios realizados
145
que produjeron importantes dantildeos (Sismimur 2011) Tras la serie siacutesmica que con-
forman los terremotos de 1911 no se conoce actividad siacutesmica hasta 1948 cuando
se produjo el 23 de junio un terremoto de magnitud 53 A partir de entonces des-
tacan los de Mula (1999) Bullas (2002) y La Paca (2005)
Tabla 42 Terremotos y su intensidad Tomado de Sismimur 2011
Podemos observar en la Figura 413 que se producen terremotos por toda la Regioacuten
de Murcia aunque se aprecia una mayor sismicidad en el tercio central y la franja
limiacutetrofe con la Provincia de Alicante
Se pueden sentildealar varias agrupaciones de epicentros destacando las situadas si-
guiendo la alineacioacuten NE-SO de los valles del Guadalentiacuten Sangonera y Segura a
lo largo del curso alto del Riacuteo Segura y en la Cuenca de Fortuna y tambieacuten en el
aacuterea de Caravaca de la Cruz Jumilla y al Norte de Lorca El 97 de la sismicidad
se corresponde con terremotos de magnitudes inferiores a 40 De hecho en la zona
no se ha registrado auacuten un terremoto de gran magnitud (M gt 6) que pudiera tener
consecuencias catastroacuteficas Estudios recientes de paleosismicidad estiman que la
ocurrencia de un terremoto de estas caracteriacutesticas puede tener lugar cada varios
miles de antildeos Sin embargo se puede estimar que la ocurrencia de terremotos mo-
derados (M= 4-5) tiene lugar cada 4-5 antildeos como media Algunos de ellos han pro-
vocado dantildeos significativos (Sismimur 2011) En la Figura 413 podemos observar
la distribucioacuten de la sismicidad instrumental en el periodo de 1920 a 2005 en la Regioacuten de Murcia y zonas adyacentes
4 Estudios realizados
146
Figura 413 Distribucioacuten de la sismicidad instrumental en el periodo de 1920 a 2005 en la Regioacuten
de Murcia y zonas adyacentes (Sismimur 2011)
423 Marco geoestructural
La Regioacuten de Murcia se encuentra en el interior del Oroacutegeno Beacutetico que forma
parte de la zona de contacto de las placas tectoacutenicas de Aacutefrica y Eurasia al no exis-
tir en esta zona de contacto ninguacuten accidente geograacutefico capaz de absorber los es-
fuerzos producidos por el citado contacto los efectos se distribuyen a lo largo de
una zona de orientacioacuten E-W de alrededor de 400 km de ancho Mediante interfe-
rometriacutea espacial se ha calculado una velocidad de movimiento relativo en el centro
de la Peniacutensula Ibeacuterica entre las citadas placas de 02 mmantildeo con una direccioacuten
NO-SE (Sismimur 2011)
El nivel de peligrosidad siacutesmica de la Regioacuten de Murcia viene determinado por la
reparticioacuten de la deformacioacuten producida por la convergencia entre las placas Afri-
4 Estudios realizados
147
cana y Euroasiaacutetica en un aacuterea tan extensa unido a la relativamente baja velocidad
de acercamiento entre las placas ya que la liberacioacuten de energiacutea siacutesmica producto
de la convergencia Aacutefrica-Iberia tiene lugar preferentemente a traveacutes de pequentildeos
terremotos dispersos en lugar de a traveacutes de grandes terremotos singulares La dis-
tribucioacuten difusa de la sismicidad dificulta enormemente la identificacioacuten de fuentes
asociadas a accidentes tectoacutenicos concretos y la definicioacuten de zonas sismogeneacuteticas
resulta muy subjetiva
En la Figura 414 vemos un encuadre geoloacutegico regional de la Regioacuten de Murcia
El recuadro interno identifica la parte oriental de las Cordilleras Beacuteticas
Figura 414 Encuadre geoloacutegico regional de la Regioacuten de Murcia (Sismimur 2011)
Desde el punto de vista sismotectoacutenico la Regioacuten de Murcia presenta gran intereacutes
en lo que se refiere a la obtencioacuten de datos uacutetiles para el caacutelculo de la peligrosidad
siacutesmica Esto es asiacute debido a que las fallas con actividad neotectoacutenica en este sector
de la Cordillera Beacutetica presentan una gran longitud Este hecho hace que las super-
ficies potenciales de ruptura sean muy grandes y por ello las magnitudes maacuteximas
teoacutericas tambieacuten lo sean (Sismimur 2011)
En la Figura 415 se muestra un mapa de sismicidad del Sur de la Peniacutensula Ibeacuterica
y Norte de Aacutefrica (periodo 1980-2003) para magnitudes mayores de 35 Los datos son del Instituto Geograacutefico Nacional Los terremotos profundos se muestran en
4 Estudios realizados
148
negro Los intermedios en gris oscuro y los superficiales en gris claro Se muestran
ademaacutes los vectores de convergencia entre las placas Euroasiaacutetica y Africana
Figura 415 Mapa de sismicidad del Sur de la Peniacutensula Ibeacuterica y Norte de Aacutefrica (periodo 1980-
2003) para magnitudes mayores de 35 (Sismimur 2011)
En los uacuteltimos antildeos existe una tendencia hacia una mayor incorporacioacuten de datos
geoloacutegico-estructurales en los estudios sismotectoacutenicos con el fin de relacionar en
mayor medida el efecto siacutesmico (terremoto) con la fuente generadora (falla activa)
Es una manera de integrar observaciones de tipo geodinaacutemico y tectoacutenico a la hora
de interpretar la sismicidad (Sismimur 2011)
En la Figura 416 se muestra el mapa de sismicidad de intensidad MSK gt IV al este
de las Cordilleras Beacuteticas (periodo 1000-2005)
En este arco sismotectoacutenico la zona de la Regioacuten de Murcia es una zona de activi-
dad siacutesmica actual moderada caracterizada por terremotos de magnitud igual o
inferior a 50 Sin embargo tanto en el registro histoacuterico como en el paleosiacutesmico
se identifican eventos de magnitudes superiores a 60 A esto hay que antildeadir que en
los uacuteltimos 5 antildeos se han producido tres series siacutesmicas en el entorno de la Falla de
Crevillente con magnitudes superiores a 45 que han generado cuantiosos dantildeos
materiales y gran alarma social (Sismimur 2011)
Toda la zona que se describe presenta una alta densidad de fracturacioacuten con orienta-
ciones praacutecticamente en la totalidad de las direcciones Concretamente se pueden
reconocer 4 sistemas de fallas de orientacioacuten general NW-SE N-S (de NNW-SSE a NNE-SSW) NE-SW a ENE-WSW y WSW-ESE La longitud en superficie de estas
fallas no sobrepasa por lo general los 10 km
4 Estudios realizados
149
Se han identificado asociaciones con la sismicidad en todos los sistemas de orienta-
ciones ya sea por la ocurrencia de series siacutesmicas o por alineaciones de epicentros
bien localizados Esta situacioacuten sugiere que todos los sistemas de fallas indepen-
dientemente de su orientacioacuten son siacutesmicamente activos De este modo se explica
la distribucioacuten difusa de la sismicidad en la Regioacuten de Murcia Las fallas con mayor
grado de actividad reciente son las fallas de Alhama de Murcia y Carrascoy
Figura 416 Mapa de sismicidad de intensidad MSK gt IV al este de las Cordilleras Beacuteticas (pe-
riodo 1000-2005) (Sismimur 2011)
En la Figura 417 vemos las grandes Fallas del sureste de Espantildea Se indican los
diferentes segmentos tectoacutenicos que componen cada gran falla asiacute como su grado
de actividad tectoacutenica reciente La falla de Alhama de Murcia es la falla activa de
mayor longitud del sur de la Peniacutensula Ibeacuterica y se encuentra acompantildeada por nu-
merosas fallas secundarias de dimensiones que van desde 2 km hasta 15 oacute 20 km
muchas de las cuales pueden ser siacutesmicamente activas (Martiacutenez-Diacuteaz 1999)
4 Estudios realizados
150
Figura 417 Principales Fallas del sureste de Espantildea Fuente [SIS11]
Las fallas maacutes importantes son las siguientes 1 Pozohondo-Tobarra 2 Socovos-
Calasparra 3 Tiacutescar 4 Crevillente (sector Murcia) 5 Crevillente (sector Alican-
te) 6 Alhama de Murcia 7 Jumilla 8 Carrascoy 9 Bajo Segura 10 Torrevieja
11 San Miguel de Salinas 12 Palomares 13 Corredor de Las Alpujarras 14 Al-
hamilla 15 Carboneras 16 Las Moreras-Escarpe de Mazarroacuten
El segmento Lorca-Totana (b) de la falla de Alhama de Murcia es una estructura de
16 km de longitud compuesta por dos brazos de falla principales NE-SW (1) Una
falla inversa con inclinacioacuten NW con un fuerte buzamiento al NW y (2) una falla
inversa con inclinacioacuten SE buzando al SE con deslizamiento oblicuo (Massana et
al 2004)
La citada falla se desdobla generando un corredor de hasta 2 km de anchura en el sector comprendido entre Lorca y Totana donde se aprecia una complejidad tectoacute-
nica debida al caraacutecter polifaacutesico de este accidente y a los diferentes movimientos
4 Estudios realizados
151
que presenta tanto de caraacutecter inverso como de caraacutecter direccional que responden
seguacuten diversos autores a rotaciones del esfuerzo principal desde tiempos messinien-
ses hasta la actualidad (Martiacutenez-Diacuteaz y Hernaacutendez 1991)
En general todas estas fallas descritas presentan actividad que afecta a materiales
del Mioceno Superior Plioceno o Cuaternario por tanto tienen actividad bajo el
campo de esfuerzos actual Ello hace que sean fallas potencialmente activas capaces
de generar terremotos en cualquier momento de magnitudes superiores a 55 Cono-
ciendo la geometriacutea de una falla es posible estimar la magnitud maacutexima que genera-
riacutea un terremoto que rompiera toda la extensioacuten del plano de falla Por otra parte si
se conoce la edad de las uacuteltimas deformaciones asociadas a la falla o la tasa de
deslizamiento se puede inferir el periodo de recurrencia medio del evento maacuteximo
Los sistemas de fracturacioacuten secundaria que suelen ir asociados a distribuciones
difusas de la sismicidad tienden a incluirse en el caacutelculo de la peligrosidad forman-
do parte de zonas sismogeneacuteticas cualquier evento puede ocurrir con igual probabi-
lidad en cualquier lugar dentro de la zona
424 Metodologiacutea utilizada
Como muchos otros aspectos de la vida la ciencia de los terremotos ha entrado en
una nueva era con el desarrollo de tecnologiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten
de la superficie en las zonas tectoacutenicamente activas
En el presente artiacuteculo se utilizaraacuten teacutecnicas GNSS para cuantificar el desplaza-
miento si lo hubiera de las estaciones permanentes GNSS de la zona objeto del
terremoto tomando como referencia estaciones permanentes GNSS situadas en
zonas que se consideraraacuten no afectadas por el seiacutesmo
4241 Datos de partida
Se procesoacute la informacioacuten proporcionada por cuatro organismos que ofrecen datos
GNSS de sus estaciones permanentes de forma continua estos son
- Red REGAM (Cartomur ndash Infraestructura de datos espaciales de referencia
de la Regioacuten de Murcia) de donde se tomaron datos de las estaciones ALCA (Los
Alcaacutezares Murcia) CARA (Caravaca Murcia) JUMI (Jumilla Murcia) MAZA
(Mazarroacuten Murcia) MORA (Moratalla Murcia) y MULA (Mula Murcia)
- Red MERISTEMUM (Direccioacuten General del Medio Natural Consejeriacutea de
Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia) De la que se tomaron las
estaciones CRVC (Caravaca Murcia) LORC (Lorca Murcia) MURC (Murcia
Murcia)
4 Estudios realizados
152
- Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) De la que se tomoacute informacioacuten
de las estaciones CAAL (Calar Alto Gergal Almeriacutea HUOV (Huercal-Overa
Almeriacutea) PALC (Pozo Alcoacuten Jaeacuten) y VIAR (Villanueva del Arzobispo Jaeacuten)
- Red de estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional (IGN)
De donde se utilizaron los datos de las estaciones ALAC (Alicante Alicante)
ALME(Almeriacutea Almeriacutea) COBA (Coacuterdoba Coacuterdoba) MALA (Malaga Maacutelaga)
SONS (Sonseca Toledo) TERU (Teruel Teruel) Y VALE (Valencia Valencia)
De todas las estaciones citadas se tomaron como marco de referencia las pertene-
cientes al IGN excepto ALME y ALAC en la Figura 418 se muestra la distribucioacuten
de las estaciones permanentes utilizadas Todos los organismos mencionados pro-
porcionan datos de observacioacuten GPS en forma de archivos RINEX cada 30 segun-
dos asiacute como las coordenadas aproximadas de las estaciones datos que se utiliza-
ron para el estudio
Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red se obtuvieron del
Center forOrbitDetermination in Europe (CODE) estos datos son correcciones
ionosfeacutericas oacuterbitas precisas de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra
y velocidades de las estaciones
Los datos acerca de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del OnsalaSpaceObservatory
Figura 418 Estaciones permanentes utilizadas
4 Estudios realizados
153
4242 Marco temporal
Con el objetivo de estudiar el comportamiento de las estaciones antes del terremoto
se tomaron datos desde el 1 de mayo de 2011 hasta el diacutea del terremoto (11 de ma-
yo) considerando eacuteste como un periodo de calma A partir de entonces se procesa-
ron datos diarios hasta el 20 de mayo y desde ese diacutea se procesoacute un diacutea cada cinco
4243 Procesamiento de los datos
Todo el proceso de caacutelculo se llevoacute a cabo con la ayuda del programa informaacutetico
Bernese de la Universidad de Berna que nos permite compensar redes GNSS con
una gran precisioacuten y control de las mismas
Se realizoacute una primera compensacioacuten como red libre con el fin de detectar errores
groseros para posteriormente constrentildeir las coordenadas de las estaciones que
como ya se indicoacute se consideroacute que formariacutean el marco de referencia
Se eligioacute la combinacioacuten de libre ionosfera y el modelo troposfeacuterico de Hopfield
En el proceso de caacutelculo se utilizaron oacuterbitas precisas paraacutemetros ionosfeacutericos
correcciones Code-Bias y correcciones por cargas oceaacutenicas
Se obtuvieron coordenadas en el marco de referencia geodeacutesico ETRS89 y en el
sistema de coordenadas UTM de las estaciones en cada uno de los diacuteas calculados
425 Resultados obtenidos
Cuando se comparan varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calcula-
das en diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se
pueden utilizar para cuantificar los desplazamientos de la superficie terrestre y su
velocidad (Chang 2000)
En la Figura 419 se muestran las graacuteficas de la posicioacuten en funcioacuten del tiempo de
la estacioacuten de Lorca (LORC) Esta estacioacuten es la maacutes cercana al epicentro y en
principio deberiacutea registrar los mayores desplazamientos en el caso de existir
Una vez realizados todos los caacutelculos se observa que no se han producido despla-
zamientos significativos en ninguna de las estaciones estudiadas como consecuencia
del evento siacutesmico del 11 de mayo
4 Estudios realizados
154
Figura 419 Graacuteficas de la posicioacuten en funcioacuten del tiempo de la estacioacuten LORC
426 Conclusiones y recomendaciones
Del estudio de las coordenadas obtenidas para cada una de las estaciones a lo largo
del periodo calculado se pueden destacar las siguientes conclusiones
El terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 no produjo desplazamientos detecta-
bles en la estacioacuten de referencia (LORC) como se puede ver en la Figura 419 ni
en ninguna de las otras utilizadas para el estudio
En el periodo temporal estudiado se ha detectado una tendencia hacia la subsiden-
cia del terreno reflejada en la altura elipsoidal h de la estacioacuten de Lorca Concreta-mente se ha detectado un hundimiento de maacutes de dos centiacutemetros en los dos meses
4 Estudios realizados
155
y medio estudiados La expresioacuten empiacuterica que se ha calculado para la variacioacuten
temporal de dicha variable en el tiempo es la siguiente
h = -2 E-06 t2 + 01896 t - 34859 Eq (1)
Este resultado apoya la hipoacutetesis basada en un hundimiento del terreno en la zona
cercana a Lorca Este fenoacutemeno podriacutea haber tenido su origen en el descenso del
nivel freaacutetico del acuiacutefero del Valle del Guadalentiacuten hecho que produciriacutea a su vez
una compactacioacuten lenta del aacuterea no saturada desde los antildeos sesenta del siglo pasa-
do (Rodriacuteguez Estrella 2012)
La tasa de hundimiento detectada en este estudio es de 101 cmantildeo tasa que coin-
cide con los valores calculados mediante teacutecnicas de interferometriacutea radar diferen-
cial en los trabajos de Gonzaacutelez PJ y Fernaacutendez J (Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2011)
A pesar de no haber detectado movimientos directamente achacables al terremoto
estudiado pensamos que es uacutetil seguir con la monitorizacioacuten de la zona por dos
motivos
- Estudiar y detectar futuras deformaciones en el terreno que nos puedan llevar a
relacionar a priori estos movimientos con futuros eventos siacutesmicos
- Hacer un seguimiento del proceso de subsidencia detectado en la estacioacuten de refe-
rencia de Lorca aunque en este caso se hariacutea necesario densificar la red en la zona
4 Estudios realizados
156
43 Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutec-
nicas GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de
2011
431 Introduccioacuten
Desde la antiguedad los desastres naturales han supuesto la causa de muerte maacutes
importante el sesenta por ciento de las muertes causadas por desastres naturales en
la pasada deacutecada se debieron a terremotos seguacuten el Centro de investigaciones epi-
demioloacutegicas y desastres (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters
CRED) Estos desastres son el resultado del hecho de que ocho de las ciudades maacutes
pobladas de la Tierra estaacuten construidas sobre fallas tectoacutenicas Estas ciudades son
Kathmandu Nepal Estanbul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta Indonesia Tokio
Japoacuten Ciudad de Meacutexico Meacutexico Delhi India Nueva York US Vancouver
BC Shanghai China y Los Aacutengeles California US (Centre for Research on the
Epidemiology of Disasters 2010) Ademaacutes aproximadamente una de cada dos
personas vive en una ciudad y en soacutelo 35 antildeos este nuacutemero se incrementaraacute hasta
dos de cada tres seguacuten la Fundacioacuten para la poblacioacuten de Naciones Unidas (UN-
FPA United Nations Population Fund) En 2011 maacutes de la mitad de la poblacioacuten
viviacutea en aacutereas urbanas y en 2030 las ciudades seraacuten el hogar de casi cinco billones
de personas (United Nations Population Fund 2011)
Por lo tanto el estudio de los terremotos es gran intereacutes en cuanto que puede ayu-
dar a predecir doacutende existe la mayor probabilidad de ocurrencia de un terremoto y
en la medida de lo posible determinar su intensidad Asiacute la monitorizacioacuten de te-
rremotos ha cobrado gran importancia en los recientes estudios cientiacuteficos Una de
las teacutecnicas que maacutes recientemente se ha sumado a las numerosas teacutecnicas interdis-
ciplinares utilizadas en el estudio de terremotos es la Geodesia espacial (N Kul-
karni et al 2001)
La ciencia de los terremotos ha entrado en una nueva era con el desarrollo de las
tecnologiacuteas espaciales para medir las deformaciones de la superficie de la Tierra en
zonas tectoacutenicamente activas Las esta ciones de referencia que operan contiacutenua-
mente pueden ser una herramienta muy potente para monitorizar las deformaciones
(Oumlzyasar y Oumlzluumldemir 2011) Esta cantidad tan elevada de datos GPS disponibles
hace que la distinction entre observaciones geodeacutesicas y seiacutesmicas y modelado no
esteacute clara (Yue y Lay 2011)
Por lo tanto los grandes terremotos son claves importantes para la comprensioacuten de
los fenoacutemenos de deformacioacuten de la corteza incluidos los efectos coseismicos (la
ruptura principal y los primeros temblores) y postseismicos (que incluyen un corto
plazo despueacutes de la fase de deslizamiento y una fase de relajacioacuten viscoelaacutestica a
largo plazo) (USGS (Encuesta geoloacutegica de EEUU) 2011)
4 Estudios realizados
157
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento permanente de las aacutereas
cercanas al epicentro y por consiguiente de las estaciones de referencia Las coor-
denadas geodeacutesicas de los puntos en la superficie de las placas tectoacutenicas cambian
con el tiempo debido al movimiento de las placas y por lo tanto dependen de la
eacutepoca en que se obtuvieron las coordenadas Si se conocen estos elementos (direc-
cioacuten y magnitud) es posible determinar la variacioacuten de las coordenadas del punto
en funcioacuten del tiempo (Peacuterez et al 2003) Ademaacutes los resultados geodeacutesicos pue-
den ser una valiosa informacioacuten para gestionar los sistemas en cuanto a la toma de
decisiones basadas en las caracteriacutesticas geoloacutegicas de la zona de estudio (Rangin et
al 2002)
Seguacuten Meade (2002) la mayoriacutea de los desplazamientos geoloacutegicos se producen a
lo largo de las fallas y el desplazamiento de las fallas generalmente tiene lugar du-
rante los terremotos (MEADE et al 2002)
Sin embargo los efectos de cada terremoto dependen de sus caracteriacutesticas y espe-
cialmente de la intensidad y la profundidad del epicentro (Gianniou 2002 y Wright
et al 2011) utilizan posicionamiento de punto preciso en modo tiempo real con
estados de reloj radiodifundios y correcciones orbitales para dar la posicioacuten de las
estaciones cada segundo permitiendo que los datos detecten los movimientos de la
estacioacuten centraacutendose en las alertas de tsunami (Wright et al 2011) La disponibili-
dad en tiempo real de los citados desplazamientos puede ser de gran utilidad en la
capacidad de accioacuten frente al terremoto y la alerta de tsunamis y hasta cierto punto
en la predicioacuten de terremotos (Grapenthin y Freymueller 2011) Grapenthin propo-
ne un meacutetodo que integra desplazamientos en tiempo real en un sistema de alarma
de terremotos
Sin embargo las anteriores teacutecnicas estudian los desplazamientos cerca del epicen-
tro mientras que el objetivo de este estudio era determinar si los terremotos produ-
cen desplazamientos de permanentes de placas suficientemente representativos para
ser detectados mediante teacutecnicas GNSS Para este fin el terremoto en Van se estu-
dioacute en el marco general definido por las estaciones permanentes del Servicio Inter-
nacional GNSS (International GNSS Service IGS)
Tanto las investigaciones sismoloacutegicas como las geodinaacutemicas ponen de manifiesto
que la Regioacuten del Egeo que comprende el Arco Heleacutenico la Grecia continental y
Turquiacutea occidental es la regioacuten maacutes seiacuteosmicamente activa de Eurasia occidental
La convergencia de las placas litosfeacutericas de Eurasia y Aacutefrica obliga a un movi-
miento hacia el oeste de la placa de Anatolia con respecto a la Euroasiaacutetica (Hali-
cioglu y Ozener 2008)
La sismicidad de la regioacuten de Turquiacutea se controla por la interaccioacuten compleja de
varias placas tectoacutenicas la placa africana la placa aacuterabe y la placa eurasiaacutetica (pla-ca de Anatolia y placa del mar Egeo) Como consecuencia de la dinaacutemica de este
4 Estudios realizados
158
ambiente geotectoacutenico complejo la historia de terremotos de grandes magnitudes es
larga sobre todo en la regioacuten nor-occidental de Turquiacutea
La falla tectoacutenica del norte de Anatolia constituye el liacutemite de las placas Anatolia-
Egea y Eurasiaacutetica al norte Esta falla es responsable de una secuencia de terremo-
tos de magnitudes superiores a 67 desde 1939 (Hammer y Mosquera Machado
2002)
Turquiacutea es un paiacutes tectoacutenicamente activo que experimenta terremotos destructivos
frecuentes Este terremoto es un recordatorio de los muchos eventos siacutesmicos mor-
tales que Turquiacutea ha sufrido en el pasado reciente
- En 1999 un devastador terremoto de magnitud 76 cerca de Izmit rompioacute una
seccioacuten de la falla de Anatolia del Norte (aproximadamente 1000 kiloacutemetros al
oeste del terremoto que acontecioacute el 23 de octubre de 2011) matando a 17000
personas hiriendo a 50000 y dejando sin hogar a 500000
- En 1976 ocurrioacute un terremoto de magnitud 73 cerca de la frontera entre Turquiacutea e
Iraacuten (aproximadamente a 65 kiloacutemetros del terremoto que tuvo lugar el 23 de octu-
bre de 2011) destruyendo varias aldeas y matando a entre 3000 y 5000 personas
- En 1939 hubo un terremoto de magnitud 78 cerca de Erzincan matando a unas
33000 personas (Ergintav et al 2002)
Figura 420 Situacioacuten de la localidad de Van al Este de Turquiacutea
4 Estudios realizados
159
La red de estaciones permanentes de Turquiacutea se puede ver en la seccioacuten ldquo32528
Turquiacutea Programas del grupo de trabajo en Geodinaacutemica Unioacuten nacional de Geo-
desia y Geofiacutesica de Turquiacuteardquo
El domingo 23 de octubre de 2011 a las 014121 PM hora local (104121 UTC)
hubo un terremoto en el este de Turquiacutea y en concreto en la ciudad de Van La
magnitud del terremoto alcanzoacute 72 Mw (Servicio Geoloacutegico de los EEUU 2011)
Su hipocentro se ubicoacute a 16 km de profundidad y su epicentro como se muestra en
la Figura 420 se encontraba en la ciudad de Van en el este de Turquiacutea
Las zonas maacutes afectadas fueron la regioacuten central y parte de la zona este de Turquiacutea
relacionadas con la colisioacuten continental entre la Placa Araacutebiga y la placa Euroasiaacuteti-
ca Todo este sector estaacute afectado por la convergencia entre las dos placas manifes-
taacutendose fundamentalmente a lo largo del pliegue Bitlis-Zagros
Seguacuten el USGS (United States Geological Survey) se alcanzoacute el grado IX en la
escala de Intensidad Estimada Modificada de Mercalli (Estimated Modified Mecalli
Intensity) Tambieacuten se detectaron movimientos que llegaron a la magnitud V y III
especiacuteficamente en los paiacuteses vecinos como Armenia Azerbaiyaacuten Georgia Iraacuten
Irak y Siria Seguacuten el Instituto Geofiacutesico de Israel el sismo fue sentido en zonas tan
alejadas como Tel Aviv
432 Marco geoestructural
En el aacuterea en la que se produjo el terremoto la Placa Araacutebica estaacute colisionando con
la Placa Euroasiaacutetica y ha creado un mosaico complejo de montantildeas como conse-
cuencia del fallado lateral e inverso La colisioacuten entre ambas placas tiene lugar en la
parte oriental de Turquiacutea
Largos sistemas de fallas traslacionales se extienden a traveacutes de la mayor parte del
centro-oeste de Turquiacutea y facilita el movimiento hacia el oeste del Bloque de Ana-
tolia mientras se compresa por la convergencia de las Placas Araacutebicas y Asiaacuteticas
Como puede verse en la Figura 421 en el aacuterea de Van y en la parte maacutes al este la
tectoacutenica es dominada por la zona de sutura de Bitlis (al este de Turquiacutea) y el cintu-
roacuten plegado de los Zagros (cercaniacuteas de Iraacuten)
En cuanto al movimiento relativo en esta zona como se aprecia en la Figura 421
las porciones del norte de Arabia se desplazan con un giro de 40 grados Noroeste
aproximadamente consistente con el modelo global NUVEL-1a del movimiento de
placa El Este de Turquiacutea muestra una deformacioacuten distribuida mientras que Tur-
quiacutea occidental y la placa Egea rotan como la placa de Anatolia alrededor de un
polo cerca de la peniacutensula del Sinaiacute causando un movimiento de fuerte desliza-
miento a lo largo de la falla del Norte de Anatolia
4 Estudios realizados
160
Figura 421 Sistema de fallas de Turquiacutea de Rangin et al 2002 (Hammer and mosquera macha-
do 2002)
433 Metodologiacutea
Dado que el objetivo de este trabajo era estudiar movimientos permanentes de las
placas producidos por el terremoto se utilizaron datos GNSS de estaciones perma-
nentes proporcionados por el IGS Las estaciones elegidas se encuentran en diferen-
tes placas
Por otro lado la metodologiacutea fundamental de deteccioacuten de las tendencias de movi-
miento se basa en la utilizacioacuten de las redes permanentes GNSS de monitorizacioacuten
continentales (Pospisil et al 2012)
Se seleccionaron un total de doce estaciones permanentes algunas de las cuales
estaban relativamente cerca del epicentro y otros que a priori estaban completa-
mente fuera del aacuterea de accioacuten del terremoto
El criterio para seleccionar las estaciones fue formar una red lo maacutes homogeacutenea
posible y la distribucioacuten de las estaciones entre las diferentes placas tectoacutenicas que
presumiblemente podriacutean estar relacionados con el evento siacutesmico estudiado Por
otra parte teniendo en cuenta que hay una relacioacuten entre la distancia al epicentro y los desplazamientos de la estacioacuten (Garrido-Villen et al 2011) las estaciones ele-
gidas deben estar a diferentes distancias del epicentro
4 Estudios realizados
161
Concretamente como se muestra en la Figura 422 y la Tabla 43 se utilizaron las
siguientes estaciones
- Placa Eurasiaacutetica
o ANKR (Ankara Turquiacutea) ARTU (Arti Ekaterinburg Rusia)
MOBJ (Obninsk Rusia) NOT1 (Noto Italia) PENC (Penc Hun-
griacutea) POL2 (Bishkek Kyrgyzstan) TEHN (Tehran Iraacuten) y ZECK
(Zelenchukskaya Rusia)
- Placa Africana
o ADIS (Addis Abeba Etiopiacutea) ndash subplaca Nubia DRAG (Metzoki
dragot Israel) y NICO (Nicosia Chipre)
- Placa Arabiga
o ISER (Erbil Iraq)
o
Figura 422 Cartografiacutea de la red geodesic disentildeada Modificada de Terrametrics 2013
4 Estudios realizados
162
Permanent station Epicentre distance
ISER 277338
ZECK 542987
TEHN 767209
ANKR 932560
NICO 975290
DRAG 107149
MOBJ 190419
PENC 219594
ARTU 226819
NOT1 250050
POL2 265419
ADIS 332070
Tabla 43 Distance in kilometers from the epicentre of the stations
El IGS proporciona datos de observacioacuten GPS de cada estacioacuten elegida Estos datos
se toman como archivos RINEX cada 30 segundos y registran las coordenadas
aproximadas de las estaciones Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensa-
cioacuten de la red se obtuvieron del Centro Europeo de Determinacioacuten de Oacuterbitas (CO-
DE) estos datos son correcciones ionosfeacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la
Tierra correcciones instrumentales Code-Bias y velocidades de las estaciones Las oacuterbitas precisas de los sateacutelites se obtuvieron del IGS Los datos de cargas oceaacuteni-
cas se obtuvieron del Observatorio Espacial Onsala
4 Estudios realizados
163
Marco temporal
Una vez seleccionadas las estaciones a estudiar se definioacute el calendario
En primer lugar se decidioacute realizar los caacutelculos de la red geodeacutesica diacutea a diacutea diez
diacuteas antes del terremoto asumiendo que se trata de un periodo de relativa calma y
diez diacuteas despueacutes Posteriormente a los diez primeros diacuteas se tomaron datos ya cada
5 diacuteas
Las posiciones calculadas los diacuteas previos al terremoto se usaron como coordenadas
patroacuten a comparar con las obtenidas los diacuteas posteriores al evento siacutesmico
Definicioacuten del Datum
El datum geodeacutesico se puede definir constrintildeendo las coordenadas de las estaciones
de referencia a sus valores a priori
Las estaciones permanentes GNSS lejanas al epicentro se utilizaron para definir el
marco de referencia constrintildeeacutendolas Estas estaciones son ARTU POL2 ADIS
NOT1 PENC y MOBJ
Todas las estaciones son estaciones permanentes GNSS del IGS y por lo tanto los
resultados geodeacutesicos se dan en el Marco Global de Referencia Terrestre Interna-
cional (ITRF)
Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda de software Bernese Bernese es un
software cientiacutefico desarrollado por la Universidad de Berna que permite compen-
sar redes geodeacutesicas GNSS con alta precisioacuten con un alto control del proceso(Dach
et al 2007)
Los datos GPS disponibles fueron procesados sesioacuten a sesioacuten para obtener las solu-
ciones diarias En un primer paso se estimaron las ambiguumledades y se fijaron a un
entero utilizando la estrategia de Quasi Libre Ionosfera (QIF) Los caacutelculos se reali-
zaron utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes
tarde las coordenadas de las estaciones que definen el Datum se constrintildeeron El
retardo troposfeacuterico se corrigioacute usando el modelo Saastamoinen con una pondera-
cioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2 (z) donde z es la distancia cenital La
correccioacuten troposfeacuterica huacutemeda se aplica en intervalos de una hora para estimar el
Retardo Troposfeacuterico del Zenith de las sentildeales GPS Por otra parte el retardo ionos-
feacuterico se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de datos GPS en las frecuen-
cia L1 y L2 los errores del reloj de los sateacutelites se eliminaron mediante el uso de
efemeacuterides precisas proporcionadas por el IGS sp3
Las coordenadas se obtuvieron en el Marco de Referencia Geodeacutesico ITRF y en el sistema de coordenadas UTM para cada diacutea calculado
4 Estudios realizados
164
434 Resultados
Despueacutes ajustada la red geodeacutesica las coordenadas calculadas de cada estacioacuten para
cada diacutea se obtuvieron con desviaciones planimeacutetricas que oscilan entre 08 y 11
mm
Basaacutendose en los caacutelculos no existen desplazamientos relativos detectables entre
las diferentes estaciones seleccionadas comparando las posiciones calculadas antes
y despueacutes del terremoto
Figura 423 Graacutefica que muestra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten de referencia ISER (Erbil Iraq ndash Placa Arabiga)
Las figuras 4 5 y 6 muestran la variacioacuten de las posiciones de las estaciones Erbil
(Iraq) Ankara (Turquiacutea) y Metzoki Dragot (Israel) localizadas en la placa Araacutebiga Placa Euroasiaacutetica y la placa Africana respectivamente
4 Estudios realizados
165
Como se muestra en la Figura 423 a pesar de ser la maacutes cercana al terremoto los
movimientos de la estacioacuten permanente ISER en las coordenadas X e Y durante el
periacuteodo estudiado fueron menores de 2 centiacutemetros incluso teniendo en cuenta los
diacuteas anteriores y posteriores al terremoto lo que no es suficiente para demostrar la
existencia de un desplazamiento permanente de la placa Araacutebiga debido al terremo-
to estudiado
Figura424 Graacutefica que muestra el desplazamiento en las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten permanente de referencia ANKR (Ankara Turquiacutea ndash Placa Eurasiaacutetica)
Como puede verse en la Figura 424 los desplazamientos de la estacioacuten permanen-
te ANKR en las coordenadas X e Y durante el periacuteodo estudiado fueron menores de
2 centiacutemetros lo cual es consistente con los resultados obtenidos por la estacioacuten
ISER teniendo en cuenta que a pesar de que la estcioacuten ANKR pertenece al mismo
paiacutes estaacute bastante lejos del epicentro del terremoto Estos desplazamientos tambieacuten
son insuficientes para demostrar la existencia de un desplazamiento de la placa de Eurasia causado por el terremoto en Turquiacutea
4 Estudios realizados
166
Figura 425 Graacutefica que muestra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten de referencia DRAG (Metzoki dragot Israel ndash Subplaca Nubia)
Finalmente la Figura 425 presenta los resultados para la estacioacuten permanente
DRAG situada en Metzoki Dragot Israel Esta figura como las figuras anteriores
muestra movimientos de menos de 2 centiacutemetros que no permiten llegar a la con-
clusioacuten de que hubo un desplazamiento de la placa africana debido al terremoto
4 Estudios realizados
167
Figura 426 Graacutefica que muestra el desplazamiento en coordenadas Xutm e Yutm de la estacioacuten
de referencia TEHN (Teheraacuten Iraacuten ndash Placa Eurasiaacutetica)
Las Figuras 426 y 427 muestran la variacioacuten de las posiciones de las estaciones
de Teheraacuten (Iraacuten) y Zelenchukskaya (Rusia) localizadas en la placa de Eurasiaacutetica
Como se muestra en la Figura 426 los movimientos de las coordenadas X e Y de la
estacioacuten permanente TEHN en en el periodo estudiado fueron menos de 1 centiacuteme-
tro incluso teniendo en cuenta los diacuteas anteriores y posteriores al terremoto
Como se puede ver en la Figura 427 los desplazamientos de las coordenadas X e
Y de la estacioacuten permanente ZECK en durante el periodo de estudio fueron de me-
nos de 2 centiacutemetros Estos desplazamientos tambieacuten fueron insuficientes para de-
mostrar la existencia de un desplazamiento de la placa de Eurasiaacutetica a causa del
terremoto de Turquiacutea
El desplazamiento general de estaciones permanentes durante todo el periodo de estudio se muestra en la Tabla 44
4 Estudios realizados
168
Figura 427 Graacutefica que muetra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm de la esta-
cioacuten de referencia ZECK (Zelenchukskaya Rusia ndash Placa Eurasiaacutetica)
Station Vx (mm) Vy (mm) Vx
(mmantildeo)
Vy
(mmantildeo)
ISER (Iraq) ndash Arabian plate 15 60 79 317
ANKR (Turkey) ndash Eurasian plate 18 11 95 58
DRAG (Israel) ndash Nubian subplate) 25 18 132 95
TEHN (Iran) ndash Eurasian plate 30 25 155 132
ZECK (Russia) ndash Eurasian plate 50 31 409 254
Tabla 44 Velocidades de las estaciones permanents a lo largo del periodo estudiado y extrapo-
lando los datos para el periodo de un antildeo
4 Estudios realizados
169
435 Conclusiones
Debido a la precisioacuten de las coordenadas obtenidas a partir del ajuste de red disentildea-
da se puede afirmar que este meacutetodo es capaz de detectar desplazamientos perma-
nentes de orden milimeacutetrico
Como se muestra en las figuras 423 424 425 426 y 427 no se observa nin-
guacuten desplazamiento permanente en las estaciones elegidas en las placas Africana
Araacutebiga o Eursiaacutetica ocasionado por el terremoto estudiado el diacutea del terremoto ni
en los diacuteas siguientes Sin embargo se pugraveede apreciar un movimiento bastante regu-
lar independiente del evento siacutesmico que se corresponde con el desplazamiento
general de las placas estudiadas
Varios investigadores han comentado en sus estudios tras antildeos de observacioacuten que
la placa de Anatolia tiene una tasa de deslizamiento de 24mmyear (Westaway
2003 y Turgut et al 2010) Otros autores como Vigny (Vigny et al 2006) reducen
la tasa de deslizamiento a Vx = 131 mm antildeo y Vy = 22 mm antildeo para la estacioacuten
ANKR sin embargo los valores obtenidos en este estudio son Vx = 9 5 mm antildeo
y Vy = 58 mm
Los valores obtenidos en este estudio para la estacioacuten DRAG situada en la placa
Nubia estaacuten maacutes cerca de los resultados obtenidos por C Vigny (Vigny et al
2006) Vx = 193 mm antildeo y Vy = 244 mm antildeo como se muestra en la Tabla
44 Lo mismo ocurre con la estacioacuten de TEHN situada en la placa de Eurasiaacutetica
que se mueve de acuerdo con CVigni Vx = 165 mm antildeo y Vy = 324 mm antildeo
Todos los movimientos descritos anteriormente han ocurrido temporalmente de
manera uniforme En el presente estudio se buscoacute una ruptura en las graacuteficas que
indicara un cambio repentino Sin embargo no se encontroacute ninguacuten cambio detecta-
ble el diacutea del terremoto ya sea en las estaciones maacutes cercanas tales como ISER o
ZECK que se encuentran en la placa de Eurasiaacutetica o en el resto de la red de esta-
ciones que se distribuyen a lo largo de la placa Africana y la placa Araacutebiga
Es probable que el terremoto no haya sido de la magnitud suficiente para producir
un movimiento permanente en placas vecinas Esa es la razoacuten por la cual creemos
que seriacutea interesante seguir estudiando el fenoacutemeno con terremotos de mayor mag-
nitud o terremotos localizados en otras aacutereas que puedan desempentildear un papel maacutes
activo en los movimientos relativos entre las placas tectoacutenicas
4 Estudios realizados
170
44 Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erup-
cioacuten submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas
GNSS
441 Introduccioacuten
Se estima que maacutes de 500 millones de personas viven en zonas expuestas a riesgos
volcaacutenicos En los uacuteltimos 500 antildeos maacutes de 200 000 personas han perdido la vida
debido a las erupciones volcaacutenicas Un promedio de 845 personas murieron cada
antildeo entre 1900 y 1986 a consecuencia de fenoacutemenos volcaacutenicos
El nuacutemero de muertes es considerablemente mayor que en los siglos pasados Este
aumento no se debe a una actividad volcaacutenica maacutes alta sino a que maacutes personas
viven en laderas de volcanes activos y en valles cercanos a ellos (Tilling et al
1993)
En la madrugada del 10 de octubre 2011 cesaron repentinamente los terremotos
que se registraban en El Hierro desde mediados de julio Este fenoacutemeno fue detec-
tado con gran precisioacuten por el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) Los temblores
siacutesmicos fueron reemplazados por temblores volcaacutenicos caracteriacutesticos del paso del
magma en el interior de la chimenea volcaacutenica
Figura 428 Gases y erupcioacuten piroclaacutestica submarina A) Vista de la erupcioacuten submarina Modifi-
cado del Observatorio de la Tierra de 2012 NASA Advanced Tierra Imager (ALI) a bordo del
4 Estudios realizados
171
Earth Observing-1 satellite (EO-1) B) Muestra evidente del caraacutecter fisural de la erupcioacuten subma-
rina (fotografiacutea realizada por helicoacuteptero de la Guardia Civil el 4 de noviembre de 2011)
A media mantildeana comenzaron a difundirse noticias sobre una posible erupcioacuten sub-
marina a 8-10 km al sur de la isla y a unos 300 m de profundidad
La erupcioacuten submarina ha sido la culminacioacuten de un proceso de casi tres meses
cuando una bolsa de magma se situoacute en la base de la corteza oceaacutenica Desde en-
tonces el hipocentro emigroacute hacia el sur en busca de un aacuterea propicia para abrirse
paso a la superficie
Esta cordillera submarina o grieta donde se han localizado muchas de las recientes
erupciones de El Hierro es un aacuterea de la corteza de alta debilidad debido a la inyec-
cioacuten de magma asociada a erupciones anteriores y posiblemente la permanencia de
una memoria teacutermica que habriacutea permitido finalmente la relativamente raacutepida
salida del magma a la superficie en este caso en el lado de la grieta submarina (Ca-
rracedo et al 2012) como se muestra en la Figura 428 (Peacuterez-Torrado et al
2012)
Las erupciones volcaacutenicas se pueden explicar mediante los siguientes procesos Las
rocas al fundirse en el interior de la Tierra aumentan su volumen aunque su masa
sigue siendo la misma producieacutendose rocas menos densas que las circundantes
Este magma maacutes ligero se eleva hacia la superficie en virtud de su flotabilidad Si la
densidad del magma entre la zona de su generacioacuten y la superficie es menor que la
de las rocas circundantes y que recubre el magma llega a la superficie y entra en
erupcioacuten (Kilinc 2008)
En los uacuteltimos antildeos con la erupcioacuten del Monte St Helens y El Monte Pinatubo se
ha avanzado mucho en el estudio de los volcanes en particular en la prediccioacuten de
las erupciones volcaacutenicas Los volcanes son difiacuteciles de estudiar debido a que a
pesar de sus similitudes cada volcaacuten se comporta de manera diferente y tiene una
peligrosidad caracteriacutestica Por lo tanto es de gran importancia el estudio y monito-
rizacioacuten individualizados de los volcanes Muchos volcanes activos cerca de zonas
pobladas no se han estudiado lo suficiente como para evaluar su riesgo potencial
El estudio de los riesgos asociados a los volcanes es una tarea multidisciplinar
Cartografiacutea histoacuterica de los depoacutesitos volcaacutenicos vigilancia por sateacutelite de manifes-
taciones volcaacutenicas como nubes de cenizas y gases mediciones geodeacutesicas de de-
formaciones del terreno controles siacutesmicos geomagneacuteticos gravimeacutetricos activi-
dad geoeleacutectrica y teacutermica control de la temperatura flujo transporte de
sedimentos control del nivel del agua de riacuteos y lagos cercanos al volcaacuten etc
El estudio de un volcaacuten durante largos periacuteodos de tiempo puede ayudar a predecir
cuaacutendo es maacutes probable que se produzca una erupcioacuten La interaccioacuten entre los cientiacuteficos los funcionarios del gobierno local y el desarrollo de un plan de emer-
gencia puede salvar vidas y promover una ordenacioacuten del territorio maacutes segura
4 Estudios realizados
172
Figura 429 Situacioacuten de la isla de El Hierro y vista de la mancha verde producida por la erupcioacuten
submarina 14-10-2011 Modificado de PlanetaGea
Los terremotos de pequentildea magnitud y las deformaciones del terreno son precurso-
res de la actividad volcaacutenica (Kilburn C 2012) Este artiacuteculo es parte de un estudio
maacutes amplio dirigido a la investigacioacuten de la deformacioacuten del terreno como precur-
sor de erupciones volcaacutenicas
Las teacutecnicas GNSS han sido las maacutes precisas y convenientes en levantamientos
geodeacutesicos en los uacuteltimos 20 antildeos Debido a su alta precisioacuten en la determinacioacuten
de posiciones y su eficacia en la metodologiacutea de trabajo las teacutecnicas GNSS han
superado casi por completo a otros meacutetodos geodeacutesicos terrestres de alta precisioacuten
(Chang 2000)
Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes constituyen un marco
de referencia terrestre esencial y una potente herramienta para el estudio de defor-
maciones de la corteza terrestre causadas por la actividad volcaacutenica y las fuerzas de
la gravedad Estas tecnologiacuteas son de gran intereacutes para el estudio de fenoacutemenos
geodinaacutemicos Aunque la tensioacuten es un indicador maacutes objetivo que el desplaza-
miento debido a que se no requiere un marco de referencia (Takahashi 2011) las
teacutecnicas GNSS hacen posible calcular con precisioacuten el desplazamiento de una esta-
cioacuten antes y durante las erupciones volcaacutenicas En este sentido los movimientos
horizontales y verticales pueden ser medidos en regiones activas volcaacuten y sus mo-
vimientos a continuacioacuten pueden relacionarse con otras aacutereas no afectadas Las
4 Estudios realizados
173
teacutecnicas GNSS han demostrado ser una herramienta muy eficaz para el estudio de la
deformacioacuten del suelo debido a su alta precisioacuten y exactitud (Kulkarni et al 2006)
La tecnologiacutea GNSS permite la creacioacuten de mapas de vectores de desplazamiento
del terreno dentro de los marcos de referencia geodeacutesicos Las bases de datos y
series temporales de observaciones permiten realizar mediciones con precisiones
milimeacutetricas
En Espantildea tanto de la Administracioacuten central como las autoridades autonoacutemicas
han creado una serie de redes de estaciones permanentes GNSS que permite estu-
diar efectos volcaacutenicos
Por lo tanto no hay duda de que las teacutecnicas GNSS son de intereacutes estrateacutegico cons-
tituyendo una poderosa herramienta para el anaacutelisis de deformacioacuten de la corteza
terrestre El objetivo de este estudio consiste en situar y cuantificar temporal y geo-
graacuteficamente los desplazamientos causados por la erupcioacuten del volcaacuten submarino de
El Hierro (ver Figura 429) mediante el uso de teacutecnicas geodeacutesicas GNSS El estu-
dio se llevoacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del International
GNSS Service (IGS) y tiene como objetivo medir los movimientos de la zona afec-
tada por la erupcioacuten en relacioacuten con el aacuterea geograacutefica circundante que no se consi-
dera afectada por estos movimientos El periacuteodo de tiempo bajo estudio comprende
desde el 27 de junio hasta el 15 de diciembre de 2011
442 Marco geoestructural
Hay varias teoriacuteas que tratan de explicar el origen de las Islas Canarias Es conocido
que las islas no se formaron simultaacuteneamente sino que lo hicieron de forma progre-
siva empezando por las islas orientales (Lanzarote y Fuerteventura) hace unos 20
millones de antildeos y continuando hacia el oeste (La Palma y El Hierro) hace 2 mi-
llones de antildeos como se muestra en la Figura 430
Las principales teoriacuteas propuestas para explicar la geacutenesis de las Islas Canarias (en
las que se basan otras) son las del punto caliente una fractura litosfeacuterica probable-
mente vinculada con el tectonismo del sistema del Atlas y un bloque elevado La
primera de ellas parece ser la que maacutes adeptos aglutina con la incorporacioacuten de
datos tomograacuteficos y de dataciones de isoacutetopos contenidos en las rocas volcaacutenicas
que refuerzan la hipoacutetesis de la circulacioacuten de material de la pluma astenosfeacuterica
canaria a lo largo de un corredor litosfeacuterico que se extiende hacia el continente afri-
cano (Grupo de investigacioacuten en ingenieriacutea siacutesmica 2012)
El Hierro con poco maacutes de un milloacuten de antildeos es la isla maacutes joven de las Islas Ca-
narias Situado junto a la vecina isla de La Palma en el extremo occidental del ar-
chipieacutelago se eleva del fondo del oceacuteano Atlaacutentico desde una profundidad de entre
3500 y 4000 metros
4 Estudios realizados
174
Figura 430 Edad de las rocas volcaacutenicas en las distintas islas (datadas por el meacutetodo K-Ar)
mostrando un aumento en las edades de oeste a este (Guillou et al 2004)
Las islas de La Palma y El Hierro son las primeras islas del archipieacutelago que se han
formado de forma simultaacutenea con una posible alternancia de actividad eruptiva por
lo menos en el periacuteodo maacutes reciente Esta separacioacuten en una doble liacutenea de las
islas y la mayor profundidad de su basamento oceaacutenico explica que hayan tardado
maacutes que sus islas vecinas para emerger Aunque ambas islas se formaron maacutes tarde
que el resto de las islas eacutestas no siguieron la misma evolucioacuten y mientras se produ-
ciacutea actividad volcaacutenica en una isla la otra permaneciacutea inactiva En el Holoceno la
fase maacutes activa parece corresponder a La Palma lo que explica las numerosas erup-
ciones volcaacutenicas que se produjeron en este periodo 6 de ellas histoacutericas (hace
menos de 500 antildeos) mientras que la erupcioacuten fechada por radiocarbono en El Hie-
rro ubicada en el rift NE cerca del pueblo de San Andreacutes presenta una edad de
2500 plusmn 70 antildeos probablemente seguido por el volcaacuten Tanganasoga situado al no-
roeste de la falla con menos de 4000 antildeos de antiguumledad
Imaacutegenes de sonar del edificio Insular de El Hierro (Figura 431) muestran que las
erupciones submarinas son maacutes abundantes que la actividad volcaacutenica subaeacuterea lo
que indica que alrededor del 90 de la isla estaacute bajo el agua El ejemplo maacutes claro
es el volcaacuten El Golfo en el lado norte de la isla con un gran escarpe de 1500 metros
y menos de 100000 antildeos de antiguumledad (Peacuterez-Torrado 2012)
4 Estudios realizados
175
Figura 431 Batimetriacutea de la zona de la erupcioacuten submarina realizada mediante ecosondas por
distintos buques oceanograacuteficos (imaacutegenes tomadas del IEO) A) Imagen 3D de la batimetriacutea
anterior a la erupcioacuten realizada por el buque oceanograacutefico Hespeacuterides (CSIC) en 1998 B) Iacutedem
por el buque oceanograacutefico Ramoacuten Margalef despueacutes de iniciada la erupcioacuten submarina el 24 de
octubre de 2011 C) Mapa en relieve de la zona de la erupcioacuten realizado por el buque oceanograacute-
fico Ramoacuten Margalef el 24 de octubre de 2011 Modificado de Peacuterez-Torrado F J et al 2012
La configuracioacuten de El Hierro se completa con tres dorsales o rifts que forman las
aristas de la piraacutemide donde se ha concentrado ndashy se concentraraacuten previsiblemente
en el futurondash la mayor parte de las erupciones subaeacutereas El rift sur se prolonga maacutes
de 40 km como estructura submarina lo que evidencia que es en eacutesta donde se han
agrupado buena parte de las erupciones submarinas recientes de la isla En la Figura
432 se muestra un esquema de la reciente erupcioacuten
La erupcioacuten submarina de El Hierro ha supuesto la uacuteltima manifestacioacuten volcaacutenica
en Canarias despueacutes de 40 antildeos de inactividad desde la erupcioacuten del Teneguiacutea en la
isla de La Palma en 1971 Supone asimismo la decimocuarta erupcioacuten histoacuterica
(uacuteltimos 520 antildeos) en Canarias y la primera en la isla de El Hierro con registro
fidedigno
4 Estudios realizados
176
Figura 432 Seccioacuten E-O de El Hierro mostrando la sismicidad precursora asociada a la erupcioacuten
de 2011-12 desde el 19 de julio de 2011hasta el comienzo de la erupcioacuten el 10 de octubre (con
datos del IGN) Obseacutervese la disposicioacuten de los hipocentros en la base de la corteza forzando su
abombamiento y su migracioacuten N-S hasta alcanzar el rift S en su flanco sumergido Los hipocen-
tros emigraron a zonas someras muy raacutepidamente los diacuteas anteriores a la erupcioacuten indicando una
fractura hidraacuteulica en camino a la superficie La erupcioacuten fue tiacutepicamente fisural al abrirse ca-
mino el magma entre la malla de diques del rift (modificado de Carracedo et al 2011)
443 Meacutetodos
El sistema global de navegacioacuten por sateacutelite (GNSS) proporciona una de las teacutecni-
cas maacutes comunes que se utilizan para controlar deformaciones del terreno en volca-
nes Ademaacutes de tasas de desplazamiento lentas (varios centiacutemetros por antildeo) las
teacutecnicas GNSS se pueden utilizar para estudiar erupciones y episodios volcaacutenicos
violentos que dan como resultado movimientos mucho mayores y maacutes raacutepidos (de-
cenas de centiacutemetros o maacutes en intervalos de horas o diacuteas) Las comparaciones con
mediciones proporcionadas por inclinoacutemetros muestran que el GNSS puede deter-
minar con mayor precisioacuten el tiempo de evolucioacuten de cualquier actividad volcaacutenica
(Larson et al 2010)
Aunque existen estaciones de referencia funcionando continuamente que se pueden
utilizar para monitorizar deformaciones del terreno (Oumlzyasar and Oumlzluumldemir 2011)
ya que el objetivo de este artiacuteculo es contextualizar los movimientos del terreno producidos por la erupcioacuten del volcaacuten de El Hierro en un marco geograacutefico maacutes
4 Estudios realizados
177
amplio se utilizaron datos del IGS para garantizar una mayor homogeneidad de los
resultados obtenidos
Datos de red geodeacutesica
La red geodeacutesica disentildeada como se puede ver en la Figura 433 estaacute formada por
once estaciones permanentes GNSS de dos tipos Las que conformaraacuten el marco de
referencia estable pertenecientes al IGS y las que se utilizaraacuten para la deteccioacuten de
los posibles movimientos dependientes del Gobierno de Canarias
Se tratoacute de disentildear la red con una configuracioacuten geomeacutetrica lo maacutes homogeacutenea
posible Las cuatro estaciones maacutes alejadas del Hierro son estaciones permanentes
del International GNSS Service (IGS) pertenecientes al Global International Te-
rrestrial Reference Frame (ITRF) (Promthong 2006) usadas para enmarcar el estu-
dio en este estable marco de referencia (Satirapod 2007) Estas cuatro estaciones
fueron MORP (Morpeth Reino Unido) NOT1 (Noto Italia) BJCO (Cotonou
Benin) and FLRS (Santa Cruz das Flores Portugal)
Las estaciones locales usadas en las Islas Canarias fueron FRON (Hierro) SNMG
(Tenerife) GRAF (Tenerife) ARGU (Gran Canaria) MORJ (Fuerteventura) y
HRIA (Lanzarote)
Figura 433 Red geodeacutesica disentildeada para detectar los movimientos asociados a la erupcioacuten Las
estaciones situadas en Gran Bretantildea Italia Portugal (islas Azores) y Benin se consideran fijas en
el proceso de caacutelculo Las estaciones situadas en las Islas Canarias por el contrario se dejan
libres
4 Estudios realizados
178
Las estaciones del Gobierno regional de las Islas Canarias facilitan los datos de
observacioacuten GNSS de cada estacioacuten Los datos se obtuvieron en formato RINEX
cada 30 segundos registraacutendose las coordenadas aproximadas de las estaciones
Fecha Diacutea del antildeo Semana GPS Diacutea de la semana
01062011 152 1638 3
16062011 167 1640 4
01072011 182 1642 5
16072011 197 1644 6
01082011 213 1647 1
16082011 228 1649 2
01092011 244 1651 4
16092011 259 1653 5
01102011 274 1655 6
16102011 289 1658 0
01112011 305 1660 2
16112011 320 1662 3
01122011 335 1664 4
16122011 350 1666 5
31122011 365 1668 6
Tabla 45 Calendario de las observaciones
4 Estudios realizados
179
Otros datos necesarios para los caacutelculos geodeacutesicos realizados se obtuvieron del
Centro para la determinacioacuten de la oacuterbita de Europa (CODE) correcciones ionosfeacute-
ricas determinacioacuten de la oacuterbita precisa de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten
de la Tierra y velocidades de las estaciones
Las correcciones por cargas de mareas oceaacutenicas para cada estacioacuten se obtuvieron
del Onsala Space Observatory
Marco temporal
Tras la seleccioacuten de las estaciones se definioacute el marco de referencia temporal
Se eligioacute un periodo de tiempo de 15 diacuteas para seguir la evolucioacuten del proceso vol-
caacutenico El intervalo de tiempo estudiado como se detalla en la Tabla 45 com-
prende desde el 1 de Junio al 31 de Diciembre del 2011
Procesamiento de los datos
Los caacutelculos se realizaron con la ayuda del software Bernese programa cientiacutefico
desarrollado por la Universidad de Berna que realiza con un alto grado de control el
caacutelculo y compensacioacuten de redes geodeacutesicas GNSS (Dach et al 2007)
Los datos GPS se procesaron sesioacuten a sesioacuten para obtener soluciones diarias En un
primer momento se estimaron las ambiguumledades y se fijaron en valores enteros
utilizando la estrategia Quasi Ionosphere Free (QIF) Los caacutelculos se realizaron
utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Las coordena-
das de las estaciones maacutes alejadas se ajustaron al marco de referencia El modelo
Saastamoinen se utilizoacute para corregir los errores producidos por el retardo troposfeacute-
rico con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten con la expresioacuten cos2 (z)
donde z es la distancia cenital La parte huacutemeda de la correccioacuten troposfeacuterica se
aplica en intervalos de una hora para estimar el retardo troposfeacuterico del zeacutenit de las
sentildeales GPS Los errores provocados por el retardo ionosfeacuterico se corrigieron usan-
do una combinacioacuten de GPS de doble frecuencia de datos L1 y L2 Y los errores del
reloj del sateacutelite se corrigieron utilizando efemeacuterides precisas proporcionadas por el
International GNSS Service (IGS) Modelos ionosfeacutericos velocidades de las placas
tectoacutenicas y correcciones Code-Bias se obtuvieron del CODE (Center for Orbit
Determination in Europe) y las correcciones de carga oceaacutenica de Onsala Space
Organisation
Las coordenadas se obtuvieron en el marco geodeacutesico de referencia WGS84 y en el
sistema de coordenadas UTM para cada diacutea calculado
Resultados
Los datos muestran cambios significativos en la posicioacuten de la estacioacuten permanente situada cerca del epicentro Fron en el municipio de La Frontera en la isla de El
Hierro a una distancia de 162 km del epicentro como se muestra en la Figura 434
4 Estudios realizados
180
Figura 434 Ortoimagen de la isla de Hierro donde se aprecia la ubicacioacuten de la estacioacuten perma-
nente FRON y el punto de la erupcioacuten submarina La distancia que los separa es de 1623 km
Modificado de GRAFCAN Gobierno de Canarias 2012
Figura 435 Graacuteficas que muestran el desplazamiento en las coordenadas X e Y de la estacioacuten de
referencia FRON
4 Estudios realizados
181
Figura 436 Graacutefica que muestra el desplazamiento de la altura elipsoidal h de la estacioacuten de
referencia FRON
Figura 437 Desplazamiento horizontal de la estacioacuten FRON
h
308240
308250
308260
308270
308280
308290
308300
308310
17-Apr 6-Jun 26-Jul 14-Sep 3-Nov 23-Dec 11-Feb
4 Estudios realizados
182
Figura 438 Evolucioacuten temporal de la altura elipsoidal en la estacioacuten FRON en valor absoluto
durante el periodo estudiado
Figura 439 Evolucioacuten del desplazamiento en 3D en valor absoluto de la estacioacuten FRON a lo
largo del periodo de estudio
Figure 440 Evolucioacuten de la velocidad de la estacioacuten FRON durante el periodo estudiado
4 Estudios realizados
183
En el resto de las estaciones no se detectoacute desplazamiento lo que indica que sus
coordenadas no fueron afectadas por la erupcioacuten del volcaacuten De hecho despueacutes de
comparar los resultados diarios no se encontraron cambios significativos pudieacuten-
dose usar como un marco praacutecticamente estable (Kuo et al 2002)
Los desplazamientos basados en datos tomados a lo largo de un diacutea estaacuten afectados
por todos los eventos que ocurren en ese diacutea sin embargo tiene la ventaja de la alta
precisioacuten alcanzada (Kuo et al 2002)
444 Discusioacuten y conclusiones
Del estudio de las coordenadas de la estacioacuten FRON durante el periacuteodo estudiado
se pueden extraer las siguientes conclusiones
- La erupcioacuten volcaacutenica de El Hierro provocoacute desplazamientos del terreno
que pudieron ser detectados por teacutecnicas GNSS
- El desplazamiento horizontal de la estacioacuten permanente durante el periacuteodo
de estudio como se muestra en las Figuras 435 y 437 muestra un movi-
miento del terreno discontinuo con avances y retrocesos en direccioacuten no-
reste siguiendo un azimut medio de 47 deg 50 El avance total con el final
de este periacuteodo fue de 5 cm Sin embargo el desplazamiento de la estacioacuten
alcanzoacute 7 cm el 1 de octubre Estos resultados son coherentes en magnitud
y direccioacuten con los obtenidos por Berrocoso (Berrocoso et al 2012)
- La evolucioacuten del desplazamiento vertical de la estacioacuten permanente mos-
trado en las Figuras 436 y 438 nos indica que el terreno muestra una
tendencia a la elevacioacuten como consecuencia de la erupcioacuten volcaacutenica sin
embargo este abombamiento no es ni uniforme ni continuo ya que a lo lar-
go del estudio se producen elevaciones y descensos La diferencia de ele-
vacioacuten entre el inicio del estudio y el final es de 2 cm aunque la amplitud
maacutexima detectada es de 6 cm Los resultados de este estudio corroboran el
estudio llevado a cabo por IGN (Instituto Geograacutefico Nacional) a traveacutes de
soluciones raacutepidas de oacuterbita y el uso de datos de estaciones de referencia
GNSS de servicios internacionales
- El proceso para entender el abombamiento detectado puede ser el siguiente
La bolsa de magma situada en el Manto y maacutes ligera que el material cir-
cundante asciende y choca con la base de la corteza oceaacutenica donde se
acumula y expande en forma de cabeza de champintildeoacuten en un fenoacutemeno que
se conoce como ldquounderplatingrdquo Este fenoacutemeno puede ser debido al con-
traste de densidad existente entre el Manto y la corteza de forma que el
magma surgido en el Manto queda atrapado en la base de la corteza oceaacute-
nica (discontinuidad de Mohorovičić) ya que eacutesta presenta una densidad
similar o ligeramente inferior a la suya (Carracedo et al 2012) La subsi-
guiente presioacuten ascendente del magma abomba la corteza generando los
sismos y provocando la hinchazoacuten en la superficie de la isla ver Figura
4 Estudios realizados
184
432 medida en el presente estudio Sin embargo estudiando los datos ob-
tenidos se deduce que este abombamiento no es uniforme ya que hay pe-
riodos de tiempo en los que se detectan subsidencias para posteriormente
volver a incrementar la cota todo ello a diferentes velocidades como se
puede apreciar en las figuras 436 y 438
- La deformacioacuten del terreno debido a la intrusioacuten de magma volcaacutenico es
una sentildeal importante de la inminencia de actividad eruptiva del volcaacuten Las
teacutecnicas GNSS son adecuadas para este propoacutesito ya que permiten medir
cambios en el tiempo de coordenadas tridimensionales en los puntos de
monitorizacioacuten (Janssen 1997) Del diacutea 16 de julio hasta el momento de la
erupcioacuten que se produce el 10 de octubre se observa un aumento ininte-
rrumpido de 45 cm en la altura de la estacioacuten de referencia FRON Desde
ese momento y probablemente debido a la liberacioacuten de la presioacuten acumu-
lada no se producen aumentos en la altura de la estacioacuten Este hecho co-
rrobora que la deteccioacuten temprana de los abombamientos de zonas volcaacuteni-
cas puede ser considerada como un soacutelido precursor de una inminente
erupcioacuten volcaacutenica y las teacutecnicas de GNSS son una herramienta uacutetil para
este propoacutesito
En la actualidad este proceso estaacute siendo estudiado en profundidad y esto llevoacute al
IGN a implantar en julio de 2001 cuatro nuevas estaciones permanentes para moni-
torizar el fenoacutemeno HI01 (en el aacuterea de La Cumbre) y HI02 HI03 and HI04 (en el
aacuterea de El Golfo) Y cinco maacutes en septiembre de 2011 HI00 (Valverde) HI05
(Orchilla) HI08 (El Pinar) HI09 (La Restinga) y HI10 (Tacoron) (Berrocoso et al 2012)
4 Estudios realizados
185
45 Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutec-
nicas GNSS
451 Introduccioacuten
La subsidencia del terreno es un fenoacutemeno geoloacutegico que implica el asentamiento
de la superficie terrestre Las causas pueden ser naturales o relacionadas con activi-
dades humanas Este fenoacutemeno no suele ocasionar viacutectimas mortales sin embargo
los dantildeos materiales producidos pueden llegar a ser enormes sobre todo en zonas
urbanas afectando especialmente a todo tipo de construcciones apoyadas sobre el
terreno que se deforma (Tomaacutes et al 2009)
Con el fin de evitar posibles dantildeos el conocimiento de las aacutereas afectadas por sub-
sidencia es de gran importancia pero tambieacuten lo es la determinacioacuten de las causas
de esa subsidencia
Estudios recientes como los realizados por Gonzaacutelez et al en 2012 con el uso de
teacutecnicas de Radar de apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (Interpherometric Synthetic
Aperture Radar InSAR) demuestran que un aacuterea especiacutefica en Lorca tiene una tasa
de hundimiento de unos 10 cm por antildeo (Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2011)
El aacuterea de estudio se situacutea en el sudeste de la peniacutensula Ibeacuterica en el entorno de la
ciudad de Lorca Murcia (ver Figura 441) Es una vega muy feacutertil y durante las
uacuteltimas deacutecadas ha desarrollado un potente sector agrario haciendo que la demanda
de agua para sostener las explotaciones agriacutecolas haya crecido enormemente desde
mediados de los antildeos 60
Figura 441 Situacioacuten de la zona estudiada Mapa base de Google maps
Estudios como el mencionado anteriormente de Gonzaacutelez et al atribuyen este fe-
noacutemeno a la sobreexplotacioacuten del acuiacutefero del Guadalentiacuten Sin embargo ninguno
de estos estudios analiza en profundidad la hidrogeologiacutea de la zona con sus varia-
ciones piezomeacutetricas ni la estacionalidad en la velocidad de la tasa de subsidencia
4 Estudios realizados
186
observada elementos que a priori podriacutean apoyar o descartar que la sobreexplota-
cioacuten hiacutedrica sea la causa de la subsidencia observada Aunque el objetivo de este
trabajo es el estudio de los movimientos verticales del terreno en los alrededores de
la localidad de Lorca mediante teacutecnicas GNSS desde septiembre del 2009 hasta
septiembre del 2012 se estudia tambieacuten su posible relacioacuten con la extraccioacuten de
agua para riego del acuiacutefero del Guadalentiacuten
452 Antecedentes
La subsidencia del terreno es el asentamiento de la superficie terrestre se trata de
un peligro natural que afecta a amplias zonas y que causa importantes dantildeos eco-
noacutemicos y alarma social La subsidencia puede deberse a varias causas tales como
la disolucioacuten de materiales en profundidad la excavacioacuten de tuacuteneles o galeriacuteas de
minas la erosioacuten profunda la fluencia lateral del terreno la compactacioacuten de los
materiales del suelo o la actividad tectoacutenica Todas las causas mencionadas ante-
riormente se evidencian en el terreno como deformaciones verticales que pueden
variar desde unos pocos miliacutemetros a varios metros durante periacuteodos que van desde
minutos hasta antildeos (Tomaacutes et al 2009) Seguacuten Tomaacutes et al 2009 desde un punto
de vista geneacutetico se pueden describir dos tipos de subsidencia endoacutegena y exoacutege-
na La primera se refiere a los movimientos de la superficie de la tierra asociados a
los procesos geoloacutegicos internos como pliegues fallas volcanes etc La segunda
se refiere a los procesos de deformacioacuten de superficie relacionados con la compac-
tacioacuten natural o antropogeacutenica del suelo La subsidencia tambieacuten se puede clasificar
seguacuten los mecanismos de activacioacuten
En un marco geodinaacutemico global la regioacuten de Murcia se encuentra dentro de la
orogenia Beacutetica (Cordilleras Beacuteticas) que incluye el aacuterea espantildeola continental de
contacto entre las placas tectoacutenicas africana e ibeacuterica Esta zona no tiene ninguacuten
gran accidente capaz de absorber la presioacuten de las dos placas En cambio la defor-
macioacuten producida por la convergencia de las placas se distribuye en una banda cuya
direccioacuten principal es EW y que tiene unos 400 kiloacutemetros de ancho Las medidas
de los movimientos relativos entre las placas indican una velocidad de movimiento
relativo en el centro de la Peniacutensula Ibeacuterica entre la placa Ibeacuterica y la placa africana
de 02 mm antildeo NO-SE (SISMIMUR 2011) Esto sugiere que el 95 de la tasa de
4 mm antildeo de movimiento entre la placa ibeacuterica y la placa africana es absorbida por
la deformacioacuten de las Cordilleras Beacuteticas Mar de Alboraacuten Rif and Tell (SISMI-
MUR 2011)
La cuenca del Lorca se encuentra al suroeste de la Regioacuten de Murcia en la zona de
contacto entre las zonas externas e internas de las Cordilleras Beacuteticas Se compone
de doce formaciones neoacutegenas marinas y continentales agrupadas en cinco unida-
des tectoacutenicas sedimentarias (STU) Las condiciones climaacuteticas semiaacuteridas se carac-terizan por pequentildeas cantidades de precipitacioacuten (180-400mmantildeo) y una tempera-
tura media de entre 12 y 18 ordm C (Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura 1998) El
4 Estudios realizados
187
riacuteo Guadalentiacuten drena la parte occidental de la gran depresioacuten que se caracteriza por
un fondo de valle casi plano con una serie de abanicos aluviales bien desarrollados
Los bordes de cuenca se controlan principalmente por las grandes fallas de desgarre
y tienen asociada actividad hidrotermal (Gonzaacutelez et al 2011)
El acuiacutefero del Valle de Guadalentiacuten se extiende sobre un aacuterea de 740km2 entre la
Cordillera de Enmedio y su confluencia con el riacuteo Segura Hidro-geoloacutegicamente el
basamento del acuiacutefero se compone de varios complejos metamoacuterficos paleozoicos
relativamente impermeables cubiertos por conglomerados permeables del Mioceno
yo series de calcarenitas La parte superior de la sucesioacuten comprende conglomera-
dos de compresioacuten arenas limos y arcillas Plioceno-Cuaternarios de baja permea-
bilidad (Ceroacuten et al 1996)
En la actualidad la Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura considera que el acuiacutefe-
ro Guadalentiacuten consiste en dos acuiacuteferos principales el acuiacutefero del Alto Guadalen-
tiacuten y el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten La Confederacioacuten considera actualmente la
liacutenea liacutemite noreste maacutes al norte que la definida en 1975 por el Instituto Geoloacutegico y
Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Ambas liacuteneas se
muestran en la Figura 442 La Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura ha elaborado
una serie de informes titulados Caracterizacioacuten adicional de las masas de agua
subterraacutenea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales en 2015 (Con-
federacioacuten Hidrograacutefica del Segura de 2013 (1)) En el informe sobre el acuiacutefero
Alto Guadalentiacuten afirman que la frontera norte con el acuiacutefero multicapa del Bajo
Guadalentiacuten es cerrada lo que obviamente significa que no puede haber una
transferencia de agua entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y del Bajo Guadalen-
tiacuten
En el documento Anexo B Fichas de los temas importantes la mencionada Con-
federacioacuten Hidrograacutefica del Segura afirma que los dos acuiacuteferos estaacuten sobreexplo-
tados (Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura de 2013 (2)) teniendo en cuenta el
liacutemite que se trasladoacute en 1975 como se muestra en la Figura 442
Los estudios realizados por Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 muestran una subsidencia
de aproximadamente 15 m en 15 antildeos con tasas de hundimiento que alcanzan
valores maacuteximos que van de 6 a 15 centiacutemetros por antildeo como se puede observar en
las Figuras 442 y 452 Esto hace que sea una de las zonas con la tasa de hundi-
miento maacutes raacutepido del mundo por no mencionar que es el aacuterea maacutes grande de Eu-
ropa con una tasa tan alta (aproximadamente 690 kiloacutemetros cuadrados)
En base a estas consideraciones generales se hace necesario un estudio hidrogeoloacute-
gico de la zona para determinar la causa de la subsidencia observada
4 Estudios realizados
188
453 Datos y metodologiacutea
4531 Datos de acuiacuteferos
Seguacuten el informe denominado Investigacioacuten Hidrogeoloacutegica de la Cuenca Baja del
Segura (Instituto Geoloacutegico y Minero de 1975) el acuiacutefero del Valle de Guadalen-
tiacuten en realidad consta de cuatro acuiacuteferos independientes incluyendo un acuiacutefero
kaacuterstico calizo-dolomiacutetico con presencia frecuente de gases (con una elevacioacuten de
aproximadamente 250 m) situado fuera de la zona en la que se ha detectado la sub-
sidencia y que no se muestra en la Figura 443 La Figura 443 muestra los tres
acuiacuteferos independientes ubicados en el aacuterea de estudio
Figura 442 Situacioacuten de las liacuteneas liacutemite entre el acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten y el acuiacutefero del
Bajo Guadalentiacuten liacutenea liacutemite actual y liacutenea liacutemite definida en 1975 por el Instituto Geoloacutegico y
Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Situacioacuten de los piezoacutemetros
estudiados El curvado representa la tasa de hundimiento anual en centiacutemetros detectada por
Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 usando teacutecnicas de interferometriacutea de radar de sateacutelite multitempora-
les Bases imagen espacial CNES Spot Image Digital Globe Geo Eye Instituto Andaluz de
Cartografiacutea 2013
4 Estudios realizados
189
Figura 443 Perfil hidrogeoloacutegico longitudinal del Valle del Guadalentiacuten entre Lorca y Puerto
Lumbreras seguacuten los estudios geofiacutesicos realizados en los antildeos 70 por el IGME (Instituto Geoloacute-
gico y Minero de Espantildea) Estos estudios han sido confirmados por recientes sondeos profundos
45311 Acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten
En el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten se pueden encontrar varias secciones permea-
bles con niveles de agua subterraacutenea independientes
El acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten conocido como acuiacutefero multicapa del Valle del
Guadalentiacuten se extiende desde Lorca a Murcia la liacutenea divisoria entre el Bajo Gua-
dalentiacuten y el Alto Guadalentiacuten se considera casi coincidente con la carretera Lorca-
Vado (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Las Figuras 444 445 446
y 447 ilustran la evolucioacuten de los niveles de agua subterraacutenea del acuiacutefero en los
uacuteltimos antildeos
Figura 444 Graacutefica de la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Sat La Casilla Corto localizado 35
km al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4 Estudios realizados
190
Figura 445 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Plantones de Mata ubicado
41 kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura
Alimentacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
Figura 446 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Purias El Gallego ubicado a
7 kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Ali-
mentacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4 Estudios realizados
191
Figura 447 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo El Gallego ubicado a 7
kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimen-
tacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
45312 Acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten
El acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten en el aacuterea de estudio es como sigue Una barrera
natural de arcillas margosas que separa la cuenca sedimentaria de Puerto Lumbre-
ras Hasta llegar a una profundidad de 200-250m la parte superior de la cuenca se
compone principalmente de grava y arena gruesa posiblemente transportada desde
las ramblas del norte en Torrecilla Beacutejar y Nogalte Histoacutericamente la produccioacuten
de agua en la base ha sido alta Los primeros pozos fueron perforados a finales de
los antildeos 50 dando caudales superiores a 100 litros por segundo a poca profundidad
Sin embargo debido a la impermeabilidad de los bordes laterales la recarga y la
conexioacuten con el resto del valle era imposible La sobreexplotacioacuten se hizo inevitable
y el nuacutemero de pozos en el aacuterea crecioacute en las deacutecadas siguientes lo que llevoacute a que
la extraccioacuten de agua superoacute la recarga del acuiacutefero
A partir de los niveles de agua subterraacutenea estudiados se puede decir que el del
Alto Guadalentiacuten es el uacutenico acuiacutefero sobreexplotado Consiste en una pequentildea
cuenca detriacutetica que ocupa soacutelo el 15 del valle situado al lado de Puerto Lumbre-
ras Los graacuteficos de evolucioacuten piezomeacutetrica como se muestra en las Figuras 448 y
449 indican que el acuiacutefero estaacute sobreexplotado
4 Estudios realizados
192
Figura 448 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Los Valencianos ubicado a
3 km al suroeste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimenta-
cioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
Figura 449 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Los Jarros ubicado a 3 km
al suroeste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
45313 Acuiacutefero profundo del Valle del Guadalentiacuten
El acuiacutefero Profundo del Valle del Guadalentiacuten se encuentra por debajo de los anteriores a una altitud de alrededor de 50-60m Varios sondeos realizados por la
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura evidencian la existencia de este acuiacutefero
4 Estudios realizados
193
profundo como los estudios realizados por Joseacute Mariacutea Montes y Francisco Turrioacuten
Pelaacuteez (Turrioacuten Pelaacuteez 2012) Como se muestra en la Figura 450 no se trata de un
acuiacutefero sobreexplotado y sus niveles incluso muestran una tendencia creciente
Figura 450 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Torrecilla situado a 25km
al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4532 GNSS
Al igual que en el caso de muchas otras aacutereas la ciencia del control de deformacio-
nes ha entrado en una nueva era debido al desarrollo de las tecnologiacuteas espaciales
para medir el movimiento de la superficie de la corteza terrestre
Las redes geodeacutesicas se utilizan para diferentes tipos de trabajos topograacuteficos y
geodeacutesicos Un ejemplo de ello son los estudios geodinaacutemicos que utilizan los
cambios en la posicioacuten de las estaciones permanentes GNSS en un periacuteodo determi-
nado de tiempo para entender las caracteriacutesticas de los movimientos producidos
(Oumlzyasar et al 2011) En lo referente a este estudio las teacutecnicas de GNSS se han
utilizado para cuantificar el desplazamiento vertical en su caso de la zona afectada
por el proceso de subsidencia La fiabilidad de la deteccioacuten de movimiento de las
estaciones permanentes depende fundamentalmente de la realizacioacuten de una red de
monitoreo estable en torno a las estaciones (Dogani et al 2013) Por lo tanto para
este estudio se constrintildeeron las coordenadas de las estaciones permanentes del
Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) ya que no se consideran afectadas
por el fenoacutemeno en estudio Ademaacutes de las mencionadas estaciones se procesaron
datos de estaciones permanentes GNSS de otros organismos regionales para obtener
el resto de la maacutes informacioacuten
4533 Datos de entrada
A efectos de caacutelculo se procesaron los datos de cuatro agencias que ofrecen datos
de estaciones permanentes GNSS el criterio para la seleccioacuten de las estaciones fue
la disponibilidad de datos Para que una estacioacuten permanente sea incluida en la red
4 Estudios realizados
194
de organismo oficial se deben cumplir algunos requisitos como son horizonte
despejado en los alrededores de la antena no debe haber ninguacuten objeto que pueda
interferir con las sentildeales GPS o producir multicamino Ademaacutes el sitio debe ser
geoloacutegicamente estable la antena se debe montar en una estructura riacutegida y durade-
ra y el sitio debe estar libre de interferencias electromagneacuteticas La tabla 46 mues-
tra la lista de las estaciones utilizadas y algunas de sus caracteriacutesticas
ESTACIOacuteN ORGANISMO SITUACIOacuteN INSTALACIOacuteN Y ESTRUCTURA
ALAC IGN Alicante Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
ALME IGN Almeriacutea Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
COBA IGN Coacuterdoba Bloque de hormigoacuten armado sobre edificio
MALA IGN Maacutelaga Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
SONS IGN Sonseca Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
TERU IGN Teruel Pilar de hormigoacuten armado de 3 m de altura
YEBE IGN Yebes Pilar de hormigoacuten armado de 12 m de
altura sobre edificio
VALE IGN Valencia Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
ALCA REGAM Los Alcaacutezares Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
CARA REGAM Caravaca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
LORC REGAM Lorca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
MAZA REGAM Mazarroacuten Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
MORA REGAM Moratalla Reinforced concrete cube on building
metal tower 2 m height
4 Estudios realizados
195
MULA REGAM Mula Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
CRVC MERISTE-
MUM Caravaca
Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 15 m de altura
LORC MERISTE-
MUM Lorca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
MURC MERISTE-
MUM Murcia
Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 1 m de altura
CAAL RAP Calar Alto
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 180 m de
altura y 009 m de diaacutemetro en pilar geodeacute-
sico construido sobre roca
HUOV RAP Huercal-
Overa
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 05 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado a un
pilar del edificio en la terraza
PALC RAP Pozo Alcoacuten
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 12 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado por
abrazaderas y soportes a una columna y
una viga de la terraza del edificio
VIAR RAP Villanueva
Arzobispo
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 05 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado a un
pilar del edificio en la terraza
Tabla 46 Lista de las estaciones utilizadas
La distribucioacuten de las estaciones utilizadas se puede ver en la Figura 451 De las
estaciones anteriores las que pertenecen a IGN fueron tomadas como referencia
excluyendo ALME y ALAC
Las agencias mencionadas proporcionaron datos de observacioacuten GPS cada 30 se-
gundos para este estudio se utilizaron los archivos RINEX y las coordenadas apro-
ximadas de las estaciones que proporcionan estos organismos
Como se ha mencionado anteriormente hay dos estaciones permanentes cerca de
Lorca la estacioacuten incluida en la red REGAM estaacute situada en el suroeste de la ciu-
dad de Lorca y la estacioacuten incluida en la red MERISTEMUM estaacute situada a 24 km
de la anterior en las afueras de la ciudad La ubicacioacuten de las estaciones se muestra
en la Figura 452
4 Estudios realizados
196
Figura 451 Estaciones permanentes GNSS utilizadas en el proceso de caacutelculo Base imagen
espacial TerraMetrics de 2013
Figura 452 Situacioacuten de las estaciones permanentes GNSS cerca de Lorca y liacutenea liacutemite entre el
acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten y el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten El curvado representa la tasa de
hundimiento anual en cm detectada por Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 usando teacutecnicas de interfe-
rometriacutea de radar de sateacutelite multitemporales
4 Estudios realizados
197
4534 Ventana temporal
La ventana temporal de los datos de la estacioacuten de Lorca REGAM utilizados se
extiende del 22 de octubre del 2009 cuando la estacioacuten comenzoacute a ser operativa
hasta febrero 10 de 2011 cuando la estacioacuten dejoacute de funcionar Los datos tomados
de la estacioacuten Lorca MERISTEMUM son desde el 21 de abril de 2011 cuando la
estacioacuten comenzoacute a ser operativo al 27 de octubre de 2012 Aunque Blewitt y La-
valleacutee recomiendan que se adopte un periodo de 25 antildeos como conjunto de datos
miacutenimos estaacutendar para que pueda haber una correcta interpretacioacuten tectoacutenica (Ble-
witt y Lavalleacutee 2002) se han utilizado todos los datos disponibles y los resultados
obtenidos para el periacuteodo elegido se considera que son correctos ya que son consis-
tentes con los resultados anteriores de Gonzaacutelez y Fernaacutendez en 2012 obtenidos
mediante el uso de teacutecnicas de interferometriacutea de radar de sateacutelite multitemporales
Se procesoacute un diacutea completo una vez por semana el nuacutemero de posiciones calcula-
das fue de 141
4535 Procesamiento de los datos
El proceso de caacutelculo se llevoacute a cabo con el software Bernese 50 desarrollado por
la Universidad de Berna que nos permite compensar las redes GNSS con gran pre-
cisioacuten y control
Ademaacutes de los archivos de observacioacuten de estaciones permanentes se obtuvieron
del Centro para la determinacioacuten de Oacuterbitas de Europa (CODE) otros datos necesa-
rios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red incluyendo los siguientes correccio-
nes ionosfeacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las esta-
ciones Las oacuterbitas precisas de los sateacutelites de se obtuvieron del Servicio GNSS
Internacional (IGS) Datos de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del Observatorio Es-
pacial de Onsala
Se realizoacute una compensacioacuten inicial como red libre para detectar errores groseros y
seguidamente se constrintildeeron las coordenadas de las estaciones que forman el mar-
co de referencia
A efectos de compensacioacuten se escogioacute la combinacioacuten libre de ionosfera y el mo-
delo troposfeacuterico de Hopfield Se consideraron las oacuterbitas precisas los paraacutemetros
ionosfeacutericos los paraacutemetros de desplazamiento del polo las correcciones de sesgos
instrumentales Code-Bias y las correcciones por mareas
Las coordenadas de las estaciones calculadas para cada diacutea una vez por semana se
obtuvieron en el marco de referencia geodeacutesico ETRS89 y en el sistema de coorde-
nadas UTM
4 Estudios realizados
198
4536 Resultados
Al comparar varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calculados en
diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se pueden
usar para cuantificar el movimiento de la superficie y la velocidad (Chang 2000)
Figura 453 Variacioacuten en altitud en la estacioacuten LORC (REGAM) durante el periacuteodo estudiado
Figura 454 Variacioacuten en altitud en la estacioacuten LORC (MERISTEMUM) durante el periacuteodo
estudiado
4 Estudios realizados
199
Las Figuras 453 y 454 muestran las variaciones en altitud en las estaciones de
Lorca
454 Observaciones de campo
En marzo de 2013 se visitoacute el aacuterea de estudio para comprobar la estabilidad de las
estaciones permanentes GNSS ademaacutes se encontraron varios casos de piping en el
aacuterea de subsidencia como se muestra en la Figura 455
Figura 455 Fenoacutemenos de piping observados en el aacuterea de subsidencia A fotografiacutea tomada
cerca de Santa Gertrudis (ver Figura 452) B fotografiacutea tomada cerca de la estacioacuten de Puerto
Lumbreras (ver Figura 452) C Fotografiacutea tomada cerca de la estacioacuten de Puerto Lumbreras
455 Discusioacuten y conclusiones
A partir del estudio de las coordenadas obtenidas para cada estacioacuten permanente
GNSS durante el periodo calculado se ha detectado una tendencia hacia la subsi-
dencia como muestra la altura de las dos estaciones de Lorca en las Figuras 453 y
454 En concreto se detectoacute una tasa de hundimiento de 080cmantildeo en la estacioacuten
de LORC (REGAM) y se calculoacute una tasa de hundimiento de 864cmantildeo para la
estacioacuten LORC (MERISTEMUM)
Las expresiones empiacutericas calculadas para las variaciones temporales de altura
respectivamente fueron las ecuaciones (1) y (2)
h = -1E-08 t2 + 01896 t + 3884 (1)
h = -2E-08 t2 + 00010 t + 3460 (2)
4 Estudios realizados
200
donde h es la altura y t es el tiempo
La tasa de subsidencia detectada es consistente en magnitud y posicioacuten con los
valores calculados utilizando teacutecnicas de interferometriacutea radar diferencial en el
estudio llevado a cabo por Gonzaacutelez y Fernaacutendez (Gonzaacutelez et al 2011) que se
muestran en las Figuras 442 y 452
Como resultado de este estudio y teniendo en consideracioacuten el estudio realizado por
Gonzaacutelez y Fernaacutendez se puede concluir que la subsidencia en Lorca es un hecho
Sin embargo la causa de esta subsidencia estaacute poco clara
De acuerdo con estudios realizados por Gonzaacutelez y Fernaacutendez la causa de la subsi-
dencia es la extraccioacuten de agua (Gonzaacutelez et al 2011) sin embargo como se ha
demostrado no hay sobreexplotacioacuten de todos los pozos en el aacuterea en la cual se
detecta subsidencia
Como se muestra en las Figuras 442 y 452 la zona de subsidencia se encuentra
entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y Bajo Guadalentiacuten seguacuten la liacutenea liacutemite
del Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espa-
ntildea 1975) la liacutenea de liacutemite oficial estaacute actualmente situada maacutes al norte como se
muestra en las Figuras 442 y 452
La liacutenea liacutemite entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y Bajo Guadalentiacuten se colo-
coacute en 1975 como una liacutenea coacutencava que une Lorca con Vado veacutease la Figura 452
esta liacutenea liacutemite se deduce de estudios geofiacutesicos y es consistente con los estudios
piezomeacutetricos que se han mostrado Maacutes tarde en 1987 cuando se redactoacute la decla-
racioacuten de sobreexplotacioacuten de los acuiacuteferos la liacutenea liacutemite se trasladoacute hacia el norte
pero este cambio no estaacute cientiacuteficamente justificado (Instituto Geoloacutegico y Minero
de Espantildea 1987) Teniendo en cuenta la liacutenea liacutemite de 1975 y los datos piezomeacute-
tricos el acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten es el uacutenico sobreexplotado El acuiacutefero del
Alto Guadalentiacuten ocupa soacutelo el 39 de la zona en la que se detecta la subsidencia y
el aacuterea con la mayor tasa de hundimiento no se encuentra por encima del mismo
Otra razoacuten para cuestionar la sobreexplotacioacuten como causa de la subsidencia es la
presencia de una barrera impermeable entre el acuiacutefero de Alto Guadalentiacuten y el
acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten lo demuestran los estudios geofiacutesicos mencionados
del Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea Esta barrera se deberiacutea reflejar en el
curvado de tasa de hundimiento sobre todo teniendo en cuenta que se trata de una
barrera entre dos zonas con diferente comportamiento hidrogeoloacutegico el acuiacutefero
del Alto Guadalentiacuten es una pequentildea cuenca detriacutetica y el acuiacutefero del Bajo Guada-
lentiacuten tiene varias secciones permeables con niveles de aguas subterraacuteneas indepen-
dientes
Por lo tanto se debe buscar otra razoacuten para justificar la subsidencia observada
4 Estudios realizados
201
Una explicacioacuten para el fenoacutemeno observado puede estar relacionada con los proce-
sos de piping asociados con el gran nuacutemero de pozos (la mayoriacutea de ellos ilegales y
abandonados) en la zona afectada por la subsidencia en los que el agua estaacute decan-
tando continuamente sedimentos de la parte superior a la inferior del acuiacutefero Este
fenoacutemeno se ha documentado en el aacuterea de estudio (veacutease la Figura 455 A
(httpwwwyoutubecomwatchv=3uBBly8LhOA)) Sin embargo teniendo en
cuenta la magnitud de la subsidencia observada el volumen de material desplazado
deberiacutea ser muy alto y por lo tanto la subsidencia no puede atribuirse uacutenicamente a
fenoacutemenos de piping Por lo tanto se deben buscar causas adicionales para explicar
la subsidencia encontrada
Otra explicacioacuten para la subsidencia observada podriacutea estar relacionada con la con-
figuracioacuten tectoacutenica del basamento metamoacuterfico paleozoico De acuerdo con los
estudios geofiacutesicos y perforaciones profundas el Alto Guadalentiacuten tiene una estruc-
tura de graben un horst tectoacutenico se puede observar dentro de la zona hundida que
estaacute delimitada por fallas N 60 E el horst estaacute interrumpido y desplazado lateral-
mente por otras fallas N 120 E que tienen un desgarro dextral predominante (el
bloque oriental se mueve al sur y el occidental al norte) Se han detectado fallas
normales con rumbo N 150-170 E cruzando el horst (Rodriacuteguez Estrella et al
1996)
Durante la visita a la zona se observoacute una grieta kilomeacutetrica absolutamente lineal
la grieta teniacutea una anchura de 05 a 3 m una profundidad de 1-5 m y una direccioacuten
de N 160 E que coincide con la falla normal descrita por Rodriacuteguez Estrella et al en el antildeo 1987 Esta grieta evidencia la existencia de distensioacuten neotectoacutenica en el
aacuterea de estudio Rodriacuteguez Estrella et al sentildealoacute que se ha producido esta actividad
distensiva desde el Mioceno Tardiacuteo
La actividad distensiva asociada con los esfuerzos orogeacutenicos de direccioacuten casi NS
podriacutea ser la causa de la subsidencia Ademaacutes este mecanismo tectoacutenico explica la
intensa actividad de piping observada en el aacuterea de estudio
Como conclusioacuten final es necesario llevar a cabo un estudio multidisciplinario maacutes
a fondo de este fenoacutemeno con el fin de determinar las causas y el alcance de la sub-
sidencia ya que podriacutea implicar un peligro potencial para el aacuterea pudieacutendose pro-
ducir derrumbes de tierra y grietas en la zona afectada (veacutease la Figura 455 B y C)
4 Estudios realizados
202
46 Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordi-
llera Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS
461 Introduccioacuten
El uso de GNSS para monitorizar de forma continua deformaciones en la corteza
terrestre implica una infraestructura de redes fijas de receptores tomando datos
GNSS las 24 horas del diacutea (Bock 1991) Es una praacutectica habitual la realizacioacuten de
mediciones geodeacutesicas para detectar deformaciones intersiacutesmicas y cosiacutesmicas En
la mayoriacutea de los casos estos estudios se han realizado en fallas activas y poten-
cialmente activas con tasas altas o muy altas de actividad
En los uacuteltimos antildeos los estudios geofiacutesicos y geoloacutegicos de las Cordilleras Beacuteticas
se han centrado en el reconocimiento de las estructuras tectoacutenicamente activas y las
aacutereas siacutesmicas Como resultado de las investigaciones geofiacutesicas (incluyendo sismi-
cidad tomografiacutea siacutesmica perfiles siacutesmicos de reflexioacuten profunda gravedad y
magnetismo) se ha llegado a la conclusioacuten de que algunos de los elementos maacutes
activos de la zona estaacuten relacionados con la subduccioacuten de la corteza continental
del Macizo Ibeacuterico por debajo de las Cordilleras Beacuteticas (Morales et al 1999)
Ademaacutes en el sector central de la cordillera se ha detectado un contacto de des-
prendimiento de entre 10 y 15 km de profundidad (Galindo-Zaldiacutevar et al 1997
Ruano et al 2004) se considera que es la base sismogeneacutetica de la corteza (Galin-
do-Zaldiacutevar et al 2007)
La reciente y la actual convergencia NW-SE (De Mets et al 1990) produce el desa-
rrollo simultaacuteneo de grandes pliegues y fallas que continuacutea activo hasta la actuali-
dad (Galindo-Zaldiacutevar et al 2003) Uno de los sectores con maacutes intensa actividad
tectoacutenica en esta regioacuten se encuentra en zona interna de la parte central en las Cor-
dilleras Beacuteticas El levantamiento de las cordilleras se relaciona principalmente con
el desarrollo de pliegues en este contexto regional compresivo (Sanz de Galdeano y
Alfaro 2004) Sin embargo las fallas maacutes abundantes reconocidas en la superficie a
lo largo de la parte central de la Cordillera muestran un deslizamiento normal a
veces con componentes dextrales o sinistrales (Galindo-Zaldiacutevar et al 2007)
En el presente estudio se pretende determinar la dinaacutemica de las fallas activas de la
cordillera beacutetica oriental mediante la red de estaciones permanentes dependientes de
cuatro organismos puacuteblicos estatales Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) Infraes-
tructura de datos espaciales de referencia de la Regioacuten de Murcia (REGAM) Con-
sejeriacutea de Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia (MERISTEMUM) y
Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) Se han utilizado datos desde el momento
en que se instalaron las redes en octubre de 2009 hasta octubre de 2012
4 Estudios realizados
203
462 Marco geoestructural
La Cordillera Beacutetica se situacutea en el extremo maacutes occidental del cinturoacuten orogeacutenico
alpino adosada al borde Sur de la subplaca Ibeacuterica (ver Figura 456) La evolucioacuten
geodinaacutemica de esta subplaca ha sido bastante compleja durante los uacuteltimos 200
millones de antildeos debido a su posicioacuten intermedia entre las dos grandes placas Euro-
asiaacutetica y Africana asiacute como por su relativa independencia cinemaacutetica en determi-
nadas etapas Durante el Juraacutesico y gran parte del Cretaacutecico se produjo un movi-
miento relativo de caraacutecter transcurrente entre las placas Africana y Euroasiaacutetica
asociado a los procesos de apertura primero del Atlaacutentico Sur y luego del Atlaacutentico
Norte Durante esta etapa la microplaca ibeacuterica presenta una cinemaacutetica individuali-
zada respecto a la de las dos grandes placas que separa sufriendo procesos de rota-
cioacuten (Le Pichon et al 1970 Choukroune et al 1973) Durante el Terciario este
movimiento transcurrente relativo se frena de modo que durante los uacuteltimos 9 mi-
llones de antildeos (Mioceno superior-actualidad) la subplaca Ibeacuterica ha estado sometida
al proceso de convergencia entre las placas Africana y Euroasiaacutetica (Dewey 1988)
Figura 456 Principales elementos de los liacutemites de placas y la cinemaacutetica de las placas tectoacuteni-
cas AB Cuenca del Algarve PB Margen de Portimao GB Margen del Guadalquivir CPR
Coral Patch Ridge GCIW Gulf of Cadiz Imbricate Wedge HGU Horseshoe Gravitational Unit
Modificado de Iribarren et al 2007
Como consecuencia de esta convergencia se generan las cordilleras que configuran el Oroacutegeno Alpino Mckenzie (1972) utilizando datos de los oceacuteanos circundantes
y analizando los mecanismos focales de la sismicidad describe esa convergencia
4 Estudios realizados
204
entre Eurasia y Aacutefrica deduciendo una rotacioacuten horaria en la direccioacuten de conver-
gencia y un aumento en el valor absoluto de la misma hacia el este Dicha conver-
gencia estaacute controlada por la actividad de grandes fallas transformantes de direccioacuten
proacutexima a E-O que conectan la dorsal centro-oceaacutenica con la zona de Gibraltar
fundamentalmente las fallas Gloria y Azores-Gibraltar (Argus et al 1989)
La direccioacuten de convergencia gira desde la zona de Gibraltar hacia el mediterraacuteneo
central cambiando de orientacioacuten desde NO-SE a NNO-SSE Al mismo tiempo que
se produce este proceso de convergencia se genera un proceso distensivo entre las
placas Ibeacuterica y Africana que da lugar a la formacioacuten de la cuenca de Alboraacuten y el
golfo de Valencia (Vegas 1985 y Sanz de Galdeano 1990)
Figura 457 Mapa de las principales fallas situadas en la zona analizada que son CRF falla de
Crevillente BSF Falla del Bajo Segura CF Falla Carrascoy AMF Falla de Alhama de Murcia
PF Falla de Palomares CBF Falla de Carboneras MF falla Moreras y AF Falla de Albox Mo-
dificado de Ortuntildeo et al (2012)
Las medidas de movimientos relativos entre las placas indican una velocidad de
movimiento relativo en el centro de la Peniacutensula Ibeacuterica entre la placa Ibeacuterica y la
placa Africana de 02 mmantildeo seguacuten una direccioacuten NO-SE Ello parece indicar que
el 95 de los 4 mmantildeo de la tasa de movimiento entre la placa Ibeacuterica y la placa
Africana es absorbida por la deformacioacuten en las cordilleras Beacuteticas Mar de Albo-
raacuten Rif y Tell (Sismimur 2011)
4 Estudios realizados
205
La zona analizada en el presente estudio como se puede ver en la Figura 457 se
localiza en zona oriental del Oroacutegeno Beacutetico el cual comprende la parte continental
espantildeola de la zona de contacto entre las placas tectoacutenicas de Aacutefrica e Iberia Dicha
zona se caracteriza por la ausencia de un accidente principal que absorba la defor-
macioacuten producida por el empuje de ambas placas repartieacutendose el esfuerzo a lo
largo de una amplia zona con gran cantidad de fallas activas
463 Metodologiacutea utilizada
Como muchos otros aspectos de la vida la ciencia de los terremotos ha entrado en una
nueva era con el desarrollo de tecnologiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten de la
superficie en las zonas tectoacutenicamente activas
Las mediciones permanentes con datos GPS ofrece la posibilidad efectiva e inde-
pendiente de la monitorizacioacuten directa de los movimientos asociados a un fenoacute-
meno (Schenk et al 2009) Por lo tanto para los propoacutesitos de este estudio las
teacutecnicas de GNSS se han utilizado para cuantificar el desplazamiento vertical en el
caso de que hayan producido de la zona afectada por el proceso de subsidencia
La fiabilidad en la deteccioacuten de los movimientos del objeto estudiado depende
fundamentalmente de la realizacioacuten de una red estable en torno a esos objetos (Do-
gani et al 2013) Por lo tanto este estudio se llevaraacute a cabo en el marco definido
por estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) y de
otros organismos puacuteblicos Las estaciones situadas fuera de la zona estudiada de la
cordillera beacutetica en zonas tectoacutenicamente poco activas se consideraraacuten en principio
no afectadas por el fenoacutemeno estudiado y fijaraacuten el marco de referencia Ademaacutes se
procesaraacuten las estaciones permanentes GNSS de otros organismos regionales para
obtener la informacioacuten buscada
464 Datos de partida
Se procesoacute la informacioacuten proporcionada por cuatro organismos que ofrecen datos
GNSS de sus estaciones permanentes de forma continua estos son
- Red de estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional (IGN)
De donde se utilizaron los datos de las estaciones ALAC (Alicante Ali-
cante) ALME (Almeriacutea Almeriacutea) COBA (Coacuterdoba Coacuterdoba) MALA
(Maacutelaga Maacutelaga) SONS (Sonseca Toledo) TERU (Teruel Teruel) YE-
BE (Yebes Guadalajara) y VALE (Valencia Valencia)
- Red REGAM (Cartomur ndash Infraestructura de datos espaciales de referencia
de la Regioacuten de Murcia) de donde se tomaron datos de las estaciones
ALCA (Los Alcaacutezares) CARA (Caravaca) JUMI (Jumilla) LORC (Lor-
ca) MAZA (Mazarroacuten) MORA (Moratalla) y MULA (Mula)
4 Estudios realizados
206
- Red MERISTEMUM (Direccioacuten General del Medio Natural Consejeriacutea de
Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia) De la que se toma-
ron las estaciones CRVC (Caravaca) LORC (Lorca) MURC (Murcia)
- Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) De la que se tomoacute informacioacuten
de las estaciones CAAL (Calar Alto Gergal Almeriacutea HUOV (Huercal-
Overa Almeriacutea) PALC (Pozo Alcoacuten Jaeacuten) y VIAR (Villanueva del Arzo-
bispo Jaeacuten)
La distribucioacuten de las estaciones utilizadas se puede observar en la Figura 458 De
todas las estaciones citadas se tomaron como marco de referencia las pertenecien-
tes al IGN excepto ALME y ALAC
Figura 458 Estaciones permanentes GNSS utilizadas en el proceso de caacutelculo Imagen espacial
base TerraMetrics 2013
Las agencias mencionadas proporcionaron los datos de observacioacuten GPS cada 30
segundos los archivos RINEX y las coordenadas aproximadas de las estaciones
utilizadas
Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red se obtuvieron del
Centre for Orbit Determination in Europe (CODE) incluyendo correcciones ionos-feacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las estaciones Las
4 Estudios realizados
207
oacuterbitas precisas de los sateacutelites se obtuvieron del Internacional GNSS Service
(IGS) Los datos de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del Onsala Space Observatory
465 Marco temporal
La ventana temporal de los datos utilizados se extiende del 22 de octubre de 2009
cuando comenzaron a ser operativas las estaciones al 27 de octubre de 2012 Se
procesaron los datos de un diacutea entero una vez por semana siendo el nuacutemero de
posiciones calculadas de 141
466 Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda del programa informaacutetico Bernese de
la Universidad de Berna que nos permite compensar redes geodeacutesicas observadas
mediante teacutecnicas GNSS con una gran precisioacuten y control de las mismas (Dach et
al 2007)
En una primera etapa las ambiguumledades se estimaron y se fijaron a un entero utili-
zando la estrategia QIF (Quasi Ionosphere Free) Los caacutelculos se realizaron utili-
zando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes tarde las
coordenadas de las estaciones definidas para conformar el marco de referencia fue-
ron constrentildeidas El retraso troposfeacuterico se corrigioacute aplicando el modelo de Saasta-
moinen con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2(z) siendo z la
distancia cenital La correccioacuten troposfeacuterica seca se aplicoacute a intervalos de una hora
para estimar el retardo de ceacutenit de las sentildeales GPS Por otra parte el retardo ionos-
feacuterico se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de las frecuencias L1 y L2
Los errores del reloj del sateacutelite se eliminaron mediante el uso de efemeacuterides preci-
sas proporcionadas por el IGS en formato sp3 Los modelos ionosfeacutericos velocida-
des de placas y correcciones Code-Bias se tomaron del CODE (Center for Orbit
Determination in Europe) Por uacuteltimo las correcciones de carga oceaacutenica se obtuvie-
ron del Onsala Space Observatory
Como resultado de todo el proceso se obtuvieron coordenadas en el marco de refe-
rencia geodeacutesico ETRS89 y en el sistema de coordenadas UTM de cada uno de los
diacuteas calculados
467 Resultados obtenidos
Cuando se comparan varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calcula-
das en diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se
pueden utilizar para cuantificar los desplazamientos de la superficie terrestre y su
velocidad (Chang 2000)
Despueacutes de calcular y compensar la red geodeacutesica para cada uno de los diacuteas proce-
sados las desviaciones tiacutepicas de las coordenadas oscilaron entre 08 y 11 mm
4 Estudios realizados
208
En la Figura 459 se reflejan los vectores obtenidos a partir del estudio realizado y
su situacioacuten en relacioacuten a las fallas activas maacutes importantes de la zona
Figura 459 Mapa de las principales fallas activas de la zona analizada estaciones permanentes
vectores obtenidos y velocidades en mmantildeo (NA Movimiento no apreciable) La nomenclatura
de las fallas es la siguiente BSF Falla del Bajo Segura CF Falla de Carrascoy CRF Falla de
Crevillente AMF Falla de Alhama de Murcia PF Falla de Palomares CBF Falla de Carbone-
ras AF Falla de Albox CAF Falla de Campo de las Alpujarras EF Falla de Estancias NF
Falla Norbeacutetica SF Falla de Socobos MF Falla de Moreras y SMF Falla de San Miguel Ima-
gen espacial tomada como base TerraMetrics 2013
Dos de las fallas maacutes importantes en la zona de estudio desde el punto de vista de
actividad tectoacutenica son las de Alhama de Murcia y Carboneras Las estaciones
permanentes de LORC Y HUOV se encuentran relativamente cerca de dichas fallas
Oeste de la falla de Alhama de Murcia (AMF) y este de la falla de Albox (AF)
La falla de Alhama de Murcia es una falla de desgarre sinistrorsa con componente
inversa que cruza la cordillera Beacutetica oriental con una direccioacuten NE_SW como se
puede apreciar en la Figura 460 La AMF acomoda ~ 01 - 06 mm antildeo de los
4 Estudios realizados
209
aproximadamente 5 mm antildeo de convergencia entre la placa Nubia y la euroasiaacuteti-
ca siendo una de las mayores fallas de la zona de cizalla del este de las Beacuteticas
Muchos de los grandes sismos histoacutericos dantildeinos que ocurrieron en esta aacuterea tienen
que ver con esta estructura (Martiacutenez Diacuteaz et al 2012a)
Estacioacuten Velocidad (mmantildeo) Acimut Falla
ALAC 15 8143ordm CRF
ALCA 19 4873ordm SMF
ALME 20 25175ordm CF
CAAL No apreciable - CAF y AF
CRVC 21 33847ordm CRF y SF
HUOV 17 4758ordm AMF y AF
LORC (MERISTEMUM) 129 12943ordm AMF
LORC (REGAM) 71 12943ordm AMF
MAZA 25 1741ordm MF
MULA 14 1924ordm NF
MURC 15 8318ordm AMF
PALC No apreciable - CRF
Tabla 47 Resultados obtenidos para cada una de las estaciones permanentes estudiadas y su
relacioacuten geograacutefica con las fallas activas maacutes cercanas
Varias fallas convergen hacia el este fusionaacutendose con la falla NEndashSW de Alhama
de Murcia cerca de la localidad de Goacutentildear Hacia el oeste el relieve suave controla-
do por estas fallas inversas desaparece gradualmente despueacutes de algunos kiloacuteme-
tros La falla de Albox cruza la cuenca de Huercal-Overa al sur de Goacutentildear Esta falla
normal neoacutegena se ha reactivado en la actualidad como falla inversa probablemente
controlada por la actividad de la falla de Alhama de Murcia (Masana et al 2005)
4 Estudios realizados
210
Figura 460 Mapa en relieve de la zona de las fallas de Alhama de Murcia y de Albox (ilumina-
cioacuten del NO) en el que se muestran las estaciones analizadas y las principales fallas Sistema de
coordenadas UTM en metros Modificado de E Masana et al 2005
Como se puede ver en la Figura 460 la estacioacuten HUOV estaacute situada al este de la
AF y al oeste de la AMF En el presente estudio como se puede comprobar en las
Figuras 461 462 y 463 se detecta un movimiento de 17 mmantildeo con un azimut
de 4758ordm direccioacuten coincidente con la direccioacuten de la AMF
4 Estudios realizados
211
Figura 461 Posiciones de la estacioacuten permanente HUOV durante el periodo estudiado
Figura 462 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Xutm para la estacioacuten
permanente HUOV
4 Estudios realizados
212
Figura 463 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente HUOV
En cuanto a las estaciones situadas en Lorca LORC (REGAM) y LORC (MERIS-
TEMUM) situadas a menos de un kiloacutemetro y dos kiloacutemetros respectivamente al
sur de la AMF se detectan los mayores desplazamientos del estudio con 71 y 129
mmantildeo respectivamente y un azimut para las dos estaciones de 12943ordm ver Tabla
47 y Figuras 464 y 465 La direccioacuten como se puede apreciar en la Figura 459
es perpendicular a la alineacioacuten de la AMF lo que se explica por el hecho de que el
buzamiento de las principales fallas de la AMF es considerablemente uniforme a lo
largo de los segmentos de 60ordm a 70ordm NW Una clave para entender la estructura del
sistema de fallas es que estas fallas se han formado recientemente y no estaacuten conec-
tadas en profundidad con la AMF o por el contrario son estructuras que amortiguan
el movimiento en profundidad NW de las fallas de buzamiento (Martiacutenez Diacuteaz et al 2012)
Es de resentildear que el 11 de mayo de 2011 se produjo un terremoto de magnitud 51
Mw en la localidad de Lorca Los datos procesados en este estudio de las dos esta-
ciones de Lorca corresponden temporalmente a las siguientes fechas
- Estacioacuten LORC (REGAM) Observaciones desde el 19112009 hasta el
27012011 (deja de ser operativa)
- Estacioacuten LORC (MERISTEMUM) Observaciones desde el 26052011
(inicio de operatividad) hasta el 13092012
Es decir el terremoto sucedioacute entre los dos periodos de observaciones
4 Estudios realizados
213
Figura 464 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia la coordenada Xutm para la estacioacuten perma-
nente LORC (MERISTEMUM)
Figura 465 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente LORC (MERISTEMUM)
La falla de Carboneras es una de las tres principales fallas de desgarre cenozoicas
de la Cordillera Beacutetica La historia del deslizamiento de la falla de Carboneras du-
rante los uacuteltimos 100 ka en el periodo cuaternario parece que se responde a una de
elevacioacuten vertical en lugar de un movimiento de desgarre si atendemos a los meca-nismos focales actuales (Bell et al 1997) Constituye una parte importante de la
zona de cizallaTrans-Alboraacuten del Cenozoico La CBF separa el bloque del Cabo de
4 Estudios realizados
214
Gata (Rocas volcaacutenicas neoacutegenas) de los sedimentos de la cuenca Neoacutegena y el
basamento (Reicherter y Reiss 2001) como se puede observar en la Figura 466
Figure 466 Mapa geoloacutegico generalizado de la regioacuten de la falla de Carboneras Modificado de
Fortuin and Krijgsman (2003)
Como se puede ver en las Figuras 459 y 466 la estacioacuten ALME (Almeriacutea) estaacute
situada al norte de la CBF En el presente estudio se detecta un movimiento de 20
mmantildeo con un azimut de 25175ordm direccioacuten coincidente con la direccioacuten de la fa-
lla como se puede ver en las Figuras 467 468 y 469
4 Estudios realizados
215
Figura 467 Posiciones de la estacioacuten permanente ALME durante el periodo estudiado
Figura 468 Evolucioacuten temporal y linea de tendenciade la coordenada Xutm para la estacioacuten
permanente ALME
4 Estudios realizados
216
Figura 469 Evolucioacuten temporal y linea de tendenciade la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente ALME
En lo que se refiere a la estacioacuten de MAZA cercana a la falla NS situada por Mar-
tinez and Hernaacutendez entre la falla Carrascoy y la falla de Moreras como se muestra
en la Figura 459 en este estudio se ha detectado un movimiento de 25 mmantildeo
con un acimut de 1741ordm la direccioacuten coincide con la direccioacuten de la falla
En lo que a la estacioacuten CRVC se refiere estando esta falla situada cerca de la falla
de Socobos como muestra la Figura 459 se ha detectado en este estudio preliminar
un movimiento de 21 mmantildeo con un acimut de 33847ordm la direccioacuten coincide de
nuevo con la direccioacuten de la falla
En lo que se refiere a la estacioacuten MURC se ha detectado un movimiento de 15
mmantildeo con un acimut de 8318 ordm lo que coincide con el movimiento general de la
falla de Alhama de Murcia
Por uacuteltimo en lo que se refiere a la estacioacuten MULA se ha detectado un movimiento
de 14 mmantildeo con un acimut de 1924ordm lo que no coincide con el movimiento de
ninguna falla ni siquiera de la falla Norbeacutetica que es la maacutes cercana
468 Conclusiones y recomendaciones
Como resultado del estudio realizado se puede afirmar que la metodologiacutea utilizada
para cuantificar de forma grosera la dinaacutemica de zonas tectoacutenicamente activas es
relativamente barata y de sencilla aplicacioacuten Utilizando la infraestructura geodeacutesica
puacuteblica que es de acceso faacutecil y gratuito se pueden llevar a cabo estudios previos
para determinar queacute aacutereas son las maacutes activas y las maacutes interesantes para llevar a
4 Estudios realizados
217
cabo estudios maacutes detallados como los que se estaacuten realizando con la red GPS
CuaTeNeo para estudiar la tectoacutenica del este de la peniacutensula ibeacuterica (Gil de la Igle-
sia 2008)
Basaacutendonos en la precisioacuten de las coordenadas obtenidas a partir del ajuste de red
geodeacutesica disentildeada se puede afirmar que este meacutetodo es capaz de detectar despla-
zamientos permanentes de orden milimeacutetrico
Por otro lado atendiendo a las graacuteficas de desplazamiento obtenidas se ha compro-
bado que los movimientos descritos anteriormente tienen lugar temporalmente de
forma sin saltos bruscos en las posiciones diarias con la excepcioacuten de las estacio-
nes de Lorca
En las dos estaciones de Lorca se produce un cambio brusco en la velocidad del
desplazamiento calculado Este cambio coincide temporalmente con el terremoto
del diacutea 11 de mayo de 2011 de magnitud 51 Mw cuyo epicentro se situoacute a 2 y 3
km de las estaciones de referencia Antes del terremoto la velocidad del desplaza-
miento calculada es de 71 mmantildeo y despueacutes del evento siacutesmico de 129 mmantildeo
El azimut del vector desplazamiento no cambia con un valor en ambos casos de
12943ordm lo que es consistente con los estudios de Martiacutenez-Diacuteaz et al (Martiacutenez-
Diacuteaz et al 2012b)
5 Conclusiones
218
5 Conclusiones
219
5 Conclusiones
A pesar de que ya se han expuesto las conclusiones de forma individual para cada
una de las investigaciones realizadas a continuacioacuten se indicaraacuten las conclusiones
generales maacutes destacadas aplicables al conjunto del trabajo realizado
En esta tesis doctoral se ha comprobado mediante seis estudios geodeacutesicos de alta
precisioacuten la capacidad de los sistemas GNSS para monitorizar movimientos del
terreno de forma perioacutedica asiacute como para detectar precursores de ciertos fenoacutemenos
geodinaacutemicos
La metodologiacutea utilizada en todos los casos praacutecticos analizados ha sido la solucioacuten
de redes geodeacutesicas mediante posicionamiento relativo con medidas de fase Este
meacutetodo ha permitido obtener a posteriori precisiones milimeacutetricas al utilizar soft-
ware cientiacutefico eliminando la mayoriacutea de los errores sistemaacuteticos
Sin embargo se ha de indicar que el meacutetodo aplicado a pesar de su alta precisioacuten
posee una serie de limitaciones
La influencia del marco de referencia utilizado en el caacutelculo de los desplazamientos
especialmente cuando estos son muy pequentildeos Es decir que el movimiento de las
estaciones elegidas para fijar el marco de referencia de la red no se puede conside-
rar despreciable en relacioacuten al movimiento que queremos detectar
El hecho de realizar los caacutelculos con observaciones de 24 horas hace imposible
detectar los movimientos no permanentes que se producen en los episodios siacutesmicos
y volcaacutenicos que suelen ser de corta duracioacuten Movimientos que son de gran impor-
tancia en el estudio de precursores de riesgo
En cuanto a la buacutesqueda de precursores se pueden extraer dos conclusiones en
funcioacuten del fenoacutemeno estudiado
En vulcanologiacutea la deformacioacuten del terreno debido a la intrusioacuten de magma volcaacute-
nico es una sentildeal importante de la inminencia de actividad eruptiva del volcaacuten Las
teacutecnicas GNSS son adecuadas para este propoacutesito ya que permiten medir cambios
en el tiempo de coordenadas tridimensionales en los puntos de monitorizacioacuten El
estudio realizado en la erupcioacuten submarina de la isla del Hierro corrobora que la
deteccioacuten temprana de los abombamientos de zonas volcaacutenicas puede ser conside-
rada como un soacutelido precursor de una inminente erupcioacuten volcaacutenica y las teacutecnicas
de GNSS son una herramienta uacutetil para este propoacutesito
En sismologiacutea en cambio las cosas son diferentes y queda mucho camino por
recorrer para poder predecir geograacutefica y temporalmente terremotos potencialmente
destructivos Desafortunadamente en los estudios realizados no se ha podido en-contrar ninguacuten precursor al respecto
6 Liacuteneas futuras
220
6 Liacuteneas futuras
221
6 Liacuteneas futuras
Vista la potencia de la metodologiacutea utilizada en la deteccioacuten de desplazamientos del
terreno en zonas geodinaacutemicamente activas los futuros trabajos a realizar para con-
tinuar con esta liacutenea de investigacioacuten seriacutean
Estudios de implantacioacuten de redes GNSS permanentes para la deteccioacuten de defor-
maciones en tiempo real con sistemas de alerta en zonas potencialmente peligrosas
o activas
Para solventar las limitaciones indicadas en las conclusiones ademaacutes del posicio-
namiento relativo con medidas de fase en postproceso se aplicariacutea el meacutetodo de
posicionamiento absoluto ldquoPrecise point positioningrdquo (PPP) que nos permitiriacutea
solventar las limitaciones impuestas por el marco de referencia aunque sacrificando
precisioacuten para detectar los desplazamientos de corta duracioacuten no permanentes Para
zonas en las que el fenoacutemeno a estudiar presente tasas de desplazamiento elevadas
no comparables al movimiento general del marco de referencia se podriacutea emplear
la solucioacuten de red mediante enviacuteo de correcciones diferenciales
En esta investigacioacuten se han analizado dos aacutereas especialmente sensibles en este
sentido
- La cuenca de Lorca constituye una zona de especial intereacutes Por una parte
se encuentra al lado de la falla Alhama de Murcia una de las mayores fa-
llas de la zona de cizalla del este de las Beacuteticas responsable de muchos de
los grandes sismos histoacutericos dantildeinos que han sucedido en este sector Por
otro lado parte de la cuenca estaacute en estos momentos afectada por un proce-
so de hundimiento con una de las tasas maacutes altas de Europa superaacutendose
en ciertos puntos los 10 cm anuales
- La isla de El Hierro en las Islas Canarias La erupcioacuten submarina que tuvo
lugar en octubre de 2011 constituye la uacuteltima manifestacioacuten volcaacutenica en
Canarias despueacutes de 40 antildeos de inactividad pero nos recuerda que la isla
es todaviacutea volcaacutenicamente activa Los desplazamientos y movimientos del
terreno en zonas proacuteximas a los volcanes son uno de los signos precursores
de las erupciones volcaacutenicas y en este sentido el estudio realizado pone de
manifiesto que antes de la erupcioacuten estudiada se produjeron movimientos
del terreno
La implantacioacuten de una red geodeacutesica local de alta precisioacuten podriacutea
resultar de ayuda de cara a estudiar el comportamiento volcaacutenico de la zona
y a predecir futuras erupciones volcaacutenicas potencialmente peligrosas para
la poblacioacuten
6 Liacuteneas futuras
222
Esta investigacioacuten se podriacutea aplicar
para la deteccioacuten y cuantificacioacuten de
desplazamientos del terreno en zonas
en las que se producen extracciones
de hidrocarburos mediante el proceso
de fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica comuacuten-
mente conocida como ldquofrackingrdquo es
un proceso en el cual se fracturan las
rocas a traveacutes de la inyeccioacuten de
fluidos a alta presioacuten Recientemen-
te en durante una exploracioacuten de gas
de esquisto en Lancashire en el
Reino Unido la fracturacioacuten hidraacuteu-
lica ha sido asociada con temblores
de tierra causando una gran alarma
en la poblacioacuten
Se piensa que la inyeccioacuten de fluidos
para crear fracturas como se indica
en la Figura 61 permite que las
redes de fracturas se propaguen a las
zonas de fallas Consecuentemente
los fluidos inyectados pueden propa-
garse dentro de la zona de falla provocando un deslizamiento Los mecanismos
magnitud y frecuencia de la sismicidad inducida relacionada con la fracturacioacuten
hidraacuteulica no son totalmente comprendidos y hasta ahora no se ha estudiado su
lugar dentro del contexto global con otras formas de sismicidad inducida (Davies et
al 2013)
Disentildeando e implantando redes GNSS en zonas de extraccioacuten y monitorizando las
fallas afectadas se podriacutea hacer un seguimiento en tiempo real de todo el proceso
de fracking Se podriacutea obtener informacioacuten cientiacutefica baacutesica sobre la sismicidad
inducida y si fuera el caso activar las alarmas oportunas
Figura 61 Corte tridimensional simplificado de
un campo de produccioacuten de gas de esquisto Un
pozo se perfora hasta alcanzar los depoacutesitos pro-
fundos Los fluidos a alta presioacuten son inyectados
en la roca causando que eacutesta se rompa y libere el
gas atrapado Se piensa que la sismicidad induci-
da ocurre cuando esta fracturacioacuten hidraacuteulica
permite que los fluidos se muevan a la zona de la
falla (Davies et al 2013)
7 Bibliografiacutea
223
7 Bibliografiacutea
Altamimi Z Metivier L y Collilieux X (2011) ldquoITRF2008 plate motion mod-
elrdquo Journal of Geophysical Research Solid Earth (1978ndash2012) Vol 117 Issue B7
Aacutelvarez-Goacutemez J A et al Tsunami hazard at the Western Mediterranean Spanish
coast from seismic sources Natural hazards and Earth System Sciences 11 (227-
240)
Argus DF Gordon RG Demets C y Stein S (1989) ldquoClosure of the Africa-
Eurasia-North America plate motion circuit and tectonics of the Gloria faultrdquo Jour-
nal of Geophysical Research 94 5585-5602
Atlas global de la regioacuten de Murcia wwwatlasdemurciacom Visitada
28062011
Avouac J P 2011 ldquoThe lessons of Tohoku-Okirdquo Nature Vol 475 300-301
Baacuteez JC Parra H y Maturana R (2011) ldquoMonitoreamiento del efecto postsiacutesmi-
co del terremoto del Maule a partir de observaciones GNSSrdquo
httpwwwsirgasorgfileadmindocsBoletinesBol16Baez_et_al_Efecto_potsismi
co_del_Maulepdf Visitada 150512
Barnes G L (2003) ldquoOrigins of the Japanese Islands The New ldquoBig Picturerdquordquo
University of Durham
Baxter P J (2000) ldquoErupciones volcaacutenicas Impacto de los desastres en la salud
puacuteblicardquo Organizacioacuten panamericana de la salud
Bell J W Geoffrey F A y King C P (1997) ldquoPreliminary late quaternary slip
history of the Carboneras fault south-eastern Spainrdquo Journal of Geodynamics Vol
24 Nos 1-4 pp 51-66
Benciolini B Biagi L Crespi M Manzino AM y Roggero M (2008) ldquoRef-
erente frames for GNSS positioning services some problems and proponed solu-
tionsrdquo Journal of Applied Geodesy 2 pp 53-62
Berneacute Valero J L Anquela Juliaacuten A B y Garrido Villeacuten N (2013) ldquoGPS Fun-
damentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacuteardquo Ed Universitat Politegravecnica de
Valegravencia
Berrocoso M Fernandez-Ros A Prates G Martin M Hurtado R Pereda J y
Garcia M J Garcia-Cantildeada L Ortiz R y Garcia A (2012) Analysis of surface
deformation during the eruptive process of El Hierro Island (Canary Islands Spain)
Detection Evolution and Forecasting EGU General Assembly 2012 Geophysical
Research Abstracts Vol 14 EGU2012-4351 2012
7 Bibliografiacutea
224
Beutler G (2011) ldquoRevolucion in Geodesy and Surveyingrdquo International Associa-
tion in Geodesy (IAG)
Blewitt G y Lavalleacutee D (2002) ldquoEffect of annual signals on geodetic velocityrdquo
Journal of Geophysical Research VOL 107 NO B7 1010292001JB000570
Bock Y 1991 ldquoContinuous monitoring of crustal deformationrdquo GPS World
240-47
Calero E 2003 Historia de la Geodesia
httpecalerotripodcomsitebuildercontentsitebuilderfileshistoria_ipdf Visitada
031012
Carracedo J C Fernaacutendez-Turiel J L Peacuterez-Torrado F J Rodriacuteguez-Gonzaacutelez
A Troll V y Wiesmaier S (2012) ldquoCrisis siacutesmica de 2011 en el Hierro Croacutenica
de una erupcioacuten anunciadardquo httpwwwgiulpgcesgeovolpdfEl20Hierro-
2011pdf Visitada 131012
Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (2010)
httpwwwcredbesitesdefaultfilesADSR_2010pdf Visitada 140411
Ceroacuten J C y Pulido-Bosch A (1996) ldquoGroundwater problems resulting from
CO2 pollution and overexploitation in Alto Guadalentiacuten aquifer (Murcia Spain)rdquo
Environmental Geology 28 223-228
Chang C C 2000 ldquoEstimates of horizontal displacements associated with the
1999 Taiwan earthquakerdquo Survey Review 35 (278) 563-568
Chen CH Yeh TK Liu JY Wang CH Wen S Yen HY y Chang SH
(2011) ldquoSurface deformation and seismic rebound implications and applicationsrdquo
Survey in Geophysics 32291-313
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura (2013 - 1) ldquoCaracterizacioacuten adicional de las
masas de agua subterraacutenea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales
en 2015rdquo (Archivo 070-050 - Bajo Guadalentiacuten) (Archivo 070-057 - Alto Guada-
lentiacuten) httpwwwchseguraeschsplanificacionydmaplanificacionfichashtml
Visitada 08-10-2013
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura (2013 - 2) ldquoAnexo B Fichas de los temas
importantesrdquo
httpswwwchseguraesexportdescargasplanificacionydmaplanificaciondocsdes
cargaAnexo_B_ETIpdf P 181 Visitada 10-10-2013
Dach R Hugentobler U Fridez P y Meindl M (2007) ldquoBernese GPS Software
Version 50rdquo Astronomical Institute University of Bern
7 Bibliografiacutea
225
Davies R Foulger G Bindley A and Styles P (2013) ldquoInduced seismicity and
hydraulic fracturing for the recovery of hydrocarbonsrdquo Marine and Petroleum Ge-
ology Volume 45 Pages 171ndash185
De Mets C Gordon R G Argus D y Stein S (1990) ldquoCurrent plate motionsrdquo
Geophysical Journal International 101 425-478
Dewey J F (1988) ldquoExtensional collapse of orogensrdquo Tectonics 7-6 1123-1139
Dogani U Oz D y Ergintav S (2013) ldquoKinematics of landslide estimated by
repeated GPS measurements in the Avcilar region of Istanbul Turkeyrdquo Studia
Geophysica et Geodaetica 57 217-232
Elsobeiey M y El-Rabbany A (2011) ldquoGPS Precise Point Positioning Some
Recent Developmentsrdquo Proceedings Geomatics Technologies in The City Arabia
Saudiacute
Ergintav S Buumlrgmann R McClusky S Akmak R C Reilinger R E Lenk
O Barka A y Ozener H ldquoPostseismic Deformation near the I˙zmit Earthquake
(17 August 1999 M 75) Rupture Zonerdquo Bulletin of the Seismological Society of
America 92 1 2002 pp 194ndash207
Fortuin AR y Krijgsman W ldquoThe Messinian of the Nijar Basin (SE Spain) sed-
imentation depositional environments and paleogeographic evolutionrdquo Sedimen-
tary Geology Volume 160 Issues 1ndash3 1 August 2003 Pages 213ndash242
Fuentes S (2006) ldquoDiagnoacutestico del uso de proyecciones transversales de Mercator
en escalas urbanasrdquo Tesis doctoral Universidad Tecnoloacutegica Metropolitana de
Chile
Galindo-Zaldivar J Jabaloy A Gonzaacutelez-Lodeiro F y Aldaya F (1997) ldquoCrus-
tal structure of the central sector of the Betic Cordillera (SE Spain)rdquo Tectonics 16
18-37
Galindo-Zaldiacutevar J Gil AJ Borque MJ Gonzaacutelez-Lodeiro F Jabaloy A
Mariacuten-Lechado C Ruano P y Sanz de Galdeano C (2003) ldquoActive faulting in
the internal zones of the central Betic Cordilleras (SE Spain)rdquo Journal of Geody-
namics 36 239-250
Galindo-Zaldiacutevar J Gil AJ Sanz de Galdeano C Shanov S y Stanica D
(2007) ldquoMonitoring of active tectonic structures in Central Betic Cordillera (south-
ern Spain) Acta Geodynamica et Geomaterialia Vol 4 No 1 (145) 19-29
Garciacutea de la Noceda Maacuterquez C Octavio de Toledo y Ubieto F y Pozo Goacutemez
M (1999) ldquoPrograma de actualizacioacuten del inventario hidrogeoloacutegico (PAIH)rdquo
Instituto Geominero de Espantildea
7 Bibliografiacutea
226
Garciacutea-Mayordomo J Gaspar-Escribano J M y Benito B (2007) ldquoSeismic haz-
ard assessment of the Province of Murcia (SE Spain) analysis of source contribu-
tion to hazardrdquo Journal of Seismology 11 (453-471)
Garrido-Villeacuten N Berneacute-Valero JL Antoacuten-Merino A y Huang C Q (2013)
ldquoDisplacement of GNSS permanent stations depending on the distance to the epi-
center due to Japanrsquos earthquake on 11 March 2011rdquo Survey Review Volume 45
330 pp 159-165 doi 1011791752270612Y0000000025
Gianniou M (2010) ldquoInvestigating the effects of earthquakes using HEPOS Grav-
ity Geoid end Earth Observationrdquo International Association of Geodesy Symposia
135
Gil de la Iglesia A (2008) ldquoEstudio de fallas activas en la Cordillera Beacutetica Orien-
tal entre 3ordm-0ordm O y 36ordm30rsquo-36ordm30rsquoNrdquo Universidad de Barcelona Proyecto fin de ca-
rrera httphdlhandlenet24454641 Visitada 090411
Gonzaacutelez PJ y Fernaacutendez J 2011 ldquoDrought-driven transient aquifer compaction
imaged using multi-temporal satellite radar interferometryrdquo Geology 396 551ndash
554 doi101130G319001
Gonzaacutelez P J Tiampo K F Palano M Cannavoacute F y Fernaacutendez J (2012)
ldquoThe 2011 Lorca earthquake slip distribution controlled by groundwater crustal
unloadingrdquo Nature Geoscience Vol 5 821-825
Grapenthin R y Freymueller J T (2011) ldquoThe dynamics of a seismic wave field
Animation and analysis of kinematic GPS data recorded during the 2011 Tohoku-
oki earthquake Japanrdquo Geophysical Research Letters 38 L18308
doi1010292011GL048405
Grupo de Investigacioacuten en Ingenieriacutea Siacutesmica Universidad Politeacutecnica de Madrid
httpwww2topografiaupmesgrupossismodataCONTEXTOgeologicopdf
Visitada 10102012
Gu G y Wang W (2013) Advantages of GNSS in Monitoring Crustal Defor-
mation for Detection of Precursors to Strong Earthquakes Positioning Vol 4 No
1 2013 pp 11-19 doi 104236pos201341003
Halicioglu K y Ozener H (2008) ldquoGeodetic Network Design and Optimization on
the Active Tuzla Fault (Izmir Turkey) for Disaster Managementrdquo Sensors 8(8) pp
4742-4757 doi103390s8084742 No 821393 1906
Hammer J y Mosquera Machado S (2002) ldquoMicrozonificacioacuten Siacutesmica y Orde-
namiento Territorialrdquo III Coloquio sobre Microzonificacioacuten Siacutesmica del 15 al 18
de julio de 2002 Fundacioacuten Venezolana de Investigaciones Sismoloacutegicas Ministe-rio de Ciencias y Tecnologiacutea Caracas Venezuela
7 Bibliografiacutea
227
Hatanaka Y Yamagiwa A Iwata M y Otaki S (2007) ldquoAddition of real-time
capability to the Japanese dense GPS Networkrdquo Geographical Survey Institute
Japan
Hoque M y Jakowski N (2007) ldquoHigher order ionospheric effects in precise
GNSS positioningrdquo Journal of Geodesy Vol 81 pp 259-268
Hofmann-Wellenhof B Lichtenegger H y Wasle E (2008) ldquoGNSS Global
Navigation Satellite Systemrdquo Ed Springer Wien New York
Hu JC Cheng LW Chen HY Wu YM Lee JC Chen YG Lin KC
Rau RJ Kuochen H Chen HH Yu SB y Angelier J (2007) ldquoCoseismic
deformation revealed by inversion of strong motion and GPS data the 2003
Chengkung earthquake in eastern Taiwanrdquo Geophysical Journal International 169
667ndash674
Huber K Heuberger F Abart C Karabatic A Weber R y Berglez P (2010)
ldquoPPP Precise Point Positioning ndash Constraints and Opportunitiesrdquo FIG Working
Week Sydney Australia
Hudnut K W 2008 ldquoImproving GNSS for Future Natural Disaster Reduction
Earthquakesrdquo U S Geological Survey httpwwwpntgovpublic20082008-12-
ICGhudnutpdf Visitada 250112
Ibarguumlen S y Rodriacuteguez E (2012)
wwwatlasdemurciacomindexphpsecciones13sismicidad Visitada 40612
InsideGNSS (2006) ldquoGNSS Solutions Precise Point Positioning and Its Challeng-
es Aided-GNSS and Signal Tracking What is precise point positioning (PPP) and
what are its requirements advantages and challengesrdquo
httpwwwinsidegnsscomnode282 Visitada 220913
Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (1975) ldquoInvestigacioacuten Hidrogeoloacutegica de
la Cuenca Baja del Segura Informe Teacutecnico 5rdquo El Valle del Guadalentiacuten P65
Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (1987) ldquoDeclaracioacuten provisional de acuiacutefe-
ro sobreexplotado relativa al sistema acuiacutefero del Valle del Guadalentiacuten (Murcia)rdquo
P11
Iribarren Gonzaacutelez L Vergeacutes Llahiacute J Camurri F Fullea J y Fernagravendez Ortiga
M (2007) ldquoThe structure of the AtlanticndashMediterranean transition zone from the
Alboran Sea to the Horseshoe Abyssal Plain (IberiandashAfrica plate boundary)rdquo Ma-
rine Geology Volume 243 Issues 1ndash4 Pages 97ndash119
Janssen V (1997) ldquoA Mixed-Mode GPS Network Processing Approach for Vol-
cano Deformation Monitoringrdquo University of Bonn Germany
7 Bibliografiacutea
228
Jimeacutenez-Peraacutelvarez JD (2012)rdquoMovimientos de ladera en la vertiente meridional
de Sierra Nevada (Granada Espantildea) identificacioacuten anaacutelisis y cartografiacutea de sus-
ceptibilidad y peligrosidad mediante SIGrdquo Tesis doctoral Universidad de Granada
Kilburn C (2012) ldquoPrecursory deformation and fracture before brittle rock failure
and potential application to volcanic unrestrdquo Journal of Geophysical Reseach Vol
117 B02211 12 pp
Kilinc A (2008) ldquoWhat causes a volcano to erupt and how do scientists predict
eruptionsrdquo Scientific American November 6
Kulkarni M N Likhar S Tomar V S y Pillai P (2004) ldquoPreliminary results of
GPS studies for the January 2001 Gujarat earthquakerdquo Survey Review 37 (292)
490-497
Kulkarni M N Radhakrishnan N y Rai D (2006) ldquoGlobal positioning system in
disaster monitoring of Koyna Dam western Maharashtrardquo Survey Review 38
(301) 629-636
Kuo L C Yu S B Hsu Y J Hou C S Lee Y H Tsai C S y Chen C S
(2002) ldquoImpact of a large earthquake on a GPS network the case of the 1999 Chi-
Chi Taiwan earthquakerdquo Survey Review 36 (284) 423-431
Laiacutenez Samper M D Romay Merino M M Mozo Garciacutea A Piacuteriz Nuntildeez R y
Tashi T (2011) ldquoMultisystem real time precise-point-positioningrdquo
httpmycoordinatesorgmultisystem-real-time-precise-point-positioningall1
Visitada 061013
Larson K M Poland M y Miklius A (2010) ldquoVolcano monitoring using GPS
Developing data analysis strategies based on the June 2007 Kīlauea Volcano intru-
sion and eruptionrdquo Journal of Geophysical Research VOL 115 B07406 10 PP
Le Pichon X Bonnin J y Pautot G (1970) ldquoThe Gibraltar end of the Azores-
Gibraltar Plate boundary an example of compressive tectonics (Abstract)rdquo Upper
Mantle Committee Symposium Flagstaff Arizona July 1970
Leick A (2004) ldquoGPS Satellite Surveyingrdquo Ed John Wiley amp Sons New Jersey
Liren H Yang F Wuxing D Qing M y Xin M (2003) ldquoActive tectonic
boundaries of the China mainland inferred from GPS observationsrdquo Chinese Jour-nal of Geophysics Vol46 No5 pp 874-882
Martiacuten Furones A (2011) ldquoSistema y marco de referencia terrestre Sistemas de
coordenadasrdquo Apuntes
httpwwwupvesunigeoindexdocenciaetsigctastronomiateoriaastronomiaT2p
df Visitado 110913
7 Bibliografiacutea
229
Martiacutenez Diacuteaz JJ (1998) ldquoNeotectoacutenica y tectoacutenica activa del Sector Centro-
Occidental de la Regioacuten de Murcia y Sur de Almeriacutea (Cordillera Beacutetica ndash Espantildea)rdquo
Universidad Complutense de Madrid Tesis doctoral
Martiacutenez-Diacuteaz J J ldquoSismotectoacutenica de la falla de Alhama de Murcia Implicacio-
nes sismogeneacuteticas del terremoto de Lorca de junio de 1977 (Mb42)rdquo Estudios
geoloacutegicos 55 (251-256)
Martiacutenez-Diacuteaz J J y Hernaacutendez Enrile J L ldquoReactivacioacuten de la falla de Alhama
de Murcia (sector de Lorca-Totana) Cinemaacutetica y campos de esfuerzos desde el
Messiniense hasta la actualidadrdquo Geogaceta 9 (38-42)
Martiacutenez-Diacuteaz JJ Masana E Hernaacutendez-Enrile JL y Santanach P (2003)
ldquoEffects of repeated paleoearthquakes on the Alhama de Murcia Fault (Betic Cor-
dillera Spain) on the Quaternary evolution of an alluvial fan systemrdquo Annals of Geophysics Vol 46 N 5 (775-791)
Martiacutenez Diacuteaz JJ Massana E y Ortuntildeo M (2012a) ldquoActive Tectonics of the
Alhama de Murcia fault Betic cordillera Spainrdquo Journal of Iberian Geology 38
(1) 2012 253-270
Martiacutenez Diacuteaz J J Aacutelvarez Goacutemez J A Garciacutea Mayordomo J Insua Areacutevalo J
M Martiacuten Gonzaacutelez F y Rodriacuteguez Peces M J (2012b) ldquoInterpretacioacuten tectoacutenica
de la fuente del terremoto de Lorca de 2011 (Mw 52) y sus efectos superficialesrdquo
Boletiacuten geoloacutegico y minero Vol 123 Nordm 4 441-458
Masana E Pallas R Perea H Ortuntildeo M Martiacutenez-Diacuteaz JJ Garciacutea-Melendez
E y Santanacha P (2005) ldquoLarge Holocenemorphogenic earthquakes along the
Albox fault Betic Cordillera Spainrdquo Journal of Geodynamics 40 (2005) 119ndash133
Massana E Martiacutenez-Diacuteaz JJ Hernaacutendez-Enrile JL y Santanach P (2004)
ldquoThe Alhama de Murcia fault (SE Spain) a seismogenic fault in a diffuse plate
boundary Seismotectonic implications for the Ibero-Magrebian regionrdquo Journal of
Geophysical Reseach B Solid Earth 109 (1-17)
McKenzie D P (1970) ldquoPlate tectonics of the Mediterranean regionrdquo Nature
226 239
McKenzie D P (1972) ldquoActive tectonics of the mediterranean regionrdquo Geophys-ical Journal of the Royal Astronomical Society 30 109-185
Meade B J Hager B H McClusky S C Reilinger R E Ergintav S Lenk
O Barka A y Ozener H (2002) ldquoEstimates of Seismic Potential in the Marmara
Sea Region from Block Models of Secular Deformation Constrained by Global
Positioning System Measurementsrdquo Bulletin of the Seismological Society of Ameri-ca 92 1 pp 208ndash215
7 Bibliografiacutea
230
Mendoza L Kehm A Koppert A Martiacuten Daacutevila J Gaacuterate J y Becker M
(2012) ldquoThe Lorca Earthquake observed by GPS a Test Case for GPS Seismolo-
gyrdquo Fiacutesica de la Tierra Vol 24 (2012) 129-150
Millaacuten Gamboa J M (2006) Geodesia y Topografiacutea JM Ediciones Caacutediz
Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y Medio Ambiente Sistema de informa-
cioacuten de recursos subterraacuteneos (Spanish) httpsigmagramaesrecursossub Visita-
da 05032013
Mogi K (1969) ldquoSome features of recent Seismic activity in and near Japan (2)
Activity before and after great earthquakesrdquo Bulletin of the Earthquake Research Institute University of Tokyo 47 395ndash417
Morales J Serrano I Jabaloy A Galindo-Zaldiacutevar J Zhao D Torcal F Vi-
dal F y Gonzaacutelez-Lodeiro F (1999) ldquoActive continental subduction beneath the
Betic Cordillera and the Alboran Seardquo Geology 27 735-738
NASA Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology
httpwwwjplnasagovnewsnewscfmrelease=2011-080 Visitada 090211
Navipedia httpwwwnavipedianetindexphpPrecise_Point_Positioning Visita-
da 050913
Normile D (2011) ldquoDevastating earthquake defied expectationsrdquo Science Vol
331 1375
Ortuntildeo M Masana E Garcia-Melendez E Martinez-Diaz J Stepancikova P
Cunha PP Sohbati R Canora C Buylaert J-P y Murray AS (2012) ldquoAn
exceptionally long paleoseismic record of a slow-moving fault The Alhama de
Murcia fault (Eastern Betic shear zone Spain)rdquo Geological Society of America Bul-
letin 124 910 1474
Oumlzyasar M y Oumlzluumldemir M T (2011) ldquoThe contribution of engineering surveys
by means of GPS to the determination of crustal movements in Istanbulrdquo Natural
Hazards and Earth system Sciences 11 1705-1713
Peacuterez J Monico J y Chaves J (2003) Velocity Field Estimation Using GPS
Precise Point Positioning The South American Plate Case Positioning Vol 1 No
5
Perez-Torrado F J Carracedo J C Rodriacuteguez-Gonzaacutelez A Soler V Troll V
R y Wiesmaier S (2012) ldquoLa erupcioacuten submarina de La Restinga en la isla de El
Hierro Canarias Octubre 2011-Marzo 2012rdquo Estudios Geoloacutegicos 68(1) enero-
junio 5-27
7 Bibliografiacutea
231
Pospiacutesil L Hefty J y Hipmanovaacute L (2012) ldquoRisk and geodynamically active
areas of the carpathian lithosphere on the base of geodetical and geophysical datardquo
Acta Geodaetica et Geophisica Hungarica Vol 47(3) pp 287ndash309
Promthong C (2006) ldquoDeformation of geodetic network in Thailand due to crustal
movementrdquo Royal Thai Survey Department Seventeenth United Nations Regional
Cartographic Conference for Asia and the Pacific Bangkok
Ramiacuterez M y Ortiz D (2003) ldquoEstimacioacuten de los paraacutemetros de transformacioacuten
entre los sistemas de referencia WGS84 y PSAD-56 para una zona de Calamardquo 124
p Universidad de Santiago de Chile
Rangin C Bader AG Pascal G Ecevitoglu B y Goumlruumlr N (2002) ldquoDeep struc-
ture of the Mid Black Sea High (offshore Turkey) imaged by multi-channel seismic
survey (BLACKSIS cruise)12rdquo Marine Geology 182 pp 265-278
Ray J Dong D y Altamimi Z (2004) ldquoIGS reference frame status and future
improvements dentro de Proceedings of IGS Celebrating a decade of the Interna-
tional GPS Service Berna 1-5 de marzo de 2004
Reicherter KR y Reiss S (2001) ldquoThe Carboneras Fault Zone (southeastern
Spain) revisited with Ground Penetrating Radar ndash Quaternary structural styles from
high-resolution imagesrdquo Netherlands Journal of Geosciences Geologie en
Mijnbouw 80 (3-4) 129-138
Rizos C Janssen V Roberts C y Grinter T (2012) ldquoPrecise Point Positioning
Is the Era of Differential GNSS Positioning Drawing to an Endrdquo FIG Working
Week 2012 Knowing to manage the territory protect the environment evaluate the
cultural heritage Rome Italy
Rodriacuteguez Estrella T Hernaacutendez Peacuterez F F y Navarro Hewaacutes F (1996) ldquoPosi-
ble relacioacuten de la tectoacutenica actual distensiva con el alargamiento de los piping en el
saladar de La Mata-Los Ventorrillos (Valle del Guadalentiacuten Murcia)rdquo Papeles de
Geografiacutea N 23-24 263-281
Rodriacuteguez Estrella T (2012) httpnuestra-
tierralaverdadesnaturalezageologia2730-la-sobreexplotacion-del-acuifero-del-
guadalentin-no-causo-el-terremoto Visitada 40612
Ruano P Galindo-Zaldiacutevar J y Jabaloy A (2004) ldquoRecent Tectonic Structures in
a Transect of the Central Betic Cordillerardquo Pageoph 161 541-563
Sagiya T (2004) ldquoA decade of GEONET 1994ndash2003 The continuous GPS obser-
vation in Japan and its impactrdquo Earth Planets Space 56 xxixndashxli
Sagiya T (2011) ldquoRebuilding seismologyrdquo Nature Vol 473 146-148
7 Bibliografiacutea
232
Sansograve Fernando A (2003) ldquoWindow on the Future of Geodesyrdquo International
Assotiation of Geodesy Symposia Volume 128 Springer
Santoyo M A y Luzoacuten F (2008) ldquoStress relations in three recent seismic series in
the Murcia Region southeastern SpainrdquoTectonophysics 457 (86-95)
Sanz de Galdeano C (1990) ldquoGeologic evolution of the Betic cordilleras in the
Western Mediterranean Miocene to presentrdquo Tectonophysics 172 107-109
Sanz de Galdeano C y Alfaro P (2004) ldquoTectonic significance of the present
relief of the Betic Cordillerardquo Geomorphology 63 178-190
Satirapod C 2007 ldquoDeformation of Thailand as detected by GPS Measurements
due to the december 26th 2004 megathrust Earthquakerdquo Survey Review 39 (304)
109-115
Schenk V Kadlečiacutek P Wegmuumlller U Schenkovaacute Z y Seidlovaacute Z (2009)
ldquoSurface deformation of Prague and Ostrava-Karvinaacute areas determined by PS and
Differential Interferometry Products 5th User Workshop 25th-26th March 2009
ESAESRIN Frascati Italy Final Programme amp Abstract Book 16ndash-17
httpwwwterrafirmaeucom
Seeber G (2003) ldquoSatellite Geodesyrdquo Ed Walter de Gruyter bull Berlin bull New York
Sevilla de Lerma Miguel J (2001) ldquoIntroduccioacuten histoacuterica a la Geodesiardquo Univer-
sidad Complutense de Madrid
Simons M Minson SE Sladen A Ortega F Jiang J Owen SE Meng L
Ampuero JP Wei S Chu R Helmberger DV Kanamori H Hetland E
Moore AW y Webb FH (2011) ldquoThe 2011 Magnitude 90 Tohoku-Oki
Earthquake Mosaicking the Megathrust from Seconds to Centuriesrdquo Science Vol
332 1421-1425
SISMIMUR (2011) httpwww112rmcomdgsceplanessismimursis_4_1html
Visitada 04112011
Spicak A y Vanek J (2011) ldquoThe MW 90 Tohoku Earthquake Japan March 11
2011rdquo Studia Geophysica et Geodaetica 55 389-395
Takahashi H (2011) ldquoStatic strain and stress changes in eastern Japan due to 2011
off the Pacific coast of Tohoku Earthquake as derived from GPS datardquo Earth Planets and Space 63(7) 741-744
Takuya Nishimura Hiroshi Munekane y Hiroshi Yarai (2011) ldquoThe 2011 off the
Pacific coast of Tohoku Earthquake and its aftershocks observed by GEONETrdquo
Earth Planets Space Vol 63 (No 7) pp 631-636
Tarbuck Edward J y Lutgens Frederick K (2005) ldquoCiencias de la Tierra una
introduccion a la Geologiacutea Fiacutesicardquo Ed Pearson Educacioacuten
7 Bibliografiacutea
233
Tilling RI y PW Lipman (1993) ldquoLessons in reducing volcano riskrdquo Nature
364 p 277-280
Tomaacutes R Herrera G Delgado J y Pentildea F (2009) ldquoSubsidencia del terrenordquo
Ensentildeanza de las Ciencias de la Tierra (173) 295-302 ISSN 1132-9157
Turgut U Kamil E y Ahmet A (2010) ldquoMonitoring Plate Tectonic and Subsid-
ence in Turkey by CORS-TR and InSARrdquo FIG Congress 2010
Turrioacuten Pelaacuteez F (2012) ldquoNuevas aportaciones al conocimiento hidrogeoloacutegico
del valle del Guadalentiacuten y su evolucioacuten en los uacuteltimos 30 antildeosrdquo
httpwwwfranciscoturrioncom201212el-acuifero-de-lorca-no-estahtml Visita-
da 16052012
United Nations Population Fund
httpwwwunfpaorgpublichomepublicationspid8726 Visitada 05062011
USGS (United States Geological Survey) (2011)
httpearthquakeusgsgovearthquakeseqarchiveslast_eventworldworld_spainph
p Visitada 03112011
USGS (United States Geological Survey) 2011 Science Features Categories Fea-
tured Natural Hazards
Vegas R (1985) ldquoTectoacutenica del aacuterea Iacutebero-Magrebiacute Mecanismo de los Terremo-
tos y Tectoacutenicardquo Ed Univ Complutense Madrid 197-215
Vigny C Huchon P Ruegg J Khanbari K y Asfaw L M (2006) ldquoConfirma-
tion of Arabia plate slow motion by new GPS data in Yemenrdquo Journal of Geophys-
ical Research VOL 111 B02402 doi1010292004JB003229
Wang F Shen ZK Wang YZ y Wang M (2011) ldquoInfluence of the March 11
2011 Mw 90 Tohoku-Oki earthquake on regional volcanic activitiesrdquo Chinese
Science Bulletin Vol 56 2077-2081
Wang K (2007) ldquoElastic and viscoelastic models of crustal deformation in sub-
duction earthquake cyclesrdquo Earth Science Series Columbia Univ press New York
USA 545ndash575
Westaway R (2003) ldquoKinematics of the Middle East and Eastern Mediterranean
Updatedldquo Turkish Journal of Earth Sciences Vol 12 pp 5-46
Wright T J N Houlieacute M Hildyard y T Iwabuchi (2012) ldquoReal-time reliable
magnitudes for large earthquakes from 1 Hz GPS precise point positioning The
2011 Tohoku-Oki (Japan) earthquakerdquo Geophysical Research Letters 39 pp 47-
63 L12302 doi1010292012GL051894
7 Bibliografiacutea
234
Yue H y T Lay (2011) ldquoInversion of high-rate (1 sps) GPS data for rupture pro-
cess of the 11 March 2011 Tohoku earthquake (Mw 91)rdquo Geophysical Research
Letters 38 pp 66-79 L00G09 doi1010292011GL048700
Zusheng Z First Crustal Deformation Monitoring Center China Seismological
Bureau Tianjin 300180 China
Agradecimientos
3
Agradecimientos
En primer lugar gracias a Natalia por su apoyo incondicional ideas criacuteticas y su
ayuda sin la cual todo esto no tendriacutea sentido
Todo mi agradecimiento para mi codirector de Tesis Joseacute Luis Berneacute por sus
ideas material consejos y por compartir conmigo su gran experiencia investigado-
ra
Gracias a Joel Isis y Axel que han compartido a su padre con este trabajo
4
Resumen
5
Resumen
La Tierra es un planeta en continua transformacioacuten Si retrocedieacuteramos en el tiempo
1500 millones de antildeos no reconoceriacuteamos ninguacuten rasgo actual en su superficie ni
montantildeas ni cuencas oceaacutenicas ni posiciones relativas de los continentes Por el
contrario si pudieacuteramos mirar la Luna con un telescopio que nos mostrara coacutemo era
hace 1500 millones de antildeos observariacuteamos que su superficie salvo algunos nuevos
craacuteteres no ha variado Esto es debido a que la Tierra al contrario que la Luna auacuten
no se ha enfriado y se mantiene geoloacutegicamente activa y en continuo movimiento
En esta tesis doctoral se ha tratado de validar las teacutecnicas GNSS como herramienta
fundamental en estudios de geodinaacutemica interna orientando la investigacioacuten hacia
la buacutesqueda de precursores en el aacutembito de la sismologiacutea y vulcanologiacutea
Para poner en praacutectica la utilidad de dichas teacutecnicas se han realizado investigacio-
nes geodinaacutemicas aisladas publicadas en diversos medios
- Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la distan-
cia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de
2011 Publicado en Survey Review Mayo 2013
- Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca del
11 de mayo de 2011 Topcart Octubre 2012
- Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutecnicas
GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de 2011 Publi-
cado en Mapping Diciembre 2013
- Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erupcioacuten
submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas GNSS En
revisioacuten
- Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutecnicas
GNSS En revisioacuten
- Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordillera
Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS En revisioacuten
6
Resum
7
Resum
La Terra eacutes un planeta en contiacutenua transformacioacute Si retrocediacuterem en el temps 1500
milions danys no reconeixeriacuteem cap tret actual en la seua superfiacutecie ni muntanyes
ni conques oceagraveniques ni posicions relatives dels continents Al contrari si pogueacute-
rem mirar la Lluna amb un telescopi que ens mostrara com era fa 1500 milions
danys observariacuteem que la seua superfiacutecie excepte alguns nous cragraveters no ha va-
riat Accedilograve eacutes degut al fet que la Terra al contrari que la Lluna encara no sha refredat
i es manteacute geologravegicament activa i en continu moviment
En este treball sha tractat de validar les tegravecniques GNSS com a ferramenta fona-
mental en estudis de geodinagravemica interna orientant la investigacioacute cap a la busca de
precursors en lagravembit de la sismologia i vulcanologia
Per a posar en pragravectica la utilitat de dites tegravecniques shan realitzat investigacions
geodinagravemiques aiumlllades publicades en diversos mitjans
- Desplaccedilament destacions permanents GNSS en funcioacute de la distagravencia a
lepicentre a consequumlegravencia del terratreacutemol de Japoacute de l11 de marccedil de 2011
Publicat en Survey Review Maig 2013
- Estudi dels desplaccedilaments produiumlts pel terratreacutemol de Lorca de l11 de maig
de 2011 Topcart Octubre 2012
- Estudi dels desplaccedilaments permanents de plaques per mitjagrave de tegravecniques
GNSS deguts al terratreacutemol de Turquia del 23 doctubre de 2011 Publicat
en Mapping Desembre 2013
- Estudi dels desplaccedilaments del terreny produiumlts per lerupcioacute submarina dEl
Hierro doctubre de 2011 per mitjagrave de tegravecniques GNSS En revisioacute
- Estudi de la subsidegravencia en Lorca Murcia (Espantildea) per mitjagrave de tegravecniques
GNSS En revisioacute
- Estudi bagravesic dels desplaccedilaments de les falles actives en la serralada Begravetica
oriental per mitjagrave de tegravecniques GNSS En revisioacute
8
Abstract
9
Abstract
Planet Earth is in continuous transformation If we could move back in time 15
billion years we would not recognize any current feature on its surface no moun-
tains no ocean basins and relative positions of the continents By contrast if we
look at the Moon with a telescope to show us how was 1500 million years ago we
would observe its surface except for some new craters has not changed This is
because the Earth Moon unlike not yet cooled and geologically remains active and
in continuous movement
This paper has attempted to validate GNSS techniques as a fundamental tool in
internal geodynamic studies directing research toward finding precursors in the
field of seismology and volcanology
To implement the utility of such techniques there have been isolated geodynamic
investigations published in various media
- Displacement of GNSS permanent stations depending on the distance to the
epicentre due to Japanrsquos earthquake on 11 March 2011 Published in Sur-
vey review May 2013
- Study of displacements produced by Lorca earthquake on 11 May 2011
Topcart Octuber 2012
- Study of permanent plate displacement by GNSS techniques due to the
earthquake in Turkey on October 23 2011 Published in Mapping Decem-
ber 2013
- Study of ground displacement produced by El Hierro submarine eruption
on October 2011 through GNSS techniques In revision
- Study of land subsidence in Lorca Murcia (Spain) by GNSS techniques
In revision
- Basic study of active fault displacements in eastern Betic Cordillera by
GNSS techniques In revision
10
Iacutendice
11
1 Iacutendice
Agradecimientos 3
Resumen 5
Resum 7
Abstract 9
1 Iacutendice 11
2 Objetivo de la investigacioacuten 15
3 Introduccioacuten 17
31 Introduccioacuten a la Geodesia Espacial 17
311 Concepto 17
312 Historia 17
32 Introduccioacuten a la monitorizacioacuten de fenoacutemenos geodinaacutemicos mediante teacutecnicas GNSS 26
321 Introduccioacuten a la geodinaacutemica interna de la Tierra 26
322 Sistemas geodeacutesicos de referencia 38
323 Teacutecnicas maacutes utilizadas 60
324 Redes de estaciones permanentes 100
325 Estado del arte 102
4 Estudios realizados 125
41 Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la distancia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de 2011 126
411 Introduccioacuten 126
412 Objetivo de la investigacioacuten 129
413 Antecedentes 129
414 Marco geoestructural 130
415 Metodologiacutea 132
416 Resultados obtenidos 134
Iacutendice
12
417 Conclusiones 139
42 Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 142
421 Introduccioacuten 142
422 Antecedentes 143
423 Marco geoestructural 146
424 Metodologiacutea utilizada 151
425 Resultados obtenidos 153
426 Conclusiones y recomendaciones 154
43 Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutecnicas GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de 2011 156
431 Introduccioacuten 156
432 Marco geoestructural 159
433 Metodologiacutea 160
434 Resultados 164
435 Conclusiones 169
44 Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erupcioacuten submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas GNSS 170
441 Introduccioacuten 170
442 Marco geoestructural 173
443 Meacutetodos 176
444 Discusioacuten y conclusiones 183
45 Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutecnicas GNSS 185
451 Introduccioacuten 185
452 Antecedentes 186
453 Datos y metodologiacutea 188
454 Observaciones de campo 199
455 Discusioacuten y conclusiones 199
Iacutendice
13
46 Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordillera Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS 202
461 Introduccioacuten 202
462 Marco geoestructural 203
463 Metodologiacutea utilizada 205
464 Datos de partida 205
465 Marco temporal 207
466 Procesamiento de los datos 207
467 Resultados obtenidos 207
468 Conclusiones y recomendaciones 216
5 Conclusiones 219
6 Liacuteneas futuras 221
7 Bibliografiacutea 223
Iacutendice
14
2 Objetivo de la investigacioacuten
15
2 Objetivo de la investigacioacuten
De acuerdo con la UNFPA (United Nations Population Fund) siete mil millones de
personas habitaban la Tierra el 31 de octubre de 2011 Aproximadamente una de
cada dos personas vive en una ciudad y en tan soacutelo 35 antildeos esta cifra habraacute au-
mentado a dos de cada tres personas En 2011 maacutes de la mitad de la poblacioacuten
mundial viviraacute en zonas urbanas y en 2030 los pueblos y ciudades albergaraacuten a casi
5000 millones de personas (United Nations Population Fund 2011)
Seguacuten el CRED (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters) el 60 por
ciento de las muertes humanas causadas por los desastres naturales en la uacuteltima
deacutecada se debieron a terremotos dado que ocho de las ciudades maacutes pobladas del
planeta estaacuten construidas sobre fallas tectoacutenicas Estas ciudades son Katmanduacute
Nepal Estambul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta Indonesia Tokio Japoacuten
Meacutexico DF Meacutexico Nueva Delhi India Nueva York EEUU Vancouver Cana-
daacute Shanghai China y Los Aacutengeles California EEUU (Centre for Research on the
Epidemiology of Disasters 2010)
Por otro lado los riesgos producidos por otros fenoacutemenos geoloacutegicos como erup-
ciones volcaacutenicas subsidencias o deslizamientos aunque hayan sido algunas veces
subestimados tambieacuten albergan potenciales efectos devastadores Valga como
ejemplo el veloz y continuo crecimiento de las poblaciones que viven en aacutereas de
actividad volcaacutenica que a finales del siglo XX llegaron a los 500 millones de per-
sonas (Baxter 2000)
A nivel nacional el reciente terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 con una
magnitud de 51 Mw 9 viacutectimas mortales y grandes dantildeos materiales supone un
claro ejemplo sobre el gran esfuerzo que auacuten queda por hacer en este campo de
investigacioacuten Concretamente para este evento siacutesmico se barajan varias causas sin
que hasta ahora haya consenso entre la comunidad cientiacutefica sobre su origen En
esta tesis se realizan dos estudios encaminados a aportar algunos resultados sobre la
compleja geodinaacutemica de la zona en la que se produjo el terremoto
Partiendo de estas premisas y siempre desde el punto de vista geodeacutesico y cartograacute-
fico se considera que es necesario seguir realizando esfuerzos para profundizar en
el conocimiento de estos fenoacutemenos sobre todo en lo que concierne a su predic-
cioacuten ya que esto redundariacutea en una reduccioacuten de viacutectimas y de dantildeos materiales
El objetivo de esta tesis consiste entonces en el estudio geodeacutesico aplicando teacutecni-
cas GNSS (Global Navigation Satellite System) de alta precisioacuten de fenoacutemenos
geodinaacutemicos susceptibles de producir desastres naturales Concretamente se reali-
zaraacuten anaacutelisis de eventos siacutesmicos erupciones volcaacutenicas y subsidencias del te-
rreno En todos estos casos se estudiaraacuten fundamentalmente los desplazamientos del
terreno producidos antes durante y despueacutes del fenoacutemeno para buscar signos pre-
2 Objetivo de la investigacioacuten
16
cursores cuantificar los movimientos y proponer estrategias de monitorizacioacuten para
las zonas maacutes sensibles
3 Introduccioacuten
17
3 Introduccioacuten
31 Introduccioacuten a la Geodesia Espacial
Siendo el objetivo de esta tesis el estudio de fenoacutemenos geodinaacutemicos aplicando
teacutecnicas GNSS resulta loacutegico comenzar introduciendo la rama de la Geodesia alre-
dedor de la cual se va a desarrollar el estudio
Desde el momento en que el ser humano evoluciona hacia un animal racional ha
mostrado su intereacutes por la Tierra Los fenoacutemenos naturales que le rodean condicio-
nan su comportamiento y la necesidad de comprenderlos ha dado lugar en un pri-
mer momento a las maacutes variadas supersticiones mitos ritos y cultos La necesidad
del ser humano de ubicarse o ubicar otros elementos y comunicar estas localizacio-
nes a otros seres humanos puede decirse que fue el origen de las teacutecnicas geodeacutesi-
cas
311 Concepto
Etimoloacutegicamente la palabra Geodesia del griego γηδαιω (divido la tierra) signifi-
ca la medida de las dimensiones de la Tierra En su acepcioacuten moderna tambieacuten
engloba el estudio del campo de gravedad Concretamente la Geodesia Espacial es
una relativamente nueva rama de la Geodesia que trata principalmente con sateacutelites
artificiales cuya observacioacuten resulta maacutes coacutemoda y precisa que la tradicional aplica
teacutecnicas tridimensionales y resuelve todos los problemas de la Geodesia tanto geo-
meacutetricos como dinaacutemicos (Sevilla de Lerma 2001)
312 Historia
Es sorprendente el grado de conocimiento alcanzado sobre determinados fenoacutemenos
naturales en culturas muy antiguas y cuyas evidencias para nosotros proceden del
estudio de los monumentos que nos han llegado (Stonehenge en Inglaterra la Gran
Piraacutemide de Egipto templos y ciudades Indias de Ameacuterica Central etc) La mayo-
riacutea de estos fenoacutemenos estaacuten relacionados con la Tierra el Sol o la Luna no pu-
dieacutendose separar en la etapa inicial la Geodesia de la Astronomiacutea (Calero 2003)
3121 Desde los oriacutegenes hasta la eacutepoca romana
De las civilizaciones maacutes antiguas no ha pervivido mucha documentacioacuten no obs-
tante quedan indicios de que en Sumeria Egipto China y la India se hicieron ob-
servaciones precisas y aunque no se alcanzoacute un conocimiento profundo si se ad-
quirieron nociones baacutesicas sobre los movimientos de la Tierra en el espacio (Calero
2003)
3 Introduccioacuten
18
En la civilizacioacuten babiloacutenica como se puede ver en la Figura 31 se consideraba
que la Tierra era un disco plano que flotaba en el oceacuteano y en cuyo centro se encon-
traba Babilonia
De la civilizacioacuten egipcia resulta relevante la extraordinaria precisioacuten en la orienta-
cioacuten de algunos monumentos con respecto a los puntos cardinales hecho que resul-
ta especialmente admirable en las piraacutemides de Keops y Kefren con unas desviacio-
nes menores a 3rsquo
En el periodo griego fue Pitaacutegoras (582-
500 aC) el primer humano que se conoce
que admitiera la idea de la esfericidad de la
Tierra Siglos maacutes tarde Aristoacuteteles (384-
322 aC) dedujo que su forma debiacutea ser
esfeacuterica al ver la sombra que produciacutea la
Tierra sobre la Luna en los eclipses Un
siglo despueacutes Eratoacutestenes (284-192 aC)
fue el primer ser humano que desarolloacute un
meacutetodo cientiacutefico para determinar el radio
de la Tierra (Millaacuten Gamboa 2006) Se le
puede considerar el fundador de la Geode-
sia
Hacia el antildeo 46 aC Julio Ceacutesar con la
ayuda del astroacutenomo Sosiacutegenes de Alejan-
driacutea fija en 36525 la duracioacuten del antildeo y
establece el Calendario Juliano que hoy
todaviacutea utilizan las iglesias ortodoxas grie-
gas y rusas
3122 La edad media
Las teoriacuteas aristoteacutelicas tuvieron una gran influencia la Edad Media en Europa Se
admitiacutea la esfericidad de la Tierra pero se explicaba muy mal Se suponiacutea la Tierra
cubierta de agua excepto la parte habitada (ecumene) La historia de esos siglos estaacute
salpicada de avances descubrimientos de matemaacuteticos y astroacutenomos que no dejan
de considerar los problemas geodeacutesicos en sus trabajos un resumen de los conoci-
mientos matemaacuteticos es realizado por el geoacutemetra Papus (400)
Es de destacar la medida del arco de meridiano realizada por el monje budista chino
I Hsing en el antildeo 727
Las aportaciones aacuterabes a la Geodesia son muy reducidas aunque merecen desta-
carse las expediciones organizadas en las llanuras de Palmira y Zinjar cerca de
Bagdad y Al Raqqah por el califa Al-Mamuacuten (786-833) hijo del Haroun al-
Figura 31 Reproduccioacuten de una tablilla
babiloacutenica del 500 aC donde aparece al
pie un mapa del mundo Biblioteca del
Congreso EEUU
3 Introduccioacuten
19
Raschid (830) para determinar la longitud del grado y los trabajos del matemaacutetico
Al-Khwarizmi que publicoacute un mapa del mundo conocido y determinoacute el radio de la
Tierra ademaacutes de introducir en las matemaacuteticas los numerales hinduacutees 12 y de
cuyo nombre se tomoacute la palabra algoritmo tantas veces usada despueacutes
El astroacutenomo Al-Battani (858-929) hacia el antildeo 900 publica un tratado de Geogra-
fiacutea dando las posiciones de las principales ciudades sirvieacutendose de la trigonometriacutea
publica tablas astronoacutemicas de uso comuacuten Los astroacutenomos aacuterabes Aboul Wefa y
Ben Younis recalculan las constantes astronoacutemicas y Alhazen (966-1039) escribe
un tratado de oacuteptica En 1154 en Sicilia aparece la gran compilacioacuten de Geografiacutea
Universal de Idrisi (1098-1166)
Las primitivas ensentildeanzas griegas de maestros de la categoriacutea de Pitaacutegoras Eudo-
xio Aristoacuteteles Eratoacutestenes Hiparco y Tolomeo entre otros sobreviven gracias a
la civilizacioacuten aacuterabe y en el siglo XII a traveacutes de Espantildea llegan a Europa en las
traducciones al latiacuten hechas en el reinado de Alfonso X de Castilla
Un caso digno de mencioacuten es el de Roger Bacon (1214-1294) creador de la oacuteptica
estudioso de la refraccioacuten y las mareas terrestres
3123 Siglos XV y XVI
Estos dos siglos coinciden con el periodo del Renacimiento en Europa Occidental y
se caracterizan entre otros aspectos por las grandes exploraciones Este hecho
propicioacute que se formaran grandes escuelas de cartoacutegrafos quienes con los conoci-
mientos muchas veces imprecisos aportados por la Geodesia confeccionaron gran
cantidad de mapas El cartoacutegrafo por excelencia de esta eacutepoca cuyos mapas satisfa-
ciacutean las necesidades de la navegacioacuten fue el flamenco Gerhard Kaufmann (1512-
1594) maacutes conocido por Mercator
Hasta finales del siglo XV no aparecen en Europa nuevas ideas en el terreno de la
Geodesia o de la Astronomiacutea Quizaacute deba recordarse al cardenal alemaacuten Nicolaacutes de
Cusa (1401-1464) que se hizo famoso por su idea del Universo infinito y que estu-
dioacute el movimiento diurno de la Tierra Otros como Peurbach (1423-1461) Walthe-
rus (1430-1504) y Regiomontano (1436-1476) hicieron algunos intentos para evo-
lucionar las ideas y Leonardo da Vinci (1452)-1519) ademaacutes de un artista
confirmado fue un buen cientiacutefico sugiriendo ya ideas sobre la isostasia y las ma-
reas terrestres
El gran astroacutenomo de esta eacutepoca es Nicolaacutes Copeacuternico (1473-1543) quien en su
obra De Revolutionibus Orbium Coelestium de 1543 desarrolla la teoriacutea helioceacuten-
trica del sistema solar que vino a revolucionar el pensamiento de la eacutepoca anclado
en las ideas aristoteacutelicas se entablaron duras poleacutemicas y se logroacute indirectamente
que la atencioacuten de los astroacutenomos y geodestas se dirigiese por este camino Prolife-
raron las observaciones se construyeron observatorios y en general la Astronomiacutea
3 Introduccioacuten
20
tuvo el apoyo de gobiernos y particulares que de otra manera difiacutecilmente se hubie-
se logrado Naturalmente la Geodesia y la navegacioacuten se beneficiaron enormemen-
te de los resultados que se esta-
ban obteniendo pues pronto
dispusieron de un mejor cono-
cimiento de las posiciones de
los cuerpos celestes indispen-
sables para sus fines de posi-
cionamiento y orientacioacuten La
teoriacutea helioceacutentrica pronto fue
admitida por el mundo cientiacutefi-
co la razoacuten se imponiacutea a la
teologiacutea aunque no sin grandes
sacrificios Kepler (1571-
1630) ademaacutes de descubrir las
leyes del movimiento planeta-
rio propuso un meacutetodo para
determinar el radio terrestre
En cuanto a las medidas del
arco de meridiano cabe desta-
car que el meacutedico franceacutes Fer-
nel (1485-1558) en 1525 midioacute
la distancia entre Pariacutes y Amiens con un cuadrante y contando las vueltas que daban
las ruedas de su carruaje
3124 Siglos XVII y XVIII
En este periodo las investigaciones y los avances geodeacutesicos continuacutean pero con
unas bases mucho maacutes cientiacuteficas Stevin (1548-1620) intuye la gravedad Las me-
didas del arco continuacutean En 1615 el holandeacutes Snellius (1580-1626) realiza la pri-
mera triangulacioacuten precisa y estudia la refraccioacuten midioacute un arco entre Bergen op
Zoom y Alkmaar con una base cerca de Leyden Este meacutetodo cuyos principios
fueron desarrollados por Gemma Frisius en 1533 perduroacute hasta el siglo XX con las
mejoras aportadas por los instrumentos de observacioacuten y medios de caacutelculo Tam-
bieacuten se efectuacutean mediciones en Inglaterra por Norwood (1590-1675) que en 1633
mide el arco entre Londres y York y en Italia por los jesuitas Riccioli (1598-1671) y
Grimaldi usando por primera vez aacutengulos cenitales reciacuteprocos en 1645 En Espantildea
aparece en 1615 un mapa de Aragoacuten realizado por Juan Bautista de Labantildea (1555-
1625) en el que se utilizan triangulaciones para los levantamientos En 1670 en
Francia el abad Picard (1620-1683) mejora los procedimientos de observacioacuten y
midiendo por triangulacioacuten el arco de Pariacutes entre Malvoisine (al sur de Pariacutes) y
Sourdon (al sur de Amiens) determina el radio terrestre Su resultado (6275 Km de
Figura 32 Mapa de Mercator 1595 Cartografiacutea que
muestra la tierra imaginaria del Aacutertico British Librarys
Mercator Atlas of Europe (c1570)
3 Introduccioacuten
21
radio) fue de trascendental importancia pues sirvioacute a Newton (1642-1727) para
calcular la distancia a la Luna que veniacutea dada en unidades del radio terrestre y
comprobar su ley de gravitacioacuten universal La aplicacioacuten de la Ley de Newton a la
teoriacutea de figuras de equilibrio permitioacute concluir que la Tierra no era una esfera sino
que debiacutea ser un elipsoide de revolucioacuten achatado por los polos del eje de rotacioacuten
Fundamentalmente Newton trata el problema de la figura de la Tierra en las propo-
siciones XVIII XIX y XX de su obra ldquoPhilisophiae naturalis principia mathemati-
cardquo tambieacuten en esta obra da la primera explicacioacuten correcta del fenoacutemeno de las
mareas y efectua caacutelculos precisos de las mismas Ya en 1672 Richer habiacutea obser-
vado que el peacutendulo astronoacutemico es maacutes lento en Cayena que en Pariacutes y Huygens
(1629-1695) el gran experto en relojes utilizando el primer reloj de peacutendulo preci-
so interpretoacute estas variaciones diciendo que la gravedad aumenta del ecuador a los
polos porque la Tierra es aplanada
Dominico Cassini (1625-1712) director del observatorio de Pariacutes observa que el
planeta Juacutepiter aparece aplanado y deduce que la Tierra tambieacuten debe serlo pero no
dice coacutemo Los resultados de posteriores mediciones confirmaron las conclusiones
de Cassini y Newton Desde entonces la Tierra se considera en segunda aproxima-
cioacuten como un elipsoide de dos ejes achatado por los polos del eje de rotacioacuten El
problema desde entonces es determinar las dimensiones de la Tierra obteniendo
valores numeacutericos del semieje y del aplanamiento del elipsoide terrestre
En 1742 Maclaurin (1698-1746) que habiacutea leiacutedo una tesis a los 17 antildeos sobre ldquoEl
poder de la gravedadrdquo estudiando las mareas demuestra que el elipsoide de revolu-
cioacuten aplanado puede ser una figura de equilibrio de una masa fluida y homogeacutenea
sometida a su propia gravitacioacuten y dotada de un movimiento de rotacioacuten deducien-
do la correspondiente ley de gravedad
En 1743 Clairaut que a los 18 antildeos fue aceptado como miembro de la Academia
Francesa publica su ldquoTheacuteorie de la figure de la Terrerdquo que puede considerarse co-
mo el origen de la Geodesia Dinaacutemica
En 1791 la ldquoCommission Geacuteneacutenal des Poids et Mesuresrdquo adopta el sistema meacutetrico
decimal El metro quedoacute definido en funcioacuten de la longitud del meridiano terrestre
Para dar la longitud del metro Delambre (1749-1822) y Pedro Andreacutes Mechain
(1744-1804) miden el meridiano de Francia entre Dunkerque y Perpignan
Trabajos tambieacuten importantes son los emprendidos por Lagrange (1736-1813)
quien en 1788 publica la primera edicioacuten de su ldquoMeacutechanique Analitiquerdquo y obtiene
las ecuaciones del movimiento del polo En 1785 Legendre (1752-1833) introduce
la nocioacuten de potencial y funda la teoriacutea de funciones esfeacutericas y en 1787 publica su
memoria sobre observaciones trigonomeacutetricas donde aparece su famoso teorema de
resolucioacuten plana de triaacutengulos esfeacutericos
3 Introduccioacuten
22
Desde el punto de vista praacutectico Borda (1733-1799) perfecciona los instrumentos
geodeacutesicos con la introduccioacuten del ciacuterculo repetidor y realiza la unioacuten geodeacutesica
Greenwich-Pariacutes
A partir de entonces quedoacute demostrado que a partir de medidas de aacutengulos y dis-
tancias podiacutean obtenerse posiciones de puntos sobre la superficie de la Tierra Pron-
to proliferaron debido principalmente a necesidades cartograacuteficas con fines milita-
res civiles y de navegacioacuten las invenciones de nuevos instrumentos de observacioacuten
y se perfeccionaron los teodolitos para la medida de aacutengulos
3125 Siglos XIX y XX
La primera gran operacioacuten geodeacutesica en el siglo XIX fue la prolongacioacuten hacia
Espantildea del meridiano de Francia preparada por Mechain por encargo del ldquoBureau
des Longitudesrdquo
Las medidas de grandes arcos de meridiano y paralelo se sucedieron a lo largo de
este siglo En 1817 Struve (1793-1864) y Tanner comienzan la medida del arco del
Danubio al Aacutertico que termina en 1849 En 1819 aparece calculado el elipsoide de
Walbeck en Rusia En 1823 Everest (1790-1866) mide el arco de la India y en 1830
publica los datos de su elipsoide Este mismo antildeo Airy calcula su elipsoide con
arcos de meridiano y paralelo de Gran Bretantildea En 1866 el Coronel norteamericano
Clarke (1828-1914) obtiene los elementos de su primer elipsoide que se utiliza en
Ameacuterica del Norte y en 1880 publica el segundo
Un gran impulso instrumental es el dado por Perrier (1833-1888) en 1868 con los
ciacuterculos acimutales para la observacioacuten de triangulaciones de primer orden que son
construidos por los hermanos Bruumlnner En 1885 Jaumlderin emplea los hilos en suspen-
sioacuten para la medida de bases geodeacutesicas
Es en el siglo XIX cuando la mayor parte de los cientiacuteficos de eacutelite establecen y
desarrollan las bases de la Geodesia matemaacutetica y experimental Carlos Federico
Gauss (1777-855) astroacutenomo geodesta y matemaacutetico inventoacute el helioacutegrafo y dise-
ntildeoacute calculoacute y compensoacute utilizando por primera vez el meacutetodo de miacutenimos cuadra-
dos la red geodeacutesica del reino de Hannover en 1821 Tambieacuten dio las bases de la
geometriacutea diferencial de superficies de uso obligado en Geodesia geomeacutetrica y
dinaacutemica Igualmente establecioacute los fundamentos teoacutericos de la Geodesia con la
definicioacuten de la superficie matemaacutetica de la Tierra que posteriormente en 1872
Listing llamariacutea geoide
Los trabajos geodeacutesicos en Ameacuterica del Norte condujeron a la medida de largos
arcos de meridiano y a la obtencioacuten del elipsoide de Hayford que posteriormente
fue adoptado por la Unioacuten Internacional de Gedodesia y Geofiacutesica como Elipsoide
Internacional
3 Introduccioacuten
23
Pratt (1774-1872) en 1855 presenta su modelo isostaacutetico y Airy hace lo propio el
mismo antildeo Otro gran matemaacutetico geodesta y astroacutenomo fue Bessel (1784-1846)
director del observatorio de Koumlnigsberg que midioacute el arco prusiano en 1838 de-
terminoacute el primer valor fiable del aplanamiento de la Tierra Su elipsoide de 1840
ha formado parte de algunos datums europeos
La aplicacioacuten de las ondas electromagneacuteticas a la medida de distancias en Geodesia
fue iniciada por Michelson (1852-1931) Maacutes tarde en 1948 el sueco Bergstrand
inventoacute el geodiacutemetro y Wadley en 1956 el teluroacutemetro
El siglo XX comienza con la aparicioacuten de la obra de Helmert (1843-1917) que vie-
ne a sintetizar los trabajos geodeacutesicos hasta entonces y que ha servido y sirve como
libro de referencia inexcusable Helmert es el introductor del meacutetodo de nivelacioacuten
astrogeodeacutesica para la determinacioacuten del geoide a partir de desviaciones de la verti-
cal En 1900 crea el Sistema Gravimeacutetrico de Viena y en 1901 da su foacutermula de la
gravedad normal
En 1909 el geodesta norteamericano Hayford con datos de la red geodeacutesica de los
Estados Unidos y aplicando el meacutetodo de las aacutereas con la hipoacutetesis isostaacutetica de
Pratt publica los resultados de su elipsoide que posteriormente es adoptado como
elipsoide de referencia Internacional en Madrid en 1924 Se establece el sistema de
gravedad de Potsdam
En 1928 Vening-Meinesz publica un libro con las foacutermulas que llevan su nombre y
que determinan las componentes de la desviacioacuten de la vertical a partir de medidas
gravimeacutetricas
Las observaciones de eclipses de Sol y de ocultaciones de estrellas por la Luna
proporcionan datos suficientes para la determinacioacuten de los paraacutemetros del elipsoi-
de terrestre y para la unioacuten en un mismo sistema de referencia de puntos de la su-
perficie terrestre alejados
En 1940 aparecen los trabajos del geodesta finlandeacutes Weiko A Heiskanen sobre
aplanamiento de elipsoides de dos y tres ejes sobre cartas de anomaliacuteas de la gra-
vedad y sobre correcciones isostaacuteticas siguiendo la hipoacutetesis de Airy
En 1950 el japoneacutes Takeuchi resuelve por primera vez numeacutericamente el sistema de
ecuaciones diferenciales que gobierna las deformaciones elaacutesticas de una Tierra no
homogeacutenea
En 1950 se aplica la triangulacioacuten Hiran con precisioacuten de 5 metros Aparecen los
niveles automaacuteticos los graviacutemetros de muelle de alta precisioacuten y los graviacutemetros
marinos Graf y LaCoste
En 1957 el 4 de octubre se lanza el primer sateacutelite artificial de la Tierra por los
rusos el Sputnik 1 En 1958 comienza la Geodesia por sateacutelites con las caacutemaras
Baker-Nunn y fotografiacutea con fondo de estrellas
3 Introduccioacuten
24
En 1964 se lanzan los primeros sateacutelites Doppler Transit por los EEUU que quedan
operativos para uso civil en 1967 En 1968 aparece el graviacutemetro superconductor de
Goodkind y se lanzan los sateacutelites Echo I y II ANNA 1B Geos1 y 2 Pageos Dia-
deme1-2 Oscar 14 y Timation
De 1966 a 1976 se realiza la primera gran operacioacuten europea de Geodesia por Sateacute-
lites denominada WEST (Western European Satellite Triangulation) Participan 17
paiacuteses europeos entre ellos Espantildea con un total de 40 estaciones En 1969 el Apo-
llo 11 deposita en la Luna los reflectores laser y se miden distancias desde los ob-
servatorios de Lick y McDonald Tambieacuten en 1969 se mide la primera gran base por
VLBI entre Haystack y Greenbank
En los antildeos sesenta se perfeccionan los equipos Doppler se continuacutean lanzando
sateacutelites geodeacutesicos y se desarrolla el receptor Mark I para VLBI Aparecen las
investigaciones de Kaula sobre teoriacutea de sateacutelites geodeacutesicos de Kaula Bjerham-
mar y Moritz sobre investigaciones estadiacutesticas del campo de gravedad y los de
Baarda y Bjerhammar sobre fiabilidad de redes geodeacutesicas Tambieacuten se estudia la
determinacioacuten de movimientos recientes de la corteza por Boulanger Se perfeccio-
na el seguimiento Doppler de sateacutelites
En los antildeos setenta el avance de la Geodesia es espectacular se termina y adopta la
IGSN71 Red Gravimeacutetrica Internacional estandarizada aparecen los sistemas de
levantamiento inercial se despliega el sistema Doppler Tranet-2 y se perfeccionan
los receptores Doppler como los JMR y los Magnavox En cuanto a la VLBI se
desarrollan los equipos Mark II y III y el primer sistema moacutevil
Tambieacuten en estos antildeos setenta se perfecciona el seguimiento laser a la Luna con
nuevos reflectores depositados alliacute por los sateacutelites Apollo14 y 15 y el Lunakhod II
El lanzamiento de sateacutelites continuacutea El primer sateacutelite GPS del Bloque I el PRN4
fue lanzado el 22 de febrero de 1978
Otros importantes avances en esta deacutecada los constituyen las investigaciones sobre
movimientos recientes de la corteza con resultados experimentales en el este de
Europa Se obtienen perfiles de marea gravimeacutetrica Aparecen modelos de marea
oceaacutenica Los sistemas de posicionamiento por sateacutelites Doppler y laser llegan a
precisiones relativas de 2 deciacutemetros Estas precisiones tambieacuten son alcanzadas con
medidas VLBI intercontinentales Los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra quedan
determinados con precisiones de 2 centeacutesimas de segundo de arco
En la deacutecada de los ochenta se establecen las primeras redes geodeacutesicas mundiales
con VLBI para la definicioacuten del sistema de orden cero Se siguen lanzando sateacutelites
geodeacutesicos como los Navstar 6 a 13 de GPS El primer sateacutelite GPS del Bloque II
fue lanzado en febrero de 1989
3 Introduccioacuten
25
En esta deacutecada las investigaciones se dirigen fundamentalmente a la Geodesia inte-
grada Geodesia operativa optimizacioacuten de redes rotacioacuten de la Tierra y determi-
nacioacuten del geoide
Las teacutecnicas espaciales de posicionamiento alcanzan precisiones relativas de 1 cen-
tiacutemetro y los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra se determinan con precisiones de
la mileacutesima de segundo de arco
En los antildeos noventa continuacutean los desarrollos iniciados en la deacutecada anterior pre-
sentaacutendose ya resultados tangibles de gran precisioacuten Se establecen las redes conti-
nentales por teacutecnicas GPS y las redes nacionales de orden cero
En la Geodesia espacial continuacutean los avances en VLBI GPS y los modernos sis-
temas DORIS PRARE y DGPS para aumentar la precisioacuten y facilidad de segui-
miento de sateacutelites y posicionamiento de estaciones Se lanzan nuevos sateacutelites GPS
del bloque II y se prepara el bloque III tambieacuten se lanzan sateacutelites Laser como el
LAGEOS-2 el ESTELLA y en GFZ-1
3126 Situacioacuten actual y desarrollo futuro
En Geodesia como en otras ramas de la ciencia hay que distinguir entre las cues-
tiones cientiacuteficas planteadas y las herramientas utilizadas para responder a estas
preguntas Muchas de las preguntas formuladas hoy en Geodesia siguen siendo las
mismas que las realizadas en el siglo XIX
Los actuales y previsiblemente futuros desarrollos teacutecnicos relacionados con la era
espacial el disentildeo de potentes ordenadores y los sistemas de comunicacioacuten permi-
tiraacuten en el futuro abordar muchas preguntas maacutes y encontrar respuestas maacutes detalla-
das a problemas claacutesicos
Sin embargo hay un aspecto que previsiblemente se mantendraacute invariable la inves-
tigacioacuten geodeacutesica soacutelo podraacute ser abordada con eacutexito a traveacutes de la colaboracioacuten
internacional (Beutler 2011)
El futuro de la Geodesia previsiblemente estaraacute basado en los siguientes ejes de
desarrollo
- Desarrollos de hardware y de software La ley exponencial que dirige la
evolucioacuten de la potencia de caacutelculo no ha agotado completamente su ten-
dencia y nuevas tecnologiacuteas se abren paso raacutepidamente en el mercado
abriendo las puertas a los caacutelculos maacutes avanzados
- Tecnologiacuteas maacutes avanzadas en instrumentacioacuten geodeacutesica con dos caracte-
riacutesticas principales una es la tendencia histoacuterica en la mejora de la preci-
sioacuten y la otra es el aumento de la cantidad de informacioacuten disponible gra-cias a la difusioacuten de un gran nuacutemero de instrumental geodeacutesico Este
instrumental en algunos casos puede ser de menor precisioacuten que los siste-
3 Introduccioacuten
26
mas maacutes avanzados sin embargo el coste econoacutemico es muy bajo lo que
los hace accesibles a una amplia comunidad de usuarios como sucede con
los equipos GNSS
- Un conocimiento maacutes avanzado de la fiacutesica de la Tierra soacutelida facilitando
el modelado de las deformaciones de la corteza terrestre la mejora del co-
nocimiento del patroacuten oceaacutenico de circulacioacuten global la altimetriacutea por sateacute-
lite para la estimacioacuten del geoide marino
- Un progreso maacutes soacutelido en matemaacuteticas por ejemplo en el aacuterea de los sis-
temas dinaacutemicos o en estadiacutestica impulsada por las grandes posibilidades
ofrecidas por las nuevas herramientas electroacutenicas (Sansograve 2003)
32 Introduccioacuten a la monitorizacioacuten de fenoacutemenos geodinaacutemicos me-
diante teacutecnicas GNSS
Dado que el objetivo de esta investigacioacuten es el estudio geodeacutesico de fenoacutemenos
geodinaacutemicos susceptibles de producir desastres naturales vamos a realizar una
breve introduccioacuten de la rama de la Geologiacutea que estudia los agentes fuerzas y
consecuencias de los procesos dinaacutemicos de la Tierra
321 Introduccioacuten a la geodinaacutemica interna de la Tierra
3211 Concepto
Se denomina geodinaacutemica a la suma de los procesos geoloacutegicos que afectan a la
Tierra y determinan su constante evolucioacuten Igualmente se puede definir como el
conjunto de causas y efectos que provocan los cambios estructurales quiacutemicos yo
morfoloacutegicos que afectan al planeta
La superficie terrestre estaacute en continua transformacioacuten Mientras la geodinaacutemica
interna describe los procesos de creacioacuten continua la geodinaacutemica externa estudia
la alteracioacuten de dicha superficie por fuerzas que actuacutean desde fuera Estas fuerzas
externas son el viento el agua las olas los glaciares las aguas de infiltracioacuten y los
cambios de temperatura
3212 Agentes geodinaacutemicos internos Tectoacutenica de placas
La Tectoacutenica de Placas proporciona un marco teoacuterico para entender la estructura
composicioacuten y los procesos geodinaacutemicos internos a una escala global
La Tierra es el uacutenico planeta del Sistema Solar en el cual opera la Tectoacutenica de
Placas y para comprender por queacute la Tierra tiene caracteriacutesticas que la hacen uacutenica
es necesario remontarnos al Origen del Sistema Solar ya que la estructura interna
de la Tierra asiacute como la composicioacuten de la atmoacutesfera temprana y sus diferentes
etapas evolutivas se relacionan con el mismo origen de la Tierra
3 Introduccioacuten
27
32121 Origen de la Tierra
La hipoacutetesis de la nebulosa primitiva sugiere que los cuerpos de nuestro Sistema
Solar se formaron a partir de una enorme nube en rotacioacuten Hace cerca de 5000
millones de antildeos esta inmensa nube y granos diminutos de elementos maacutes pesados
empezaron a contraerse lentamente debido a las interacciones gravitatorias entre sus
pertiacuteculas y a adoptar la forma de disco en rotacioacuten como se aprecia en la Figura
33 Una influencia externa como una onda de choque procedente de una explosioacuten
catastroacutefica como una supernova pudo haber iniciado el colapso Durante el colap-
so la energiacutea gravitacional se convirtioacute en energiacutea teacutermica aumentando la tempera-
tura del disco
La formacioacuten del Sol marcoacute el fin del periodo de contraccioacuten y en consecuencia el
fin del calentamiento gravitacional Las temperaturas de la regioacuten en la que ahora se
encuentran los planetas interiores empezaron a disminuir Esta reduccioacuten de la tem-
peratura hizo que las sustancias con puntos de fusioacuten elevados se condensaran en
pequentildeas partiacuteculas que empezaron a unirse Materiales como el hierro el niacutequel y
los elementos que componen los minerales que forman las rocas formaron masas
metaacutelicas y rocosas que orbitaban alrededor del Sol Millones de colisiones repeti-
das entre estas masas produjeron la creacioacuten de objetos cada vez maacutes grandes que a
su vez seguiacutean atrayendo cada vez con maacutes intensidad el material del disco proto-
planetario En unas pocas decenas de
millones de antildeos estos objetos crecie-
ron hasta convertirse en los cuatro
planetas interiores
A medida que los protoplanetas atraiacutean
cada vez maacutes material los impactos de
alta velocidad provocaron el aumento
de temperatura de estos cuerpos A
causa de sus temperaturas relativamen-
te elevadas y sus campos gravitaciona-
les deacutebiles los planetas interiores a
diferencia de los exteriores no podiacutean
acumular muchos de los componentes
maacutes ligeros como el hidroacutegeno y el
helio que fueron barridos por el viento
solar
Centraacutendonos ya en la Tierra a medi-
da que se acumulaba el material los
impactos y la desintegracioacuten de ele-mentos radiactivos provocaron un aumento constante de la temperatura Durante ese
periodo se produjo la diferenciacioacuten de los materiales pesados que debido a su
Figura 33 Esquema del origen del Sistema
Solar 2005 Ciencias de la Tierra
3 Introduccioacuten
28
mayor densidad ocuparon el centro del planeta Este primer periodo de calentamien-
to tambieacuten provocoacute otro proceso de diferenciacioacuten quiacutemica formaacutendose masas
flotantes de roca fundida que ascendieron a la superficie formando la corteza primi-
tiva Estas diferenciaciones establecieron las divisiones baacutesicas del interior de la
Tierra
32122 Estructura de la Tierra
La segregacioacuten material que empezoacute muy temprano en la historia de la Tierra tuvo
como resultado la formacioacuten de tres capas definidas por su composicioacuten quiacutemica la
corteza el Manto y el nuacutecleo Ademaacutes de estas tres capas de diferente composi-
cioacuten la Tierra se puede dividir en diferentes zonas maacutes o menos conceacutentricas en
funcioacuten de sus propiedades fiacutesicas Esta divisioacuten es de gran importancia dado que
tiene una relacioacuten directa con la explicacioacuten de los fenoacutemenos geodinaacutemicos estu-
diados en esta investigacioacuten Las propiedades fiacutesicas utilizadas para definir estas
zonas son su caracter soacutelido o liacutequido y cuaacuten duacutectiles o resistentes son El conoci-
miento de esta estructra en capas es esencial para la comprensioacuten de los procesos
geodinaacutemicos baacutesicos como el vulcanismo los terremotos o la formacioacuten de mon-
tantildeas
La Tierra puede dividirse en cinco capas principales en funcioacuten de sus propiedades
fiacutesicas y por tanto seguacuten su resistencia mecaacutenica Litosfera Astenosfera mesosfe-
ra nuacutecleo externo y nuacutecleo interno
321221 Litosfera
Seguacuten sus propiedades fiacutesicas la capa exterior de la Tierra comprende la corteza y
el Manto superior y forma un nivel relativamente riacutegido y friacuteo Aunque este nivel
consta de materiales cuyas composiciones quiacutemicas son notablemente diferentes
tiende a actuar como una unidad que muestra un comportamiento riacutegido principal-
mente porque es friacuteo y en consecuencia resistente Sin embargo no toda la Litosfe-
ra se comporta como un soacutelido quebradizo similar a las rocas encontradas en la
superficie sino que se vuelve progresivamente maacutes caliente y duacutectil conforme au-
menta la profundidad
Esta capa tiene un grosor medio de unos 100 kiloacutemetros pero puede alcanzar 250
kiloacutemetros de grosor debajo de las porciones maacutes antiguas de los continentes como
se indica en la Figura 34 Dentro de las cuencas oceaacutenicas la Litosfera tiene un
grosor de tan solo unos pocos kiloacutemetros debajo de las dorsales oceaacutenicas pero
aumenta hasta quizaacute 100 kiloacutemetros en regiones donde hay corteza maacutes antigua y
friacutea
3 Introduccioacuten
29
321222 Astenosfera
Debajo de la Litosfera en el Manto superior a una profundidad de unos 660 kiloacute-
metros se encuentra una capa blanda comparativamente paacutestica denominada Aste-
nosfera La porcioacuten superior de la Astenosfera tiene unas condiciones de temperatu-
ra y presioacuten que permiten la existencia de una pequentildea porcioacuten de roca fundida
Dentro de esta zona muy duacutectil la Litosfera estaacute mecaacutenicamente separada de la
capa inferior La consecuencia es que la Litosfera es capaz de desplazarse con inde-
pendencia de la Astenosfera un hecho fundamental para que se produzcan los mo-
vimientos que tratamos de detectar
Figura 34 Esquema de la estructura en capas de la Tierra (Tarbuck et al 2005)
Es importante destacar que la resistencia a la deformacioacuten de los diversos materia-
les de la Tierra es funcioacuten de su composicioacuten de la temperatura y de la presioacuten a la
que estaacuten sometidos A la profundidad de la Astenosfera superior las rocas estaacuten lo
suficientemente cerca de sus temperaturas de fusioacuten para que sean faacuteciles de defor-
mar
321223 Mesosfera y nuacutecleo
Por debajo de la zona duacutectil de la parte superior de la Astenosfera el aumento de la
presioacuten contrarresta los efectos de la temperatura maacutes alta y la resistencia de las
3 Introduccioacuten
30
rocas crece de manera gradual con la profundidad Entre las profundidades de 660 y
2900 kiloacutemetros se encuentra una capa maacutes riacutegida denominada Mesosfera o Manto
Inferior A pesar de su resistencia las rocas de la Mesosfera estaacuten todaviacutea muy
calientes y son capaces de fluir de una manera muy gradual
El Nuacutecleo se divide en dos regiones que muestran resistencias mecaacutenicas muy dis-
tintas El Nuacutecleo Externo es una capa liacutequida de 2270 kiloacutemetros de grosor Las
corrientes convectivas de hierro metaacutelico en esta zona son las que generan el campo
magneacutetico de la Tierra El Nuacutecleo Interno es una esfera con un radio de 1216 kiloacute-
metros A pesar de su temperatura maacutes elevada el material del Nuacutecleo Interno es
maacutes resistente que el del Nuacutecleo Externo debido a la enorme presioacuten y se comporta
como un soacutelido
32123 Tectoacutenica de placas
Antes del siglo XX la opinioacuten establecida consistiacutea en que la cuencas oceaacutenicas y
los continentes eran estructuras permanetes y muy antiguas Esta opinioacuten era res-
paldada por las pruebas recogidas del estudio de las ondas siacutesmicas que revelaron la
existencia de un Manto soacutelido rocoso que se extendiacutea hasta medio camino hacia el
centro de la Tierra El concepto de un Manto soacutelido indujo a la mayoriacutea de investi-
gadores a la conclusioacuten de que la Corteza externa de la Tierra no podiacutea moverse
Fue a principios del siglo XX cuando se incicia la historia de la Teacutectoacutenica de Pla-
cas La teoriacutea comienza con la deriva continental que fue postulada por Alfred
Wegener y recogida en 1915 en su obra ldquoEl origen de los continentes y los oceacutea-
nosrdquo Aunque existiacutean algunos indicios a su favor en un principio la mayoriacutea de los
geoacutelogos se mostraron esceacutepticos ya que no se conociacutea ninguacuten mecanismo plausi-
ble que explicase el movimiento de grandes masas de tierra a traveacutes del oceacuteano
El concepto moderno de placas tectoacutenicas moacuteviles fue propuesto en 1962 por Harry
H Hess de la Universidad de Princeton Hess habiacutea sido capitaacuten de un carguero
militar estadounidense durante la Segunda Guerra Mundial durante sus viajes
habiacutea utilizado el soacutenar del barco para elaborar un mapa del fondo del Paciacutefico
Defendioacute la hipoacutetesis de que la totalidad de la Corteza terrestre tanto la oceaacutenica
como la continental se desplazaba sobre el Manto como consecuencia de la con-
veccioacuten en eacuteste La Corteza se formariacutea en las dorsales oceaacutenicas lugares en los que
emerge y solidifica el magma y la Corteza ya existente se hundiriacutea en las fosas
oceaacutenicas en los procesos conocidos como subduccioacuten de placas
Las ideas de Hess fueron aceptadas por la comunidad cientiacutefica despueacutes de que
algunos estudios hallasen que el magnetismo de las rocas del fondo marino se ajus-
taba a sus predicciones el campo magneacutetico terrestre cuya polaridad se invierte
cada cientos de miles de antildeos deja su huella en la roca a medida que eacutesta solidifica
lo que provoca la formacioacuten de bandas magneacuteticas alternas y paralelas a las dorsales
oceaacutenicas
3 Introduccioacuten
31
El modelo que describe la tectoacutenica de placas se basa en que la Litosfera estaacute rota
en fragmentos denominados placas que se mueven unas con respecto a otras y cam-
bian continuamente de forma y tamantildeo
Uno de los principales fundamentos de la tectoacutenica de placas constituye el hecho de
que las placas se mueven como unidades coherentes en relacioacuten con todas las demaacutes
placas Las placas litosfeacutericas se mueven a una velocidad muy lenta pero continua
de media unos cinco centiacutemetros anuales Este movimiento es impulsado en uacuteltima
instancia por la distribucioacuten desigual del calor en el interior de la Tierra El material
caliente que se encuentra en las profundidades del Manto se mueve despacio hacia
arriba y alimenta una parte del sistema de conveccioacuten interna de nuestro planeta
Simultaacuteneamente laacuteminas maacutes friacuteas y densas de la Litosfera oceaacutenica descienden al
Manto poniendo en movimiento la capa externa riacutegida de la Tierra Como conse-
cuencia de todo lo descrito los roces entre las placas litosfeacutericas generan terremo-
tos crean volcanes y deforman grandes masas de rocas
Figura 35 Distribucioacuten geograacutefica de las placas tectoacutenicas actuales Modificado de Sociedad
mexicana de ingenieriacutea siacutesmica 2013
Como se muestra en la Figura 35 se reconocen siete placas principales Son la
placa Norteamericana la Sudamericana la del Paciacutefico la Africana la Euroasiaacutetica
la Australiana y la Antaacutertica La mayor es la placa del Paciacutefico que abarca una
porcioacuten significativa de la cuenca del oceacuteano Paciacutefico La mayoriacutea de las grandes
placas incluye un continente entero ademaacutes de una gran aacuterea de suelo oceaacutenico
Igualmente es de destacar el hecho de que ninguna de las placas estaacute definida com-
pletamente por los maacutergenes continentales
3 Introduccioacuten
32
Las placas de tamantildeo medio son la Caribentildea la de Nazca la Filipina la Araacutebiga la
de Cocos la de Scotia y la de Juan de Fuca Ademaacutes se han identificado maacutes de
una docena de placas maacutes pequentildeas o microplacas Placa de Ojotsk de Amuria del
Explorador de Gorda placa Somaliacute de la Sonda del Altiplano de Birmania placa
Yangtseacute de Timor placa Cabeza de Paacutejaro de Panamaacute de Rivera de Pascua de
Juan Fernaacutendez de Chiloeacute de Kula de Faralloacuten
Sin embargo para el caacutelculo de los modelos globales uacutenicamente se tienen en cuen-
ta las placas maacutes grandes Concretamente a partir del caacutelculo del campo de veloci-
dades del ITRF2008 se estimoacute un modelo de movimiento de placas tectoacutenicas que
tuvo en cuenta las 14 placas maacutes grandes (Altamimi et al 2011) como se aprecia
en la Figura 36
Figura 36 Placas que se utilizaron para el caacutelculo del modelo de movimiento de placas
ITRF20081
321231 Bordes de placas
Aunque el interior de las placas puede experimentar alguna deformacioacuten las princi-
pales alteraciones se producen a lo largo de sus bordes De hecho los bordes de
placa se establecieron por primera vez representando las localizaciones de las zonas
con mayor cantidad de terremotos es por ello que los bordes coinciden con las
1Altamimi Z Metivier L y Collilieux X (2011) ldquoITRF2008 plate motion modelrdquo Journal of Geophysical Research Solid
Earth (1978ndash2012) Vol 117 Issue B7
3 Introduccioacuten
33
zonas de maacutes intensa actividad siacutesmica y volcaacutenica de la Tierra Las placas tienen
tres tipos distintos de bordes que se diferencian en funcioacuten del tipo de movimiento
que poseen
Bordes divergentes Zonas donde dos placas se separan lo que produce el ascenso
de material desde el Manto para crear nuevo suelo oceaacutenico Geograacuteficamente se
ubican en las dorsales oceaacutenicas y el rift africano
Bordes convergentes Zonas donde dos placas se juntan provocando el descenso de
la Litosfera oceaacutenica debajo de una placa superpuesta que es finalmente reabsorbi-
da en el Manto o la colisioacuten de dos bloques continentales para crear un sistema
montantildeoso Geograacuteficamente como se aprecia en la Figura 37 las zonas maacutes acti-
vas son
- El cinturoacuten de fuego del Paciacutefico Situado en las costas del oceacuteano Paciacutefico
conecta algunas de las zonas de subduccioacuten maacutes importantes del mundo
Incluye a Chile parte de Bolivia Peruacute Ecuador Colombia Centroameacuterica
Mexico parte de los Estados Unidos parte de Canadaacute luego gira a la altu-
ra de las Islas Aleutianas y baja por las costas e islas de Rusia Japoacuten Tai-
wan Filipinas Papuacutea Nueva Guinea y Nueva Zelanda
- El cinturoacuten montantildeoso alpino-Himalayo que de oeste a este se inicia con
las cordilleras Beacuteticas y los Atlas en el sur de Espantildea y el norte de Aacutefrica
continuacutea con los Pirineos los Apeninos los Alpes los Caacuterpatos los Dinaacute-
ricos y los Balcanes sigue a traveacutes de los montes de Crimea el Caacuteucaso la
meseta de Iraacuten el Pamir Hindukush Karakorum e Himalaya Este cinturoacuten
tiene continuacioacuten hacia el sureste Indochina y las islas de Indonesia
Bordes de falla transformante Zonas donde dos placas se desplazan lateralmente
una respecto de la otra sin la produccioacuten ni destruccioacuten de Litosfera La mayoriacutea se
localizan geograacuteficamente dentro de las cuencas oceaacutenicas aunque algunas atravie-
san la corteza continental como la falla de San Andreacutes en California y la falla Alpi-
na en Nueva Zelanda
Cada placa estaacute rodeada por una combinacioacuten de estos tres tipos de bordes que
como ya se ha indicado no son fijos sino que estaacuten en continuo movimiento
Actualmente es posible determinar la magnitud del movimiento de las placas em-
pleando modelos globales de placas tectoacutenicas Algunos de estos modelos maacutes utili-
zados son
- NNR-NUVEL 1A (DeMets et al 1994)
- SOPAC (Scripps Orbit and Array Center)
- ITRF2005 (Altamimi 2007)
3 Introduccioacuten
34
Figura 37 Distribucioacuten geograacutefica de las zonas de maacutes intensa actividad siacutesmica y volcaacutenica de
la Tierra Modificado de geofaveblogspotcom 2013
3212311 Bordes divergentes
La mayoriacutea de los bordes divergentes se situacutean a lo largo de las crestas de las dorsa-
les oceaacutenicas dado que es donde se genera nueva Litosfera oceaacutenica Aquiacute a medi-
da que las placas tectoacutenicas se separan del eje de la dorsal las fracturas creadas se
llenan inmediatamente con roca fundida que asciende desde el Manto caliente si-
tuado debajo Este magma se enfriacutea de una manera gradual generando una roca
dura produciendo asiacute nuevos fragmentos de fondo oceaacutenico De una manera conti-
nua las placas adyacentes se sepa-
ran y una nueva Litosfera oceaacutenica
se forma entre ellas Aunque no es
lo normal los bordes divergentes
no se situacutean uacutenicamente en los
fondos oceaacutenicos sino que tambieacuten
pueden formarse sobre los conti-
nentes El mecanismo que actuacutea a
lo largo del sistema de dorsales
oceaacutenicas para crear nuevo fondo
oceaacutenico se denomina expansioacuten del fondo oceaacutenico
Figura 38 Esquema tectoacutenico del valle del rift
africano 2013 Bgreenprojectwordpresscom
3 Introduccioacuten
35
Las velocidades tiacutepicas de expansioacuten se mueven en torno a los 5 centiacutemetros al antildeo
A lo largo de la dorsal Centroatlaacutentica se encuentran velocidades de 2 centiacutemetros a
antildeo mientras que en secciones de la dorsal del Paciacutefico se han medido velocidades
superiores a los 15 centiacutemetros
En el caso de desarrollarse bordes de placa divergentes en el interior de un conti-
nente la fragmentacioacuten comienza con la formacioacuten de una depresioacuten alargada de-
nominada rift continental Un ejemplo moderno de rift continental es el rift de Aacutefri-
ca oriental que representa el estadio inicial de la ruptura de un continente De
mantenerse las fuerzas tensoriales en la zona el valle del rift se alargaraacute y aumenta-
raacute su profundidad alcanzando al final el borde de la placa separaacutendola en dos
como se puede ver en la Figura 38
3212312 Bordes convergentes
La superficie de nuestro planeta a pesar de que continuamente se estaacute produciendo
nueva Litosfera obviamente no aumenta
Para compensar la adicioacuten de Litosfera
creada las porciones maacutes antiguas de
Litosfera oceaacutenica descienden al Manto
a lo largo de los bordes convergentes o
bordes de placa destructivos
Aparecen bordes de placas convergentes
donde dos placas se mueven una hacia
otra y el movimiento se ajusta con el
deslizamiento de una placa por debajo de
otra La expresioacuten superficial producida
por la placa descendente es una fosa
submarina Los bordes convergentes
tambieacuten se denominan zonas de subduc-
cioacuten porque son lugares donde la Litosfe-
ra desciende hasta la Astenosfera La
subduccioacuten se produce porque la densi-
dad de la placa litosfeacuterica descendente es
mayor que la de la Astenosfera subya-
cente En general la Litosfera oceaacutenica
es maacutes densa que la Astenosfera mien-
tras que la Litosfera continental es menos
densa y resiste a la subduccioacuten Por con-
siguiente es siempre la Litosfera oceaacuteni-
ca la que experimenta la subduccioacuten Las capas de Litosfera oceaacutenica descienden
en la Astenosfera con unos aacutengulos de
Figura 39 Esquema de los diferentes tipos de
convergencia entre placas A Oceacuteano-
contiente B Oceacuteano-oceacuteano C Continente-
continente (Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
36
unos pocos grados o pueden caer casi en vertical pero el aacutengulo medio es de unos
45ordm El aacutengulo al que la Litosfera oceaacutenica desciende depende de su densidad Por
ejemplo a lo largo de la fosa Peruacute-Chile la zona de subduccioacuten al estar cerca de un
centro de expansioacuten y por tanto existir una Litosfera auacuten caliente presenta unos
aacutengulos de descenso pequentildeos
Aunque todas las zonas convergentes tienen las mismas caracteriacutesticas baacutesicas
poseen rasgos muy variables Cada una estaacute controlada por el tipo de material de la
Corteza que interviene y por el ambiente tectoacutenico Los bordes convergentes se
pueden formar entre dos placas oceaacutenicas una placa oceaacutenica y una continental o
dos placas continentales Las tres situaciones se ilustran en la Figura 39
3212313 Bordes de falla transformante
El tercer tipo de borde de placa es el transformante en el cual las placas se deplazan
una al lado de otra sin producir ni destruir Litosfera La verdadera naturaleza de
estas grandes fallas la descubrioacute en 1965 H Tuzo Wilson quieacuten sugirioacute que conec-
tan los cinturones activos globales en una red continua que divide la superficie ex-
terna de la Tierra en varias
placas riacutegidas Por tanto
Wilson se convirtioacute en el el
primero en sugerir que la
Tierra estaba compuesta por
placas individuales
La mayoriacutea de las fallas trans-
formantes une dos segmentos
de una dorsal centrooceaacutenica
Aquiacute son parte de unas liacuteneas
prominentes de rotura en la
corteza oceaacutenica conocidas
como zonas de fractura que
abarcan las fallas transfor-
mantes y sus extensiones
inactivas en el interior de las
placas Estas zonas de fractu-
ra se encuentran aproxima-
damente cada 100 kiloacutemetros
a lo largo de la direccioacuten del
eje de la dorsal Como se
muestra en la Figura 310
las fallas transformantes acti-vas se encuentran soacutelo entre
los dos segmentos desplaza-
Figura 310 Esquema de un borde transformante que
desplaza los segmentos de la dorsal Centtroatlaacutentica
(Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
37
dos de la dorsal Como la orientacioacuten de estas zonas de fractura es aproximadamen-
te paralela a la direccioacuten del movimiento de la placa en el momento de su forma-
cioacuten se pueden utilizar para cartografiar la direccioacuten del movimiento en el pasado
Aunque la mayoriacutea de las fallas transformantes estaacute localizada dentro de las cuencas
oceaacutenicas unas pocas atraviesan la corteza continental Dos ejemplos de ellas son la
falla de San Andreacutes en California con gran actividad siacutesmica y la falla Alpina en
Nueva Zelanda
321232 Fuerzas impulsoras de las placas tectoacutenicas
Varias fuerzas actuacutean sobre las placas tectoacutenicas algunas de ellas son fuerzas im-
pulsoras mientras que unas pocas se oponen al movimiento de las placas Las fuer-
zas impulsoras son la fuerza de arrastre de la placa la fuerza de empuje de la dorsal
y la fuerza de succioacuten de la placa las fuerzas que tienden a impedir el movimiento
de las placas son la fuerza de resistencia de la placa y la fuerza de arrastre del Man-
to (ver Figura 311)
Existe acuerdo general en
que la subduccioacuten de las
capas friacuteas y densas de la
Litosfera oceaacutenica es la
principal fuerza impulsora
del movimiento de las
placas A medida que estas
capas se hunden en la As-
tenosfera tiran de la placa
a remolque Este fenoacute-
meno denominado fuerza
de arrastre de la placa se
produce porque las capas
antiguas de la Litosfera
oceaacutenica son maacutes densas
que la Astenosfera subyacente y por tanto se hunden en ella Otra fuerza impulsora
importante se denomina fuerza de empuje de la dorsal Este mecanismo accionado
por la gravedad es consecuencia de la posicioacuten elevada de la dorsal oceaacutenica que
hace que las capas de la Litosfera se deslicen hacia abajo por los flancos de la dor-
sal La fuerza de empuje de la dorsal parece contribuir mucho menos a los movi-
mientos de las placas que la fuerza de arrastre de la placa El hecho de que cuando
maacutes del 20 del periacutemetro de una placa consta de zonas de subduccioacuten las veloci-
dades son relativamente raacutepidas respalda la nocioacuten de que la fuerza de arrastre de la
placa es maacutes importante que la fuerza de empuje de la dorsal Otra fuerza impulsora se produce por el arrastre de una placa en subduccioacuten en el Manto adyacente El
resultado es una circulacioacuten inducida del Manto que empuja ambas placas la sub-
Figura 311 Esquema de algunas de las fuerzas que actuacutean
sobre las placas (Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
38
ducida y la superpuesta hacia la fosa Dado que la corriente del Manto tiende a
succionar las placas cercanas se denomina fuerza de succioacuten de la placa
Entre las fuerzas que contrarrestan el movimiento de las placas se encuentra la fuer-
za de resistencia de la placa (friccioacuten) que se produce cuando una placa en subduc-
cioacuten roza contra una placa superpuesta El grado de resistencia a lo largo de una
zona de subduccioacuten puede determinarse a partir de la actividad siacutesmica
Debajo de la placa la fuerza de arrastre del Manto ayuda a producir el movimiento
de las placas cuando la corriente de la Astenosfera tiene la misma direccioacuten y su
magnitud supera a la de la placa Sin embargo a menudo la fuerza de arrastre del
Manto actuacutea en la direccioacuten opuesta y contrarresta el movimiento de la placa La
fuerza de arrastre del Manto por debajo de los continentes es varias veces mayor
que por debajo de la Litosfera oceaacutenica porque la Litosfera continental es maacutes grue-
sa que la Litosfera oceaacutenica y por tanto se extiende a maacutes profundidad en el Man-
to
322 Sistemas geodeacutesicos de referencia
Los sistemas de referencia terrestres son necesarios para la determinacioacuten de coor-
denadas sobre la Tierra y para el estudio del movimiento y deformaciones de la
corteza terrestre de manera que constituyen una herramienta imprescindible en el
desarrollo de las diferentes ciencias de la Tierra en especial de la Geodesia Geofiacute-
sica Geodinaacutemica Cartografiacutea Topografiacutea Navegacioacuten sobre la superficie terres-
tre y para la localizacioacuten de cualquier observacioacuten que se realice (Berneacute Valero et
al 2013)2
En primer lugar se deben distinguir los conceptos Sistema de referencia Sistema de
referencia Convencional Marco de referencia y Sistema de Coordenadas
Un sistema de referencia (Reference System) es la definicioacuten teoacuterica e ideal de
una estructura geomeacutetrica para referenciar las coordenadas de puntos en el espacio
estaacute constituido por un conjunto de paraacutemetros modelos convencionales y algorit-
mos y queda definido por un origen direcciones de los ejes escala y algoritmos
para sus transformaciones espaciales y temporales y las constantes utilizadas en las
definiciones y correcciones A los sistemas de referencia geodeacutesicos se le asocia un
elipsoide con sus paraacutemetros geomeacutetricos y fiacutesicos como forma tamantildeo constante
gravitacional y velocidad de rotacioacuten Los sistemas de referencia se pueden clasifi-
car en globales y locales en funcioacuten del espacio geograacutefico de aplicacioacuten (ver Figu-
ra 312)
2 Berneacute Valero et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
39
Un sistema de referencia convencional es un sistema de referencia donde todas las
constantes numeacutericas paraacutemetros e hipoacutetesis y teoriacuteas para el establecimiento del
sistema de referencia son especificadas de modo concreto
Un marco de referencia (Reference Frame) es la realizacioacuten practica de un siste-
ma es la materializacioacuten de un sistema de referencia convencional es decir el con-
junto de puntos y sus coordenadas y las teacutecnicas aplicadas en las medidas y los
meacutetodos utilizados
Un sistema de coordenadas es la parametrizacioacuten de las coordenadas de los puntos
que forman el marco de referencia En este sentido existen infinitos sistemas de
coordenadas para parametrizar el marco de referencia (Martiacuten Furones 2011)
Los sateacutelites que forman la constelacioacuten GNSS aparecen en un dominio celeste y la
descripcioacuten de su movimiento se hace en principio en eacuteste pero los receptores estaacuten
generalmente ligados a la Tierra y sus coordenadas se tratan en un sistema terrestre
Por ello es necesario definir dos tipos de sistemas de referencia en el espacio uno
celeste ICRS Sistema Internacional de Referencia Celeste para la descripcioacuten del
movimiento satelital y otro terrestre ITRS Sistema Internacional de Referencia
Terrestre para describir la posicioacuten de los usuarios
El CGRS es un sistema de referencia celeste geoceacutentrico a este sistema se refieren
las observaciones hechas desde la Tierra y a eacutel se asocian los procesos dinaacutemicos y
los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra (EOP) pues no depende de la rotacioacuten de la
Tierra Es un sistema en movimiento acelerado (geocentro) asociado a un triedro
centrado en el centro de masas de la Tierra incluyendo oceacuteanos y atmosfera El eje
Oz se dirige al polo medio de rotacioacuten y el eje X pasa por el Ecuador en el meri-
diano de Greenwich
El CGRS estaacute ligado al ITRS mediante los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra
Tanto la matriz de rotacioacuten como el resto de paraacutemetros para pasar de un sistema a
otro pueden encontrase en la web del International Earth rotation amp reference sys-tems service y el Observatorio Naval de Estados Unidos (USNO)
El marco de referencia utilizado para representar las coordenadas cartesianas en
GPSGLONASS se llama (ECEF) y es un marco de referencia terrestre centrado en
la Tierra y fijo a ella (Earth Centered Earth Fixed)
En 1988 se creoacute el servicio de rotacioacuten de la Tierra internacional (IERS del ingleacutes
Internacional Earth Rotation Service) como responsable del mantenimiento tanto
del sistema celeste como del sistema terrestre
3 Introduccioacuten
40
Servicios teacutecnicos especializados Servicio combinado
IVS International VLBI Service
ILRS International Laser Ranging Service
IGS International GPS Service for Geodynamics
IDS International DORIS Service
Tabla 31 Servicios de IERS
En la Tabla 31 se muestra un esquema de los servicios especializados del IERS
- IVS proporciona las observaciones efectuadas por medio de teacutecnicas VLBI
las cuales son las uacutenicas que pueden establecer el enlace con el sistema de
referencia celeste (sistema inercial)
- ILRS suministra las observaciones que pueden determinar de la mejor for-
ma posible el geocentro
- IGS proporciona observaciones GPS Considerado eacuteste como un meacutetodo de
bajo costo y faacutecil de manejar por lo que resulta ser el mejor meacutetodo para
densificar redes geodeacutesicas con objeto de controlar los procesos geodinaacute-
micos
- IDS proporciona datos sobre la navegacioacuten de los sateacutelites
Los estaacutendares del IERS abarcan un conjunto de constantes y modelos que se utili-
zan en el centro de caacutelculo del IERS y en la oficina central para la combinacioacuten de
los resultados que suministran los distintos servicios Estos estaacutendares contienen
entre otros
- las teoriacuteas de precesioacuten y nutacioacuten de la IAU
- ratios para el desplazamiento continental (por ejemplo NUVEL NNR-1A)
- constantes gravitacionales etc
Los sistemas de referencia convencionales mantenidos por el IERS se componen
de
- El Internacional Celestial Reference System (ICRS)
- El Internacional Terrestrial Reference System (ITRS)
IERS
3 Introduccioacuten
41
El sistema de referencia celeste internacional (ICRS) se define como3 (Seeber
2003)
- El origen estaacute fijado en el baricentro del sistema solar (heliocentro)
- La orientacioacuten se efectuacutea
o relativa a las radiofuentes estelares
o paralelo a los ejes del FK5 (cataacutelogo fundamental de estrellas)
o ecuador medio en la eacutepoca J20000
o eje x punto medio de Aries en la eacutepoca J20000
- El sistema del tiempo definido por el Tiempo Dinaacutemico Bariceacutentrico
- Los meacutetodos de observacioacuten empleados astronoacutemicos (FK5) VLBI sateacuteli-
te Hipparcos
Figura 312 Clasificsacioacuten de los sistemas de referencia
3 Seeber G (2003) ldquoSatellite Geodesyrdquo
3 Introduccioacuten
42
3221 Sistemas geodeacutesicos de referencia globales Sistema de Referencia
Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System
ITRS)
Los sistemas de referencia fijos al espacio o inerciales son los maacutes apropiados para
definir la situacioacuten y el movimiento de objetos externos a la Tierra como las estre-
llas los planetas y de forma especial los sateacutelites artificiales Al ser sistemas libres
de aceleracioacuten o inerciales permiten efectuar caacutelculos empleando sin modificacio-
nes la formulacioacuten newtoniana
Los sistemas geodeacutesicos de referencia globales tienen como finalidad principal el
control geodeacutesico tridimensional en cualquier parte de la Tierra es por ello que han
sido desarrollados por organizaciones internacionales La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es el origen geoceacutentrico de las coordenadas cartesianas tridimensio-
nales asociadas
Un sistema geodeacutesico de referencia global se caracteriza por
- Origen Centro de masas terrestres o geocentro incluyendo la atmoacutesfera y
los oceacuteanos
- Eje Z coincide con el eje de rotacioacuten terrestre
- Plano meridiano pasa por cualquier punto de la tierra y contiene al eje de
rotacioacuten
- Plano ecuador es perpendicular al eje de rotacioacuten y para por el geocentro
- Eje X se situacutea en la direccioacuten del plano meridiano que pasa por Greenwich
y contenido en el plano ecuador Es considerado internacionalmente como
meridiano origen o meridiano cero desde 1884
- Eje Y contenido en el plano
ecuador y perpendicular al eje X y su
sentido seraacute tal que los tres ejes formen
una tripleta dextroacutegira
El eje z se ve afectado por la variacioacuten en
la direccioacuten del eje de rotacioacuten terrestre
con el tiempo fenoacutemeno que se denomi-
na movimiento del polo
La direccioacuten del eje de rotacioacuten terrestre
variacutea con respecto a la propia superficie
terrestre y por tanto respecto al sistema
de referencia geoceacutentrico terrestre El
polo describe a lo largo del tiempo una
trayectoria libre que es una curva maacutes o
menos circular de radio 6 metros como
se indica en la Figura 314 y periodo aproximado de 430 diacuteas provocado por el
Figura 314 Movimiento del polo
Movimiento libre y oscilaciones forzadas
(Martiacuten Furones 2011)
3 Introduccioacuten
43
caraacutecter deformable de la Tierra redistribuciones interiores de las masas terrestres
efectos del rebote postglaciar en Canadaacute y Fenoscandia movimientos tectoacutenicos
redistribuciones atmosfeacutericas etc Superpuesta a eacutesta trayectoria libre se encuen-
tran una serie de oscilaciones forzadas provocadas por la influencia gravitatoria del
Sol y la Luna con una magnitud de 60 centiacutemetros ver Figura 314
Este movimiento del polo afecta directamente a las coordenadas de los puntos sobre
la superficie terrestre ya que el sistema de referencia iraacute cambiando Lo maacutes indi-
cado es tomar como eje Z de referencia el origen o centro de los ciacuterculos de movi-
miento libre quedando asiacute determinado el eje Z de un modo convencional Si las
coordenadas de los puntos se refieren al polo convencional tendremos coordenadas
absolutas si se refieren al polo instantaacuteneo (situacioacuten del eje de rotacioacuten en un de-
terminado momento) tendremos coordenadas instantaacuteneas
No hay teoriacutea cientiacutefica que pueda predecir el movimiento del polo y por lo tanto
su posicioacuten asiacute que se monitoriza continuamente mediante observaciones Fenoacuteme-
nos como los grandes terremotos pueden producir importantes desplazamientos del
eje terrestre y por consiguiente del polo el terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de
2011 en el que se centra uno de los artiacuteculos que forman parte de esta tesis movioacute
el eje terrestre cerca de 17 centiacutemetros en direccioacuten 133 grados longitud este (se-
guacuten un estudio del Jet Propulsion Laboratory de la NASA) Esta materializacioacuten se
realizaba con observaciones astronoacutemicas lo que dio lugar al establecimiento de tres
polos diferentes
- Polo CIO desde 1899 la International Latitude Service (ILS) utilizando
observaciones astronoacutemicas sobre cinco estaciones en un mismo paralelo
llegoacute a la definicioacuten del polo CIO (Convencional International Origen) de-
finido como la posicioacuten media del polo entre 1900 y 1905 de manera que
se obtuvieron determinaciones precisas de los largos periacuteodos del movi-
miento del polo La precisioacuten de estas determinaciones se cifroacute en 3 me-
tros
- Polo BIH (Bureau International de lrsquoHeure) Proporcionoacute estimaciones
maacutes frecuentes (medias de 5 diacuteas) y precisiones de 1 metro en la determi-
nacioacuten del movimiento del polo
- Polo IPMS Cada vez con maacutes frecuencia se empezoacute a necesitar los mo-
vimientos de corto periodo del polo para aplicaciones geodeacutesicas y astro-
noacutemicas por lo que el ILS se reorganizoacute en 1962 en el Internacional Polar
Motion Service (IPMS) asiacute surge el polo IPMS generado a partir de deter-
minaciones de latitud astronoacutemica en 80 estaciones y con precisioacuten de un
metro en la determinacioacuten del movimiento del polo
La irrupcioacuten de las teacutecnicas espaciales supuso un gran avance asiacute en 1984 la BIH establecioacute un nuevo sistema de referencia terrestre basado en las coordenadas car-
tesianas geoceacutentricas de las estaciones fundamentales donde se habiacutean aplicado
3 Introduccioacuten
44
teacutecnicas espaciales este nuevo sistema coincide con el polo CIO astronoacutemico si se
tienen en cuenta las precisiones en la determinacioacuten del CIO lo cual permite dar
continuidad a las coordenadas determinadas antiguamente
Finalmente en 1987 se creoacute la Internacional Earth Rotacion Service (IERS) reem-
plazando a la BIH y a la IPMS para entre otras cosas monitorizar el movimiento
del polo basaacutendose en teacutecnicas espaciales de forma continua con lo que el polo BIH
determinado en 1984 pasoacute a llamarse polo IERS Desde abril de 2003 el nombre fue
cambiado al de Internacional Earth Rotation and Reference Systems Service
(IERS) proporcionando las coordenadas instantaacuteneas del polo para cada diacutea referi-
das al polo IERS cuyo eje X seraacute el meridiano de Greenwich convencional y el eje
Y estaacute situado hacia el Oeste (direccioacuten de su sentido positivo) formando 90 grados
(Martiacuten Furones 2011)
Uno de los sistemas geodeacutesicos de referencia globales es el Sistema de Referencia
Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System ITRS) que
constituye un conjunto de prescripciones y convenios necesarios para definir origen
escala orientacioacuten y tiempo de evolucioacuten de un sistema convencional de referencia
terrestre Es un sistema de referencia ideal definido por la Resolucioacuten Nordm 2 de la
IUGG adoptada en Viena en 1991
El ITRS se define como
- Geoceacutentrico fijado al centro de masas de la Tierra definida eacutesta como la
masa de toda la Tierra incluida la de los oceacuteanos y la de la atmoacutesfera
- La unidad de longitud es el metro del sistema internacional (SI) la escala
estaacute entendida en el contexto de la teoriacutea relativista de la gravitacioacuten
- La orientacioacuten de los ejes estaacute dada por la orientacioacuten inicial del BIH (Bu-reau Internacional de lrsquoHeure) dada en 1984
- La evolucioacuten temporal de la orientacioacuten no crea residuo de la rotacioacuten glo-
bal respecto a la corteza terrestre
- Los meacutetodos de observacioacuten son VLBI SLR GPS DORIS PRARE
- El elipsoide de referencia es el GRS80
La orientacioacuten de los ejes en el ITRS estaacuten definidos seguacuten se muestra en la Figura
315 como
- El eje Z es el establecido por la orientacioacuten media del eje polar en el pe-
riodo 1900-1905 llamado Polo Terrestre Convencional (CTP) u Origen
Internacional Convencional (CIO) En el vocabulario de la IERS se deno-
mina ldquoIERS Reference Polerdquo (IRP)
- El eje X es el vector de origen el geocentro y que pasa por la interseccioacuten
del plano ecuatorial con el plano meridiano de Greenwich 1984 este uacutelti-
mo es denominado en la nomenclatura del IERS como ldquoIERS Reference Meridianrdquo (IRM)
3 Introduccioacuten
45
- El eje Y corresponde al respectivo eje perteneciente a un sistema dextroacutegi-
ro
Figura 315 Marco de referencia ECEF
3222 El marco de referencia internacional terrestre ITRF4
Para conseguir una realizacioacuten praacutectica de un marco geodeacutesico global de referencia
se tienen que establecer una serie de puntos con un conjunto de coordenadas El
marco de referencia terrestre Internacional (ITRF) es seguacuten el IERS la materializa-
cioacuten del ITRS definido por un conjunto de puntos fiacutesicamente establecidos con sus
coordenadas cartesianas tridimensionales geoceacutentricas o geograacuteficas y sus veloci-
dades junto con la matriz varianza covarianza de su solucioacuten En la Figura 316 se
muestra la paacutegina web del ITRF Se trata de un sistema de referencia ideal definido
por la Resolucioacuten Nordm 2 de la IUGG adoptada en Viena en 1991
Es un marco tridimensional geoceacutentrico adaptado a la Tierra y gira con eacutesta su
origen estaacute centrado con respecto al centro de masas incluido oceacuteanos y atmosfera
con una precisioacuten del orden del centiacutemetro su orientacioacuten es ecuatorial es decir el
eje Z es paralelo al Polo
La orientacioacuten de sus ejes tal como establecioacute la BIH en 1984 es
- Eje Z Polo medio determinado por la IERS y llamado IERS Reference Po-
le (IRP) o Convencional Terrestrial Pole (CTP)
- Eje X Meridiano de Greenwich Convencional determinado por la IERS y
llamado IERS Reference Meridian (IRM) o Greenwich Mean Origin
(GMO)
4 httpitrfensgignfr
3 Introduccioacuten
46
- Eje Y Formando una tripleta dextroacutegira con los ejes anteriores sobre el
plano del ecuador convencional
Figura 316 Web del ITRF
El marco estaacute formado por coordenadas cartesianas y velocidades de una serie de
estaciones equipadas con teacutecnicas de observacioacuten espacial (VLBI SLR LLR GPS
desde 1991 y DORIS desde 1994) en la Figura 317 se pueden ver las estaciones
para el ITRF2005 La teacutecnica VLBI posee el mayor peso en la definicioacuten de la
orientacioacuten Estas coordenadas definen impliacutecitamente el origen la escala y la
orientacioacuten de los ejes coordenados X Y Z del sistema de referencia Para expre-
sar las posiciones de las coordenadas geodeacutesicas se utiliza el elipsoide GRS80
geoceacutentrico
3 Introduccioacuten
47
Figura 317 Mapa en el que se muestran las estaciones que forman el marco de referencia ITRF
2005 Cada forma y color corresponde a una teacutecnica espacial utilizada diferente International
Terrestrial Reference Frame
La conexioacuten entre las diferentes teacutecnicas de observacioacuten se realiza en aquellas esta-
ciones que posean dos o maacutes teacutecnicas de observacioacuten y sea posible la determinacioacuten
precisa (plusmn4-5 mm de error) de los incrementos de coordenadas X Y Z entre los
instrumentos de medida (receptores GPS o DORIS telescopios y radiotelescopios)
utilizando mediciones topograacuteficas o con GPS
Las actualizaciones de la ITRF incluyen ITRF89 ITRF90 ITRF91 ITRF92
ITRF93 ITRF94 ITRF95 ITRF96 ITRF97 ITRF2000 ITRF2005 y ITRF2008
estaacute preparaacutendose ITRF2013 Las sucesivas versiones de ITRF representan mejor
las cantidades y calidades de las observaciones hay mejoras en los algoritmos de
procesamiento y presentan mejores modelos de los movimientos (o velocidades) de
las placas tectoacutenicas
El ITRF se nombra ITRFyy y eacutepoca to donde yy indica el uacuteltimo antildeo cuyos datos se
usaron en la formacioacuten del ITRF y to es el instante o eacutepoca de la que se refieren los
paraacutemetros asiacute el ITRF97 fue publicado en 1999 con los datos disponibles en 1997
Esto es necesario ya que todos los puntos de la corteza terrestre se asientan sobre
placas tectoacutenicas que sufren movimientos constantes
La transformacioacuten rigurosa entre dos sistemas terrestres arbitrarios como el ITRFyy
eacutepoca to y el ITRFzz eacutepoca t se designa simboacutelicamente por
ITRFyy(to) -gt ITRFzz(t)
3 Introduccioacuten
48
La relacioacuten entre dos marcos de referencia viene dada por una transformacioacuten de 7
paraacutemetros (3 Traslaciones 3 Rotaciones y un cambio de escala D) maacutes otras siete
de sus variaciones temporales primeras derivadas respecto al tiempo
Z
Y
X
DRR
RDR
RRD
T
T
T
Z
Y
X
Zs
Ys
Xs
12
13
23
3
2
1
X Y Z son las coordenadas en el marco origen
XS YS ZS son las coordenadas a obtener en el marco destino
Por ejemplo entre ITRF92 e ITRF 2000 para la eacutepoca 19880
0012
13
23
3
2
1
0092 ITRFITRFITRFZ
Y
X
DRR
RDR
RRD
T
T
T
Z
Y
X
Zs
Ys
Xs
Para un paraacutemetro dado P su valor en una eacutepoca t se obtiene a partir de la ecua-
cioacuten P (t) = P (t0) +P (t-t0)
En estos marcos de referencia la posicioacuten de un punto y su evolucioacuten sobre la su-
perficie terrestre se expresan de la siguiente manera
X (t) = X0 + V0 (t-t0) + sum i Xi (t)
X (t) = X (t0) + (t - t0) VX
Y (t) = Y (t0) + (t - t0) VY
Z (t) = Z (t0) + (t - t0) VZ
Donde t0 es la eacutepoca de definicioacuten del marco de referencia V es la velocidad del
punto debida a los movimientos tectoacutenicos y el sumatorio final son los efectos va-
riables en el tiempo que modifican la posicioacuten del punto por ejemplo los efectos de
mareas terrestres carga oceaacutenica etc
ITRF es el Sistema de Coordenadas establecido por el IERS (International Earth
Rotation Service) De este modo el IGS (International GNSS Service) difunde las
efemeacuterides precisas expresadas en este marco de referencia Pero en el marco del
IGS aunque se apoya en el ITRF las coordenadas han sido soacutelo obtenidas a partir
de estaciones GNSS (no se incluyen observables de SLR VLVI o DORIS) por eso
al marco ITRF donde el IGS da las coordenadas se le llama IGS08 o IGb08 el ter-
mino b es una correccioacuten o actualizacioacuten del IGS concreto
3 Introduccioacuten
49
El establecimiento de un marco de referencia de precisioacuten no es tarea sencilla ya
que la Tierra sufre deformaciones debido a su caraacutecter elaacutestico y las precisiones de
las observaciones son cada vez mayores por lo que las observaciones deben ser
corregidas por los efectos de
- Mareas terrestres
- Carga atmosfeacuterica y oceaacutenica
- Tectoacutenica de placas El movimiento de la corteza terrestre causado por la
tectoacutenica de placas produce el desplazamiento de los puntos de las redes
geodeacutesicas en el tiempo generando distorsiones (ver Figura 318) Actual-
mente es posible determinar la magnitud empleando modelos globales de
placas tectoacutenicas Las placas se desplazan de 25 a 5 cm antildeo El modelo uti-
lizado hasta el ITRF2005 es el NNR-NUVEL-1A basado en que no exis-
ten rotaciones sobre el Manto de las placas tectoacutenicas y por tanto la suma
de las velocidades de las placas sobre toda la Tierra es cero Para el
ITRF2008 se utiliza un modelo basado en las propias velocidades de las es-
taciones ITRF observadas con teacutecnicas espaciales el APKIM2005 (las ve-
locidades presentan tambieacuten error ya que se obtienen a partir de caacutelculos)
- Movimientos locales y regionales Un ejemplo seriacutea el rebote postglacial de
Escandinavia Por tanto el ITRF es un marco dinaacutemico que cambia de
acuerdo a las variaciones temporales de las coordenadas y velocidades de-
bido a los efectos anteriores (Martiacuten Furones 2011)
Figura 318 Vectores de velocidad de las placas
3 Introduccioacuten
50
3223 Marco de referencia GNSS Materializacioacuten del ITRS IGSyy
La determinacioacuten de coordenadas a partir de observaciones GNSS debe producirse
en un marco que permita establecer una relacioacuten directa con las coordenadas y mar-
cos terrestres y en el caso de GNSS se utilizan los sistemas y marcos ITRS e ITRF
IGS es la realizacioacuten del ITRS es el marco IGS (Internacional GNSS Service)
(Ray et al 2004 y Benciolini et al 2008) y su singularizacioacuten IGS e IGb Este
marco de referencia ha sido el maacutes utilizado como se veraacute maacutes adelante en los
estudios realizados
IGS es un organismo compuesto por maacutes de 200 agencias de todo el mundo que
comparten recursos y datos de estaciones GPS o GLONASS permanentes de todo el
mundo con el fin de generar productos GNSS de alta precisioacuten
El ITRF incluye observaciones GPS (Global Positioning System) SLR (Satellite
Laser Ranging) VLBI (Very Long Baseline Interferometry) y DORIS (Doppler
Orbit determination and Radiopositioning Integrated on Satellite) Pero esta red de
estaciones no es muy homogeacutenea a nivel mundial y el IGS soacutelo selecciona estacio-
nes GPS y como no todas las estaciones GPS incluidas en el ITRF tienen una pre-
cisioacuten homogeacutenea selecciona aquellas que satisfacen ciertos criterios de calidad y
las utiliza como marco de referencia en el caacutelculo de sus productos finales (oacuterbitas
satelitales correcciones a los relojes de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten
terrestre etc) Las estaciones elegidas cuentan uacutenicamente con la teacutecnica espacial
GPS o GLONASS es por esto que si se utilizan uacutenicamente las observaciones de
estas estaciones se puede formar un marco (el marco IGS) de referencia que seraacute
maacutes consistente que el ITRF ya que no utiliza ni mezcla observaciones de otras
teacutecnicas espaciales con esto no se quiere decir que sea un marco maacutes preciso que el
marco ITRF
Esta red que se muestra en la Figura 319 conformada por las estaciones de refe-
rencia seleccionadas por el IGS cerca de 400 no presenta traslaciones ni transfor-
maciones ni cambio de escala con respecto al ITRF por ello nominalmente el
marco de referencia del IGS y el ITRF son iguales El 17 de abril de 2011 (semana
GPS 1632) el servicio internacional de GNSS (IGS) dejoacute de usar el marco de refe-
rencia de IGS05 y adoptoacute uno nuevo llamado IGS08 el cual se entiende equivalen-
te al ITRF2008
3 Introduccioacuten
51
Figura 319 Mapa en el que se muestran las estaciones que forman el marco de referencia IGS
International GNSS Service
El IGS anuncioacute en octubre del 2012 (semana 1709) la introduccioacuten de una versioacuten
actualizada del Marco de Referencia IGS08 la cual se denomina IGb08 Esta actua-
lizacioacuten se debe a que muchas de las estaciones contenidas en el IGS08 han sufrido
discontinuidades posteriores a la eacutepoca 20095 lo que las hace inutilizables como
puntos fiduciales en el ajuste de marcos de referencia Las regiones maacutes afectadas
son Ameacuterica del Sur Aacutefrica y el Este de Asia El IGb08 se utiliza para reemplazar
el IGS08 a partir del 7 de octubre de 2012 semana GPS 1709
Las diferencias entre el ITRF y el IGS en la misma eacutepoca apenas es de alguacuten miliacute-
metro por ello a todos los efectos se consideran similares
Una de las principales diferencias entre los marcos IGS05 e IGSb00 o entre IGS05
e ITRF05 (en sus veacutertices GPS) radica en un refinamiento en la estrategia de caacutelcu-
lo para las coordenadas para obtener una gran precisioacuten de las coordenadas de un
punto GPS es necesario conocer exactamente la posicioacuten del centro de fase tanto del
sateacutelite como de la antena receptora La posicioacuten para la antena receptora se des-
compone en dos partes un sesgo entre el centro de fase y el punto de referencia de
la antena y una variacioacuten respecto a este sesgo ya que el centro de fase no es algo
fijo sino que depende de la elevacioacuten acimut y la intensidad de la sentildeal de los sateacute-
lites
Normalmente los fabricantes dan las coordenadas (3D) del sesgo del centro de fase
respecto al punto de referencia de la antena (normalmente la interseccioacuten de la ver-
tical mecaacutenica con la parte baja de la antena) y se considera que las variaciones a
este sesgo son despreciables por lo que se fijan a cero a este esquema se le deno-
mina correcciones relativas del centro de fase de la antena Actualmente tanto los
3 Introduccioacuten
52
sesgos como las variaciones se pueden modelar (Seeber 2003) para los diferentes
tipos de antena existentes en el mercado esta modelizacioacuten dependeraacute de la eleva-
cioacuten y acimut de los sateacutelites de los que recibe sentildeal El resultado final seraacute una
mejora en la precisioacuten de las coordenadas determinadas en estas estaciones a este
esquema se le denomina correcciones absolutas del centro de fase de la antena Este
efecto afecta sobre todo a la determinacioacuten de la escala del marco IGS Asiacute el mar-
co ITRF2005 no es consistente con las calibraciones absolutas de antena GPS
Los usuarios GNSS que utilicen productos IGS (oacuterbitas paraacutemetros de rotacioacuten de
la Tierra etc) en sus caacutelculos estaraacuten obteniendo las coordenadas finales de sus
estaciones en el marco IGS (actualmente en el IGS08) por lo tanto seraacute el marco
especiacutefico para usuarios GPS
3224 Sistemas geodeacutesicos de referencia locales ETRS 89 datum europeo
Los sistemas de referencia locales o fijos a la Tierra se utilizan para determinar
coordenadas de puntos sobre la superficie terrestre o en sus proximidades Por tan-
to al igual que la Tierra estaacuten en continua rotacioacuten En este tipo de sistemas de
referencia no se cumplen las ecuaciones del movimiento de Newton al aparecer
aceleraciones rotacionales (centriacutefuga y de Coriolis) Reciben por ello el nombre de
sistemas no inerciales
Figura 320 Desplazamiento del centro de masas de un sistema de referencia local
3 Introduccioacuten
53
Estos sistemas pueden ser faacutecilmente relacionados con el campo gravitatorio De
esta forma permiten establecer sistemas de coordenadas intuitivos en los que se
describen los movimientos tal y como se producen ante nuestros ojos Estos siste-
mas asignan dos coordenadas para los desplazamientos planimeacutetricos sobre la su-
perficie terrestre y una tercera para definir la separacioacuten respecto a eacutesta
Un sistema geodeacutesico de referencia local estaacute determinado por un datum geodeacutesico
conjunto de paraacutemetros que definen la posicioacuten de un elipsoide respecto a la Tierra
Ademaacutes se define un punto fundamental en el cual se determinan paraacutemetros como
la orientacioacuten y el origen de coordenadas Los sistemas geodeacutesicos de referencia
locales son sistemas cuasi-geoceacutentricos es decir poseen una considerable desvia-
cioacuten con respecto al centro de masas de la Tierra o geocentro como se puede ver en
la Figura 320 (∆X ne ∆Y ne∆Z ne 0) y estaacuten asociados a un elipsoide de referencia
cuyo objetivo es ajustar el geoide a una zona determinada del globo
Un punto fundamental debe contar con Coordenadas astronoacutemicas (Φ Λ) coorde-
nadas geodeacutesicas (φ λ) altura ortomeacutetrica (H) azimut hacia otro veacutertice (astronoacute-
mico y geodeacutesico) componente meridiana (ξ) primer vertical (η) y ondulacioacuten del
geoide (N) nula
Dicho de otra forma El sistema local queda definido por siete paraacutemetros (o mejor
dicho 6 maacutes una condicioacuten) valores para a y f (geometriacutea del elipsoide) valores de
las desviaciones de la vertical (ξ η) y de la ondulacioacuten del geoide (distancia entre el
elipsoide de referencia y el geoide) con estos tres paraacutemetros se obtiene la orienta-
cioacuten del elipsoide el acimut geodeacutesico de una liacutenea y como condicioacuten que el semi-
eje menor del elipsoide y el eje medio de rotacioacuten terrestre sean paralelos Ademaacutes
se intenta que el elipsoide se ajuste lo maacuteximo posible a la zona a cartografiar (ver
Figura 320) de manera que la reduccioacuten de observaciones sea lo maacutes sencilla
posible
Los sistemas geodeacutesicos de referencia locales estaacuten relacionados a coordenadas
bidimensionales ya sean estas geodeacutesicas curviliacuteneas (φ λ) o planas (x y) La
altura (H) se determina mediante un sistema de referencia vertical el cual es inde-
pendiente del sistema bidimensional Las precisiones alcanzables por la materiali-
zacioacuten de un sistema local de primer orden corresponden a 10 ppm Sin embargo la
zona de efectividad de este nivel de precisioacuten estaraacute limitada por la relacioacuten geomeacute-
trica que exista entre el elipsoide y el geoide pudiendo alcanzar errores relativos a
decenas de metros en aacutereas bastante alejadas del punto fundamental (Fuentes
2006)
EUREF (European Reference Frame) es la subcomisioacuten de la IAG creada en 1987
que se encarga de la definicioacuten realizacioacuten y materializacioacuten del sistema de refe-
rencia europeo ETRS y del sistema de referencia vertical europeo EVRS Para el mantenimiento del ETRS se creoacute una red de estaciones permanentes EPN que con-
tribuyen al mantenimiento del ETRS y se muestra en la Figura 321
3 Introduccioacuten
54
Figura 321 Red EUREF
Dado que sobre la parte estable de Europa la precisioacuten de las posiciones individua-
les se encontraba ya en algunos pocos centiacutemetros en X Y y Z en 1989 se decidioacute
que las coordenadas ITRF89 de las 36 estaciones europeas definieran el Marco de
Referencia Terrestre Europeo (ETRF89) el cual rota con la parte estable de la placa
euroasiaacutetica y es coincidente con el ITRF en la eacutepoca 19890 Esto quiere decir que
al ajustar el marco a los movimientos de la placa las coordenadas de las estaciones
que forman el marco seraacuten siempre iguales (al margen de posibles movimientos
producidos por causas locales) A cada determinacioacuten ITRF(antildeo) le corresponde
una ETRF89(antildeo) o simplemente ETRF(antildeo)
El ETRS89 es el marco de referencia tridimensional europeo basado en una red de
estaciones GPS EUREF En el disentildeo de este marco de referencia europeo los as-
pectos que se tuvieron en cuenta fueron
- Establecer un marco de referencia geoceacutentrico cara cualquier proyecto de ingenieriacutea o geodinaacutemico en Europa
3 Introduccioacuten
55
- Constituir una referencia de precisioacuten para geodesia y navegacioacuten en Euro-
pa
- Eliminar los datums locales en Europa de manera que constituyese un mar-
co de referencia moderno que los diferentes servicios cartograacuteficos nacio-
nales adoptasen
Estaacute definido con una precisioacuten de 1 cm Este sistema de referencia geodeacutesico estaacute
ligado a la placa estable de la placa continental europea El ETRS se desplaza res-
pecto a los ITRS globales pero su relacioacuten es conocida y sus coordenadas se pue-
den trasladar a un ITRS sin peacuterdida de precisioacuten (ETRS89 Boucher and Altamimi)
Este sistema geodeacutesico de referencia lleva asociado entre otros paraacutemetros un
elipsoide de referencia que es el GRS80 completamente equivalente a nivel usuario
con el WGS84
Los primeros caacutelculos de ETRF89 son ideacutenticos a ITRF89 Comparando estos
caacutelculos con resultados ITRFyy encontramos que la plataforma continental Euro-
pea (a excepcioacuten de Grecia y Turquiacutea) se mueve uniformemente a una velocidad de
2-3 cm por antildeo con respecto al ITRS como se puede ver en la Figura 322
Figura 322 Desplazamiento de la plataforma continental Europea de ETRF en comparacioacuten con
ITRF (httpwwwignbeFRFR2-1-5-1-3shtm)
La trasposicioacuten de los avances en marcos de referencia a la legislacioacuten espantildeola se
materializa mediante el Real Decreto 10712007 de 27 de julio por el que se regula
el sistema geodeacutesico de referencia oficial en Espantildea
- El sistema de referencia ETRS89 (European Terrestrial Reference System
1989) Sistema de Referencia Terrestre Europeo 1989 ligado a la parte es-
3 Introduccioacuten
56
table de la placa continental europea es consistente con los modernos sis-
temas de navegacioacuten por sateacutelite GPS GLONASS y el europeo GALILEO
Su origen se remonta a la resolucioacuten de 1990 adoptada por EUREF (Sub-
comisioacuten de la Asociacioacuten Internacional de Geodesia AIG para el Marco
de Referencia Europeo) y trasladada a la Comisioacuten Europea en 1999 por lo
que estaacute siendo adoptado sucesivamente por todos los paiacuteses europeos
- El objeto de este real decreto es la adopcioacuten en Espantildea del sistema de refe-
rencia geodeacutesico global ETRS89 sustituyendo al sistema geodeacutesico de re-
ferencia regional ED50
Actualmente la IERS pretende actualizar el marco de referencia aproximadamente
cada cinco antildeos esto puede producir saltos en las coordenadas de las estaciones y
discontinuidades que pueden llevar a cierto grado de confusioacuten (por ejemplo se ha
constatado un salto en el eje Z entre ITRF2000 e ITRF2005 de 18 mmantildeo debido
entre otras cosas a la incertidumbre de las medidas SLR en la determinacioacuten del
geocentro terrestre evidentemente estos saltos pasaraacuten a la definicioacuten ETRF del antildeo
correspondiente Este salto u offset se ha introducido en la correspondiente solucioacuten
ETRF rompiendo con el caraacutecter teoacuterico de ldquocoordenadas constantesrdquo del marco
europeo Para evitar que esto vuelva a suceder dado que estos saltos son inherentes
del propio proceso de generacioacuten y caacutelculo de los sucesivos marcos ITRF se reco-
mienda no utilizar el ETRF2005 (ni siquiera se ha creado) sino que se debe adoptar
el ETRF2000 como marco de referencia convencional definitivo (es decir se ldquocon-
gelardquo el marco ETRF89 al ETRF2000) de todas formas para poder aprovechar las
precisiones del marco ITRF2005 se recomienda que todas las estaciones europeas
que posean solucioacuten en el marco ITRF2005 se expresen en el marco ETRF2000
llamando a estas coordenadas ETRF2000(R05) Esta decisioacuten se adoptoacute ademaacutes
para armonizar las futuras realizaciones del sistema ETRS89 estableciendo asiacute un
uacutenico marco de forma convencional comuacuten para toda Europa El marco de referen-
cia se ha ido densificando poco a poco sobre todo gracias a las determinaciones
GPS En 1990 se antildeadieron 30 estaciones maacutes a las originales desde entonces se
han ido introduciendo estaciones sobre todo en Europa del Este Actualmente cerca
de 90 forman la red EUREF permanente (ver Figura 321)
Transformacioacuten entre ITRS-ETRS89
La transformacioacuten entre ITRS y ETRS89 se desarrolla por el EUREF TWC y se
compone de tres pasos
- Estimacioacuten de coordenadas en el ITRF actual en la eacutepoca actual t
- Transformacioacuten de ITRF a ETRF en la eacutepoca actual
- Propagacioacuten de las coordenadas en tiempo en el ETRF
En cuanto a la segunda etapa hay que sentildealar que hasta el ITRF 2000 el EUREF
recomienda transformar ITRS a ETRS89 soacutelo en las mismas versiones (de
ITRF2000 y ETRF2000 etc) sin embargo en el caso de ITRF2005 se recomienda
3 Introduccioacuten
57
no utilizar el uacuteltimo ejercicio ETRF205 sino maacutes bien adoptar la ETRF2000 como
un marco convencional del sistema de ETR89 (Boucher and Altamimi)
EUREF Permanent Network (EPN) httpepncbomabe
EUEF perteneciente a la IAG es el Marco de Referencia para EUROPA y realiza y
mantiene los ETRS Sistema Europeo de Referencia El instrumento de EUREF es la
red de estaciones Permanente EPN que cubre Europa con 223 estaciones GNSS
(ver Figura 321)
Proyecto EUVN (European Vertical Reference Network)
La Red Vertical Europea GPS de Referencia (EUVN) disentildeada para la unificacioacuten
de los diferentes sistemas de altitudes en Europa se observoacute en mayo de 1997 y sus
resultados se presentaron en junio de 1998 Incluye 195 puntos distribuidos por toda
Europa 79 puntos EUREF 53 puntos nodales de las redes de nivelacioacuten del este y
oeste de Europa y 63 mareoacutegrafos En Espantildea existen 8 estaciones EUVN (Alican-
te Almeriacutea Barcelona Casetas La Coruntildea Palma Puertollano y Santander) Cada
una de ellas posee un conjunto de coordenadas tridimensionales X Y Z latitud
longitud altitud elipsoidal y altitud fiacutesica derivada de medidas de nivelacioacuten y gra-
vedad con respecto a UELN yo los sistemas nacionales de altitudes El proyecto
EUVN contribuye a la realizacioacuten de un datum Europeo Vertical y a conectar los
diferentes niveles del mar de los diferentes paiacuteses europeos con respecto al PSMSL
(Servicio Permanente del Nivel Medio del Mar) asiacute como a la determinacioacuten de un
sistema global absoluto de altitudes
3225 Sistemas de referencia geodeacutesicos globales GRS80 y WGS84
El Geodetic Reference System 1980 (GRS80) adoptado por la IUGG (International
Union of Geodesy and Geophysics) por su asamblea general de Camberra en 1979
pertenece a este grupo Este sistema reemplaza al GRS67 por no representar ade-
cuadamente el tamantildeo forma y el campo gravitatorio con precisioacuten suficiente para
la mayoriacutea de aplicaciones geodeacutesicas geofiacutesicas astronoacutemicas e hidrograacuteficas Los
principales paraacutemetros del sistema se muestran en la Tabla 32
El paraacutemetro a se ha obtenido a partir de medidas SLR y Doppler el coeficiente del
potencial gravitatorio J2 se ha obtenido a partir de perturbaciones en la oacuterbita de
sateacutelites la constante gravitacional GM ha sido obtenida a partir de SLR LLR y
pruebas espaciales y ω = 729311510-11 rdsg se ha obtenido a partir de medidas
astronoacutemicas
La orientacioacuten del eje Z seraacute la definida por el polo CIO como eje X el meridiano
0 definido por la BIH y el eje Y formando la tripleta dextroacutegira
3 Introduccioacuten
58
Paraacutemetro Abreviacioacuten Valor
Radio ecuatorial de la Tierra Semieje
mayor
a 6378137 m
Aplanamiento f 1298257222101
Primera excentricidad e 0081819191043
Segunda excentricidad eacute 00820944379496
Constante gravitacional geoceacutentrica GM 3986005 10-8
m3s
-2
Factor dinaacutemico J2 10826310-8
ω 729311510-11
rds
Tabla 32 Principales paraacutemetros del sistema Geodetic Reference System 1980 (GRS80)
Este sistema sigue en vigor y no se ha actualizado en su definicioacuten ya que se debe
tener en cuenta que por debajo del metro en la diferencia de paraacutemetros no existe
una diferencia praacutectica en la determinacioacuten de coordenadas Asiacute las mejoras del
mismo se consideran avances cientiacuteficos pero el estaacutendar (GRS80) no se debe cam-
biar
Cuando la informacioacuten sobre el datum se obtiene a partir de posiciones dentro de la
oacuterbita de los sateacutelites (determinacioacuten dinaacutemica del sistema) los coeficientes del
potencial gravitatorio (J2) asiacute como algunas constantes (ω velocidad de la luz
constante gravitatoria geoceacutentrica) forman parte de la definicioacuten del datum ya que
se calculan todas juntas
Un ejemplo de eacuteste uacuteltimo grupo es el World Geodetic System 1984 (WGS84) utili-
zado por la teacutecnica GPS y obtenido exclusivamente a partir de los datos de la cons-
telacioacuten de sateacutelites GPS
World Geodetic System es un sistema de referencia terrestre convencional desa-
rrollado por el servicio geograacutefico de la armada de los EEUU (DMA-Defense Map-
ping Agency Posteriormente NIMA) El sistema de coordenadas cartesianas tridi-
mensional GPS es un marco de referencia terrestre centrado en la Tierra ECEF y
fijo a ella (Earth Centered Earth Fixed)
El WGS-84 se realizoacute a partir de un conjunto de maacutes de 1500 posiciones terrestres
cuyas coordenadas se derivaron de observaciones Doppler Posteriormente se reali-
zan refinamientos del sistema Actualmente el utilizado es el marco WGS84
(G1150) que fue introducido en 2002 y que estaacute de acuerdo con ITRF2000 a nivel
de centiacutemetro
El marco de referencia WGS lo constituyen los sateacutelites y sus efemeacuterides transmiti-
das no existe un marco en Tierra por esos se realizan sucesivas aproximaciones o
refinamiento al ITRF de manera que sus coordenadas absolutas apenas difieran
3 Introduccioacuten
59
Las caracteriacutesticas de WGS84 se muestran en la figura 323 y son
- Su origen es coincidente (2 m) con el centro de masas de la Tierra inclui-
dos oceacuteanos y mares
- El eje Z estaacute en direccioacuten del Polo terrestre Convencional del BIH eacutepoca
1984
- Eje X es la interseccioacuten del plano del meridiano de referencia meridiano
cero Greenwichcon el ecuador
- Eje Y completa el sistema ortogonal dextrorsum
Figura 323 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de WGS84
Las funciones derivadas para el elipsoide de referencia WGS84 se muestran en la
Tabla 33
Elipsoide de referencia WGS84
Nombre Constantes y Magnitudes
a semieje mayor 6378137 m precision 2 m
b semieje menor 635675231424518
e Excentricidad 008181919084
F aplanamiento
1298257223563
We velocidad rotacion Tierra 72921151467 10-5
rads
cte gravitacional GM 3986004418108 m
3s
2
Tabla 33 Constantes para el elipsoide WGS84
El WGS 84 utilizoacute originalmente el elipsoide GRS80 de referencia pero ha sido
objeto de algunas mejoras menores en posteriores ediciones desde su publicacioacuten
inicial La mayoriacutea de estas mejoras son importantes para los caacutelculos orbitales de
3 Introduccioacuten
60
alta precisioacuten para los sateacutelites pero tienen poco efecto praacutectico sobre los usos tiacutepi-
cos topograacuteficos Actualmente WGS 84 utiliza el geoide EGM96 (modelo gravita-
cional de la Tierra 1996) revisado en 2004 Este geoide define la superficie del
nivel del mar nominal por medio de una serie de armoacutenicos esfeacutericos de grado 360
que proporciona unos 100 km de resolucioacuten horizontal
De acuerdo con el IERSITRS las versiones maacutes actuales del sistema WGS84
(G730 G873 y G1150) y las del sistema ITRS (ITRFyy) se pueden considerar ideacuten-
ticas al nivel de los 10 cm Por tanto para relacionar el ETRS89 y el WGS84 consi-
deraremos la equivalencia entre el ETRS89 y el ITRS
La diferencia entre GRS80 y WGS84 es despreciable
323 Teacutecnicas maacutes utilizadas
Varias son las teacutecnicas que se utilizan para el estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre las maacutes utilizadas se explican brevemente en este apartado En la
Figura 324 se muestra un esquema resumen de las teacutecnicas maacutes habituales
Figura 324 Esquema de las teacutecnicas maacutes utilizadas para el estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre
En todos los casos analizados en esta tesis se ha tratado de determinar los despla-
zamientos permanentes producidos por diferentes fenoacutemenos geodinaacutemicos terre-
motos movimiento general de las placas tectoacutenicas movimiento de fallas subsi-
dencia del terreno y vulcanismo Para lograr este fin se ha utilizado el posiciona-
miento relativo GNSS con medidas de fase Se ha empleado esta metodo-logiacutea por
ser la que ofrece mayores precisiones en la deteccioacuten de desplazamientos perman-
tentes que son los que buscamos
3 Introduccioacuten
61
En el caso de que se tratara de detectar desplazamientos no permanentes producidos
en cortos periodos de tiempo como es el caso de los terremotos la teacutecnica maacutes
adecuada seriacutea el posicionamiento por punto preciso (PPP) como se puede ver en la
figura 325
Figura 325 Posiciones calculadas mediante PPP del terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011
de magnitud Mw 51 (164740 GPST)
Del mismo modo si analizaacuteramos una
zona en la que no existe infraestructura
de estaciones permanentes GNSS o
bien por cualquier motivo no se pueden
realizar campantildeas perioacutedicas de obser-
vaciones GNSS la metodologiacutea maacutes
adecuada seriacutea la utilizacioacuten del radar de
apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (in-
SAR) Un ejemplo de lo indicado se
muestra en la figura 326
Figura 326 Deformaciones co-siacutesmicas
otbenidas mediante inSAR del terremoto de
Lorca del 11 de mayo de 2011 Institut
Geologravegic de Catalunya
3 Introduccioacuten
62
3231 GNSS posicionamiento relativo56
Se trata de la teacutecnica utilizada para llevar a cabo los estudios que se presentan en
esta tesis
El objetivo del posicionamiento relativo consiste en la determinacioacuten de las compo-
nentes del vector que une dos puntos A y B donde uno de ellos se establece como
fijo Las citadas componentes se determinaraacuten bien en incrementos de coordenadas
o en la determinacioacuten del azimut de la distancia relativa y la diferencia de altura
Este posicionamiento puede hacerse tanto con pseudodistancias como con medidas
de fase pero soacutelo se va a tratar el caso de medidas de fase
Este posicionamiento requiere observaciones simultaacuteneas de dos estaciones A y B y
dos sateacutelites j y k y dos eacutepocas o tiempos de observacioacuten y a partir de estas exi-
gencias se pueden crear diversas combinaciones lineales para eliminar o atenuar los
errores sistemaacuteticos propios de la observacioacuten de fase Este meacutetodo permite obtener
grandes precisiones puesto que elimina la mayoriacutea de los errores sistemaacuteticos y da
solucioacuten a una red estaacutetica para obtener las precisiones que habitualmente se requie-
ren Al vector AB se le llama liacutenea base
Las componentes del vector AB son
(
) (
)
32311 Simples diferencias de fase
Si se realiza una observacioacuten desde dos receptores A y B a un sateacutelite j en un mismo
instante como se muestra en la Figura 327 Las ecuaciones de la diferencia de fase
para los dos puntos son las siguientes
La ecuacioacuten de fase del receptor A sateacutelite j
(
) (
(( ) )
)
5 Hofmann-Wellenhof et al 2008 GNSS Global Navigation Satellite System
6 Berneacute et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
63
Y la ecuacioacuten de fase receptor B sateacutelite j
(
) (
(( ) )
)
Figura 327 Simples diferencias entre receptores
Y la diferencia entre las dos ecuaciones
( )
( ) [
( ) ( )
]
( ( ) ( ))
De forma abreviada se puede poner como
( )
( )
Es la forma final de la ecuacioacuten en simples diferencias donde ha desaparecido el
teacutermino de desviacioacuten del reloj del sateacutelite Las incoacutegnitas de este modelo asiacute defi-
nido son la diferencia entre los estados de los relojes de los receptores la diferencia
de ambiguumledades las diferencias de distancias al sateacutelite desde los puntos A y B y
el estado atmosfeacuterico
Un caso anaacutelogo es la construccioacuten de las simples diferencias de observaciones simultaacutenea de dos sateacutelites i j desde un mismo punto o receptor A como se muestra
en la Figura 328 En este caso se elimina el estado del reloj del receptor pero per-
3 Introduccioacuten
64
manece la del estado del sateacutelite Algunos autores a esta expresioacuten la denominan
simples diferencias entre sateacutelites
Figura 328 Simples diferenciase entre sateacutelites
Las simples diferencias tambieacuten reducen errores orbitales y de refraccioacuten atmosfeacuteri-
ca en el caso que los receptores esteacuten a distancias cortas ya que los errores men-
cionados seraacuten muy proacuteximos y el valor diferencia seraacute muy pequentildeo
32312 Dobles diferencias de fase
El modelo de dobles diferencias requiere que eacutestas sean referidas a un sateacutelite co-
muacuten (sateacutelite de referencia)
Sean dos puntos A B y dos sateacutelites j k implicados como muestra la Figura 329
se pueden formar dos simples diferencias de acuerdo con la ecuacioacuten anterior con
esta combinacioacuten del meacutetodo de simples diferencias entre estaciones y sateacutelites se
eliminan los estados de los relojes tanto de receptor como de sateacutelite
( )
( )
( )
( )
3 Introduccioacuten
65
Luego la ecuacioacuten de diferencia de fases entre dos receptores y dos sateacutelites en el
mismo instante t vendraacute dada por
(
) (
) (
)
(
)
Figura 329 Dobles diferencias
Mediante el uso de esta expresioacuten se eliminan las desviaciones de los osciladores de
los receptores con respeto a la escala de tiempos GPS
Todaviacutea quedan como incoacutegnitas la ambiguumledad inicial en ambas estaciones N y
los errores atmosfeacutericos troposfera e ionosfera
32313 Triples diferencias de fase
Con objeto de eliminar la ambiguumledad Remondi sugirioacute substraer dos dobles dife-
rencias en dos eacutepocas infinitamente proacuteximas t1 y t2 llamada triples diferencias
como muestra la Figura 330
3 Introduccioacuten
66
Figura 330 Triples diferencias
Planteemos el modelo de acuerdo a las expresiones de dobles diferencias
En el instante t1
( )
( )
( ( ) ( )
) (
( )
( )
)
(
( )
( )
) (
( )
( )
)
En el instante t2
( )
( )
( ( ) ( )
) (
( )
( )
)
(
( )
( )
) (
( )
( )
)
3 Introduccioacuten
67
Es decir la triple diferencia vendraacute dada por
( ( )
( )
) ( ( )
( )
)
( ( )
( )
) (
( )
( )
)
Que de acuerdo a las expresiones anteriores se podraacute poner como
( ( )
( )
) ( ( )
( )
)
( ( )
( )
) (
( )
( )
)
Al ser dos instantes o eacutepocas tan proacuteximas se eliminan los teacuterminos de N pues son
praacutecticamente iguales y lo mismo ocurre con el efecto atmosfeacuterico pues no habraacute
habido cambios entre ambas observaciones
Por lo tanto la expresioacuten de triples diferencias queda soacutelo vinculada a los valores de
distancias ρ Con triples diferencias se calcula una distancia ρ y con este valor se
trabaja con dobles diferencias para obtener el nuacutemero N de ambiguumledades Si la
solucioacuten que se obtenga con dobles diferencias da un valor N fijo es la solucioacuten fija
dobles diferencias que es la deseada caso de no poder obtenerse dobles diferencias
con solucioacuten fija de N se resuelve con el mejor N posible y la solucioacuten es solucioacuten
flotante
flotante En la figura 28 se muestra un esquema del proceso de caacutelculo
3 Introduccioacuten
68
32314 Esquema de caacutelculo mediante programa comercial
Figura 331 Proceso de caacutelculo mediante programa comercial
3 Introduccioacuten
69
32315 Esquema de caacutelculo mediante programa cientiacutefico geodeacutesico de alta precisioacuten
Figura 331 Proceso de caacutelculo mediante programa cientiacutefico geodeacutesico de alta precisioacuten
3 Introduccioacuten
70
Para la realizacioacuten de todos los caacutelculos en la presente tesis se ha utilizado un pro-
grama cientiacutefico de procesamiento de datos GNSS
El uso de un programa cientiacutefico aporta precisioacuten a los caacutelculos en cuanto que es
capaz de introducir paraacutemetros que los programas comerciales no contemplan
Velocidades de las estaciones
Actualmente como ya se ha indicado las coordenadas de las estaciones de las redes
geodeacutesicas se publican con respecto a un marco de referencia y en una eacutepoca espe-
ciacutefica en el tiempo este hecho implica que las coordenadas para un punto con res-
pecto al marco de referencia son vaacutelidas solamente para la fecha o eacutepoca especi-
ficada Se puede afirmar por tanto que las coordenadas de una red en un marco y
eacutepoca definida son como ldquouna fotografiacuteardquo de dicha red La aplicacioacuten del efecto del
tiempo en el procesamiento de datos GPS se traduce en la obtencioacuten de oacuterdenes de
exactitud maacutes altos y una mejora en la consistencia con el marco de referencia
adoptado en especial para las zonas en donde intervienen en el procesamiento de
datos estaciones de referencia en diferentes placas tectoacutenicas o en las que existan
otro tipo de desplazamientos como vulcanismo sismicidad o subsidencia
Paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra Movimiento del polo
Los EOP (Earth Orientation Parameters) son paraacutemetros de orientacioacuten que permi-
ten relacionar el sistema terrestre medio con el sistema celeste medio Estos paraacute-
metros se estiman a partir de la combinacioacuten de soluciones de VLBI SLR DORIS
y GNSS posibles gracias a la presencia de estaciones que poseen mas de una de
estas teacutecnicas Son calculados por el IERS (International Earth Rotation And Refer-
ence Systems Service) El IGS (International GNSS Service) proporciona solucio-
nes de EOP como un servicio del IERS Uno de los paraacutemetros fundamentales del
Sistema de Referencia Terrestre Interna-cional esta dado por el eje de rotacioacuten te-
rrestre Eacuteste no se encuentra fijo en el espacio es por ello que sus movimientos
deben ser tenidos en cuenta a la hora de realizar caacutelculos GNSS de alta precisioacuten
Los movimientos del eje pueden ser descriptos como una superposicioacuten de varios
movimientos agrupados bajo los teacuterminos de Precesioacuten y Nutacioacuten Por otra parte
las variaciones del eje de rotacioacuten instantaacuteneo respecto del convencional se deno-
minan Movimiento del Polo A estos movimientos se agrega la rotacioacuten terrestre
propiamente dicha compuesta por una velocidad de rotacioacuten media y sus propias
irregularidades
Correcciones por cargas oceaacutenicas
La corteza presenta una respuesta elaacutestica frente a las variaciones de las mareas
oceaacutenicas Esta respuesta en de mayor magnitud para estaciones cercanas a los bor-
des continentales y de mucha menor influencia en las estaciones ubicadas en el
interior del continente
3 Introduccioacuten
71
Las cargas oceaacutenicas originan una serie de efectos sobre la superficie terrestre Es-
tos efectos pueden dividirse en tres partes principales La primera la deformacioacuten
elaacutestica de la Tierra bajo el peso de las masas de agua oceaacutenica La segunda la
atraccioacuten gravitatoria directa que ejercen estas masas de agua Finalmente como
consecuencia de las dos anteriores se produce una redistribucioacuten de masas en el
interior de la Tierra que origina a su vez variaciones de gravedad
Sobre la superficie terrestre el efecto de las cargas oceaacutenicas se observa perioacutedica-
mente en forma de deformaciones y variaciones de gravedad y afecta por tanto a
observaciones geodeacutesicas y geofiacutesicas Los desplazamientos originados por las
cargas oceaacutenicas pueden alcanzar un rango de varios centiacutemetros por lo que dichos
desplazamientos deben corregirse sobre las observaciones GPS para obtener altas
precisiones
Correcciones por mareas terrestres
La suma de los efectos gravitatorios del Sol la Luna y los planetas del Sistema
Solar afectan a la Tierra no solo a la hidrosfera sino tambieacuten en las zonas continen-
tales ocasionando las mareas terrestres Este hecho afectaraacute a cualquier medida
geodeacutesica efectuada sobre la superficie terrestre por lo que para caacutelculos precisos
debemos tener en cuenta tal efecto y corregirlo adecuadamente ya que las mareas
terrestres provocan que los observables geodeacutesicos de precisioacuten sean dependientes
del tiempo debiendo reducirse a un estado cuasi-estacionario de invarianza tempo-
ral Este efecto se ha de tener en cuenta en las medidas GNSS de alta precisioacuten ya
que cambiaraacuten la posicioacuten del punto El fenoacutemeno afectaraacute sobretodo a la compo-
nente radial es decir a la altura elipsoidal mientras que el efecto en planimetriacutea
seraacute mucho maacutes modesto En el proceso de caacutelculo utilizado estos efectos se han
tenido en cuenta introduciendo en el programa las efemeacuterides planetarias corres-
pondientes
Correcciones por errores instrumentales de coacutedigo
Desde hace tiempo se sabe que existen sesgos en los sateacutelites GNSS sesgos depen-
dientes de la combinacioacuten de observables y de los receptores utilizados La comuni-
dad cientiacutefica tiene disponibles diferentes combinaciones de observables GNSS
pero debido a este efecto el posicionamiento preciso de las liacuteneas de base se puede
llegar a degradar debido a esta mezcla de tipos de observables para redes con varios
modelos de receptor Debido a que estos sesgos pueden afectar negativamente a la
resolucioacuten de ambiguumledades de fase de la portadora es necesario tenerlos en cuenta
para corregirlos
Los programas cientiacuteficos para caacutelculos GNSS maacutes relevantes son GAMIT-
GLOBK del Department of Earth Atmospheric and Planetary Sciences (Masachu-
setts Institute of Technology) GIPSY-OASIS (Jet Propulsion Laboratory ndash NASA)
y el BERNESE desarrollado por la Universidad de Berna
3 Introduccioacuten
72
En esta tesis se ha utilizado el programa Bernese 50 Para realizar los caacutelculos en
este programa se han de ejecutar una serie de procesos y dependiendo de queacute resul-
tado queramos conseguir ejecutaremos los citados procesos en un determinado
orden teniendo en consideracioacuten que generalmente ejecutaremos el mismo proceso
varias veces con diferentes datos de entrada El procedimiento estaacutendar de caacutelculo
que se ha utilizado para la compensacioacuten de las redes GNSS en esta tesis se mues-
tra en la Figura 331 y se detalla a continuacioacuten
El primer paso consiste en la generacioacuten de un archivo con la informacioacuten de las
estaciones eacuteste es un archivo que utilizaraacute maacutes tarde Bernese y su importancia radi-
ca en el hecho de que al generarlo al programa chequea la informacioacuten contenida
en los archivos RINEX de observacioacuten detectando posibles incohorencias
Las coordenadas de las estaciones de referencia estaacuten referidas a una eacutepoca especiacute-
fica El proceso COOVEL propaga las coordenadas de estas estaciones a la eacutepoca
de observacioacuten utilizando las velocidades de cada una de esas estaciones Las velo-
cidades de las estaciones son proporcionadas por diversos organismos gestores de
datos GNSS pero si no se tiene las velocidades de los veacutertices se puede utilizar el
programa NUVELO de Bernese para calcularlas mediante el modelo NUVEL-1
Para cualquier procesamiento GNSS de precisioacuten son necesarias las oacuterbitas precisas
de los sateacutelites estas oacuterbitas las facilitan varios organismos en archivos sp3 que
ademaacutes contienen la informacioacuten de los relojes El proceso PRETAB transforma las
citadas oacuterbitas precisas en un formato tabular ademaacutes extrae la informacioacuten de reloj
de las oacuterbitas precisas La transformacioacuten la realiza mediante la conversioacuten de la
posicioacuten de los sateacutelites del sistema fijo en la Tierra al sistema Inercial J20000
utilizando los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra movimiento del polo
A continuacioacuten deben transformarse las oacuterbitas tabulares obtenidas anteriormente a
oacuterbitas estaacutendar es el proceso ORBGEN el que se encarga de esta funcioacuten utilizan-
do distintos modelos de oacuterbitas predefinidos estos modelos estaacuten definidos por un
modelo de potencial gravitatorio las perturbaciones planetarias DE200 las correc-
ciones debidas a la relatividad general y las correcciones por mareas terrestres y
oceaacutenicas
Ademaacutes junto con los modelos predefinidos utiliza paraacutemetros de presioacuten debido a
la radiacioacuten del Sol para la generacioacuten de las oacuterbitas estaacutendares este modelo se
define como
D=D0+DCCOS(U)+DSSIN(U)
Y=Y0+YCCOS(U)+YSSIN(U)
X=X0+XCCOS(U)+XSSIN(U)
donde
3 Introduccioacuten
73
D presioacuten de la radiacioacuten solar en la direccioacuten de sol ndash sateacutelite
Y direccioacuten del eje de los paneles solares del sateacutelite
X direccioacuten perpendicular a D y Y
Una vez se dispone de los paraacutemetros orbitales se puede pasar a la importacioacuten de
datos de observacioacuten El proceso RXOBV3 transforma los archivos de observacioacuten
en formato RINEX a formato de Bernese En el proceso de transformacioacuten el pro-
grama compara el encabezado del archivo RINEX con el archivo de informacioacuten de
las estaciones (STA) para la verificacioacuten de los datos de cada estacioacuten como tipo
de antenas tipo de receptor nombre de la estacioacuten altura de las antenas Es necesa-
rio que el nombre de las estaciones tipo de receptores y los tipos antenas coincidan
y que a la vez esteacuten en la base de datos del programa Bernese contenido en los ar-
chivos RECEIVER (informacioacuten de los receptores) y PHASE_CODI08 (informa-
cioacuten de las antenas) que deberaacuten estar actualizados
El siguiente paso consiste en la sincronizacioacuten de los relojes de los receptores y
deteccioacuten de errores groseros para ello el programa CODSPP sincroniza el tiempo
del receptor al tiempo GPS Es decir obtiene el desfase entre el tiempo del receptor
y el tiempo GPS δk El programa utiliza el meacutetodo de ajustes por miacutenimos cuadra-
dos Los observables son las mediciones de cero-diferencias de coacutedigo y se utiliza
la combinacioacuten L3 libre de ionoacutesfera Las correcciones obtenidas se guardan en los
archivos de observacioacuten de Bernese Este proceso ademaacutes de los archivos de oacuterbi-
tas estaacutendares la informacioacuten de relojes las observaciones de coacutedigo las coordena-
das a priori y los paraacutemetros de orientacioacuten de la tierra utiliza los errores instru-
mentales de coacutedigo que se introducen para dar solucioacuten al hecho de que algunos
receptores que utilizan el coacutedigo P otros CAhellip y este archivo permite procesarlos
juntos calculando la diferencia y aplicaacutendola si utilizamos L3 como es nuestro
caso no es estrictamente necesario
El proceso CODSPP ademaacutes de sincronizar los relojes tambieacuten calcula las coorde-
nadas de las estaciones y detecta errores groseros en los observables Si se tiene
coordenadas a priori precisas como es nuestro caso no es necesario calcularlas con
el CODSPP para el procesamiento por doble diferencias Sin embargo siacute se realiza
la deteccioacuten de errores groseros el programa CODSPP procesa los observables
eacutepoca a eacutepoca y obtiene el resultado de los valores ldquoObservado ndash Calculadordquo (O-C)
para cada eacutepoca Basaacutendose en los valores O-C se obtiene una correccioacuten de reloj
para cada eacutepoca Despueacutes de corregir los valores O-C para todas las observaciones
por la correccioacuten de reloj se analizan los residuales para la deteccioacuten de errores
groseros El programa considera que un observable contiene error grosero si
- El residuo de una eacutepoca sobrepasa el valor especificado de la media de los residuos O-C de esa eacutepoca
3 Introduccioacuten
74
- El residuo es mayor que n veces el valor del residuo maacutes pequentildeo de todos
los observables de eacutesa eacutepoca donde n es un valor especificado
Seguidamente se calculan las simples diferencias con el proceso SNGDIF que se
basa en las siguientes estrategias
- Observaciones maacuteximas (OBS-MAX) las liacuteneas base se crean tomando en
cuenta el nuacutemero comuacuten de observaciones para cada estacioacuten Para todas
las posibles combinaciones se toma la liacutenea base que tenga el maacuteximo de
observaciones Es el meacutetodo utilizado en la presente tesis
- Distancia maacutes corta (SHORTEST) se crean liacuteneas bases no redundantes en
funcioacuten de la distancia maacutes corta entre las estaciones Este meacutetodo se utili-
za cuando las estaciones tienen el mismo intervalo de tiempo de medicioacuten
- Estacioacuten inicial (STAR) se selecciona una estacioacuten como referencia y las
liacuteneas bases la forman las demaacutes estaciones con la estacioacuten de referencia
- Definido por el usuario (DEFINED) las liacuteneas bases se crean en funcioacuten de
un archivo que contiene las liacuteneas bases predefinidas por el usuario
- Manual en este caso se selecciona manualmente dos estaciones para for-
mar una liacutenea base En este caso soacutelo se crea una sola liacutenea base
Una vez generadas las simples diferencias se realiza un pre-procesamiento de los
observables por simples diferencias mediante el proceso MAUPRP que realiza un
pre-procesamiento deteccioacuten y correccioacuten de errores groseros y de saltos de ciclo
de los observables de fase en cero o simple diferencias Este proceso necesita los
observables de simple diferencias de fase las coordenadas a priori las oacuterbitas es-
taacutendares y los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra El programa puede relizar el
escrutinio de los datos de observacioacuten de diferentes formas combinado ndash COMBI-
NED ambos ndash BOTH L1 y L2 Para liacuteneas base mayores que 10 km se utiliza el
modo COMBINED y la combinacioacuten lineal L3 de observables en L1 y L2 para la
deteccioacuten de peacuterdidas de ciclo como se ha utilizado en la presente tesis
Este proceso MAUPRP es uno de los maacutes releventes el programa realiza de forma
secuencial las siguientes tareas
- Marca los observables para excluirlos del pre-procesamiento en funcioacuten de
o Observaciones con sateacutelite de baja elevacioacuten
o Eacutepocas de observacioacuten que no disponen de ambas frecuencias
o Intervalos cortos de observacioacuten El programa primero realiza una
revisioacuten de los datos de observacioacuten para buscar pequentildeos saltos
como la falta de una eacutepoca entre los observables
- Realiza una revisioacuten no-parameacutetrica para identificar errores groseros
- Calcula una solucioacuten de diferencias de eacutepoca (para observables de simples diferencias es una solucioacuten de triples diferencias) mediante ajuste por miacute-
nimos cuadrados como referencia para la deteccioacuten de peacuterdida de ciclos El
3 Introduccioacuten
75
tipo de combinacioacuten lineal para la solucioacuten se adopta trataacutendose de liacuteneas
base largas como L3 En el caso de que se tenga coordenadas a priori bue-
nas como es nuestro caso se especifica el valor maacuteximo aceptado de O-C
para la solucioacuten de triple diferencias Tambieacuten se especifica la desviacioacuten
tiacutepica ldquosigmardquo si se conoce de la liacutenea base para el caso de simples dife-
rencias y debe reflejar aproximadamente la precisioacuten de las coordenadas a
priori Un valor de cero indica que no se tiene valores de sigma a priori
- Deteccioacuten y correccioacuten de la peacuterdida de ciclo el programa realiza primero
una correccioacuten por saltos originados por el reloj del receptor Dependiendo
del meacutetodo que se ha seleccionado para el anaacutelisis el programa analiza los
residuales obtenidos de la solucioacuten de triples diferencias del paso anterior
para la deteccioacuten y correccioacuten por peacuterdida de ciclos
Ya corregidas las peacuterdidas de ciclo de los observables y marcados algunos errores
groseros mediante triples diferencias se procede a realizar una revisioacuten de los resi-
duales obtenidos por dobles diferencias para la deteccioacuten de errores groseros Esto
se realiza ejecutando los procesos
- GPSEST crea los archivos de residuales por medio de doble diferencias
- RESRMS revisa los residuales para detectar los errores groseros
- SATMRK marca los residuales detectados para eliminarlos del anaacutelisis
posterior
- GPSEST crea archivos de residuales finales limpios de errores groseros y
guarda las ecuaciones normales
A continuacioacuten se explica con maacutes detalle los programas GPSEST RESRMS
SATMRK
El proceso GPSEST se utiliza varias veces durante el procesamiento para esta etapa
se va a utilizar para obtener los residuales de dobles diferencias para la deteccioacuten de
errores groseros El procesamiento se realiza partiendo de los observables de sim-
ples diferencias utilizando las oacuterbitas estaacutendar los paraacutemetros de orientacioacuten de la
Tierra y las correcciones por cargas oceaacutenicas Este proceso es al igual que cual-
quier proceso de Bernese muy versaacutetil y permite elegir entre otros
- El sistema satelital utilizado (GPS GLONASS o ambos)
- El tipo de frecuencia a procesar (L1 L2 L3 L4 L5 -Banda ancha-
L1ampL2 L3ampL4 MELWUEBB y DTEC) En nuestro caso elegimos L3
- La maacutescara de elevacioacuten de los sateacutelites
- El intervalo de tiempo entre eacutepocas
- La tolerancia (en mili segundos) para considerar las observaciones como
simultaacuteneas
- Ponderar los observables En nuestro caso se tomaacute la opcioacuten COSZ que considera pesos en funcioacuten de la elevacioacuten por si hubiese sateacutelites con ele-
vacioacuten menor de 15ordm
3 Introduccioacuten
76
- Forma de calcular los residuos en nuestro caso ldquonormalizadosrdquo son los re-
siduos O-C divididos por la raiacutez cuadraacutetica de los elementos de la diagonal
de la matriz de cofactor de los residuos ( ) ( )
radic ( )
- La estrategia de correlacioacuten donde elegiremos la opcioacuten que realiza el pro-
cesamiento de forma conjunta de todas las correlaciones posibles existentes
entre las liacuteneas bases de una red asiacute como las distintas frecuencias y sus
combinaciones lineales
- Elegir el modelo troposfeacuterico para la componente seca elegimos el modelo
Dry Niell y para la componente huacutemeda pediremos que el programa lo mo-
dele con una ldquomapping functionrdquo cada 2h
- Y por supuesto definir el tipo de definicioacuten de datum en este primer caacutelcu-
lo consideraremos la red libre sin constrentildeimientos
Es el proceso RESRMS el que revisa los residuos de dobles diferencia obtenidos
por el programa GPSEST para la deteccioacuten de errores groseros Los errores grose-
ros detectados se guardan en un archivo de edicioacuten que es utilizado por el programa
SATMRK para marcar los errores groseros en los observables
Marcados los errores groseros en los observables de simples diferencias ahora se
procede a crear los residuos libres de errores groseros mediante el uso de nuevo del
proceso GPSEST El procedimiento es el mismo explicado anteriormente pero
ahora los archivos de observables de simples diferencias estaacuten limpios de errores
groseros Ademaacutes de los residuos en este proceso tambieacuten se obtienen las ecuacio-
nes normales de la red sin errores groseros
En esta etapa del procesamiento se calcula la solucioacuten de la red con los valores
reales de las ambiguumledades esto es una solucioacuten flotante El proceso ADDNEQ2
utiliza el modelo de ldquomiacutenimos cuadrados secuencialrdquo para realizar los caacutelculos y
procesamientos en la solucioacuten de las redes El proceso parte de las ecuaciones nor-
males obtenidas por el programa GPSEST y con eacutel se calculan las coordenadas de
las estaciones los paraacutemetros troposfeacutericos y las ecuaciones normales Tambieacuten en
este proceso se ha de definir el datum ahora ya podemos dar una solucioacuten constri-
ntildeendo las estaciones que consideraremos fijas no fijaremos las citadas estaciones
por no tratarse del comportamiento real de las mismas adoptaremos la solucioacuten de
constrentildeimientos miacutenimos donde se asume que hay dos marcos de referencia el
primero obtenido mediante las coordenadas a priori de una seria de estaciones de
referencia y el segundo por medio los las coordenadas estimadas de las mismas
estaciones de referencia Estos dos marcos referencia estaacuten relacionados mediante
una transformacioacuten de 7-paraacutemetros de Helmert
Llegados a este punto volveremos a utilizar el proceso GPSEST para la resolucioacuten
de ambiguumledades aunque previamente deberemos seleccionar las liacuteneas base lo
3 Introduccioacuten
77
haremos de forma autoacutematica con el proceso BASLST tomando como criterio que
la longitud de las liacuteneas base sea miacutenima
La resolucioacuten de ambiguumledades con GPSEST se realiza teniendo en cuenta que
deberemos utilizar los modelos atmosfeacutericos modelo ionosfeacuterico y modelo tropos-
feacuterico estimado y que las coordenadas que introduciremos son las coordenadas
calculadas de la solucioacuten flotante del programa ADDNEQ2 Deberemos tener en
cuenta que ahora utilizaremos las frecuencias L1 y L2 y no su combinacioacuten ya que
las ambiguumledades se resuelven para esas frecuencias Ademaacutes la estrategia de co-
rrelacioacuten seraacute ahora BASELINE ya que de este modo el programa procesa las liacute-
neas bases de forma secuencial y no en conjunto como en el caso de CORRECT
En el programa GPSEST se presentan cuatro estrategias de resolucioacuten de ambiguumle-
dades de las cuales elegiremos QIF (Quasi-Ionosphere-Free) que permite la resolu-
cioacuten de las ambiguumledades en L1 y L2 de liacuteneas bases hasta una longitud de 2000 km
sin utilizar los observables de coacutedigo
A continuacioacuten se procede al caacutelculo de la red con ambiguumledades fijas para ello se
tilizan de nuevo los procesos GPSEST para generar las ecuaciones normales intro-
duciendo las ambiguumledades calculadas en la seccioacuten anterior y ADDNEQ2 para
calcular la solucioacuten final
En esta estapa del procesamiento se utiliza el programa GPSEST para calcular la
solucioacuten de la red con ambiguumledades fijas introduciendo las ambiguumledades obteni-
das anteriormente Ademaacutes se calculan las coordenadas el retraso troposfeacuterico en el
zenit y su gradiente horizontal Las coordenadas de las estaciones de referencia no
se fijan para que se incluyan en las ecuaciones normales
El proceso GPSEST se ejecuta eligiendo como estrategia de correlacioacuten de nuevo
CORRECT En la definicioacuten de datum en este caso constrentildeimos todas las coorde-
nadas con valores de sigma a priori de 01 en todas las direcciones Al no fijar las
coordenadas a sus valores a priori obtenemos las ecuaciones normales con todas
estaciones de la red para luego procesarlas con el ADDNEQ2 por constrentildeimientos
miacutenimos En este caso el modelo troposfeacuterico a utilizar para la funcioacuten de mapeo es
el de ldquoWET NIELLrdquo con un espaciado de 1 h Tambieacuten se calcula el gradiente hori-
zontal mediante un modelo inclinado entre el cenit y la funcioacuten de mapeo ldquoTIL-
TINGrdquo con un espaciado de 24 h
Para terminar se realiza el caacutelculo de la solucioacuten final de la red con ADDNEQ2 En
esta etapa del proceso utilizaremos el ADDNEQ2 para calcular la solucioacuten final de
la red con las ecuaciones normales con ambiguumledades fijas obtenidas en la seccioacuten
anterior Los resultados del procesamiento de la red son las coordenadas estimadas
de las estaciones los paraacutemetros troposfeacutericos estimados y las ecuaciones normales
finales El datum se define mediante constrentildeimiento miacutenimo referido a una serie
de estaciones de referencia y la condicioacuten de constrentildeimiento es de cero traslacioacuten
3 Introduccioacuten
78
para el baricentro de las coordenadas de referencia Por uacuteltimo en la configuracioacuten
para el manejo de los paraacutemetros troposfeacutericos se configura el sigma a priori del
retardo troposfeacuterico relativo en 10 metros y la separacioacuten de tiempo entre los pa-
raacutemetros de 1 hora (3600 seg)
32316 Caacutelculo y compensacioacuten de redes7
Meacutetodo general
A partir de las observaciones u observables GPS o topograacuteficos se pretende calcu-
lar las coordenadas o vectores del proyecto o red Generalmente se cuenta con ob-
servaciones redundantes muchas maacutes observaciones que incoacutegnitas y puesto que
las medidas fiacutesicas nunca son exactas se pretende dar la mejor solucioacuten y cifrar con
queacute calidad y precisioacuten La estrategia para dar esta respuesta es aplicar un ajuste por
miacutenimos cuadrados este ajuste en Geodesia sigue el modelo Gauss-Markov como
muestra la Figura 333
Este modelo de miacutenimos cuadrados requiere de dos modelos un modelo matemaacuteti-
co que establece las relaciones entre observables variables y paraacutemetros cuya de-
terminacioacuten se pretende y un modelo estocaacutestico que describe la distribucioacuten espe-
rada de los errores de las observaciones
Esto nos permite lo siguiente
- Obtener el mejor resultado posible con esos observables mediante el ajuste
miacutenimo cuadraacutetico
- Eliminar posibles errores a partir de las pruebas estadiacutesticas
- Cifrar la precisioacuten y fiabilidad de los resultados
El observable es una variable aleatoria que debe seguir una distribucioacuten normal Si
no hay errores sistemaacuteticos que no debe haberlos los residuos siguen tambieacuten una
distribucioacuten normal con media cero
Aceptando como verdadera la hipoacutetesis de que los observables tienen caraacutecter de
variable aleatoria y por lo tanto estaacuten sujetos uacutenicamente a errores aleatorios se
aceptaraacute que los observables siguen una distribucioacuten normal (se podriacutea comprobar
su normalidad por medio de un test de adherencia prueba de chi-cuadrado)
O ~ N(OT0)
El modelo matemaacutetico planteado para la resolucioacuten de la Red geodeacutesica expresaraacute
siempre una aproximacioacuten simplificada a la realidad fiacutesica
F(XC) = 0
7 Leick 2004 GPS Satellite Surveying
3 Introduccioacuten
79
X = vector de variables en nuestro caso coordenadas
C = vector de observables compensados
F (Xaprox + x OT + v) = 0 Xa+ x = X y Observable + residuo = C
Linealizando por Taylor la funcioacuten anterior obtendremos la siguiente expresioacuten
particularizada para los valores de Xaprox y OT
0)()(
dC
C
FdX
X
FOXFCXF Taprox
donde
)( Taprox OXF = w vector de teacuterminos independientes
X
F
= A matriz de disentildeo de las variables
C
F
= B matriz de disentildeo de los observables
x =dX
v = dC
Las matrices A y B se llaman de disentildeo pues definen la geometriacutea de la red El
resto de estimadores y matrices se denominaraacuten de criterio pues cifran a priori o a
posteriori los resultados esperables o alcanzados respectivamente
El vector de residuos verifica
E(v) = 0 v N(0 s2Q)
s2 es la varianza poblacional y σ
2 varianza muestral
Es decir sigue una distribucioacuten normal de media cero y matriz de covarianzas s2Q
En general las observaciones no estaacuten incorreladas se conoce sus varianzas y la
matriz de pesos a priori
sum= σo2 donde σo es la varianza da priori de peso unidad o factor de referencia a
priori
La matriz cofactor es Q = σo2 P
-1 y P es la matriz de pesos
El modelo F(C X) = 0 o el Ax+BvndashW = 0
con la hipoacutetesis
E(v) = 0 v N(0 s2Q)
3 Introduccioacuten
80
se denomina de Gauss-Markov y parte de tres premisas para su resolucioacuten
- El modelo no es lineal pero es faacutecilmente linealizable
- No existen errores groseros ni sistematismos
- En la matriz de covarianzas del vector v s2Q se postula la precisioacuten a prio-
ri de las observaciones
La solucioacuten a este modelo se aborda por la aplicacioacuten del algoritmo de los miacutenimos
cuadrados donde vTPv = miacutenimo
Figura 333 Compensacioacuten de una red
Es importante que el valor tomado de peso a priori de las observaciones sea cohe-
rente con la realidad fiacutesica de manera que dependeraacute de varios factores precisioacuten
de los instrumentos habilidad del operador meacutetodo de observacioacuten condiciones de
observacioacuten sentildealizacioacuten etc
De forma que se plantea un sistema de ecuaciones del siguiente tipo
Ax+Bv-W = 0
En dicha ecuacioacuten el problema es calcular x Cuya solucioacuten de miacutenimos cuadrados
seraacute
x= S-1
ATM
-1K
donde S = ATM
-1A y M = BP
-1B
T
La solucioacuten de x bajo la condicioacuten de miacutenimos cuadrados soacutelo requiere el conoci-
miento a priori de la matriz de pesos pero no de la varianza de la unidad de peso ni
3 Introduccioacuten
81
de la matriz varianza-covarianza aunque estas son imprescindibles para el estudio
del comportamiento estadiacutestico de los resultados del ajuste
El problema se puede presentar como un ajuste ligado o un ajuste libre Si se cono-
ce el datum de la red (es decir las coordenadas de dos puntos o las coordenadas de
un punto y el acimut de un eje) el sistema se llama sistema determinista o ligado La
solucioacuten se obtendraacute trabajando con matriz inversa claacutesica aplicaacutendola al sistema
de ecuaciones normales que se nos presentaraacute en el proceso Pero cuando se desco-
nozca el datum no existen puntos fijos la red se llama Red Libre su solucioacuten re-
quiere trabajar con de otras herramientas algebraicas (pseudoinversa descomposi-
cioacuten etc) para obtener la solucioacuten
Red ligada
Se trata del caso que nos ocupa en el que hemos tomado ciertas estaciones perma-
nentes como puntos fijos
Caso determinista en toda red se dispone de datos que permiten recurrir a los meacute-
todos de compensacioacuten o ajuste que tienen por objeto dar la mejor de las soluciones
posibles Las soluciones a este problema se abordan con teacutecnicas habituales de aacutel-
gebra lineal aplicando el algoritmo de los miacutenimos cuadrados y estudiando algunas
propiedades estadiacutesticas de las diferentes soluciones Tambieacuten es necesario el mo-
delo estocaacutestico para estimar las medidas de precisioacuten de los resultados de la com-
pensacioacuten y para efectuar un anaacutelisis estadiacutestico de los mismos
En definitiva la solucioacuten oacuteptima de un problema de ajuste o compensacioacuten es aque-
lla que ademaacutes de satisfacer exactamente las ecuaciones del modelo en su forma
lineal deacute lugar a unos errores residuales que satisfagan el principio de los miacutenimos
cuadrados
El sistema de ecuaciones general permite dos tipos de particularizaciones de la que
soacutelo vamos a mencionar la que se utiliza en la actualidad se trata del Meacutetodo de
Observaciones Indirectas o Variacioacuten de Coordenadas
F(X) ndash C = 0
Linealizando esta funcioacuten obtenemos el meacutetodo de observaciones indirectas o de
variacioacuten de coordenadas
)1()1()1()( mmnnm vwxA
donde
m se corresponde con el nuacutemero de ecuaciones (observaciones que se han reali-
zado en el trabajo de campo)
3 Introduccioacuten
82
n se corresponde con el nuacutemero de incoacutegnita a determinar en la compensacioacuten
(correcciones a las coordenadas aproximadas)
lo que implica suponer que la matriz de disentildeo B = - I
A partir del modelo matemaacutetico propuesto Ax ndash W = v asiacute como del correspon-
diente modelo estadiacutestico Gauss-Markov somos capaces de compensar nuestros
observables de tal forma que podemos obtener las coordenadas compensadas de los
veacutertices libres de la red
Dado que los observables no tienen la misma precisioacuten hay que introducir la matriz
de pesos P Esta matriz es diagonal y su teacutermino tiene como valor la inversa de sus
varianzas frasl
Con la condicioacuten de miacutenimo ΣPv2 = v
TPv
La solucioacuten al problema de determinacioacuten de la variable x es la siguiente
Condicioacuten de miacutenimo Ω minimizaraacute ΣPv2 = v
T Pv
( )
vTPA = 0
luego tambieacuten
ATPv = 0
(la matriz P es cuadrada y diagonal)
Como
Ax-W=v
Se sustituye este valor de v en la expresioacuten anterior
ATP(Ax-W)=0
ATPAx - ATPW = 0
WPAxAPA TT )(
Sistema de ecuaciones normales si se llama N= ATPA
Nx = ATPW
donde N tiene inversa
Esta expresioacuten nos define un sistema de ecuaciones normales que se podraacute resolver
por diferentes meacutetodos (factorizacioacuten LU Choleskyhellip) Pero dado que nuestro
3 Introduccioacuten
83
objetivo es minimizar el sumatorio de la traza de la matriz de residuos utilizaremos
miacutenimos cuadrados para resolver el sistema
Solucioacuten al problema planteado
( )
El aplicar el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados y disponer de observaciones abun-
dantes asiacute como conocer a priori la matriz de pesos permite validar el modelo y
cifrar la precisioacuten de sus resultados a partir del anaacutelisis de sus residuos estimador
de la varianza y la matriz de varianzas covarianzas
La obtencioacuten de residuos se obtendraacute a partir de
Amiddotx ndash W = v
La obtencioacuten de este vector de residuos es fundamental para la determinacioacuten de los
diferentes paraacutemetros estadiacutesticos como las figuras de error estimadores paraacuteme-
tros de fiabilidad y por lo tanto constituye la base de todo el estudio analiacutetico de la
solucioacuten obtenida
Los observables han sido considerados como variables aleatorias que siguen una
distribucioacuten normal N (s2middotQ) (de media y desviacioacuten tiacutepica s
2middotQ) y partimos de
la hipoacutetesis de que la esperanza matemaacutetica de los residuos es cero y que siguen una
distribucioacuten normal N(01) el estimador de la varianza y desviacioacuten tiacutepica del ob-
servable de peso unidad a priori seraacute uno
A partir del estimador de la varianza del observable de peso unidad podemos cono-
cer cuaacutel es el comportamiento estadiacutestico de la red
Asiacute para la determinacioacuten del estimador de la varianza y desviacioacuten tiacutepica del ob-
servable de peso unidad a posteriori la expresioacuten empleada es la siguiente
nm
vPvT
2
0
Que generalmente se representa por ya que es un estimador de la propia varianza
m-n representan los grados de libertad del sistema de ecuaciones que se pretende
resolver
3 Introduccioacuten
84
Ajuste de una red de vectores GPS
El ajuste de una red GPS con dos vectores trabajando conjuntamente ajuste liacuteneas
base o vectores de posicioacuten entre dos puntos se plantea a partir de la diferencia de
coordenadas entre ambos puntos
Ecuacioacuten de observacioacuten en funcioacuten de diferenciales de coordenadas cartesianas
geoceacutentricas sean dos puntos (XjYjZj) e (XiYiZi) cuyas coordenadas aproximadas
sean (Xjo Yj
o Zj
o) y (Xi
o Yi
o Zi
o) Las ecuaciones de observacioacuten planteadas seraacuten
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
Por lo tanto
( )
( )
( )
donde las incoacutegnitas son los valores (dxj dxi dyj dyi dzj dzi )
que de forma matricial se representara por
Ax- W = v
y la solucioacuten seraacute
x= (ATPA)-1ATw
la formacioacuten del modelo depende de la matriz de pesos en el posicionamiento rela-
tivo las observaciones se consideran correladas Se puede utilizar las desviaciones
tiacutepicas dependientes de la longitud de las liacuteneas base y entonces las covarianzas se
toman nulas o tomar la matriz varianza covarianza completa esta ponderacioacuten es la
maacutes habitual
3 Introduccioacuten
85
3232 GNSS posicionamiento absoluto89 Posicionamiento de Punto Preciso
(PPP)
32321 Caacutelculo de la posicioacuten absoluta de un punto por pseudodistancias
La ecuacioacuten general de pseudodistancia viene dada por
( )
Donde
pseudodistancia
R estado del reloj del receptor ldquoincoacutegnitardquo
ion + trop retardos atmosfeacutericos ldquomodelados o eliminadosrdquo
s estado del reloj del sateacutelite ldquomodeladordquo
m + εp errores modelados o corregidos
En esta ecuacioacuten el estado del reloj de sateacutelite se puede corregir ya que en el men-
saje de navegacioacuten vienen los paraacutemetros para ello respecto a un tiempo de refe-
rencia tc Los errores atmosfeacutericos se pueden corregir o modelar y se tomaraacuten las
precauciones para que no existan errores multipath y errores instrumentales
La distancia geomeacutetrica ρ entre el receptor (XiYiZi) y el sateacutelite (XjY
jZ
j ) se
puede expresar de la siguiente forma
222 )()()()( i
j
i
j
i
jj
i ZZYYXXt
(XiYiZi) coordenadas receptor ldquoincoacutegnitasrdquo
(XjY
jZ
j) coordenadas sateacutelite ldquoconocidas por las efemeacuteridesrdquo
Por lo tanto en la expresioacuten inicial de observable de pseudodistancia se podraacute susti-
tuir el valor ρ por ρij que liga las coordenadas de sateacutelite y receptor
Este teacutermino introduce la no linealidad del sistema y el modelo planteado para su
resolucioacuten hay que linealizarlo para ello se efectuacutea un desarrollo en serie de Taylor
en torno a unas coordenadas aproximadas del receptor i( Xc Yc Zc)
8 Hofmann-Wellenhof et al 2008 GNSS Global Navigation Satellite System
9 Berneacute et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
86
Teniendo en cuenta que distancia geomeacutetrica = distancia calculada + diferencial
caacutelculo
j
i
j
iC
j
i
La expresioacuten puede escribirse
|
| |
| |
| ( )
Introduciendo el residuo y pasando Rij al otro lado
|
| |
| |
|
es el residuo de observacioacuten
la distancia calculada entre sateacutelite y receptor
la distancia observada o medida
Las incoacutegnitas o valores a calcular son
( )
estado del reloj del receptor
Esta ecuacioacuten seraacute general a plantear por cada observacioacuten a sateacutelite como se plan-
tean cuatro incoacutegnitas al menos se deberiacutean observar cuatro sateacutelites por eacutepoca
Generalmente se observan maacutes y al estar el modelo sobredimensionado se puede
buscar la mejor solucioacuten por miacutenimos cuadrados y dar valores de precisioacuten y fiabi-
lidad Es decir el nuacutemero de observaciones seraacute nge 4 sateacutelites GPS simultaacuteneamen-
te
Ordenadas de forma matricial
Donde la matriz de coeficientes A estaacute formada por los teacuterminos
(
)
3 Introduccioacuten
87
El vector X paraacutemetros o incoacutegnitas son los valores a determinar (
)
El vector W observaciones
(
)
y el vector v vector residuos a minimizar (
)
En el modelo lo que se calcula son las diferenciales dXi dYi dZi de la posicioacuten ver-
dadera del receptor XYZ a partir de la calculada de forma aproximada ( Xc Yc Zc)
donde se ha realizado la linealizacioacuten
Este valor se puede ir mejorando iterando con las sucesivas correcciones obtenidas
para una misma eacutepoca Es frecuente que en redes GNSS en observaciones estaacuteticas
se obtenga una buena solucioacuten a la tercera iteracioacuten
Y el vector solucioacuten es x = (ATA)
-1A
TW
Algunos autores por simplicidad de desarrollo abrevian de la expresioacuten anterior los
retardos atmosfeacutericos que han sido modelados o eliminados asiacute como el estado del
reloj del sateacutelite tambieacuten modelado dejando la expresioacuten simplificada en
|
| |
| |
|
Las ecuaciones por observacioacuten seraacuten
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
hellip
|
| |
| |
|
3 Introduccioacuten
88
En forma matricial se puede escribir Ax-w = v
(
)
(
)
Vector X y vector V ideacutenticos
La resolucioacuten del sistema se realiza por miacutenimos cuadrados seguacuten el modelo Gauss
Markov como ya se ha indicado
32322 Caacutelculo de la posicioacuten absoluta de un punto por fase de la portadora
Las pseudodistancias tambieacuten pueden ser calculadas a partir de diferencias de fase
La expresioacuten viene dada por
(
) (
( )
)
(en unidades de ciclo como aacutengulo)
( )
(en unidades lineales)
En unidades de ciclo la fase entre el sateacutelite j y el receptor i vendraacute dada por
(
( )
) (
( )
)
Y en unidades lineales
( ) ( )
Donde se ha eliminado el error del reloj sateacutelite (correcciones en el mensaje) y
( ) es la diferencia de fase medida expresada en ciclos es la longitud de onda
y representa el nuacutemero entero de ciclos entre el receptor i y el sateacutelite j en el
momento inicial incoacutegnita que va a permanecer constante
3 Introduccioacuten
89
Igual que en el caso de coacutedigos la distancia geomeacutetrica entre el receptor (XiYiZi) y
el sateacutelite (XjYjZj) podremos expresarla de la siguiente forma
Es decir el problema viene en esta expresioacuten ya que este teacutermino introduce la no
linealidad del sistema Para linealizarlo se efectuacutea del mismo modo que en coacutedigo
por un desarrollo en serie de Taylor en torno a unas coordenadas aproximadas del
receptor i( Xc Yc Zc)
Considerando que distancia geomeacutetrica = distancia calculada + diferencial caacutelculo
j
i
j
iC
j
i
La distancia entre sateacutelite y receptor cuyas coordenadas conocemos una por efe-
meacuterides y otras calculadas de forma aproximada viene dada por
( )
( )
( )
Y desarrollando de la misma manera que en la linealizacioacuten del coacutedigo la expresioacuten
general de ecuacioacuten de observacioacuten en unidades lineales seraacute
|
| |
| |
|
El modelo generalizado seraacute
Esta expresioacuten es comparable con el modelo de pseudodistancia por coacutedigo
Las incoacutegnitas seraacuten las correcciones dXi dYi dZi a los valores de coordenadas
aproximadas el estado del reloj del receptor y el valor N de ambiguumledades
i
c
i
i
c
i
c
i
dZZZi
dYYYi
dXiXXi
222 )()()()( ZiZYiYXXt jj
i
jj
ic
3 Introduccioacuten
90
La matriz A de disentildeo tendraacute los coeficientes
(
)
El vector X de paraacutemetros o incoacutegnitas
(
)
El vector W es ideacutentico al de pseudodistancias salvo el signo del ∆ion que es de
signo contrario
(
)
Donde el modelo general es Ax-W = V
Solucioacuten miacutenimos cuadrados
x = (ATA)
-1A
TW
32323 GNSS Posicionamiento de Punto Preciso (PPP)
El Posicionamiento por Punto Preciso (PPP) destaca como un meacutetodo oacuteptimo para
la prestacioacuten de servicios globales de aumentacioacuten de la precisioacuten utilizando las
constelaciones GNSS actuales y las futuras Combinando las posiciones y estados
de relojes precisos de los sateacutelites con la ayuda de un receptor GNSS de doble fre-
cuencia PPP es capaz de ofrecer soluciones de posicioacuten con precisiones de nivel
centimeacutetrico a decimeacutetrico PPP requiere un menor nuacutemero de estaciones de refe-
rencia distribuidas globalmente a diferencia de los sistemas diferenciales claacutesicos
(por ejemplo RTK) un uacutenico paquete de datos de oacuterbitas precisas y datos de relojes
(calculado por un centro de procesamiento) es vaacutelido para todos los usuarios del
mundo y la solucioacuten no se ve afectada por un fallo en una estacioacuten de referencia
3 Introduccioacuten
91
concreta Siempre hay muchas estaciones de referencia que observan el mismo
sateacutelite porque las oacuterbitas y relojes precisos se calculan a partir de una red mundial
de estaciones de referencia Como resultado PPP da una solucioacuten de la posicioacuten
altamente redundante y robusta (Navipedia 2013)
Introduccioacuten
Posicionamiento por Punto Preciso (PPP) es un servicio global de posicionamiento
preciso que requiere la disponibilidad de la oacuterbita y el estado del reloj del sateacutelite de
referencia de forma precisa en tiempo real a traveacutes de una red de estaciones de
referencia GNSS distribuidas por todo el mundo
Mediante la combinacioacuten de las posiciones y relojes precisos de los sateacutelites con un
receptor GNSS de doble frecuencia (para eliminar el efecto de primer orden de la
ionosfera) PPP es capaz de ofrecer soluciones de posicioacuten de nivel centimeacutetrico a
decimeacutetrico incluso mejor de 1 cm en modo estaacutetico PPP difiere del posiciona-
miento Relativo en Tiempo Real por doble diferencia (RTK) en el sentido de que no
requiere el acceso a las observaciones de una o maacutes estaciones de referencia concre-
tas medidas con precisioacuten y en que PPP proporciona un posicionamiento absoluto
en lugar de la ubicacioacuten con respecto a la estacioacuten de referencia como lo hace RTK
PPP soacutelo requiere oacuterbitas y datos del reloj precisos calculados por un centro de
procesamiento a partir de las mediciones de las estaciones de referencia de una red
de estaciones relativamente escasa (miles de km seriacutea suficiente) Esto hace que
PPP sea una alternativa muy atractiva al RTK para aquellas aacutereas donde la cobertu-
ra RTK no estaacute disponible Por el contrario la teacutecnica de PPP todaviacutea no estaacute tan
consolidada como la RTK y requiere maacutes tiempo para lograr las maacuteximas presta-
ciones Actualmente existen varios servicios de post-procesamiento PPP consoli-
dados Por el contrario los sistemas de PPP en tiempo real estaacuten en fase de desarro-
llo incipiente
El algoritmo de PPP utiliza como entrada observaciones de coacutedigo y fase obtenidas
de un receptor de doble frecuencia y datos de oacuterbitas de sateacutelites y relojes precisos
con el fin de calcular las coordenadas precisas del receptor y el estado del reloj Las
observaciones procedentes de todos los sateacutelites se procesan juntas resolviendo las
diferentes incoacutegnitas a saber las coordenadas del receptor el reloj del receptor el
retardo troposfeacuterico del cenit y las ambiguumledades de fase
La precisioacuten de los relojes de los sateacutelites y las oacuterbitas es uno de los factores maacutes
importantes que afectan a la calidad del PPP Otro factor importante que afecta a los
resultados del PPP es la cantidad y la calidad de las observaciones Al igual que
cualquier teacutecnica GNSS PPP se ve afectada por obstrucciones de liacutenea de visioacuten al
sateacutelite Incluso los datos maacutes precisos de oacuterbitas y relojes son inuacutetiles si el usuario
no puede realizar un seguimiento correcto de sateacutelites concretos Cuando la visibili-dad de los sateacutelites estaacute parcialmente obstruida se pueden obtener mejores resulta-
3 Introduccioacuten
92
dos mediante el uso de todos los sateacutelites disponibles tanto del sistema GPS como
de GLONASS o en el futuro Galileo
La solucioacuten PPP requiere un cierto tiempo para converger debido a la necesidad de
estimar correctamente las ambiguumledades de fase pero el uso de la combinacioacuten de
mediciones GPS y GLONASS proporciona resultados significativamente mejores
cuando el tiempo de observacioacuten es corto Para el usuario de GNSS esto significa
que hasta 18 sateacutelites GPS + GLONASS pueden ser visibles simultaacuteneamente en
zonas a cielo abierto lo que representa un aumento de alrededor del 60 en la dis-
ponibilidad de sateacutelites en comparacioacuten con el uso de soacutelo GPS Esto lleva a una
mayor precisioacuten y una convergencia maacutes raacutepida en aplicaciones de posicionamiento
preciso
Se obtendraacute una mejora en un futuro proacuteximo gracias a la implantacioacuten de nuevos
sistemas regionales en oacuterbitas geoestacionarias Con estos sistemas el tiempo de
convergencia o la exactitud en un tiempo de observacioacuten corto no se veriacutea afectada
pero la precisioacuten en las aplicaciones con tiempo de observacioacuten largo pueden mejo-
rar considerablemente Para lograr esto es importante ser capaz de calcular las oacuterbi-
tas geosiacutencronas precisas lo que es actualmente un desafiacuteo pero parece ser factible
en un futuro proacuteximo (Laiacutenez Samper et al 2011)
Principios
El concepto de PPP fue introducido por primera vez en los antildeos 70 del pasado siglo
y los fundamentos teoacutericos del PPP se documentan en Zumberge et al (1997)
Como se describe en Hofmann-Wellenhof et al (2008) el modelo matemaacutetico
baacutesico de PPP con observables de doble frecuencia se define por la combinacioacuten
libre ionosfera de dos pseudodistancias de coacutedigo y fase de la portadora (Huber et
al 2010)
( ) ( )
( ) ( )
Donde f1 y f2 son las frecuencias GPS L1 y L2 P(Li) y Φ(Li) son los observables
de coacutedigo y fase ρ es la pseudodistancia c es la velocidad de la luz dT es el desfa-
se del reloj del receptor dtrop es el efecto troposfeacuterico Nrsquoi es el teacutermino de ambi-
guumledad de fase en Φ(Li) Las anteriores ecuaciones indican que los paraacutemetros des-
conocidos que se deberaacuten estimar en PPP incluyen coordenadas de posicioacuten
teacuterminos de ambiguumledad de fase desfase del reloj del receptor y efecto troposfeacuterico
(InsideGNSS 2006)
3 Introduccioacuten
93
El marco de referencia
Una caracteriacutestica importante del PPP es su caraacutecter absoluto ya que el uso de las
oacuterbitas y relojes utilizados como datos son de naturaleza global es decir expresa-
das en el mismo marco de referencia que las oacuterbitas de los sateacutelites Por lo que las
soluciones obtenidas aplicando esta teacutecnica seraacuten tambieacuten globales esto es los
resultados se expresan en un marco de referencia definido por los productos globa-
les y no dependen de puntos locales o regionales por lo que el datum geodeacutesico no
estaacute definido a partir de constrentildeimientos de estaciones de referencia Si como
habitualmente se hace se utilizan oacuterbitas precisas del IGS estaraacuten referidas al ac-
tual Marco de Referencia Terrestre Internacional el ITRF08 A su vez hay que
considerar que las coordenadas estaacuten referidas a la eacutepoca en que se realizan las
mediciones De manera que si queremos vincular las coordenadas obtenidas con el
PPP a un marco de referencia diferente es necesario tener en cuenta fundamental-
mente la diferencia entre la eacutepoca de definicioacuten del marco y la eacutepoca de medicioacuten
Por todo ello se podraacuten emplear receptores situados en cualquier lugar de la Tierra
y las coordenadas obtenidas se referiraacuten al mismo marco de referencia Este caraacutecter
absoluto de las coordenadas implica que efectos como mareas oceaacutenicas atmoacutefera y
los producidos en la corteza terrestre se reflejen de forma maacutes aparente en los resul-
tados PPP que en una teacutecnica relativa En consecuencia PPP estaacute maacutes afectado por
las deficiencias del modelo de movimiento de la estacioacuten asumido en el anaacutelisis asiacute
como por los errores en las oacuterbitas del sateacutelite y en los relojes
Sesgos y errores
Aunque se trata de un tema en general poco conocido por el usuario final ya que se
encuentra ldquoencerradordquo dentro de los algoritmos del software que calcula las posi-
ciones es importante conocer que el PPP requiere de una gran cantidad de correc-
ciones para alcanzar las exactitudes que ofrece estas son la rotacioacuten de fase de los
sateacutelites efectos relativistas correccioacuten de las mareas terrestres carga oceaacutenica y
otros paraacutemetros geofiacutesicos como el movimiento del polo y el movimiento de las
placas tectoacutenicas conjunto de correcciones que son propias de este meacutetodo en com-
paracioacuten con el meacutetodo diferencial
Normalmente en PPP se utiliza la combinacioacuten lineal libre de ionosfera de obser-
vaciones de coacutedigo y fase de portadora para eliminar el efecto ionosfeacuterico de primer
orden Esta combinacioacuten lineal sin embargo deja un componente de retardo ionos-
feacuterico residual de hasta unos pocos centiacutemetros que representan teacuterminos ionosfeacuteri-
cos de orden superior (Hoque y Jakowski 2007) Las oacuterbitas de los sateacutelites y los
errores de los relojes se pueden estimar utilizando los productos del IGS de estima-
cioacuten de oacuterbitas y estados de los relojes El error del reloj del receptor se estima co-
mo uno de los paraacutemetros desconocidos El efecto de las cargas oceaacutenicas las ma-reas terrestres efecto wind-up de la fase de la portadora efectos relativistas y las
variaciones de centro de fase de la antena del receptor pueden modelarse o calibrar-
3 Introduccioacuten
94
se El retardo troposfeacuterico se puede reducir mediante el uso de modelos empiacutericos
(por ejemplo modelos de Hopfield o Saastamoinen) o mediante el uso de las co-
rrecciones troposfeacuterica facilitadas por redes regionales GPS En la actualidad los
productos de oacuterbitas precisas y relojes del IGS no tienen en consideracioacuten el retardo
ionosfeacuterico de segundo orden Esto deja un componente de error residual que ralen-
tiza el tiempo de convergencia y deteriora la solucioacuten PPP Para solventar este pro-
blema se pueden utilizar correcciones de retardo ionosfeacuterico de orden superior
cuando se estimen las oacuterbitas precisas y las correcciones de reloj y cuando se forme
el modelo matemaacutetico PPP (Elsobeiey y El-Rabbany 2011)
Ventajas e inconvenientes
Como se ha mencionado antes la teacutecnica PPP ofrece beneficios significativos en
comparacioacuten con las teacutecnicas de posicionamiento diferencial
- PPP requiere un uacutenico receptor de GPS y por lo tanto no se necesitan es-
taciones de referencia proacuteximas al usuario
- PPP se puede considerar un planteamiento de posicionamiento global debi-
do a que sus soluciones de posicioacuten se refieren a un marco de referencia
global Como resultado PPP proporciona mucha mayor consistencia de po-
sicionamiento que el meacutetodo diferencial que proporciona soluciones de
posicioacuten relativas a la estacioacuten o estaciones base
- PPP consigue que desaparezcan las limitaciones referidas a la longitud del
vector o de la base
- PPP reduce los costes en mano de obra y equipos y simplifica la logiacutestica
operativa para el trabajo de campo ya que elimina la dependencia de la es-
tacioacuten base
- PPP puede tener otras aplicaciones maacutes allaacute del posicionamiento Por
ejemplo como la teacutecnica PPP estima los paraacutemetros del reloj del receptor y
los efectos troposfeacutericos ademaacutes de los paraacutemetros de posicioacuten de coorde-
nadas proporciona otra forma para la transferencia de tiempo preciso y la
estimacioacuten troposfera mediante un uacutenico receptor GPS
La principal desventaja del PPP es que requiere tiempos de convergencia largos
necesarios para que la solucioacuten flotante de las ambiguumledades de la fase converja
para garantizar un posicionamiento a nivel centimeacutetrico (Rizos et al 2012) Esto no
supone un problema para el caso que nos ocupa puesto que en lo que a control de
desplazamientos se refiere se realizan observaciones estaacuteticas
Algunos proveedores de datos y productos de PPP
Para el procesamiento con PPP se necesitan datos de efemeacuterides y estado de relojes
de alta precisioacuten Estos datos los proporcionan de forma gratuita organismos como
el IGS una lista detallada de los productos que proporciona el IGS se puede consul-
tar en httpigscbjplnasagov
3 Introduccioacuten
95
En este momento se puede encontrar una variedad de programas PPP comerciales
incluso en liacutenea Los servicios en liacutenea ofrecen la posibilidad de subir archivos de
observacioacuten RINEX (Receiver Independent Exchange Format) para procesarlos de
forma totalmente automatizada en un servidor Los resultados se devuelven a traveacutes
de correo electroacutenico o ftp en un corto intervalo de tiempo
Seguidamente se describen brevemente los diferentes paquetes de software y plata-
formas de Internet
CSRS-PPP
NRCans (Natural Resources Canadarsquos) PPP tambieacuten conocido como CSRS-PPP
(Canadian Spatial Reference System) es un servicio PPP en liacutenea gratuito para
postprocesado de datos GPS disponible desde 2003
(httpwwwgeodnrcangccaproducts-produitsppp_ephp) CSRS-PPP permite a
los usuarios de GPS enviar viacutea internet archivos de datos curdos de observacioacuten
GPS de simple o doble frecuencia estaacuteticas o cinemaacuteticas En el caso de aplicacio-
nes estaacuteticas se pueden alcanzar precisiones globales de nivel centimeacutetrico para
receptores de doble frecuencia asiacute como para los receptores monofrecuencia utili-
zando datos de coacutedigo y fase de portadora Para aplicaciones cinemaacuteticas soacutelo se
pueden alcanzar precisiones subcentimeacutetricas en el caso de receptores de doble
frecuencia
GAPS de UNB
La Universidad de New Brunswick (UNB) desarrolloacute el software de anaacutelisis y posi-
cionamiento GPS Analysis and Positioning Software (GAPS) De acuerdo con
Leandro et al (2007) los algoritmos utilizados en GAPS siguen maacutes o menos los
enfoques estaacutendar de PPP GAPS estaacute disponible como maacutequina de procesamiento
en liacutenea a traveacutes de la paacutegina web httpgapsggeunbcappp Se puede realizar
tanto el procesamiento estaacutetico como el cinemaacutetico
GrafNav de Waypoint
GrafNav es una herramienta de procesamiento de trayectoria para aplicaciones ae-
ronaacuteuticas que proporciona una aplicacioacuten para PPP El software puede procesar
observaciones de coacutedigo y fase de una o doble frecuencia junto con archivos de
informacioacuten precisa de oacuterbitas y relojes Seguacuten Waypoint (2006) se pueden alcan-
zar precisiones de 10-20 cm para mediciones aeronaacuteuticas tiacutepicas
Bernese Software v50 (BSW)
Aunque se trata de una herramienta tradicional de procesamiento de dobles diferen-
cias concretamente la que se ha utilizado para compensar las redes GNSS en esta
Tesis el software Bernese (BSW) (httpwwwberneseunibech) desarrollado en
el Instituto Astronoacutemico de la Universidad de Berna tambieacuten tiene capacidad para
analizar mediciones GNSS sin diferenciar en modo de post-proceso BSW PPP es
3 Introduccioacuten
96
muy raacutepido y eficiente generando coordenadas de precisions centimeacutetricas Sin
embargo no es posible llegar a la precision que se alcanza con el anaacutelisis de redes
Perspectivas
Con respecto a los retos PPP se enfrenta a varios con el fin de alcanzar su pleno
potencial de aplicaciones el maacutes importante es el largo tiempo de inicializacioacuten
que es un inconveniente para aplicaciones en tiempo real
Por todo lo visto anteriormente trataacutendose del estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre la teacutecnica PPP es capaz de aportar posiciones absolutas precisas
Por lo tanto incluso si todas las estaciones se ven afectadas por desplazamientos
siacutesmicos PPP es capaz de ofrecer posiciones absolutas vaacutelidas para el proceso de
monitorizacioacuten Este asiacute como la idoneidad para aplicaciones en tiempo real puede
ser considerado como una ventaja importante de esta estrategia (Mendoza et al 2012)
3233 Radar de apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (InSAR)
Otra de las teacutecnicas maacutes utilizadas para la deteccioacuten de movimientos de la corteza
terrestre es la conocida como InSAR que viene del acroacutenimo SAR (Synthetic Aper-
ture Radar) se trata pues de una teacutecnica que parte de la informacioacuten de un Radar de
Apertura Sinteacutetica La interferometriacutea diferencial (InSAR) usando imaacutegenes radar
de apertura sinteacutetica (SAR) genera una nueva imagen (interferograma) a partir de
dos imaacutegenes SAR de una misma zona Se trata de una teacutecnica en desarrollo y de
gran precisioacuten la cual combinada con datos como pueden ser geoloacutegicos morfoloacute-
gicos sismoloacutegicos etc se muestra muy eficaz en la cuantificacioacuten de deformacio-
nes superficiales en el terreno (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
Las teacutecnicas de teledeteccioacuten tradicionalmente se han caracterizado por aprovechar
la radiacioacuten electromagneacutetica solar (natural) como fuente generadora o emisor de
ondas para el posterior tratamiento y generacioacuten de imaacutegenes Cada sensor o recep-
tor utilizado en cada caso trabaja en una banda concreta Es decir aprovecha una
determinada longitud de onda de todo el espectro electromagneacutetico que un objeto
cualesquiera emite como respuesta a la radiacioacuten recibida para generar una ima-
gen Representa un avance cuando se puede controlar la fuente generadora de on-
das seguacuten el objetivo Asiacute surgen un tipo particular de teacutecnicas de teledeteccioacuten
cuando el emisor de ondas es artificial con lo que se puede controlar la emisioacuten de
ondas en una determinada frecuencia eacuteste es el caso por ejemplo de las imaacutegenes
RADAR (Radio Detection And Ranging) (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
La generacioacuten de imaacutegenes mediante teacutecnica de RADAR trabaja en la zona del
espectro electromagneacutetico correspondiente a las microondas comprendida entre
aproximadamente 10 y 10-3 cm Por tanto las imaacutegenes RADAR tienen una serie
3 Introduccioacuten
97
de ventajas como pueden ser la capacidad de atravesar las nubes y la lluvia asiacute
como la de tomar registro en la oscuridad
Existen varias teacutecnicas de generacioacuten de imaacutegenes mediante RADAR El meacutetodo
tradicional se conoce como Sistema Radar Real o RAR (figura 30 izquierda) por
otro lado tambieacuten existe el conocido Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica o SAR
(Figura 334 derecha) utilizado por los sateacutelites europeos ERS-1 y ERS-2 El SAR
inversamente al RAR logra una resolucioacuten mayor cuanto menor es la longitud de la
antena lo que supone una mejora teacutecnica sensible respecto a este uacuteltimo
Figura 334 Geometriacutea RAR (izquierda) y geometriacutea SAR (derecha) (tomada de
httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de interferometriacutea radar de la Universidad
de Standford Prof Howard Zebker)
32331 Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica
El Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica o SAR se basa fundamentalmente en el
efecto Doopler (cuando la fuente emisora de ondas y el observador estaacuten en movi-
miento relativo el ancho de banda se acorta hacia donde se mueve el emisor y se
alarga hacia donde se aleja) y como se ha mencionado con anterioridad es utiliza-
do por los sateacutelites europeos ERS-1 y ERS-2 El SAR tiene muacuteltiples aplicaciones
como pueden ser (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
- Obtencioacuten del espectro de las olas de agua en el oceacuteano
- Clasificacioacuten de los tipos de hielos
- Seguimiento de desplazamientos del hielo
- Modelos digitales del terreno por interferometriacutea
- Deteccioacuten automaacutetica de vertidos de fuel
- Altiacutemetros radar
- Radargrametriacutea
- Geodesia determinacioacuten del geoide
- Deformaciones del terreno
3 Introduccioacuten
98
Este tipo de imaacutegenes (como cualquier otra anaacuteloga) necesita antes de su genera-
cioacuten definitiva un preprocesado que corresponde fundamentalmente a la elimina-
cioacuten del ruido (Speckle) y un posterior procesado de la imagen mediante un proto-
colo previamente establecido Para la interpretacioacuten de las imaacutegenes hay que tomar
las siguientes consideraciones
- Las sombras observadas son consecuencia del aacutengulo de incidencia y no de
la geometriacutea de la iluminacioacuten solar
- Los niveles de gris estaacuten relacionados con la propiedad de dispersioacuten de la
superficie A mayor dispersioacuten tonos maacutes claros
- Los distintos tipos de superficies generan distintos tipos de dispersiones
o Aacutereas urbanas dispersioacuten muy fuerte
o Bosques dispersioacuten intermedia
o Agua calmada baja dispersioacuten
- La dispersioacuten que proporciona informacioacuten de la superficie es proporcio-
nal a la rugosidad las propiedades dieleacutectricas y las pendientes locales
32332 Interferometriacutea diferencial mediante imaacutegenes de radar de apertura
sinteacutetica
La interferometriacutea se centra en el estudio y explotacioacuten de la informacioacuten propor-
cionada por las imaacutegenes de fase de las imaacutegenes complejas SAR Tanto la teacutecnica
de de interferometriacutea SAR como la interferometriacutea diferencial (InSAR) se basan
en la explotacioacuten contenida en uno o maacutes interferogramas La interferometriacutea es
utilizada para la cuantificacioacuten de deformaciones ocurridas en la superficie terrestre
mediante la obtencioacuten de la altura del suelo a partir de dos imaacutegenes SAR obteni-
das desde puntos proacuteximos con cierto intervalo temporal de separacioacuten como se
puede apreciar en la Figura 335 (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
El avance y desarrollo de esta teacutecnica como tantas otras anaacutelogas va unida a la
capacidad de adquisicioacuten de ordenadores personales y a la disponibilidad de imaacutege-
nes de RADAR de casi cualquier zona del planeta procedentes de los sateacutelites eu-
ropeos ERS-1 ERS-2 y ENVISAT y el japoneacutes J-ERS-1 Se trata de un meacutetodo de
gran precisioacuten cuya potencia radica en que trabaja con la informacioacuten de fase de la
onda emitida por el sateacutelite y por tanto la precisioacuten estaacute uacutenicamente limitada por la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida En el caso de los sateacutelites europeos ERS la
longitud de onda emitida es de 56 mm por lo que pueden llegar a identificarse des-
plazamientos proacuteximos a la mitad de un ciclo es decir 28 mm Todo esto ha propi-
ciado la realizacioacuten de numerosos estudios en los que se identifican y cuantifican
importantes deformaciones superficiales
3 Introduccioacuten
99
Figura 335 Generacioacuten de imaacutegenes SAR (tomada de
httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de interferometriacutea radar de la Universidad
de Standford Prof Howard Zebker)
32333 Metodologiacutea General
La teacutecnica de la interferometriacutea diferencial aplicada al estudio de deformaciones
ocurridas en la superficie terrestre consiste fundamentalmente en la comparacioacuten
de la informacioacuten de fase de dos imaacutegenes SAR de una misma superficie tomadas
antes y despueacutes respectivamente del evento en cuestioacuten sobre la zona afectada (Fi-
gura 336 izquierda) La diferencia resultante de fases origina un nuevo tipo de
imagen llamada interferograma (Figura 336 derecha) y que se define como la dife-
rencia de fase entre las dos imaacutegenes La idea fundamental es la estimacioacuten del
nuacutemero de ciclos completos de longitud de onda para a partir de ella y el interfero-
grama poder determinar la elevacioacuten del terreno Es un proceso complejo y existen
varios algoritmos con estimaciones que pretenden obtener la maacutexima precisioacuten y
bondad del meacutetodo (fase de Unwrapping)
Por tanto mediante esta teacutecnica se puede apreciar deformaciones o variaciones de
altura en la direccioacuten suelo-sateacutelite Cualquier deformacioacuten en la horizontal como
puede ser el caso de una falla de componente exclusivamente en direccioacuten pasaraacute
desapercibida En los casos en los que exista deformacioacuten el interferograma regis-
tra un modelo de interferencia compuesto de franjas (fringes) que contienen toda la informacioacuten sobre la geometriacutea relativa entre las dos imaacutegenes Cada franja que
corresponde con un ciclo de fase equivale a un cambio de distancia suelo-sateacutelite
3 Introduccioacuten
100
de 28 mm Se trata de una deformacioacuten escalar y no vectorial como la obtenida con
sistemas GPS
Figura 336 Reflejo en franjas de interferograma que tendriacutea un levantamiento como el mostrado
(izquierda) Esquema mostrando como la diferencia de fase de la onda emitida y recibida por el
sateacutelite indica la cantidad de movimiento en la direccioacuten suelo-sateacutelite producido en este caso por
un movimiento cosiacutesmico (tomada de httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de
interferometriacutea radar de la universidad de Standford Prof Howard Zebker)
324 Redes de estaciones permanentes
Con el desarrollo de las teacutecnicas GNSS son muchos los organismos que han puesto
en marcha sus propias redes de estaciones permanentes GNSS la mayoriacutea de las
cuales ofrecen sus datos de forma gratuita
Una red de estaciones permanentes GNSS debe tener tres componentes fundamen-
tales
- Las estaciones GPS permanentes funcionando en forma autoacutenoma que re-
colectan las observaciones GPS y las almacenan para despueacutes enviarlas al
centro de control correspondiente
- El centro de coordinacioacuten y almacenamiento de datos que coordina el fun-
cionamiento de la red y concentra las mediciones realizadas en un servidor
- El centro de caacutelculo que procesa las observaciones de la red para obtener
coordenadas de las estaciones correcciones ionosfeacutericas y otros productos
uacutetiles
Las redes de estaciones permanentes ofrecen muacuteltiples beneficios tanto en lo que se
refiere a la emisioacuten de correcciones en tiempo real para trabajar en RTK (Real Time
Kinematic) como en lo referente a la puesta a disposicioacuten de los datos estaacuteticos
recolectados por las estaciones estos datos son los que se han utilizado para la rea-
lizacioacuten de la presente tesis
3 Introduccioacuten
101
Los objetivos de una estacioacuten permanente son varios
- Objetivos de caraacutecter praacutectico como son reducir la inversioacuten en equipa-
miento de los profesionales y mejorar el rendimiento de los trabajos de
campo gracias a las emisiones de correcciones RTK
- Objetivos de caraacutecter geodeacutesico estos son mejorar la georreferenciacioacuten
cartograacutefica perfeccionar los marcos de referencia nacionales o regionales
y contribuir con el marco de referencia mundial (ITRF Internacional Te-
rrestrial Reference Frame)
- Objetivos de caraacutecter geofiacutesico geodinaacutemico u otros determinar los mo-
vimientos de la corteza terrestre realizar estudios climatoloacutegicos investi-
gar la variabilidad ionosfeacuterica etc
Las tareas de una estacioacuten permanente son principalmente la recoleccioacuten de obser-
vaciones de forma continua la verificacioacuten de la calidad de los datos la transfor-
macioacuten de las observaciones a un formato convencional (RINEX) y la compresioacuten
de los archivos de datos asiacute como el almacenamiento de la informacioacuten en un ser-
vidor
Los elementos baacutesicos que componen una estacioacuten permanente son un receptor y
una antena GNSS geodeacutesicos un PC para almacenar y administrar la informacioacuten
programas de automatizacioacuten conexioacuten a Internet fuente continua de alimentacioacuten
Aunque la estacioacuten realiza sus operaciones mecaacutenicamente mediante un programa
de control nunca es posible prescindir totalmente de personal teacutecnico
La ubicacioacuten de una estacioacuten permanente debe cumplir una serie de requisitos
- El horizonte debe estar despejado
- En las cercaniacuteas de la antena no deben encontrarse objetos que puedan in-
ter-ferir con las sentildeales GNSS o producir multicamino
- El terreno debe ser geoloacutegicamente estable
- La antena debe estar montada sobre una estructura riacutegida y perdurable
- El sitio debe estar libre de interferencias electromagneacuteticas
- Debe contarse con la infraestructura indispensable energiacutea eleacutectrica cone-
xioacuten a Internet seguridad y accesibilidad faacutecil
En lo que se refiere a la gestioacuten una estacioacuten permanente puede ser gestionada por
cualquier organismo puacuteblico o privado aunque es interesante que se integre en la
red nacional o regional de estaciones GNSS permanentes
Una red nacional de estaciones permanentes GNSS evita conflictos de coordenadas
entre provincias o municipios por otro lado el procesamiento conjunto de los datos
de toda la red garantiza la homogeneidad de las coordenadas de todas sus estaciones
y proporciona un marco de referencia uniforme
3 Introduccioacuten
102
Si las estaciones permanentes estaacuten integradas en la red nacional
- Sus coordenadas se calculan perioacutedicamente lo que garantiza calidad y fia-
bilidad
- El centro de coordinacioacuten y los centros de caacutelculo brindan soporte teacutecnico
tanto a los profesionales a cargo de la estacioacuten como a los profesionales
usuarios de la estacioacuten
- Los datos de todas las estaciones estaacuten disponibles en un uacutenico servidor
- Los datos se almacenan de acuerdo con estaacutendares
- Las coordenadas de las estaciones permanentes tienen valor legal porque se
hallan referidas al marco de referencia nacional promulgado oficialmente
por la autoridad competente
Existen redes de estaciones permanentes a diferentes niveles a nivel mundial cabe
destacar la red del IGS o la red CORS de Estados Unidos A nivel continental en-
contramos la red EUREF A nivel nacional tenemos la red del IGN (Instituto Geo-
graacutefico Nacional) A nivel autonoacutemico casi todas las autonomiacuteas disponen de una
red de estaciones permanentes asiacute Aragoacuten Andaluciacutea Asturias C Valenciana
Cantabria Castilla y Leoacuten Cataluntildea Extremadura Islas Canarias La Rioja Mur-
cia Navarra y Paiacutes Vasco disponen de sus propias redes de estaciones permanentes
En Castilla La Mancha Islas Baleares y Madrid todaviacutea no disponen de red
325 Estado del arte
El uso de las tecnologiacuteas GNSS ha supuesto un gran avance en el campo de la Geo-
dinaacutemica proporcionando medidas directas de los desplazamientos de las placas y
de las deformaciones intraplaca Esta informacioacuten es baacutesica para la comprensioacuten de
la cinemaacutetica de estos movimientos por lo que actualmente estaacuten operativos nume-
rosos programas de investigacioacuten tanto nacionales como internacionales al respecto
3251 Programas internacionales
32511 International Litosphere Program
El ILP fue establecido en 1980 por el International Council of Scientific Unions
(ICSU) a peticioacuten de la International Union of Geological Sciences (UICG) y la
International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) Se puede consultar in-
formacioacuten maacutes detallada acerca de este programa en su paacutegina web
httpsclilpgfz-potsdamde
El Programa International Litosphere Program (ILP) busca dilucidar la naturaleza
la dinaacutemica el origen y evolucioacuten de la Litosfera a traveacutes de proyectos de investi-
gacioacuten internacionales y multidisciplinares relacionados con las ciencias de la Tie-rra a traveacutes de comiteacutes de coordinacioacuten
3 Introduccioacuten
103
El ILP se encarga de promover proyectos de investigacioacuten de intereacutes para las comu-
nidades geoloacutegica (UISG) y geofiacutesica (IUGG) Se pretende lograr un equilibrio
entre hacer frente a las necesidades sociales como comprender las cataacutestrofes natu-
rales el suministro de informacioacuten para la mejora en la exploracioacuten de recursos y la
proteccioacuten del medio ambiente y satisfacer la curiosidad cientiacutefica
Perfil del programa
El estudio integral de la Tierra soacutelida es fundamental para el programa ILP desde
los siguientes puntos de vista
- La Litosfera constituye la conexioacuten entre el interior terrestre y la superficie
de la Tierra
- La Litosfera es el nexo de unioacuten entre la geologiacutea la geofiacutesica y geoteacutecni-
ca (es decir la interfaz centrada entre la IUGS y IUGG )
- Los avances en el estudio de la Litosfera no pueden prosperar sin la inte-
gracioacuten de teacutecnicas de teledeteccioacuten y monitorizacioacuten (donde es clave el
uso de teacutecnicas GNSS como las empleadas en la presente tesis) recons-
truccioacuten y procedimientos de modelado
Retos del programa
Fomentar la investigacioacuten fundamental sobre la Litosfera para propiciar nuevos
conocimientos en relacioacuten a los procesos de la Tierra Los desafiacuteos a los que se
enfrenta a este respecto el ILP en el futuro cercano son
- Fortalecer la conexioacuten entre aspectos de la Tierra soacutelida y no soacutelida rela-
cionados con la Litosfera
- Fortalecer el perfil y el impacto de la investigacioacuten sobre la Litosfera en
temas de relevancia social como la energiacutea y el medio ambiente
- Ser atractivo para los joacutevenes investigadores mediante la eleccioacuten de temas
interesantes adoptando enfoques integradores
- Promover la formacioacuten de joacutevenes investigadores en los estudios Litosfera
Temas de investigacioacuten propuestos
Desde 1990 los proyectos del ILP se han movido en torno a los cuatro temas de
investigacioacuten principales
- Ciencias de la tierra sobre el cambio global
- Dinaacutemica continental y procesos profundos
- Litosfera Continental
- Litosfera oceaacutenica
Los temas propuestos para los nuevos grupos de trabajo incluyen
- Cartografiacutea integrada de la Litosfera
- Dinaacutemica del Manto
3 Introduccioacuten
104
- Respuesta de la Litosfera en los procesos de superficie
- Estudios paleoclimaacuteticos
Una caracteriacutestica clave en los grupos de trabajo es su caraacutecter dinaacutemico Existen
grupos durante un periacuteodo limitado de cinco antildeos Se da un valor especial a las
iniciativas recientes en Ameacuterica del Norte para la adquisicioacuten de datos a gran escala
(como EarthScope) y para buscar valor antildeadido de los programas nacionales maacutes
importantes como por ejemplo los emprendidos en China India y Ameacuterica del Sur
32512 Programa Topo Europe Euro array
El programa Topo Europe aborda la evolucioacuten topograacutefica 4-D de los oroacutegenos y
regiones internas de la placa europea a traveacutes de un enfoque multidisciplinario que
integra Geologiacutea Geofiacutesica Geodesia y Geoteacutecnica El programa se centra en mo-
nitorizacioacuten tratamiento de imaacutegenes reconstruccioacuten y la modelizacioacuten de los pro-
cesos que interactuacutean y controlan la
topografiacutea continental con los ries-
gos naturales asociados Se puede
consultar informacioacuten maacutes detalla-
da acerca de este programa en su
paacutegina web httpwwwtopo-
europeeu
Topo Europe realiza una serie de
novedosos estudios sobre cuantifi-
cacioacuten de movimientos verticales
(para los que el uso de las teacutecnicas
GNSS es fundamental) relacionan-
do la evolucioacuten de cauces fluviales
con hundimientos debidos a causas
tectoacutenicas en laboratorios naturales
cuidadosamente seleccionados en
Europa Estos laboratorios naturales
incluyen los Alpes Caacuterpatos-cuenca panoacutenica la plataforma de Europa central y
oriental la regioacuten de los Apeninos-Egeo-Anatolia la Peniacutensula Ibeacuterica el margen
continental de Escandinavia la plataforma de Europa del este y la zona oriental del
Caacuteucaso
Se integran instalaciones de investigacioacuten europeas y conocimientos esenciales para
avanzar en la comprensioacuten del papel de la topografiacutea en los sistemas dinaacutemicos
ambientales de la Tierra El objetivo principal es doble
- Integrar los programas nacionales de investigacioacuten en una red europea co-muacuten
- Integrar las actividades de los institutos Topo Europe y los participantes
Figura 337 Programa Topo Europe Aacutembitos
de actuacioacuten
3 Introduccioacuten
105
Los principales objetivos son proporcionar un foro interdisciplinario para compartir
conocimiento e informacioacuten en el campo de la evolucioacuten neotectoacutenica y topografica
de Europa de promover y fomentar la investigacioacuten multidisciplinar en una escala
verdaderamente europea para aumentar la movilidad de los cientiacuteficos y la forma-
cioacuten de joacutevenes cientiacuteficos
Justificacioacuten del programa Topo Europe
La topografiacutea continental es la interfaz de los procesos que ocurren en las profundi-
dades de la Tierra la superficie y la atmoacutesfera La topografiacutea influye en la sociedad
no soacutelo como resultado de cambios lentos en el paisaje sino tambieacuten en teacuterminos de
su impacto sobre los riesgos geoloacutegicos y el medio ambiente Cuando sube el nivel
del mar de un lago o del agua subterraacutenea o bien se produce una subsidencia au-
menta el riesgo de inundaciones que afecta directamente a la sostenibilidad de los
ecosistemas locales y los haacutebitats humanos Por otro lado la disminucioacuten de niveles
de agua y tierras pueden conducir a un mayor riesgo de erosioacuten y desertificacioacuten
En el pasado reciente los deslizamientos catastroacuteficos y caiacutedas de roca han causado
graves dantildeos y numerosas viacutectimas en Europa El raacutepido crecimiento demograacutefico
en las cuencas hidrograacuteficas tierras bajas costeras y las regiones montantildeosas y el
calentamiento global asociado a fenoacutemenos meteoroloacutegicos excepcionales cada vez
maacutes frecuentes pueden agravar el riesgo de inundaciones A lo largo de las zonas
de deformacioacuten activa los terremotos y las erupciones volcaacutenicas causan cambios
en la topografiacutea de corta duracioacuten y localizada Estos cambios pueden presentar
peligros adicionales pero al mismo tiempo permiten cuantificar el estreacutes y la acu-
mulacioacuten de tensioacuten un control de clave para la evaluacioacuten de riesgo siacutesmico y
volcaacutenico A pesar de que los procesos naturales y las actividades humanas causan
riesgos geoloacutegicos y cambios ambientales la contribucioacuten relativa de los distintos
componentes es todaviacutea poco conocida El hecho de que la topografiacutea influye el
clima es conocido desde el comienzo de la civilizacioacuten pero soacutelo recientemente
somos capaces de modelar sus efectos en las regiones donde se dispone de buenos
datos topograacuteficos y climatoloacutegicos
El estado actual y el comportamiento de la superficie de la Tierra es una consecuen-
cia de los procesos que operan en una amplia gama de escalas de tiempo Los efec-
tos maacutes importantes son los relacionados con la actividad tectoacutenica el hundimiento
y el desarrollo de los sistemas fluviales los efectos residuales de las edades de hielo
en los movimientos verticales de la corteza efectos climatoloacutegicos y los poderosos
impactos antropogeacutenicos Si queremos entender el estado actual del sistema de la
Tierra para predecir su futuro y para disentildear nuestro uso de la misma necesitamos
comprender este espectro de procesos operando al mismo tiempo pero en diferentes
escalas de tiempo El desafiacuteo de las ciencias de la Tierra es describir el estado del
sistema para controlar sus cambios prever su evolucioacuten y para evaluar los modos
de su uso sostenible por la sociedad humana
3 Introduccioacuten
106
Objetivos especiacuteficos de Topo Europe
- Modelado de la subsidencia en las cuencas y deltas de Europa
- Cuantificacioacuten de inestabilidades del terreno
- Monitorizacioacuten de alta resolucioacuten de los movimientos corticales en el espa-
cio y el tiempo para cuantificar la relacioacuten entre fuentes y sumideros de se-
dimentos y el disentildeo de modelos tectoacutenicos y siacutesmicos
- Adaptacioacuten de los sistemas de modelizacioacuten numeacuterica y analoacutegica para la
caracterizacioacuten de las relaciones de retroalimentacioacuten entre la tectoacutenica la
topografiacutea y el clima
- Imaacutegenes tomograacuteficas de alta resolucioacuten de la interaccioacuten dinaacutemica entre
el Manto y la Litosfera y sus efectos sobre la topografiacutea de la superficie
- Estudio de los efectos de los procesos neotectoacutenicos en los cauces fluviales
y la evolucioacuten costera con especial atencioacuten a los riesgos de inundacioacuten
32513 Programa Topoiberia
El proyecto Topo-Iberia responde al intereacutes de la comunidad cientiacutefica espantildeola por
establecer un marco cientiacutefico-tecnoloacutegico en el que desarrollar de manera integra-
da estudios geocientiacuteficos multidisciplinares sobre el lsquomicro-continentersquo formado
por la peniacutensula ibeacuterica y sus maacutergenes
La configuracioacuten del relieve terrestre (topografiacutea continental y batimetriacutea marina) y
los cambios que puedan producirse en nuestro entorno geograacutefico natural tienen una
trascendencia social innegable ya que marcan las condiciones de habitabilidad y
desarrollo futuro de la actividad humana
Los cambios en el relieve pueden producirse a ritmos temporales muy variados y
tener causas muy diversas de tipo natural o antropogeacutenico pero deben ser tenidos
muy en cuenta en aspectos como evaluacioacuten de recursos y riesgos naturales cambio
climaacutetico etc
Hasta hace poco tiempo se analizaba la topografiacutea continental en relacioacuten uacutenica-
mente con una serie de procesos que tienen lugar en la superficie terrestre y en la
atmoacutesfera Estudios recientes han reconocido la importancia e influencia que sobre
la topografiacutea ejercen tambieacuten los procesos geoloacutegicos profundos a nivel de Litosfe-
ra y Manto terrestre El grado de impacto de tales procesos profundos y las relacio-
nes de interdependencia y retroalimentacioacuten que existen entre todos ellos son auacuten
mal conocidos y poco cuantificados
Para su comprensioacuten se requieren estudios innovadores multidisciplinares e inte-
grados en el aacutembito de las Ciencias de la Tierra Los modelos estructurales y evolu-
tivos deben basarse en conjuntos de datos con una resolucioacuten muy superior a la
disponible actualmente para lo que se requeriraacuten acciones de adquisicioacuten de nuevos
datos con gran densidad mediante plataformas experimentales multidisciplinares
3 Introduccioacuten
107
El proyecto Geociencias en Iberia Estudios integrados de topografiacutea y evolucioacuten
4D Topo-Iberia es una propuesta que involucra a maacutes de 100 investigadores de 10
grupos distintos y que responde a la voluntad e intereacutes de la comunidad cientiacutefica
espantildeola de establecer un marco cientiacutefico-tecnoloacutegico en el que desarrollar de
manera integrada estudios geocientiacuteficos multidisciplinares Se puede consultar
informacioacuten maacutes detallada acerca de este programa en su paacutegina web
httpwwwigmeesinternetTopoIberia
El lsquomicro-continentersquo formado por
la peniacutensula ibeacuterica y sus maacutergenes
constituye un laboratorio natural
idoacuteneo claramente reconocido a
nivel internacional para desarrollar
investigaciones innovadoras y de
frontera sobre su topografiacutea y evo-
lucioacuten 4D
La finalidad de Topo-Iberia es
comprender la interaccioacuten entre
procesos profundos superficiales y
atmosfeacutericos integrando investiga-
ciones en geologiacutea geofiacutesica geo-
desia y geo-tecnologiacutea El conoci-
miento de los cambios del relieve y
sus causas es de gran trascendencia
social por lo que respecta al cambio
climaacutetico y a la evaluacioacuten de re-
cursos naturales y riesgos
Como se indica en la Figura 338 se identifican tres aacutembitos prioritarios de actua-
cioacuten
- Zona norte de la placa ibeacuterica (Sistema Pirenaico-Cantaacutebrico) Este aacutembito
de actuacioacuten incluye los Pirineos y su prolongacioacuten hacia el oeste por la
Cordillera Cantaacutebrica y el margen continental noribeacuterico lo que constituye
un mismo aacutembito geodinaacutemico ligado a la interaccioacuten entre las placas Ibeacute-
rica y Europea Los relieves pirenaicocantaacutebricos se conectan hacia el sur
con la terminacioacuten norte de la Cordillera Ibeacuterica y terminan gradualmente
hacia el oeste a traveacutes de los Montes de Leoacuten y los suaves relieves del ma-
cizo galaico
- Aacuterea central peninsular (Meseta Sistemas Central e Ibeacuterico) El aacutembito
geodinaacutemico central del microcontinente Ibeacuterico incluye las regiones de-
formadas del interior de la placa como el Sistema Central y Cadena Ibeacuterica
y sus cuencas sedimentarias asociadas
Figura 338 Programa Topo Iberia Aacutembitos
prioritarios de actuacioacuten
3 Introduccioacuten
108
- Zona sur de la placa ibeacuterica (Sistema Beacutetico-Rifentildeo) Este aacutembito geodi-
naacutemico incluye el oroacutegeno Beacutetico-Rifentildeo el prisma de acrecioacuten del Golfo
de Caacutediz y las cuencas y maacutergenes de los mares de Alboraacuten y Argelino-
Balear occidental
Se pretende configurar una base de datos y resultados multidisciplinares que permi-
ta resolver los interrogantes actualmente existentes mediante estrategias novedosas
de interpretacioacuten conjunta
Objetivo fundamental del programa es incrementar decisivamente la informacioacuten
disponible con el despliegue sobre el terreno de una plataforma IberArray de
observacioacuten tecnoloacutegica multiinstrumental y de gran resolucioacuten
En cuanto a finalidades para aplicabilidad a intereses nacionales de los resultados
esperables estas investigaciones propician un incremento en la infraestructura geo-
loacutegica y geofiacutesica en cordilleras y cuencas de aguas territoriales espantildeolas En su
caso pueden ser aplicadas a actuaciones dirigidas a prevenir y disentildear planes de
contingencia para riesgos geoloacutegicos y tambieacuten medioambientales especialmente
en aquellas zonas en que se producen considerables terremotos y numerosos desli-
zamientos del terreno relacionados con el desarrollo actual del relieve y la elevacioacuten
de maacutergenes continentales Su aplicacioacuten en el aacutembito marino afecta a diversas
aacutereas con importante traacutefico mariacutetimo turiacutestico y comercial y viacuteas de paso obligado
para mercanciacuteas peligrosas Tambieacuten es posible la transferencia de nuestros resul-
tados al sector industrial especialmente en cuanto a la potencialidad en hidrocarbu-
ros en determinadas cuencas que han sido y son actualmente sujeto de exploracio-
nes comerciales por compantildeiacuteas petroleras nacionales y extranjeras
Figura 339 Equipos GPS de la Red Topo-Iberia
3 Introduccioacuten
109
Como se ha comentado uno de los objetivos principales del proyecto Topo-Iberia
es obtener informacioacuten sobre el estado de esfuerzos y la deformacioacuten dentro de la
Peniacutensula Ibeacuterica y sus maacutergenes puesto que los equipos GPS permiten medir la
deformacioacuten actual y proporcionan informacioacuten sobre tectoacutenica activa detectando
movimientos relativos entre las estaciones del orden de mmantildeo el proyecto Topo-
Iberia cuenta con un subproyecto GPS que preveacute el despliegue de una red semi-
permanente de 25 GPS de registro continuo durante un periodo de al menos 30
meses que se muestran en la Figura 339 Los equipos GPS cubriraacuten varias transec-
tas y zonas estrateacutegicas complementando los instrumentos actualmente disponibles
instalados por diversas instituciones Informacioacuten maacutes detallada acerca de este pro-
yecto se puede encontrar en su paacutegina web
httpwwwigmeesinternetTopoIberiametodologiashtmltheta
32514 Proyecto CAP (Central Andes Proyect)
Constituye un proyecto cientiacutefico auspiciado por la Fundacioacuten Nacional de Ciencias
de los Estados Unidos de Norteameacuterica y desarrollado por los Doctores Robert
Smalley Jr de la Universidad de Memphis y Mike Bevis de la Universidad de Ohio
que comenzoacute en el antildeo 1992 y consiste en el estudio de la deformacioacuten y desplaza-
miento de la corteza terrestre particularmente en la zona andina en la Repuacuteblica
Argentina
Informacioacuten maacutes detallada acerca del proyecto se puede encontrar en su paacutegina
web httpwwwigngobarNuestrasActividadesIDProyectosColaboracionCap
Figura 340 Central Andes Projetc Desplazamientos cosiacutesmicos asociados al terremoto de Chile
del 27 de febrero de 2010 de 88 Mw
3 Introduccioacuten
110
Desde los inicios del proyecto el Instituto Geograacutefico Nacional de Argentina
(IGN) estuvo directamente vinculado al mismo a traveacutes de la ejecucioacuten de medicio-
nes de campantildea a lo largo de toda la Repuacuteblica Argentina
Estas mediciones se realizan con receptores GPS de uacuteltima generacioacuten ubicados
satisfaciendo las necesidades del proyecto algunos de ellos se instalaron de forma
permanente y han constituido la base sobre la cual se ha desarrollado la Red Argen-
tina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC) administrada por el IGN Otros
puntos son medidos mediante campantildeas de observacioacuten El resultado de uno de sus
trabajos concretamente el estudio de los desplazamientos cosiacutesmicos asociados al
terremoto de Chile del 27 de febrero de 2010 se muestra en la Figura 340
La eleccioacuten y materializacioacuten de los puntos en el terreno es uno de los aspectos
fundamentales del eacutexito del proyecto debido al nivel de precisioacuten de la determina-
cioacuten de las coordenadas de los mismos En este aspecto el IGN capacita a sus profe-
sionales para esta tarea y lo estaacute haciendo actualmente en el procesamiento cientiacutefi-
co de los datos con el software GAMIT ndash GLOB K
A lo largo de maacutes de 15 antildeos de trabajo en conjunto entre las Instituciones y los
profesionales de cada una de las mismas se han publicado numerosos trabajos en
congresos internacionales y en las revistas cientiacuteficas maacutes prestigiosas del mundo
32515 Proyecto Corner Andes Project
El proyecto Corner Andes Project se basa en que los Andes presentan una oportuni-
dad uacutenica para estudiar los procesos de orogeacutenesis producidos por un proceso de
subduccioacuten de una placa oceaacutenica Por otra parte el conocimiento detallado de los
recursos hiacutedricos minerales e hidrocarburos es de vital importancia ya toda la re-
gioacuten presenta considerables riesgos siacutesmicos y volcaacutenicos
El proyecto busca entender en este laboratorio natural los procesos tectoacutenicos y
superficiales con estudios integrados que utilizan la sismologiacutea la geofiacutesica la
geologiacutea estructural y neotectoacutenica petrologiacutea iacutegnea y geoquiacutemica estratigrafiacutea
fiacutesica y anaacutelisis de cuencas la geomorfologiacutea la paleoclimatologiacutea y glaciologiacutea Es
de sentildealar que para la realizacioacuten de estos estudios el uso de las teacutecnis GNSS es
fundamental El aacutembito regional del proyecto constituye el oroacutegeno andino entre el
sur de Peruacute y la Patagonia con los esfuerzos concentrados en Argentina Chile y
Bolivia El proyecto se ha enriquecido y fortalecido por una estrecha cooperacioacuten
con los geocientiacuteficos de Ameacuterica Latina en la industria instituciones puacuteblicas y el
mundo acadeacutemico Informacioacuten maacutes detallada acerca del proyecto se puede encon-
trar en su paacutegina web httpwwwgeocornelledugeologycap
3 Introduccioacuten
111
Objetivos de del proyecto
La mayor parte de la investigacioacuten llevada a cabo por los miembros de Corner An-
des Project se ha centrado en Argentina y Chile aunque tambieacuten se ha trabajado en
Venezuela Bolivia Peruacute y Colombia
Los proyectos de investigacioacuten actuales maacutes importantes son los siguientes
- Estudio de la zona de subduccioacuten del norte de Chile
- Deformacioacuten asociada con la subduccioacuten
- Volcanismo Cenozoico en Argentina central y Chile relacioacuten del magma-
tismo con los aacutengulos de la zona de subduccioacuten y los procesos de la evolu-
cioacuten litosfeacuterica continental
- Las variaciones geoquiacutemicas temporales y espaciales en la zona de rocas
magmaacuteticas de la Patagonia Implicaciones para la evolucioacuten cortical y del
Manto
- Estudio de los cambios climaacuteticos en el inicio del Cuaternario en el desierto
de Atacama y sus relaciones con las aguas subterraacuteneas
- Paleoclima del Mioceno en las tierras bajas de los Andes Centrales
- La rotacioacuten de la vertiente occidental de los Andes Centrales y el origen de
las cuencas sedimentarias del Salar de Atacama y Calama
- Movimiento y migracioacuten de magma volcaacutenico
- Ciclo siacutesmico en la regioacuten andina
3252 Programas nacionales
32521 Programa Earth Scope
Earth Scope es un programa de la National Science Foundation (NSF) que desplie-
ga miles de instrumentos de prospeccioacuten siacutesmica GPS y otros instrumentos geofiacutesi-
cos para estudiar la estructura y la evolucioacuten de Ameacuterica del Norte (ver Figura
341) asiacute como los procesos que producen terremotos y erupciones volcaacutenicas Se
trata de un proyecto que fomenta la colaboracioacuten entre cientiacuteficos educadores
responsables poliacuteticos y ciudadanos para divulgar los avances cientiacuteficos en la
materia Maacutes informacioacuten acerca del proyecto se puede encontrar en su paacutegina web
httpwwwearthscopeorg
Objetivos del proyecto
Ameacuterica del Norte posee uno de los registros maacutes completos de formacioacuten modifi-
cacioacuten y destruccioacuten continental El objetivo de Earth Scope es usar Norteameacuterica
como un laboratorio natural para obtener conocimientos fundamentales sobre coacutemo
funciona la Tierra La complejidad de los procesos geoloacutegicos requiere estudios
multidisciplinares de cientiacuteficos especializados en ciencias de la Tierra Con el pro-grama se pretende alentar a los cientiacuteficos desde un punto de vista maacutes creativo
3 Introduccioacuten
112
permitiendo que las ideas innovadoras proporcionen nuevos conocimientos sobre el
pasado el presente y el futuro del planeta en que vivimos
Figura 341 Red de instrumentacioacuten desplegada en el proyecto Earth Scope www Earhsco-
peorgcurrent_status 10-2013
La temaacutetica estudiada se puede dividir en varias categoriacuteas generales
- Procesos en los maacutergenes convergentes Constituyen algunos de los entor-
nos maacutes dinaacutemicos tectoacutenicamente de la Tierra
- Tensioacuten y deformacioacuten de la corteza La forma en que la Tierra soacutelida res-
ponde a las fuerzas tectoacutenicas
- Deformacioacuten y evolucioacuten de las estructuras continentales Estudio del mar-
gen activo de Ameacuterica del Norte
- Fallas tectoacutenicas y procesos involucrados en los terremotos EarthScope es-
taacute investigando el desarrollo de modelos de prediccioacuten de terremotos des-
entrantildeando los procesos activos y dinaacutemicos a lo largo de fallas
- Estructura y dinaacutemica del interior de la Tierra Uno de los objetivos funda-
mentales es la mejor comprensioacuten de los procesos internos de la Tierra y la
evolucioacuten de la Litosfera continental en relacioacute a los procesos del Manto
superior es un objetivo principal de EarthScope Aprenda maacutes sobre coacutemo
la investigacioacuten EarthScope estaacute impulsando descubrimientos en esta aacuterea
3 Introduccioacuten
113
- Vulcanismo Ameacuterica del Norte posee una amplia gama de sistemas mag-
maacuteticos como los claacutesicos volcanes de maacutergenes convergentes de Casca-
dia y las Aleutianas
32522 Southern California Integrated GPS Network (SCIGN)
La red SCIGN constituye un conjunto de 250 estaciones permanentes distribuidas a
lo largo del sur de California con una mayor densificacioacuten en el aacuterea metropolitana
de Los Aacutengeles La red comienza a instalarse desde hace una deacutecada hasta llegar a
su conformacioacuten actual Maacutes informacioacuten se puede encontrar en la web
wwwscecorg
Figura 342 Mapa en el que se muestran los vectores de desplazamiento de la corteza terrestre en
el sur de California seguacuten la SCIGN wwwscecorginstanet01newsspot010828
El 2 de julio de 2001 cuatro diacuteas antes de su inauguracioacuten programada SCIGN
alcanzoacute su objetivo meta de 250 estaciones operativas diseminadas por todo el sur
de California y el norte de Baja California Meacutexico
3 Introduccioacuten
114
Las estaciones SCIGN estaacuten dirigidas por las siguientes agencias
- 125 estaciones centrales son financiadas por la National Science Founda-
tion (NSF)
- 95 estaciones a lo largo de la Falla de San Andres y en la zona urbana de
Los Angeles que son gestionadas por la oficina local de Pasadena del Ser-
vicio Geoloacutegico de EEUU
- Las estaciones restantes que son gestionadas por el Jet Propulsion Labora-
tory y otras agencias
Objetivos de la red
El sur de California es un lugar sujeto a fuerzas tectoacutenicas de cizalladura estirando
y comprimiendo la corteza terrestre con un patroacuten complejo Estas deformaciones
lentas pero continuas se producen fundamentalmente en las principales fallas tectoacute-
nicas activas responsables por otra parte de la alta sismicidad de la regioacuten La pre-
gunta que trata de responder la SCIGN es si a traveacutes del patroacuten de deformacioacuten se
pueden prever con maacutes precisioacuten futuros terremotos
La red SCIGN fue construida con cuatro grandes objetivos cientiacuteficos en mente
SCIGN estaacute disentildeada para proporcionar una cobertura regional que mejore las esti-
maciones de riesgo siacutesmico identificando fallas activas empujes debajo de Los
Angeles variaciones en las tensiones medidas y mediciones de movimientos per-
manentes mayores de 1 mm no detectables por los sismoacutegrafos (ver figura 37)
incluyendo la respuesta de las fallas a los cambios de tensioacuten regionales La red
consigue esos objetivos haciendo mediciones geodeacutesicas precisas y continuas que
revelan el pequentildeo movimiento continuo producto de la tensioacuten que se transmite a
traveacutes de la corteza en el sur de California Como es conocido la tensioacuten acumulada
estaacute directamente relacionada con la peligrosidad siacutesmica Estas mediciones contri-
buyen a la evaluacioacuten del peligro ayudando y concienciando a los ciudadanos a
prepararse Por lo tanto este instrumento puramente cientiacutefico puede producir efec-
tos sociales positivos siendo sin duda eacuteste el objetivo uacuteltimo del proyecto SCIGN
Los productos generados con los datos SCIGN al igual que esos datos son de libre
acceso en wwwscignorg
32523 Crustal deformation monitoring (United States Geological Survey
USGS)
La superficie de la Tierra estaacute siendo deformada a traveacutes de fallas tectoacutenicas que
acumulan tensioacuten y que se deslizan con el tiempo El USGS utiliza mediciones GPS
para controlar este movimiento cerca de fallas activas
El USGS utiliza GPS para medir la deformacioacuten de la corteza en todo los Estados Unidos Sin embargo la mayor parte del trabajo se concentra en los estados del
3 Introduccioacuten
115
oeste como se puede ver en la figura 38 donde se producen la mayoriacutea de los te-
rremotos y donde las tasas de deformacioacuten de la corteza son maacutes altas
La superficie de la
Tierra cerca de las
fallas activas se
deforma antes du-
rante y despueacutes de
los terremotos Del
mismo modo la
superficie cercana a
los volcanes activos
tambieacuten se deforma
como consecuencia
de las erupciones y
la evolucioacuten volcaacute-
nica La deforma-
cioacuten de la corteza se
puede estudiar des-
de diferentes teacutecni-
cas de observacioacuten
movimiento relativo
de puntos de la
superficie de la Tierra inclinacioacuten del suelo tensiones y deslizamientos de falla El
USGS habitualmente mide estos y otros paraacutemetros que reflejan esta deformacioacuten
32524 Programa CMONOC (Cristal Movement Observation Network of China)
El objetivo cientiacutefico de Crustal Movement Observation Network of China es fun-
damentalmente la prediccioacuten de terremotos aunque tambieacuten satisface necesidades
en el campo de la Geodesia dando servicios de GNSS diferencial en el campo de la
Meterorologiacutea etc Por este motivo estaacute gestionado por el ldquoFirst Crustal Deforma-
tion Monitoring Center China Seismological Bureau Tianjin 300180 Chinardquo
Las caracteriacutesticas principales de la CMONOC son la alta precisioacuten y estabilidad de
sus observaciones la toma de gran cantidad de datos y el procesamiento de esos
datos en tiempo real de forma raacutepida y precisa
El sistema CMONOC consta de cuatro partes la red fiducial la red baacutesica la red
local y el sistema de transmisioacuten procesamiento y anaacutelisis de datos
La red fiducial de CMONOC consta de 25 estaciones GPS en observacioacuten continua
Algunas de estas estaciones tambieacuten utilizan teacutecnicas VLBI y SLR Con una dis-
tancia media de aproximadamente 700 km entre estaciones adyacentes la funcioacuten
Figura 343 Red de estaciones GPS permanentes y no permanentes
del oeste de EEUU httpearthquakeusgs govmonitoringgps
3 Introduccioacuten
116
principal de la red fiducial es el control de los movimientos tectoacutenicos de los blo-
ques de primer orden de China continental Las estaciones fiduciales estaacuten construi-
das sobre la roca madre Las precisiones de alcanzadas son de 13 mm para las
variaciones anuales de las liacuteneas base entre estaciones fiduciales adyacentes 15
mm para las variaciones anuales de las liacuteneas base entre estaciones VLBI adyacen-
tes 21 cm para la determinacioacuten de las coordenadas absolutas de estaciones SLR y
08 - 49 Gal para las medidas absolutas de gravedad La red fiducial se puso en
funcionamiento el 1 de abril de 2000
La red baacutesica se compone de 56 estaciones GPS en las que se realizan observacio-
nes perioacutedicas Como complemento a la red fiducial la red baacutesica se utiliza princi-
palmente para controlar la deformacioacuten de la corteza en y entre los bloques de pri-
mer orden Las estaciones estaacuten dispuestas de manera uniforme junto con las
estaciones fiduciales con una distancia media entre ellas de alrededor de 350 km
Dos mediciones de la red baacutesica se llevaron a cabo tanto en 1998 y 2000 con preci-
siones de menos de 3 mm para la componente horizontal y menos de 10 mm para
la componente vertical
La red local estaacute constituida por 1000 estaciones GPS en las que se realizan obser-
vaciones de manera esporaacutedica Estaacuten dispuestas en diez aacutereas de especial intereacutes
para su monitorizacioacuten Cerca de 700 de ellas se concentran a lo largo de las princi-
pales zonas tectoacutenicas y siacutesmicas con el objetivo de la prediccioacuten de terremotos
Alrededor de 300 de ellas estaacuten dispuestas de manera uniforme en todo el paiacutes co-
mo complemento a las redes fiducial y baacutesica para vigilar los movimientos de los
grandes bloques tectoacutenicos La red local se establecioacute en agosto de 1998 la primera
medicioacuten se realizoacute en 1999 y maacutes de 800 estaciones se volvieron a observar en
2001 Los resultados obtenidos indican que las presiones son mejores de 3 mm para
la componente horizontal y de 10 mm para la vertical
La organizacioacuten del proyecto se basa en un centro de datos y tres subsistemas de
intercambio de datos El centro de datos es el responsable de las operaciones y ges-
tioacuten de la red procesamiento y anaacutelisis de datos que se aplican directamente para la
prediccioacuten de terremotos y mitigacioacuten de desastres El centro de datos tambieacuten pro-
porciona los elementos baacutesicos para cada subsistema de intercambio de datos y de
los ministerios y comisiones relacionados Los subsistemas de intercambio de datos
proporcionan informacioacuten a la comunidad investigadora al programa de Geodinaacute-
mica espacial de Asia y el Paciacutefico y a la red de control geodeacutesico nacional de
Topografiacutea y Cartografiacutea La construccioacuten del centro de datos se llevoacute a cabo en el
antildeo 2000 Sus caracteriacutesticas teacutecnicas principales son 310 Mb diarios para la reco-
leccioacuten de datos 50 Gb para el almacenamiento de datos en liacutenea y 220 estaciones
para el procesamiento de datos A finales del antildeo 2000 probado y revisado por el
Comiteacute de Aceptacioacuten de Estado la red en su conjunto alcanzoacute y superoacute las normas
de calidad preestablecidas y se puso en funcionamiento
3 Introduccioacuten
117
Con una superficie de 95 en la parte continental de China CMONOC ha elevado
la precisioacuten de la medicioacuten tradicional del movimiento de la corteza en China en
tres oacuterdenes de magnitud y la eficiencia de observacioacuten por diez veces Se ha cu-
bierto el objetivo de la monitorizacioacuten casi instantaacutenea de todo el paiacutes y se ha au-
mentado la capacidad de predecir un gran terremoto en China La oficina sismoloacute-
gica de China ya ha utilizado los datos GPS observados en el examen anual
sismoloacutegico y ha obtenido mejores resultados en las predicciones de terremotos
para medio y largo plazo Se ha aumentado la precisioacuten de la red de control geodeacute-
sico mejorando los sistemas geodeacutesicos aplicados en la Topografiacutea y Cartografiacutea del
paiacutes
En los uacuteltimos tres antildeos el CMONOC funciona con normalidad Siete estaciones
fiduciales forman parte de la red de estaciones IGS y los datos obtenidos a partir de
la red se han utilizado en multitud de estudios cientiacuteficos En la Figura 344 se
muestra la tasa de movimiento horizontal de la corteza continental China basada en
los datos de CMONOC
Figura 344 Velocidades horizontales de las estaciones pertenecientes a la red fiducial de CMO-
NOC y principales unidades tectoacutenicas de China (Liren et al 2003)
32525 Islandia Red ISGPS
Islandia se situacutea en el tercio septentrional de la dorsal atlaacutentica que con un eje nor-
te-sur disecciona la isla y al mismo tiempo sirve de liacutemite a las placas continenta-
les americana y eurasiaacutetica La enorme actividad siacutesmica a lo largo de este acciden-
3 Introduccioacuten
118
te geoloacutegico se manifiesta mediante potentes erupciones submarinas bajo el Atlaacuten-
tico y en forma de afloramientos insulares de naturaleza volcaacutenica
Como consecuencia de estas fuerzas tectoacutenicas el territorio formado por una buena
parte de los fiordos occidentales asiacute como una amplia extensioacuten de la franja orien-
tal de Islandia surgieron del mar hace 16 millones de antildeos por lo que desde el
punto de vista geoloacutegico la isla es una de las masas terrestres maacutes joacutevenes del pla-
neta
Figura 345 Red ISGS de estaciones permanentes en Islandia (ISGPS)
La ubicacioacuten de Islandia sobre la mismiacutesima dorsal atlaacutentica y la consecuente parti-
cioacuten de su tierra emergida en dos mitades pertenecientes a cada una de las mencio-
nadas placas tectoacutenicas origina que los seiacutesmos y las erupciones volcaacutenicas se ma-
nifiesten continuamente hasta el punto de haberse estimado que la tercera parte de
todas las coladas de lava surgidas en el globo en uacuteltimo milenio se han generado en
la Islandia
La Oficina Meteoroloacutegica Islandesa gestiona una red de estaciones geodeacutesicas per-
manentes GPS en Islandia para monitorizar la deformacioacuten cortical relacionada con
los movimientos tectoacutenicos la actividad volcaacutenica y los terremotos Con instrumen-
tos de calidad geodeacutesica y software especializado se obtienen posiciones diarias de
las estaciones dentro del rango de unos pocos miliacutemetros Estaciones CGPS por lo
tanto son una excelente herramienta para monitorear la deformacioacuten cortical
3 Introduccioacuten
119
Se puede obtener informacioacuten adicional acerca de esta red en la paacutegina web
httphraunvedurisjaenglishwebgpshtml
La red se inicioacute como un proyecto de colaboracioacuten en el antildeo 1999 para vigilar los
movimientos de la corteza terrestre en zonas tectoacutenicas y volcaacutenicas activas en Is-
landia
Actualmente hay 18 estaciones GPS continuas en Islandia (ver Figura 345) de las
cuales 14 pertenecen a la red ISGPS tres son estaciones IGS y una es gestionada
por la National Land Survey of Iceland El disentildeo de la red ISGPS estaacute se basa en la
simplicidad robustez y eficiencia de costes El nuacutemero de componentes eleacutectricos
en el campo se reduce al miacutenimo se utiliza un disentildeo de monumento de acero
inoxidable para conseguir una alta estabilidad
Los datos de las estaciones ISGPS se descargan automaacuteticamente y se procesan a
diario Se utiliza el software Oberland V42 para procesar los datos Las series ob-
servadas en la mayoriacutea de estaciones de ISGPS estaacuten dominadas por el movimiento
causado por la divergencia de las placas norteamericana y euroasiaacutetica en general
de acuerdo con el modelo NUVEL-1A Las discrepancias se observan en las esta-
ciones que estaacuten dentro de la zona de deformacioacuten liacutemite de placas o cerca de fuen-
tes de deformacioacuten volcaacutenica La red ISGPS a lo largo del tiempo que lleva operati-
va ha demostrado ser una herramienta muy valiosa para monitorizar las
deformaciones
32526 Japoacuten Red GEONET
El archipieacutelago de Japoacuten se ubica en una de las zonas geoloacutegicamente maacutes inesta-
bles y complejas del planeta Se trata de un paiacutes altamente siacutesmico debido a su ubi-
cacioacuten en el Cinturoacuten de Fuego del Pacifico El territorio japoneacutes es el resultado de
continuos e inmensos movimientos tectoacutenicos que llevan producieacutendose durante
centenares de millones de antildeos desde mediados del Periacuteodo Siluacuterico hasta el Pleis-
toceno Este proceso tiene su origen en la subduccioacuten de la placa Filipina y la placa
Paciacutefica debajo de las continentales placa Ojotsk (subplaca de la placa Euroasiaacutetica)
y placa Amuria (subplaca de la Norteamericana)
En Japoacuten los temblores de tierra son frecuentes (con una intensidad reducida a mo-
derada) Tienen lugar maacutes de 5000 movimientos siacutesmicos al antildeo de los cuales
1000 son percibidos por la poblacioacuten y de ellos soacutelo unos cuantos son terremotos
violentos
La autoridad responsable de la informacioacuten geoespacial en Japoacuten ( Geographical
Survey Institute GSI) gestiona una red de estaciones de control GNSS que cubren
archipieacutelago japoneacutes con maacutes de 1200 estaciones con una separacioacuten promedio de
unos 20 km (desde marzo de 2004) para la monitorizacioacuten de la deformacioacuten de la
corteza terrestre para la realizacioacuten de trabajos topograacuteficos Se puede obtener maacutes
3 Introduccioacuten
120
informacioacuten acerca de esta red en su paacutegina web
httpterrasgsigojpjaterras_englishhtml
Los datos de observacioacuten
recogidos en cada estacioacuten
estaacuten abiertos para uso puacuteblico
y privado en Japoacuten Los fiche-
ros en formato RINEX con
intervalo de 30 segundos se
facilitan al puacuteblico a traveacutes de
Internet
Recientemente se actualizoacute el
sistema GEONET para mejo-
rar las capacidades en tiempo
real En la mayoriacutea de las
estaciones se observan y
transmiten datos a 1 Hz en
tiempo real Estos datos en
tiempo real dan servicio a los
usuarios comerciales de servi-
cio de posicionamiento
Por parte de GSI actualmente
se llevan a cabo anaacutelisis casi
en tiempo real de las 1200
estaciones de forma rutinaria
para prevenir situaciones de
emergencia o para dar una respuesta raacutepida a un episodio siacutesmico o volcaacutenico (Ha-
tanaka et al 2007)
32527 Programa indio de red nacional GNSS para el control de deformacioacuten
cortical
El subcontinente indio es una de las regiones maacutes propensas a terremotos del mun-
do En el uacuteltimo siglo varios terremotos de gran magnitud como el de Andaman-
Sumatra (Mw 93) en 2004 y el de 2005 en Cachemira (Mw 76) cuyos epicentros
se situaron tanto en el interior como en el borde de placa La regioacuten cuenta con una
tectoacutenica muy compleja incluyendo los principales sistemas de fallas de la zona de
colisioacutendel Himalaya
Mediante teacutecnicas geodeacutesicas GNSS se pretende comprender la dinaacutemica tectoacutenica
de la zona y medir la acumulacioacuten de esfuerzos
En India los estudios geodeacutesicos basados en teacutecnicas espaciales se iniciaron con el
lanzamiento de un amplio Programa Nacional GNSS en sismologiacutea por el Departa-
Figura 346 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones
de GEONET Hatanaka et al 2007)
3 Introduccioacuten
121
mento de Ciencia y Tecnologiacutea en 1997 Bajo este programa fue establecida una
red de 50 estaciones permanentes GNSS en ubicaciones adecuadas para la investi-
gacioacuten siacutesmica (ver Figura 347)
El programa GNSS Nacional
Indio se estaacute llevando a cabo
con el fin de proporcionar un
impulso a las medidas de
deformacioacuten cortical de la
placa India la identificacioacuten
de las regiones de acumula-
cioacuten de tensioacuten y para esti-
mar las tasas de convergencia
de las fallas maacutes importantes
Bajo este programa se ha
establecido la red de estacio-
nes GNSS permanentes La
red ha generado conjuntos de
datos muy valiosos que han
ayudado en la estimacioacuten de
movimiento de la placa india
Las mediciones tambieacuten se
han utilizado en el control de
deformaciones co-siacutesmicas y
post-sismicas relacionadas con los recientes terremotos ocurridos en la India y las
regiones adyacentes Se puede obtener maacutes informacioacuten acerca de este programa en
la paacutegina web httpwwwisrogovinnewsletterscontentsspaceindiajan2012-
jun2012enewsletterhtm
32528 Turquiacutea Programas del grupo de trabajo en Geodinaacutemica Unioacuten
nacional de Geodesia y Geofiacutesica de Turquiacutea
Turquiacutea estaacute situada en la placa de Anatolia entre las placas de Arabia y Euro-
asia Como consecuencia del movimiento convergente entre eacutestas se produce
un desplazamiento hacia el oeste de la placa de Anatolia Este desplazamiento
se manifiesta a traveacutes de las fallas septentrional y oriental de Anatolia Las fa-
llas transformantes norte y este de Turquiacutea son normalmente verticales y atra-
viesan toda la corteza terrestre con un trazado maacutes o menos lineal que alcanza
cerca de mil kiloacutemetros de longitud siendo aquiacute donde principalmente se locali-
zan los grandes terremotos que suceden en esta regioacuten
La falla de Anatolia es de tipo transformante tiene unos 900 km de longitud y
sus longitudes y tasa de movimiento son similares a los de la falla de San An-
dreacutes en California (Estados Unidos)
Figura 347 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones de la red nacional GNSS india
3 Introduccioacuten
122
Aunque la regioacuten tiene una larga historia de terremotos destructivos el terremo-
to de Izmit en agosto de 1999 fue de los maacutes importantes de este siglo en mag-
nitud y consecuencias
Red turca de estaciones GPS permanentes (TNPGN)
La red TNPGN estaacute formada por 144 estaciones (ver figura 348) aunque esaacute en
continuo crecimiento debido al gran intereacutes que ha despertado en la comunidad
cientiacutefica Los anaacutelisis de los datos de las estaciones TNPGN se llevan a cabo en la
Direccioacuten General de Cartografiacutea sobre una base diaria La finalidad de la red es
fundamentalmente geodeacutesica topograacutefica geodinaacutemica y para trabajos de ingenie-
riacutea
Figura 348 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones de la red TUSAGA Kurt M et al 2011
Las estaciones son TNPGN son utilizadas profusamente en control geodeacutesico y
vigilancia de los movimientos de la corteza terrestre siendo una herramienta indis-
pensable para la investigacioacuten de la actividad tectoacutenica y siacutesmica de una regioacuten muy
activa como es Anatolia y sus alrededores
Igualmente los datos de TUSAGA proporcionan una ayuda importante para la pre-
diccioacuten meteoroloacutegica a corto plazo
32529 Red Geodeacutesica Nacional SIRGAS-Chile Proyecto Feacutenix
Al final del Paleozoico hace 251 millones de antildeos Chile perteneciacutea al bloque con-
tinental denominado Gondwana No era maacutes que una depresioacuten marina con sedi-
mentos acumulados que comenzoacute a levantarse a finales del Mesozoico hace
65 millones de antildeos debido al choque entre las placas de Nazca y Sudamericana
dando origen a la cordillera de los Andes El territorio seriacutea modelado por millones
de antildeos maacutes debido al plegamiento de las rocas configurando el actual relieve
3 Introduccioacuten
123
Chile es considerado uno de los paiacuteses siacutesmicamente maacutes activos debido a su ubica-
cioacuten en el Cinturoacuten de fuego del Paciacutefico Gran parte del territorio continental yace
junto a la zona de subduccioacuten de la placa de Nazca bajo la placa Sudamericana En
cambio al sur del istmo de Ofqui en la Regioacuten de Ayseacuten la subduccioacuten es produ-
cida por la placa Antaacutertica que se mueve a menor velocidad que la de Nazca y por
ende es siacutesmicamente menos activa
A lo largo de su historia diversos terremotos han azotado al paiacutes reconfigurando
su geografiacutea fiacutesica y humana siendo el tipo de cataacutestrofe natural maacutes dantildeino en
Chile Al movimiento siacutesmico en siacute y a la destruccioacuten producida se suman diversos
efectos colaterales entre los que se destacan los aludes y los tsunamis
El terremoto de Chillaacuten de 1939 ha sido el maacutes mortiacutefero en la historia de Chi-
le con una cifra oficial de 5648 muertos El terremoto de Valdivia de 1960 ha sido
el maacutes potente registrado en Chile y en la historia de la humanidad con una magni-
tud de 95 MW
Objetivos del proyecto
Muchas infraestructuras del centro sur de Chile fue dantildeada por el terremoto del 27
de febrero del 2010 el quinto maacutes grande registrado en la historia El sistema geo-
deacutesico nacional que proporciona georreferenciacioacuten de precisioacuten a los usuarios
tambieacuten ha sido afectado por los movimientos cosiacutesmicos y postsiacutesmicos asociados
a este devastador terremoto y a sus reacuteplicas posteriores La manera maacutes raacutepida de
restaurar el sistema de referencia al nivel del centiacutemetro en las aacutereas afectadas es
construir una gran cantidad de nuevas estaciones permanentes GPS lo maacutes raacutepida-
mente posible Eacuteste es el objetivo principal del proyecto y de los miembros que lo
componen
El Proyecto Feacutenix estaacute conformado por el Instituto Geograacutefico Militar (IGM) inge-
nieros y cientiacuteficos del proyecto CAP (Central Andes Project) maacutes un nuacutemero cre-
ciente de colaboradores de Chile de los EEUU Europa y otras partes El Proyec-
to CAP ha estado desarrollando trabajos en conjunto con el IGM en Chile desde
1993 El proyecto Feacutenix ha recibido ya la financiacioacuten significativa del National
Science Foundation (NSF) de los EEUU de la Universidad de Estado de Ohio
de la Universidad de Hawaii del Instituto Tecnoloacutegico de California y de UNA-
VCO (Consorcio cientiacutefico financiado por el NSF)
El Proyecto Feacutenix participa activamente con la Universidad de Chile California
Institute of Technology (USA) Escuela Normal Superior (Francia) Hamilton Co-
llege (USA) y Pacific Geoscience Center (Canada)
3 Introduccioacuten
124
En concreto las actuaciones del proyecto SIRGAS son las siguientes
- Instalacioacuten de 50 estaciones permanentes GPS para labores de monitoriza-
cioacuten cntinuo sumadas a las estaciones ya existentes
- Comunicaciones
- Determinacioacuten de las deformaciones que afectaron a la Red Geodeacutesica Na-
cional su continuidad y validez en el tiempo
- Caacutelculo de efecto co-siacutesmico
- Estimacioacuten del efecto post-siacutesmico
- Anaacutelisis cientiacutefico del terremoto del 27 de febrero del 2010
4 Estudios realizados
125
4 Estudios realizados
El sesenta por ciento de las muertes causadas por desastres naturales en la pasada
deacutecada se debieron a terremotos La monitorizacioacuten de terremotos ha cobrado gran
importancia en los recientes estudios cientiacuteficos y una de las maacutes recientes incorpo-
raciones a las numerosas teacutecnicas interdisciplinares utilizadas para estudiar los te-
rremotos son las tecnologiacuteas GNSS
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento permanente de las aacutereas
cercanas al epicentro Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes
han creado una herramienta y un marco de referencia terrestre esencial para el estu-
dio de dichos desplazamientos
En la tesis que se presenta se trata de situar y cuantificar geograacutefica y temporalmen-
te mediante teacutecnicas GNSS los desplazamientos producidos en el episodio siacutesmi-
co del terremoto de Tohoku el 11 de marzo de 2011 el episodio siacutesmico del terre-
moto de Lorca del 11 de mayo de 2011 el terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre
de 2011 el volcaacuten submarino de El Hierro que entroacute en erupcioacuten el 10 de octubre
de 2011 la subsidencia histoacuterica de la cuenca de Lorca y el movimiento relativo
entre las placas Africana y Eurasiaacutetica en la Peniacutensula Ibeacuterica
4 Estudios realizados
126
41 Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la
distancia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11
de marzo de 2011
411 Introduccioacuten
De acuerdo con el UNFPA (United Nations Population Fund) a fecha de 31 de
octubre de 2011 siete mil millones de personas habitan la Tierra Aproximadamen-
te una de cada dos personas vive en una ciudad y soacutelo en unos 35 antildeos dos de cada
tres En 2015 maacutes de la mitad de la poblacioacuten mundial viviraacute en zonas urbanas y en
2030 las ciudades seraacuten el hogar de casi 5000 millones de personas (United Na-
tions Population Fund 2012)
Seguacuten el CRED (Centre for Researchonthe Epidemiology of Disasters) el 60 por
ciento de las muertes causadas por los desastres naturales en los uacuteltimos diez antildeos
se han debido a los terremotos y la razoacuten es que ocho de las ciudades maacutes pobladas
del planeta estaacuten construidas sobre liacuteneas de fallas tectoacutenicamente activas Estas
ciudades son Katmanduacute Nepal Estambul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta
Indonesia Tokio Japoacuten Meacutexico DF Meacutexico Nueva Delhi India aacuterea de Nueva
York EEUU Vancouver BC Shanghai China y Los Angeles EEUU (Centre for
Research on the Epidemiology of Disasters 2012)
Por esta razoacuten el estudio de los terremotos tiene un gran intereacutes para intentar ser
capaces de predecir en queacute aacutereas la probabilidad de ocurrencia de un terremoto es
maacutes grande y en la medida de lo posible cuaacutel seraacute su intensidad Por lo tanto la
monitorizacioacuten de sismos ha adquirido gran importancia en estudios cientiacuteficos
recientes Una de las maacutes recientes adiciones a las numerosas teacutecnicas interdiscipli-
narias empleadas para el estudio de los terremotos son las teacutecnicas geodeacutesicas (Kul-
karni et al 2004)
Con la aparicioacuten de los datos GPS de alta cobertura las diferencias entre las obser-
vaciones y el modelado siacutesmicos y geodeacutesicos se han vuelto borrosas (Yue and Lay
2011) Wright TJ (2011) utiliza el posicionamiento de punto preciso en el modo
tiempo real con con correcciones de orbitales y de reloj radiodifundidas para dar la
posicioacuten de cada estacioacuten cada segundo permitiendo que los datos puedan detectar
los movimientos de la estacioacuten centraacutendose en alertas de tsunami (Wright et al 2012) La disponibilidad en tiempo real de estos desplazamientos puede ser de gran
utilidad en respuesta al terremoto y alerta de tsunami y hasta cierto punto en la
alerta temprana del terremoto (Grapenthin and Freymueller 2011) Grapenthin
propone un meacutetodo que integra desplazamientos en tiempo real en un sistema de
alarma de terremotos
En 1969 el sismoacutelogo japoneacutes Kiyoo Mogi propuso que existe un patroacuten de sismi-
cidad precursora antes de grandes terremotos (Mogi 1969) uno de estos precurso-
res son los desplazamientos de la corteza El estudio de la deformacioacuten de la corteza
4 Estudios realizados
127
es uno de los aspectos esenciales en el conocimiento de los terremotos (Sagiya
2004) Este artiacuteculo es parte de un estudio maacutes amplio dirigido a investigar la de-
formacioacuten de la corteza terrestre como precursor de los eventos siacutesmicos Las de-
formaciones superficiales detectadas mediante el sistema de posicionamiento global
han aumentado las posibilidades de mitigar futuros riesgos siacutesmicos (Chen et al
2011)
El uso del sistema GPS ha sido la teacutecnica maacutes precisa y conveniente en levanta-
mientos geodeacutesicos en los uacuteltimos 20 antildeos Debido a su alta precisioacuten en las posi-
ciones y su eficacia en una amplia gama de trabajos el GPS en la actualidad ha
superado casi en su totalidad a los meacutetodos terrestres para trabajos geodeacutesicos de
alta precisioacuten (Chang 2000)
Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes han creado una he-
rramienta y un marco de referencia terrestre muy relevante para el estudio de las
deformaciones de la corteza terrestre debidas a fuerzas tectoacutenicas Estas tecnologiacuteas
son de gran intereacutes para estudios de geodinaacutemica y deformaciones Aunque la de-
formacioacuten es un indicador maacutes objetivo que el desplazamiento debido a que no se
requiere marco de referencia (Takahashi 2011) las teacutecnicas GNSS permiten cuanti-
ficar con garantiacutea los desplazamientos de las estaciones ocurridos durante los terre-
motos como consecuencia los movimientos horizontales y verticales se pueden
medir en fallas y regiones tectoacutenicamente activas y relacionarlos con otras zonas no
afectadas El sistema GPS ha demostrado ser una herramienta muy eficaz para lle-
var a cabo estudios de deformacioacuten debido a su alta precisioacuten y exactitud (Kulkarni
et al 2006)
Es posible crear mapas de vectores de desplazamiento de estas redes dentro de los
marcos de referencia geodeacutesica que permiten medir con precisioacuten los desplaza-
mientos hasta una escala milimeacutetrica
En Espantildea tanto el Estado como las regiones o comunidades han creado redes de
estaciones permanentes GNSS con densificacioacuten suficiente para evaluar los efectos
siacutesmicos Esta teacutecnica se ha utilizado desde hace tiempo en California para el anaacuteli-
sis de la falla de San Andreacutes y otras fallas en el aacuterea de Los Aacutengeles (Hudnut
2008) Se utiliza tambieacuten en Chile donde la liberacioacuten de energiacutea siacutesmica conduce a
movimientos continuos Los estudios de desplazamiento del terremoto de Maule
(febrero de 2010) se llevaron a cabo mediante teacutecnicas GPS (Global Position Sys-
tem) (Baacuteez et al 2011) En 2007 el comportamiento cinemaacutetico y mecaacutenicas de la
Falla Chihshang a la luz del terremoto Chengkung fue estudiado tambieacuten por teacutecni-
cas GPS (Hu et al 2007)
En Japoacuten donde suceden maacutes del 20 de los terremotos con valores por encima de
magnitud 60 Mw los expertos del USGS han analizado los datos GNSS y han detectado en las estaciones GNSS maacutes cercanas al epicentro del terremoto movi-
mientos de cuatro metros hacia el este El geofiacutesico Ross Stein dice que como re-
4 Estudios realizados
128
sultado (New York Times 2011) Japoacuten es maacutes ancho de lo que era antes Seguacuten
Gross cientiacutefico del JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA la velocidad de
rotacioacuten de la Tierra tambieacuten se ha visto alterada por el terremoto (Jet Propulsion
Laboratory 2011)
No hay duda sobre el hecho de que las teacutecnicas GNSS poseen un gran intereacutes estra-
teacutegico y constituyen una poderosa herramienta en el anaacutelisis de la deformacioacuten de la
corteza terrestre
El presente estudio trata de situar y cuantificar geograacutefica y temporalmente por
medio de tecnologiacuteas geodeacutesicas concretamente teacutecnicas GNSS los desplazamien-
tos producidos en el episodio siacutesmico del terremoto de Tohoku en la Figura 41 se
muestra la secuencia del prograso del citado tsunami La escala temporal incluye
del 27 de febrero hasta el 15 de abril de 2011
El viernes del 11 de marzo del 2011 a las 144623 hora local (054623 UTC) uno
de los terremotos maacutes grandes y mortiacuteferos de los que hay constancia histoacuterica se
produjo a 130 kiloacutemetros al este de Sendai en la regioacuten de Tohoku Japoacuten La mag-
nitud del terremoto alcanzoacute 90 Mw y provocoacute un tsunami que destruyoacute la costa
oeste de la isla de Honshu provocando enormes peacuterdidas humanas y materiales
destacando la crisis producida en la central nuclear de Fukushima
El terremoto de Tohoku se produce en la zona de subduccioacuten de la placa del Paciacutefi-
co bajo la placa de Okhotsk Es una zona tectoacutenicamente compleja y muy activa en
la que la actividad siacutesmica es muy alta La velocidad de convergencia entre estas
dos placas vecinas es de unos 85 mm al antildeo (Spicak and Vanek 2011)
Figura 41 Secuencia del progreso del tsunami en la zona de Sendai NHK Televisioacuten
4 Estudios realizados
129
412 Objetivo de la investigacioacuten
Los terremotos se puede explicar baacutesicamente con la siguiente secuencia temporal
de sucesos En primer lugar la tensioacuten se almacena en estratos deformados maacutes
tarde se produce una ruptura de rocas en un punto deacutebil producieacutendose finalmente
la liberacioacuten repentina de la tensioacuten acumulada (Wang 2007)
Es de sobra conocido que uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento
de forma permanente de las aacutereas cercanas al epicentro los efectos de cada terremo-
to dependen de las caracteriacutesticas del mismo sobre todo de la intensidad y la pro-
fundidad del epicentro (Gianniou 2010)
El objetivo de este artiacuteculo consiste en la cuantificacioacuten de los movimientos tectoacute-
nicos producidos por el terremoto de Tohoku del 11 de marzo de 2011 Esta inves-
tigacioacuten se llevaraacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del Interna-
tional GNSS Service (IGS) con el objetivo de comprobar los movimientos de la
zona afectada por el terremoto en cuestioacuten en relacioacuten con el aacuterea geograacutefica cir-
cundante en principio no afectada por los citados movimientos
413 Antecedentes
La zona de arcos-isla situada al este del continente asiaacutetico conforma una de las
zonas maacutes activas del mundo desde el punto de vista siacutesmico El noreste de Japoacuten
ha sufrido muchos terremotos interplaca de magnitud 7 Mw a lo largo de esta zona
de subduccioacuten donde la placa Paciacutefica presiona y se introduce bajo la subplaca de
Okhotsk a un ritmo de entre 73 y 78 miliacutemetros por antildeo (Avouac 2011)
Seguacuten el USGS (United States Geological Survey) nueve terremotos de magnitud 7
o mayor se han observado a lo largo de la fosa de Japoacuten cerca de la costa de Hons-
hu desde 1973 (Spicak y Vanek 2011)
Sin embargo no se habiacutea registrado instrumentalmente terremotos interplaca de
magnitud superior a 75 Mw desde 1923 excepto en el aacuterea maacutes septentrional don-
de ha habido sismos de magnitud de hasta 79 Mw
No existen registros histoacutericos de movimientos siacutesmicos de 85 Mw desde el siglo
XVII Es de intereacutes resentildear que el mayor terremoto jamaacutes registrado alcanzoacute una
magnitud de 95 Mw en 1960 por la ruptura de maacutes de mil kiloacutemetros del liacutemite
entre la placa de Nazca y la Sudamericana a lo largo de la costa meridional de Chile
(Avouac 2011)
En 2002 los Responsables de Investigacioacuten de Terremotos del gobierno japoneacutes
comenzaron un estudio acerca de la evaluacioacuten a largo plazo de los terremotos en la
zona de subduccioacuten de la regioacuten de Tohoku y estimaron una probabilidad del 80-90 de que en el aacuterea se produjera un gran terremoto de magnitud 77-82 en los
4 Estudios realizados
130
siguientes 30 antildeos pero nunca mencionaron terremotos de magnitud 9 (Sagiya
2011)
414 Marco geoestructural
El archipieacutelago de Japoacuten se ubica en una de las zonas geoloacutegicamente maacutes inesta-
bles y complejas del planeta Consta de alrededor de 1042 islas y maacutes de 2000
islotes Las cuatro islas centrales son las mayores Hokkaidō Honshū Shikoku y
Kyushu que suman alrededor del 98 de la superficie total El conjunto forma un
arco de noreste a suroeste de 3700 kiloacutemetros (Barnes 2003)
Se trata de un paiacutes altamente siacutesmico debido a su ubicacioacuten en el Cinturoacuten de Fuego
del Pacifico El territorio japoneacutes es el resultado de continuos e inmensos movi-
mientos tectoacutenicos que llevan producieacutendose durante centenares de millones de
antildeos desde mediados del Periacuteodo Siluacuterico hasta el Pleistoceno Este proceso tiene su
origen en la subduccioacuten de la placa Filipina y la placa Paciacutefica debajo de las conti-
nentales placa Ojotsk (subplaca de la placa Euroasiaacutetica) y placa Amuria (subplaca
de la Norteamericana)
En su mayoriacutea el territorio estaacute asentado sobre la placa de Ojotsk ubicaacutendose el
liacutemite con la placa Euroasiaacutetica (sector tambieacuten conocido como placa Amuria) al
centro-sur de la isla de Honshū a la altura del nudo montantildeoso y valle de la Fosa
Magna El resto del territorio japoneacutes se encuentra en la segunda placa indicada
Esta compleja distribucioacuten origina profundas y extensas fosas oceaacutenicas especial-
mente en la costa paciacutefica del archipieacutelago Destaca en particular la Fosa de Japoacuten
de alrededor de 9000 metros de profundidad originada por una falla con borde
convergente por subduccioacuten
Japoacuten estuvo asociado originalmente a la costa este del continente eurasiaacutetico Los
procesos de subduccioacuten movieron Japoacuten hacia el este originando la apertura del
Mar del Japoacuten hace alrededor 15 millones de antildeos y dando lugar a una cuenca sub-
marina El Estrecho de Tartaria y el Estrecho de Corea fueron abiertos mucho maacutes
adelante
Las colisiones entre estas placas y su posterior hundimiento generaron los arcos de
islas de las Kuriles y de Sajalin-Hokkaidocirc (al norte) el arco de Honshucirc que conecta
Kyūshū Shikoku Honshucirc y la porcioacuten oeste de Hokkaidocirc (en el centro) y los arcos
de las Ryucirckyucirc e Izu-Ogasawara (en el sur)
Los bordes entre la placa de Okhotsk y la placa Euroasiaacutetica se situacutean en el centro
de Honshucirc a lo largo de la Fossa Magna un valle que divide a Japoacuten en dos zonas
geoloacutegicas la nororiental y la suroccidental al oeste aparece bordeado por la liacutenea
tectoacutenica de Itoigawa-Shizuoka una falla que se extiende desde la ciudad de Itoi-
gawa (Niigata) hasta la ciudad de Shizuoka pasando por el lago Suwa y por las
montantildeas que conforman la frontera occidental de la Regioacuten de Kantō
4 Estudios realizados
131
En Japoacuten los temblores de tierra son frecuentes (con una intensidad reducida a mo-
derada) Tienen lugar maacutes de 5000 movimientos siacutesmicos al antildeo de los cuales
1000 son percibidos por la poblacioacuten y de ellos soacutelo unos cuantos son terremotos
violentos en la Figura 42 se muestran las intensidades del terremoto de Tohoku
Figura 42- Intensidades del terremoto de Tohoku Este mapa muestra el movimiento del terreno
y la intensidad de las sacudidas en docenas de puntos en todo Japoacuten Cada ciacuterculo representa una
estimacioacuten del movimiento seguacuten los registros del USGS El color amarillo paacutelido representa baja
intensidad y el rojo oscuro alta intensidad Estos datos se superponen a un mapa de densidad de
poblacioacuten proporcionado por Oak Ridge del National Laboratory Tohoku Earthquake Shaking
Intensity NASA Earth Observatory Cartografiacutea realizada por Jesse Allen y Robert Simmon con
datos del USGS Earthquakes Hazard Program y del Oak Ridge National Laboratory Geographic
Information Science and Technology
Gran cantidad de fallas tectoacutenicas locales recorren la superficie originando sismos
de regular intensidad Las maacutes grandes son dos fallas transversales al sur de Hons-
hū la Liacutenea Tectoacutenica de Itoigawa-Shizuoka y la Liacutenea Tectoacutenica Media Japonesa
ambas fallas transformantes que se encuentran en el liacutemite de las placas de Okhotsk
y Euroasiaacutetica a lo largo del sistema montantildeoso de la isla
En ocasiones los terremotos resultan sumamente destructivos originando tsunamis
devastadores con una frecuencia de varias veces en un siglo Los terremotos prin-
4 Estudios realizados
132
cipales maacutes recientes incluyen el Gran terremoto de Hanshin-Awaji en 1995 el
Terremoto de la costa de Chūetsu de 2007 y el Terremoto y tsunami de Japoacuten de
2011 descrito en el presente artiacuteculo
415 Metodologiacutea
La ciencia de los terremotos ha entrado en una nueva era con el desarrollo de tecno-
logiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten de la superficie en las zonas tectoacutenica-
mente activas y en este sentido Japoacuten estaacute a la vanguardia en la puesta en marcha
de estas tecnologiacuteas en concreto con el desarrollo hace unos 15 antildeos de GeoNet
una extensa red de estaciones GPS que toma datos continuamente
Las estaciones de referencia que operan de forma continua pueden ser una forma
muy potente de monitorizar las deformaciones (Oumlzyasar y Oumlzluumldemir 2011)
Sin embargo y dado que el objetivo de este trabajo es contextualizar los movimien-
tos producidos por el terremoto en un marco de referencia maacutes amplio se optoacute por
la utilizacioacuten de los datos proporcionados por el IGS para conseguir una mayor
homogeneidad y amplitud geograacutefica de la informacioacuten
4151 Datos de partida
Todas las estaciones permanentes GPS utilizadas pertenecen al IGS (International
GPS Service) por lo que los resultados obtenidos estaraacuten en el ITRF (International
Terrestrial Reference Frame) (Promthong 2006)
Se tomaron una serie de estaciones maacutes o menos cercanas al epicentro del terremoto
que son MIZU (Mizusawa Iwate Japoacuten) USUD (Usuda Usuda Japoacuten) MTKA
(Mitaka Tokio Japoacuten) KGNI (Koganei Tokio Japoacuten) TSK2 (Tsukuba Ibaraki
Japoacuten) y KSMV (Kashima Ibaraki Japoacuten) De la misma forma se tomaron una
serie de estaciones maacutes alejadas previsiblemente no afectadas por el terremoto
para poder ser utilizadas como marco de referencia estable estas son CHAN (Cha-
gchun Jilin China) SHAO (Shanghai Sheshan China) PETS (Petropavlovsk
Kamchatka Federacioacuten rusa) CCJ2 (Chichijima Ojeasawara Tokio Japoacuten)
KHAJ (Khabarovsk Khabarovsk Federacioacuten rusa) BJFS (Beijing Fangshan
Fangshan Beijing China) STK2 (Shintotsukawa Hokkaido Japoacuten) y AIRA (Aira
Kagoshima Japoacuten)
Del mismo modo se incluyeron en el anaacutelisis una serie de estaciones internaciona-
les del IGS ubicadas maacutes lejos y que probablemente no se ven afectadas por el
terremoto Se eligieron para ser utilizadas como marco estable esto se hace para
establecer una solucioacuten de referencia no deformada (Satirapod 2007) estas esta-
ciones son CHAN (Chagchun Jilin China) SHAO (Shanghai Sheshan China) PETS (Petropavlovsk Kamchatka Russian Federation) CCJ2 (Chichijima
Ojeasawara Tokyo Japan) KHAJ (Khabarovsk Khabarovsk Russian Federation)
4 Estudios realizados
133
BJFS (Beijing Fangshan Fangshan Beijing China) STK2 (Shintotsukawa Hok-
kaido Japan) and AIRA (Aira Kagoshima Japan) La Figura 43 muestra la red
geodeacutesica disentildeada
El IGS nos proporciona datos de observacioacuten GPS de todas las estaciones elegidas
Se tomaron de este organismo los citados datos en forma de archivos RINEX cada
30 segundos asiacute como las coordenadas aproximadas de las estaciones
Otros datos necesarios para los caacutelculos geodeacutesicos realizados se obtuvieron del
Center forOrbitDetermination in Europe (CODE) correcciones ionosfeacutericas oacuterbitas
precisas de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las
estaciones
Los datos acerca de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del OnsalaSpaceObservatory
Figura 43 Cartografiacutea de la red geodeacutesica disentildeada y marco geoestructural del aacuterea que abarca
4152 Marco temporal
Una vez elegidas las estaciones que forman parte del estudio se definioacute el marco
temporal
4 Estudios realizados
134
Se decidioacute realizar los caacutelculos la semana GPS anterior al terremoto concretamente
desde el diacutea 27 de febrero al 5 de marzo asumiendo que se trata de un periodo de
relativa calma para poder estudiar el comportamiento de las coordenadas de las
estaciones los diacuteas previos al terremoto
Una vez obtenidas esas coordenadas se procedioacute a obtener las posiciones diarias de
cada estacioacuten desde dos diacuteas antes del terremoto esto es el 9 de marzo hasta 10
diacuteas despueacutes el 21 de marzo no hay datos del diacutea del terremoto A partir de enton-
ces se calcularon las coordenadas de cada estacioacuten cada 5 diacuteas para el seguimiento
de las posibles reacuteplicas hasta un mes despueacutes el 15 de abril
4153 Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda del programa informaacutetico Bernese de
la Universidad de Berna que nos permite compensar redes geodeacutesicas observadas
mediante teacutecnicas GNSS con una gran precisioacuten y control de las mismas (Dach et
al 2007)
Todos los datos GPS disponibles fueron procesados sesioacuten a sesioacuten para obtener
soluciones diarias En una primera etapa las ambiguumledades se estimaron y se fija-
ron a un entero utilizando la estrategia QIF (QuasiIonosphere Free) Los caacutelculos se
realizaron utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes
tarde las coordenadas de las estaciones maacutes alejadas fueron constrentildeidas para defi-
nir un marco de referencia El retraso troposfeacuterico se corrigioacute aplicando el modelo
de Saastamoinen con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2(z) sien-
do z la distancia cenital La correccioacuten troposfeacuterica seca se aplicoacute a intervalos de
una hora para estimar el retardo de ceacutenit de las sentildeales GPS Por otra parte la de-
mora ionosfeacuterica se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de las frecuencias
L1 y L2 Los errores del reloj del sateacutelite se eliminaron mediante el uso de efemeacuteri-
des precisas proporcionadas por el IGS en formato sp3 Los modelos ionosfeacutericos
velocidades de placas y correcciones Code-Bias se tomaron del CODE (Center for
Orbit Determination in Europe) Por uacuteltimo las correcciones de carga oceaacutenica se
obtuvieron del OnsalaSpaceOrganisation
Como resultado de todo el proceso se obtuvieron coordenadas en el marco de refe-
rencia geodeacutesico WGS84 y en el sistema de coordenadas UTM de cada uno de los
diacuteas calculados
416 Resultados obtenidos
Una vez realizados los caacutelculos se observaron considerables desplazamientos en las
estaciones permanentes situadas cerca del epicentro Este hecho se hace patente de
forma especial en la estacioacuten MIZU situada en la localidad de Mizusawa a 37441 km del epicentro como muestran las Figuras 44 y 45
4 Estudios realizados
135
Figura 44- Graacutefica en la que se muestra el desplazamiento de la estacioacuten de referencia MIZU en
las coordenadas X e Y
Figura 45 Desplazamientos horizontales en la estacioacuten MIZU Se observa la falta de datos desde
el diacutea del terremoto (11 marzo) hasta el diacutea 16 de marzo debido a que la estacioacuten quedoacute tempo-
ralmente dantildeada
4 Estudios realizados
136
Estos desplazamientos se van haciendo menores a medida que nos alejamos del
epicentro aunque resultan apreciables todaviacutea como muestran las Figuras 46 y
47 que hacen referencia a la estacioacuten de Tsukuba
Figura 46- Graacuteficas en las que se muestra el desplazamiento de la estacioacuten de referencia TSK2
en las coordenadas X e Y
Figura 47 Desplazamientos horizontales en la estacioacuten TSK2
4 Estudios realizados
137
Y al elegir la estacioacuten BJFS (Beijing China) situada a maacutes de 2000 km del epicen-
tro vemos como el sismo no produce ninguacuten desplazamiento como muestran las
figuras 48 y 49 De hecho despueacutes de comparar varias soluciones diarias no se
encontraron cambios significativos en la posicioacuten por lo que se puede calificar de
posicioacuten praacutecticamente estable (Kuo et al 2002)
Figura 48- Graacuteficas de la
estacioacuten de referencia BJFS en
la que no se observa desplaza-
mientos horizontales
Figura 49 Desplazamientos horizontales
en la estacioacuten BJFS
4 Estudios realizados
138
El desplazamiento basado en las coordenadas estaacuteticas diarias se ve afectado por los
eventos que se producen en un diacutea sin embargo tiene la ventaja de la precisioacuten
(Nishimura et al 2011)
De acuerdo con el presente estudio el mayor desplazamiento se puede apreciar en
la estacioacuten de MIZU a 37441 kilometros del epicentro
Tambieacuten se deduce del estudio de los desplazamientos en cada una de las estacio-
nes que como cabiacutea esperar los mayores desplazamientos se producen en las esta-
ciones maacutes cercanas al epicentro disminuyendo eacutestos a medida que nos alejamos de
eacuteste como muestran la Tabla 41 y la Figura 410 En la estacioacuten STK2 situada a
579 km del epicentro ya no se detectan desplazamientos
Estacioacuten Distancia epicentral (km) Desplazamiento (m)
MIZU 1403616664 271
KSMV 3034331656 083
TSK2 3185424475 065
MTKA 3851859108 030
KGNI 3868428153 030
USUD 4305464129 028
STK2 5797006672 000
CCJ2 1246230605 000
KHAJ 1275402377 000
AIRA 1289163824 000
CHAN 1539536775 000
PETS 2049470607 000
SHAO 2082604379 000
BJFS 2278574053 000
Tabla 41 Desplazamiento y distancia al epicentro de cada una de las estaciones
4 Estudios realizados
139
Figura 410 Graacutefica en la que se muestra el desplazamiento en funcioacuten de la distancia al epicen-
tro
417 Conclusiones
Del estudio de las coordenadas obtenidas para cada una de las estaciones a lo largo
del periodo calculado se pueden destacar las siguientes conclusiones
- El terremoto Tohoku-Oki ocurrioacute en una de las zonas en las que la Placa
Paciacutefica se desplaza por debajo de Japoacuten a una media de 8 u 85 cm al antildeo
(Simona et al 2011) En el breve periodo del evento siacutesmico la zona proacute-
xima al epicentro de la isla del Honshū se desplazoacute al menos 275 metros
en direccioacuten sureste hacia la placa Paciacutefica (ver Figura 45)
- A medida que nos alejamos del epicentro el desplazamiento decrece consi-
derablemente siguiendo la expresioacuten
donde y es el desplazamiento en metros y x es la distancia al epicentro en
kiloacutemetros La Figura 410 presenta el desplazamiento en funcioacuten de la
distancia al epicentro de acuerdo con esta ecuacioacuten
- El desplazamiento coseismico causado por el terremoto de Tohoku de 2011
se estimoacute en base al anaacutelisis rutinario de GEONET diferenciando las coor-
denadas diarias desde el 10 al 12 de marzo y el desplazamiento horizontal
alcanzoacute 53 m en la Peniacutensula Oshika cerca del epicentro (Nishimura et al
4 Estudios realizados
140
2011) El desplazamiento teoacuterico en la estacioacuten de Oshika GEONET colo-
cada en la Peniacutensula Oshika a 5077 Km del epicentro seriacutea seguacuten nuestra
ecuacioacuten 475 m que es una muy buena aproximacioacuten no teniendo datos
precisos sobre la distancia al epicentro considerada en el anaacutelisis citado
- El terremoto rompioacute maacutes de 400 km de la corteza a lo largo de la zona de
subduccioacuten de Japoacuten (Normil 2011) El equipo de ARIA en el JPL y Cal-
tech determinoacute el desplazamiento del campo coseismic en el arco de Japoacuten
- regioacuten insular que mostroacute desplazamientos significativos hacia el este en
la regioacuten norte de Japoacuten como se muestra en la Figura 411 con despla-
zamientos maacuteximos de aproximadamente 53 m en horizontal y 11 m
(Wang et al 2011) de subsidencia Los resultados de este estudio corrobo-
ran el estudio llevado a cabo por la NASA con soluciones de oacuterbitas raacutepi-
das y usando soacutelo los datos de las estaciones de referencia GEONET
GNSS
Figura 411 Graacutefico en el que se muestra el desplazamiento en las estaciones de referencia
GEONET
- En las estaciones maacutes alejadas como se esperaba no se detecta ninguacuten desplazamiento horizontal el diacutea del terremoto
4 Estudios realizados
141
- En el caso de la componente vertical el terremoto no parece generar nin-
guacuten movimiento vertical detectable en Japoacuten
Como se ha dicho este artiacuteculo es parte de un estudio maacutes amplio dirigido a la in-
vestigacioacuten de la deformacioacuten del terreno como precursor del movimiento siacutesmico
se estaacuten estudiando diferentes eventos siacutesmicos en diferentes lugares para detectar
los patrones de comportamiento
4 Estudios realizados
142
42 Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca
del 11 de mayo de 2011
421 Introduccioacuten
La costa mediterraacutenea es un aacuterea de gran desarrollo turiacutestico motor econoacutemico de
la zona y cuya poblacioacuten se incrementa de forma notable a lo largo de los antildeos
Incluso eventos siacutesmicos moderados pueden producir desplazamientos del terreno o
bien olas marinas con la suficiente intensidad como para producir importantes da-
ntildeos tanto humanos como econoacutemicos (Aacutelvarez-Goacutemez et al 2011)
La zona sureste de la cordillera Beacutetica es el aacuterea con mayor actividad siacutesmica de la
peniacutensula Ibeacuterica Existen varias fallas cuaternarias de longitud superior a 50 km
que hacen de eacutesta un aacuterea de particular intereacutes para estudios paleosiacutesmicos y de
riesgo siacutesmico (Martiacutenez-Diacuteaz et al 2003)
Terremotos causantes de importantes dantildeos han tenido lugar en la provincia de
Murcia varias veces en los uacuteltimos 500 antildeos Aparte del terremoto que estamos
estudiando tres eventos significativos han tenido lugar en un periodo de soacutelo seis
antildeos Mula (1999) Bullas (2002) y La Paca (2005) (Garciacutea-Mayordomo et al 2007)
El mieacutercoles 11 de mayo de 2011 a las 064725 hora local (164725 UTC) se pro-
dujo a 58 Km al WSW de Murcia un terremoto de 1 km de profundidad [USG11]
La magnitud del sismo alcanzoacute los 51 Mw El terremoto de Lorca tuvo lugar en la
regioacuten que marca el liacutemite entre las placas de Eurasia y Aacutefrica (Nubia) donde esta
uacuteltima se mueve hacia el NO (United States Geological Survey 2011)
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento de forma permanente de
las aacutereas cercanas al epicentro los efectos de cada terremoto dependen de las carac-
teriacutesticas del mismo sobre todo de la intensidad y la profundidad del epicentro
(Gianniou 2010)
Las redes geodeacutesicas se usan como base de todo tipo de trabajos geodeacutesicos uno de
los cuales son los estudios geodinaacutemicos que utilizan los cambios en la posicioacuten de
las estaciones de control de una red en un determinado periodo de tiempo para en-
tender las caracteriacutesticas de los movimientos tectoacutenicos (Oumlzyasar y Oumlzluumldemir
2011)
El objetivo de este trabajo es el estudio de los efectos tectoacutenicos producidos por el
terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011
Esta investigacioacuten se llevaraacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) que se consideraraacuten en princi-
pio no afectadas por el sismo y que conformaraacuten el marco de referencia ademaacutes se
4 Estudios realizados
143
integraraacuten estaciones dependientes de otros organismos con el fin de densificar la
informacioacuten
Las deformaciones de la superficie detectadas mediante teacutecnicas GNSS se han de-
mostrado potentes para mitigar futuros riesgos siacutesmicos (Chen et al 2011) es por lo
que este estudio se engloba dentro de un proyecto que pretende estudiar la deforma-
cioacuten del terreno como precursor de fenoacutemenos siacutesmicos
422 Antecedentes
La peniacutensula Ibeacuterica estaacute considerada como una zona de sismicidad moderada den-
tro de esta la regioacuten de Murcia presenta una sismicidad media-alta (Atlas global de
la regioacuten de Murcia 2011)
La sismicidad en el sur de Espantildea estaacute provocada por la convergencia entre la placa
africana y la placa euroasiaacutetica caracterizada por terremotos de baja a moderada
magnitud La velocidad relativa entre las placas se estima entre 4 mm y 9 mm por
antildeo (Santoyo y Luzoacuten 2008)
La sismicidad de la regioacuten de Murcia ha sido estudiada por numerosos autores
seguacuten Ibarguumlen y Rodriacuteguez Estrella (Ibarguumlen y Rodriacuteguez 1996) en la regioacuten de
Murcia existen noticias sobre destrucciones concretas causadas por terremotos des-
de 1579
Figura 412Sismos maacutes importantes en la regioacuten de murcia y alrededores (Sismimur 2011)
4 Estudios realizados
144
El Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) desarrolla una labor continua de revisioacuten de
los cataacutelogos histoacutericos existentes con el fin de introducir modificaciones al cataacutelo-
go siacutesmico oficial La uacuteltima de estas revisiones ha dado lugar a la publicacioacuten del
Cataacutelogo Siacutesmico de la Peniacutensula Ibeacuterica (880 aC-1900) que sustituye a la ante-
rior revisioacuten de 1983 En el nuevo cataacutelogo se ha ampliado el nuacutemero de terremotos
identificados y se ha mejorado su localizacioacuten epicentral asiacute como la asignacioacuten de
la intensidad macrosiacutesmica (Sismimur 2011) De acuerdo con este cataacutelogo en el
interior de la Regioacuten de Murcia consta la ocurrencia de unos 123 terremotos princi-
pales hasta el antildeo 1920 cuyos epicentros aparecen representados en la Figura 412
Estos terremotos corresponden al periodo conocido como de sismicidad histoacuterica
ya que no existiacutea todaviacutea una infraestructura instrumental suficiente
En la Figura 412 se puede observar la distribucioacuten de la sismicidad histoacuterica en la
Regioacuten de Murcia y provincias limiacutetrofes (Sismimur 2011)
La mayoriacutea de los epicentros se localizan en este periodo a lo largo de una franja
central que coincide con la alineacioacuten NE-SW que conforma los valles del Guada-
lentiacuten Sangonera y la vega del Segura Asimismo a lo largo del curso medio del
Riacuteo Segura se distingue otra concentracioacuten de epicentros de direccioacuten NNE-SSW
En contraste destaca la escasa sismicidad localizada en los maacutergenes norte y sur de
la regioacuten lo que debe interpretarse con precaucioacuten ya que puede no responder a la
realidad Conviene tener en cuenta que la identificacioacuten de terremotos histoacutericos
depende de la existencia de suficientes pruebas documentales y evidentemente
eacutestas son maacutes faacuteciles de encontrar en el caso de terremotos ocurridos cerca de po-
blaciones principales (Sismimur 2011)
Seguacuten informacioacuten de la Direccioacuten General de Seguridad Ciudadana y Emergencias
dependiente de la Consejeriacutea de Presidencia de la Regioacuten de Murcia los mayores
sismos ocurridos en la regioacuten hasta 1920 son los que se muestran en la tabla 1 Soacutelo
se muestran aquellos con intensidad mayor de VII con anterioridad a 1920 A partir
de este grado de intensidad comienzan a registrarse dantildeos de importancia en algu-
nas edificaciones
Como puede apreciarse en la tabla en la localidad de Lorca ya se registraron terre-
motos de cierta intensidad en enero de 1579 y agosto de 1674
A partir de 1920 empieza ya a funcionar la primera red siacutesmica espantildeola pasando
asiacute ya al periodo instrumental En la Regioacuten de Murcia se encuentra la estacioacuten
denominada ldquoLa Murtardquo En este punto dado que ya se dispone del instrumental
necesario para ello se pasa a caracterizar a los terremotos por su magnitud en lugar
de por su intensidad lo que supone una forma maacutes objetiva
Desde el antildeo 1920 hasta aproximadamente mediados del antildeo 2005 se han registrado
en el interior de la Regioacuten de Murcia unos 1600 terremotos Entre ellos destacan 19
eventos principales con magnitud superior a 40 junto con dos de magnitud menor
4 Estudios realizados
145
que produjeron importantes dantildeos (Sismimur 2011) Tras la serie siacutesmica que con-
forman los terremotos de 1911 no se conoce actividad siacutesmica hasta 1948 cuando
se produjo el 23 de junio un terremoto de magnitud 53 A partir de entonces des-
tacan los de Mula (1999) Bullas (2002) y La Paca (2005)
Tabla 42 Terremotos y su intensidad Tomado de Sismimur 2011
Podemos observar en la Figura 413 que se producen terremotos por toda la Regioacuten
de Murcia aunque se aprecia una mayor sismicidad en el tercio central y la franja
limiacutetrofe con la Provincia de Alicante
Se pueden sentildealar varias agrupaciones de epicentros destacando las situadas si-
guiendo la alineacioacuten NE-SO de los valles del Guadalentiacuten Sangonera y Segura a
lo largo del curso alto del Riacuteo Segura y en la Cuenca de Fortuna y tambieacuten en el
aacuterea de Caravaca de la Cruz Jumilla y al Norte de Lorca El 97 de la sismicidad
se corresponde con terremotos de magnitudes inferiores a 40 De hecho en la zona
no se ha registrado auacuten un terremoto de gran magnitud (M gt 6) que pudiera tener
consecuencias catastroacuteficas Estudios recientes de paleosismicidad estiman que la
ocurrencia de un terremoto de estas caracteriacutesticas puede tener lugar cada varios
miles de antildeos Sin embargo se puede estimar que la ocurrencia de terremotos mo-
derados (M= 4-5) tiene lugar cada 4-5 antildeos como media Algunos de ellos han pro-
vocado dantildeos significativos (Sismimur 2011) En la Figura 413 podemos observar
la distribucioacuten de la sismicidad instrumental en el periodo de 1920 a 2005 en la Regioacuten de Murcia y zonas adyacentes
4 Estudios realizados
146
Figura 413 Distribucioacuten de la sismicidad instrumental en el periodo de 1920 a 2005 en la Regioacuten
de Murcia y zonas adyacentes (Sismimur 2011)
423 Marco geoestructural
La Regioacuten de Murcia se encuentra en el interior del Oroacutegeno Beacutetico que forma
parte de la zona de contacto de las placas tectoacutenicas de Aacutefrica y Eurasia al no exis-
tir en esta zona de contacto ninguacuten accidente geograacutefico capaz de absorber los es-
fuerzos producidos por el citado contacto los efectos se distribuyen a lo largo de
una zona de orientacioacuten E-W de alrededor de 400 km de ancho Mediante interfe-
rometriacutea espacial se ha calculado una velocidad de movimiento relativo en el centro
de la Peniacutensula Ibeacuterica entre las citadas placas de 02 mmantildeo con una direccioacuten
NO-SE (Sismimur 2011)
El nivel de peligrosidad siacutesmica de la Regioacuten de Murcia viene determinado por la
reparticioacuten de la deformacioacuten producida por la convergencia entre las placas Afri-
4 Estudios realizados
147
cana y Euroasiaacutetica en un aacuterea tan extensa unido a la relativamente baja velocidad
de acercamiento entre las placas ya que la liberacioacuten de energiacutea siacutesmica producto
de la convergencia Aacutefrica-Iberia tiene lugar preferentemente a traveacutes de pequentildeos
terremotos dispersos en lugar de a traveacutes de grandes terremotos singulares La dis-
tribucioacuten difusa de la sismicidad dificulta enormemente la identificacioacuten de fuentes
asociadas a accidentes tectoacutenicos concretos y la definicioacuten de zonas sismogeneacuteticas
resulta muy subjetiva
En la Figura 414 vemos un encuadre geoloacutegico regional de la Regioacuten de Murcia
El recuadro interno identifica la parte oriental de las Cordilleras Beacuteticas
Figura 414 Encuadre geoloacutegico regional de la Regioacuten de Murcia (Sismimur 2011)
Desde el punto de vista sismotectoacutenico la Regioacuten de Murcia presenta gran intereacutes
en lo que se refiere a la obtencioacuten de datos uacutetiles para el caacutelculo de la peligrosidad
siacutesmica Esto es asiacute debido a que las fallas con actividad neotectoacutenica en este sector
de la Cordillera Beacutetica presentan una gran longitud Este hecho hace que las super-
ficies potenciales de ruptura sean muy grandes y por ello las magnitudes maacuteximas
teoacutericas tambieacuten lo sean (Sismimur 2011)
En la Figura 415 se muestra un mapa de sismicidad del Sur de la Peniacutensula Ibeacuterica
y Norte de Aacutefrica (periodo 1980-2003) para magnitudes mayores de 35 Los datos son del Instituto Geograacutefico Nacional Los terremotos profundos se muestran en
4 Estudios realizados
148
negro Los intermedios en gris oscuro y los superficiales en gris claro Se muestran
ademaacutes los vectores de convergencia entre las placas Euroasiaacutetica y Africana
Figura 415 Mapa de sismicidad del Sur de la Peniacutensula Ibeacuterica y Norte de Aacutefrica (periodo 1980-
2003) para magnitudes mayores de 35 (Sismimur 2011)
En los uacuteltimos antildeos existe una tendencia hacia una mayor incorporacioacuten de datos
geoloacutegico-estructurales en los estudios sismotectoacutenicos con el fin de relacionar en
mayor medida el efecto siacutesmico (terremoto) con la fuente generadora (falla activa)
Es una manera de integrar observaciones de tipo geodinaacutemico y tectoacutenico a la hora
de interpretar la sismicidad (Sismimur 2011)
En la Figura 416 se muestra el mapa de sismicidad de intensidad MSK gt IV al este
de las Cordilleras Beacuteticas (periodo 1000-2005)
En este arco sismotectoacutenico la zona de la Regioacuten de Murcia es una zona de activi-
dad siacutesmica actual moderada caracterizada por terremotos de magnitud igual o
inferior a 50 Sin embargo tanto en el registro histoacuterico como en el paleosiacutesmico
se identifican eventos de magnitudes superiores a 60 A esto hay que antildeadir que en
los uacuteltimos 5 antildeos se han producido tres series siacutesmicas en el entorno de la Falla de
Crevillente con magnitudes superiores a 45 que han generado cuantiosos dantildeos
materiales y gran alarma social (Sismimur 2011)
Toda la zona que se describe presenta una alta densidad de fracturacioacuten con orienta-
ciones praacutecticamente en la totalidad de las direcciones Concretamente se pueden
reconocer 4 sistemas de fallas de orientacioacuten general NW-SE N-S (de NNW-SSE a NNE-SSW) NE-SW a ENE-WSW y WSW-ESE La longitud en superficie de estas
fallas no sobrepasa por lo general los 10 km
4 Estudios realizados
149
Se han identificado asociaciones con la sismicidad en todos los sistemas de orienta-
ciones ya sea por la ocurrencia de series siacutesmicas o por alineaciones de epicentros
bien localizados Esta situacioacuten sugiere que todos los sistemas de fallas indepen-
dientemente de su orientacioacuten son siacutesmicamente activos De este modo se explica
la distribucioacuten difusa de la sismicidad en la Regioacuten de Murcia Las fallas con mayor
grado de actividad reciente son las fallas de Alhama de Murcia y Carrascoy
Figura 416 Mapa de sismicidad de intensidad MSK gt IV al este de las Cordilleras Beacuteticas (pe-
riodo 1000-2005) (Sismimur 2011)
En la Figura 417 vemos las grandes Fallas del sureste de Espantildea Se indican los
diferentes segmentos tectoacutenicos que componen cada gran falla asiacute como su grado
de actividad tectoacutenica reciente La falla de Alhama de Murcia es la falla activa de
mayor longitud del sur de la Peniacutensula Ibeacuterica y se encuentra acompantildeada por nu-
merosas fallas secundarias de dimensiones que van desde 2 km hasta 15 oacute 20 km
muchas de las cuales pueden ser siacutesmicamente activas (Martiacutenez-Diacuteaz 1999)
4 Estudios realizados
150
Figura 417 Principales Fallas del sureste de Espantildea Fuente [SIS11]
Las fallas maacutes importantes son las siguientes 1 Pozohondo-Tobarra 2 Socovos-
Calasparra 3 Tiacutescar 4 Crevillente (sector Murcia) 5 Crevillente (sector Alican-
te) 6 Alhama de Murcia 7 Jumilla 8 Carrascoy 9 Bajo Segura 10 Torrevieja
11 San Miguel de Salinas 12 Palomares 13 Corredor de Las Alpujarras 14 Al-
hamilla 15 Carboneras 16 Las Moreras-Escarpe de Mazarroacuten
El segmento Lorca-Totana (b) de la falla de Alhama de Murcia es una estructura de
16 km de longitud compuesta por dos brazos de falla principales NE-SW (1) Una
falla inversa con inclinacioacuten NW con un fuerte buzamiento al NW y (2) una falla
inversa con inclinacioacuten SE buzando al SE con deslizamiento oblicuo (Massana et
al 2004)
La citada falla se desdobla generando un corredor de hasta 2 km de anchura en el sector comprendido entre Lorca y Totana donde se aprecia una complejidad tectoacute-
nica debida al caraacutecter polifaacutesico de este accidente y a los diferentes movimientos
4 Estudios realizados
151
que presenta tanto de caraacutecter inverso como de caraacutecter direccional que responden
seguacuten diversos autores a rotaciones del esfuerzo principal desde tiempos messinien-
ses hasta la actualidad (Martiacutenez-Diacuteaz y Hernaacutendez 1991)
En general todas estas fallas descritas presentan actividad que afecta a materiales
del Mioceno Superior Plioceno o Cuaternario por tanto tienen actividad bajo el
campo de esfuerzos actual Ello hace que sean fallas potencialmente activas capaces
de generar terremotos en cualquier momento de magnitudes superiores a 55 Cono-
ciendo la geometriacutea de una falla es posible estimar la magnitud maacutexima que genera-
riacutea un terremoto que rompiera toda la extensioacuten del plano de falla Por otra parte si
se conoce la edad de las uacuteltimas deformaciones asociadas a la falla o la tasa de
deslizamiento se puede inferir el periodo de recurrencia medio del evento maacuteximo
Los sistemas de fracturacioacuten secundaria que suelen ir asociados a distribuciones
difusas de la sismicidad tienden a incluirse en el caacutelculo de la peligrosidad forman-
do parte de zonas sismogeneacuteticas cualquier evento puede ocurrir con igual probabi-
lidad en cualquier lugar dentro de la zona
424 Metodologiacutea utilizada
Como muchos otros aspectos de la vida la ciencia de los terremotos ha entrado en
una nueva era con el desarrollo de tecnologiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten
de la superficie en las zonas tectoacutenicamente activas
En el presente artiacuteculo se utilizaraacuten teacutecnicas GNSS para cuantificar el desplaza-
miento si lo hubiera de las estaciones permanentes GNSS de la zona objeto del
terremoto tomando como referencia estaciones permanentes GNSS situadas en
zonas que se consideraraacuten no afectadas por el seiacutesmo
4241 Datos de partida
Se procesoacute la informacioacuten proporcionada por cuatro organismos que ofrecen datos
GNSS de sus estaciones permanentes de forma continua estos son
- Red REGAM (Cartomur ndash Infraestructura de datos espaciales de referencia
de la Regioacuten de Murcia) de donde se tomaron datos de las estaciones ALCA (Los
Alcaacutezares Murcia) CARA (Caravaca Murcia) JUMI (Jumilla Murcia) MAZA
(Mazarroacuten Murcia) MORA (Moratalla Murcia) y MULA (Mula Murcia)
- Red MERISTEMUM (Direccioacuten General del Medio Natural Consejeriacutea de
Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia) De la que se tomaron las
estaciones CRVC (Caravaca Murcia) LORC (Lorca Murcia) MURC (Murcia
Murcia)
4 Estudios realizados
152
- Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) De la que se tomoacute informacioacuten
de las estaciones CAAL (Calar Alto Gergal Almeriacutea HUOV (Huercal-Overa
Almeriacutea) PALC (Pozo Alcoacuten Jaeacuten) y VIAR (Villanueva del Arzobispo Jaeacuten)
- Red de estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional (IGN)
De donde se utilizaron los datos de las estaciones ALAC (Alicante Alicante)
ALME(Almeriacutea Almeriacutea) COBA (Coacuterdoba Coacuterdoba) MALA (Malaga Maacutelaga)
SONS (Sonseca Toledo) TERU (Teruel Teruel) Y VALE (Valencia Valencia)
De todas las estaciones citadas se tomaron como marco de referencia las pertene-
cientes al IGN excepto ALME y ALAC en la Figura 418 se muestra la distribucioacuten
de las estaciones permanentes utilizadas Todos los organismos mencionados pro-
porcionan datos de observacioacuten GPS en forma de archivos RINEX cada 30 segun-
dos asiacute como las coordenadas aproximadas de las estaciones datos que se utiliza-
ron para el estudio
Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red se obtuvieron del
Center forOrbitDetermination in Europe (CODE) estos datos son correcciones
ionosfeacutericas oacuterbitas precisas de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra
y velocidades de las estaciones
Los datos acerca de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del OnsalaSpaceObservatory
Figura 418 Estaciones permanentes utilizadas
4 Estudios realizados
153
4242 Marco temporal
Con el objetivo de estudiar el comportamiento de las estaciones antes del terremoto
se tomaron datos desde el 1 de mayo de 2011 hasta el diacutea del terremoto (11 de ma-
yo) considerando eacuteste como un periodo de calma A partir de entonces se procesa-
ron datos diarios hasta el 20 de mayo y desde ese diacutea se procesoacute un diacutea cada cinco
4243 Procesamiento de los datos
Todo el proceso de caacutelculo se llevoacute a cabo con la ayuda del programa informaacutetico
Bernese de la Universidad de Berna que nos permite compensar redes GNSS con
una gran precisioacuten y control de las mismas
Se realizoacute una primera compensacioacuten como red libre con el fin de detectar errores
groseros para posteriormente constrentildeir las coordenadas de las estaciones que
como ya se indicoacute se consideroacute que formariacutean el marco de referencia
Se eligioacute la combinacioacuten de libre ionosfera y el modelo troposfeacuterico de Hopfield
En el proceso de caacutelculo se utilizaron oacuterbitas precisas paraacutemetros ionosfeacutericos
correcciones Code-Bias y correcciones por cargas oceaacutenicas
Se obtuvieron coordenadas en el marco de referencia geodeacutesico ETRS89 y en el
sistema de coordenadas UTM de las estaciones en cada uno de los diacuteas calculados
425 Resultados obtenidos
Cuando se comparan varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calcula-
das en diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se
pueden utilizar para cuantificar los desplazamientos de la superficie terrestre y su
velocidad (Chang 2000)
En la Figura 419 se muestran las graacuteficas de la posicioacuten en funcioacuten del tiempo de
la estacioacuten de Lorca (LORC) Esta estacioacuten es la maacutes cercana al epicentro y en
principio deberiacutea registrar los mayores desplazamientos en el caso de existir
Una vez realizados todos los caacutelculos se observa que no se han producido despla-
zamientos significativos en ninguna de las estaciones estudiadas como consecuencia
del evento siacutesmico del 11 de mayo
4 Estudios realizados
154
Figura 419 Graacuteficas de la posicioacuten en funcioacuten del tiempo de la estacioacuten LORC
426 Conclusiones y recomendaciones
Del estudio de las coordenadas obtenidas para cada una de las estaciones a lo largo
del periodo calculado se pueden destacar las siguientes conclusiones
El terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 no produjo desplazamientos detecta-
bles en la estacioacuten de referencia (LORC) como se puede ver en la Figura 419 ni
en ninguna de las otras utilizadas para el estudio
En el periodo temporal estudiado se ha detectado una tendencia hacia la subsiden-
cia del terreno reflejada en la altura elipsoidal h de la estacioacuten de Lorca Concreta-mente se ha detectado un hundimiento de maacutes de dos centiacutemetros en los dos meses
4 Estudios realizados
155
y medio estudiados La expresioacuten empiacuterica que se ha calculado para la variacioacuten
temporal de dicha variable en el tiempo es la siguiente
h = -2 E-06 t2 + 01896 t - 34859 Eq (1)
Este resultado apoya la hipoacutetesis basada en un hundimiento del terreno en la zona
cercana a Lorca Este fenoacutemeno podriacutea haber tenido su origen en el descenso del
nivel freaacutetico del acuiacutefero del Valle del Guadalentiacuten hecho que produciriacutea a su vez
una compactacioacuten lenta del aacuterea no saturada desde los antildeos sesenta del siglo pasa-
do (Rodriacuteguez Estrella 2012)
La tasa de hundimiento detectada en este estudio es de 101 cmantildeo tasa que coin-
cide con los valores calculados mediante teacutecnicas de interferometriacutea radar diferen-
cial en los trabajos de Gonzaacutelez PJ y Fernaacutendez J (Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2011)
A pesar de no haber detectado movimientos directamente achacables al terremoto
estudiado pensamos que es uacutetil seguir con la monitorizacioacuten de la zona por dos
motivos
- Estudiar y detectar futuras deformaciones en el terreno que nos puedan llevar a
relacionar a priori estos movimientos con futuros eventos siacutesmicos
- Hacer un seguimiento del proceso de subsidencia detectado en la estacioacuten de refe-
rencia de Lorca aunque en este caso se hariacutea necesario densificar la red en la zona
4 Estudios realizados
156
43 Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutec-
nicas GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de
2011
431 Introduccioacuten
Desde la antiguedad los desastres naturales han supuesto la causa de muerte maacutes
importante el sesenta por ciento de las muertes causadas por desastres naturales en
la pasada deacutecada se debieron a terremotos seguacuten el Centro de investigaciones epi-
demioloacutegicas y desastres (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters
CRED) Estos desastres son el resultado del hecho de que ocho de las ciudades maacutes
pobladas de la Tierra estaacuten construidas sobre fallas tectoacutenicas Estas ciudades son
Kathmandu Nepal Estanbul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta Indonesia Tokio
Japoacuten Ciudad de Meacutexico Meacutexico Delhi India Nueva York US Vancouver
BC Shanghai China y Los Aacutengeles California US (Centre for Research on the
Epidemiology of Disasters 2010) Ademaacutes aproximadamente una de cada dos
personas vive en una ciudad y en soacutelo 35 antildeos este nuacutemero se incrementaraacute hasta
dos de cada tres seguacuten la Fundacioacuten para la poblacioacuten de Naciones Unidas (UN-
FPA United Nations Population Fund) En 2011 maacutes de la mitad de la poblacioacuten
viviacutea en aacutereas urbanas y en 2030 las ciudades seraacuten el hogar de casi cinco billones
de personas (United Nations Population Fund 2011)
Por lo tanto el estudio de los terremotos es gran intereacutes en cuanto que puede ayu-
dar a predecir doacutende existe la mayor probabilidad de ocurrencia de un terremoto y
en la medida de lo posible determinar su intensidad Asiacute la monitorizacioacuten de te-
rremotos ha cobrado gran importancia en los recientes estudios cientiacuteficos Una de
las teacutecnicas que maacutes recientemente se ha sumado a las numerosas teacutecnicas interdis-
ciplinares utilizadas en el estudio de terremotos es la Geodesia espacial (N Kul-
karni et al 2001)
La ciencia de los terremotos ha entrado en una nueva era con el desarrollo de las
tecnologiacuteas espaciales para medir las deformaciones de la superficie de la Tierra en
zonas tectoacutenicamente activas Las esta ciones de referencia que operan contiacutenua-
mente pueden ser una herramienta muy potente para monitorizar las deformaciones
(Oumlzyasar y Oumlzluumldemir 2011) Esta cantidad tan elevada de datos GPS disponibles
hace que la distinction entre observaciones geodeacutesicas y seiacutesmicas y modelado no
esteacute clara (Yue y Lay 2011)
Por lo tanto los grandes terremotos son claves importantes para la comprensioacuten de
los fenoacutemenos de deformacioacuten de la corteza incluidos los efectos coseismicos (la
ruptura principal y los primeros temblores) y postseismicos (que incluyen un corto
plazo despueacutes de la fase de deslizamiento y una fase de relajacioacuten viscoelaacutestica a
largo plazo) (USGS (Encuesta geoloacutegica de EEUU) 2011)
4 Estudios realizados
157
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento permanente de las aacutereas
cercanas al epicentro y por consiguiente de las estaciones de referencia Las coor-
denadas geodeacutesicas de los puntos en la superficie de las placas tectoacutenicas cambian
con el tiempo debido al movimiento de las placas y por lo tanto dependen de la
eacutepoca en que se obtuvieron las coordenadas Si se conocen estos elementos (direc-
cioacuten y magnitud) es posible determinar la variacioacuten de las coordenadas del punto
en funcioacuten del tiempo (Peacuterez et al 2003) Ademaacutes los resultados geodeacutesicos pue-
den ser una valiosa informacioacuten para gestionar los sistemas en cuanto a la toma de
decisiones basadas en las caracteriacutesticas geoloacutegicas de la zona de estudio (Rangin et
al 2002)
Seguacuten Meade (2002) la mayoriacutea de los desplazamientos geoloacutegicos se producen a
lo largo de las fallas y el desplazamiento de las fallas generalmente tiene lugar du-
rante los terremotos (MEADE et al 2002)
Sin embargo los efectos de cada terremoto dependen de sus caracteriacutesticas y espe-
cialmente de la intensidad y la profundidad del epicentro (Gianniou 2002 y Wright
et al 2011) utilizan posicionamiento de punto preciso en modo tiempo real con
estados de reloj radiodifundios y correcciones orbitales para dar la posicioacuten de las
estaciones cada segundo permitiendo que los datos detecten los movimientos de la
estacioacuten centraacutendose en las alertas de tsunami (Wright et al 2011) La disponibili-
dad en tiempo real de los citados desplazamientos puede ser de gran utilidad en la
capacidad de accioacuten frente al terremoto y la alerta de tsunamis y hasta cierto punto
en la predicioacuten de terremotos (Grapenthin y Freymueller 2011) Grapenthin propo-
ne un meacutetodo que integra desplazamientos en tiempo real en un sistema de alarma
de terremotos
Sin embargo las anteriores teacutecnicas estudian los desplazamientos cerca del epicen-
tro mientras que el objetivo de este estudio era determinar si los terremotos produ-
cen desplazamientos de permanentes de placas suficientemente representativos para
ser detectados mediante teacutecnicas GNSS Para este fin el terremoto en Van se estu-
dioacute en el marco general definido por las estaciones permanentes del Servicio Inter-
nacional GNSS (International GNSS Service IGS)
Tanto las investigaciones sismoloacutegicas como las geodinaacutemicas ponen de manifiesto
que la Regioacuten del Egeo que comprende el Arco Heleacutenico la Grecia continental y
Turquiacutea occidental es la regioacuten maacutes seiacuteosmicamente activa de Eurasia occidental
La convergencia de las placas litosfeacutericas de Eurasia y Aacutefrica obliga a un movi-
miento hacia el oeste de la placa de Anatolia con respecto a la Euroasiaacutetica (Hali-
cioglu y Ozener 2008)
La sismicidad de la regioacuten de Turquiacutea se controla por la interaccioacuten compleja de
varias placas tectoacutenicas la placa africana la placa aacuterabe y la placa eurasiaacutetica (pla-ca de Anatolia y placa del mar Egeo) Como consecuencia de la dinaacutemica de este
4 Estudios realizados
158
ambiente geotectoacutenico complejo la historia de terremotos de grandes magnitudes es
larga sobre todo en la regioacuten nor-occidental de Turquiacutea
La falla tectoacutenica del norte de Anatolia constituye el liacutemite de las placas Anatolia-
Egea y Eurasiaacutetica al norte Esta falla es responsable de una secuencia de terremo-
tos de magnitudes superiores a 67 desde 1939 (Hammer y Mosquera Machado
2002)
Turquiacutea es un paiacutes tectoacutenicamente activo que experimenta terremotos destructivos
frecuentes Este terremoto es un recordatorio de los muchos eventos siacutesmicos mor-
tales que Turquiacutea ha sufrido en el pasado reciente
- En 1999 un devastador terremoto de magnitud 76 cerca de Izmit rompioacute una
seccioacuten de la falla de Anatolia del Norte (aproximadamente 1000 kiloacutemetros al
oeste del terremoto que acontecioacute el 23 de octubre de 2011) matando a 17000
personas hiriendo a 50000 y dejando sin hogar a 500000
- En 1976 ocurrioacute un terremoto de magnitud 73 cerca de la frontera entre Turquiacutea e
Iraacuten (aproximadamente a 65 kiloacutemetros del terremoto que tuvo lugar el 23 de octu-
bre de 2011) destruyendo varias aldeas y matando a entre 3000 y 5000 personas
- En 1939 hubo un terremoto de magnitud 78 cerca de Erzincan matando a unas
33000 personas (Ergintav et al 2002)
Figura 420 Situacioacuten de la localidad de Van al Este de Turquiacutea
4 Estudios realizados
159
La red de estaciones permanentes de Turquiacutea se puede ver en la seccioacuten ldquo32528
Turquiacutea Programas del grupo de trabajo en Geodinaacutemica Unioacuten nacional de Geo-
desia y Geofiacutesica de Turquiacuteardquo
El domingo 23 de octubre de 2011 a las 014121 PM hora local (104121 UTC)
hubo un terremoto en el este de Turquiacutea y en concreto en la ciudad de Van La
magnitud del terremoto alcanzoacute 72 Mw (Servicio Geoloacutegico de los EEUU 2011)
Su hipocentro se ubicoacute a 16 km de profundidad y su epicentro como se muestra en
la Figura 420 se encontraba en la ciudad de Van en el este de Turquiacutea
Las zonas maacutes afectadas fueron la regioacuten central y parte de la zona este de Turquiacutea
relacionadas con la colisioacuten continental entre la Placa Araacutebiga y la placa Euroasiaacuteti-
ca Todo este sector estaacute afectado por la convergencia entre las dos placas manifes-
taacutendose fundamentalmente a lo largo del pliegue Bitlis-Zagros
Seguacuten el USGS (United States Geological Survey) se alcanzoacute el grado IX en la
escala de Intensidad Estimada Modificada de Mercalli (Estimated Modified Mecalli
Intensity) Tambieacuten se detectaron movimientos que llegaron a la magnitud V y III
especiacuteficamente en los paiacuteses vecinos como Armenia Azerbaiyaacuten Georgia Iraacuten
Irak y Siria Seguacuten el Instituto Geofiacutesico de Israel el sismo fue sentido en zonas tan
alejadas como Tel Aviv
432 Marco geoestructural
En el aacuterea en la que se produjo el terremoto la Placa Araacutebica estaacute colisionando con
la Placa Euroasiaacutetica y ha creado un mosaico complejo de montantildeas como conse-
cuencia del fallado lateral e inverso La colisioacuten entre ambas placas tiene lugar en la
parte oriental de Turquiacutea
Largos sistemas de fallas traslacionales se extienden a traveacutes de la mayor parte del
centro-oeste de Turquiacutea y facilita el movimiento hacia el oeste del Bloque de Ana-
tolia mientras se compresa por la convergencia de las Placas Araacutebicas y Asiaacuteticas
Como puede verse en la Figura 421 en el aacuterea de Van y en la parte maacutes al este la
tectoacutenica es dominada por la zona de sutura de Bitlis (al este de Turquiacutea) y el cintu-
roacuten plegado de los Zagros (cercaniacuteas de Iraacuten)
En cuanto al movimiento relativo en esta zona como se aprecia en la Figura 421
las porciones del norte de Arabia se desplazan con un giro de 40 grados Noroeste
aproximadamente consistente con el modelo global NUVEL-1a del movimiento de
placa El Este de Turquiacutea muestra una deformacioacuten distribuida mientras que Tur-
quiacutea occidental y la placa Egea rotan como la placa de Anatolia alrededor de un
polo cerca de la peniacutensula del Sinaiacute causando un movimiento de fuerte desliza-
miento a lo largo de la falla del Norte de Anatolia
4 Estudios realizados
160
Figura 421 Sistema de fallas de Turquiacutea de Rangin et al 2002 (Hammer and mosquera macha-
do 2002)
433 Metodologiacutea
Dado que el objetivo de este trabajo era estudiar movimientos permanentes de las
placas producidos por el terremoto se utilizaron datos GNSS de estaciones perma-
nentes proporcionados por el IGS Las estaciones elegidas se encuentran en diferen-
tes placas
Por otro lado la metodologiacutea fundamental de deteccioacuten de las tendencias de movi-
miento se basa en la utilizacioacuten de las redes permanentes GNSS de monitorizacioacuten
continentales (Pospisil et al 2012)
Se seleccionaron un total de doce estaciones permanentes algunas de las cuales
estaban relativamente cerca del epicentro y otros que a priori estaban completa-
mente fuera del aacuterea de accioacuten del terremoto
El criterio para seleccionar las estaciones fue formar una red lo maacutes homogeacutenea
posible y la distribucioacuten de las estaciones entre las diferentes placas tectoacutenicas que
presumiblemente podriacutean estar relacionados con el evento siacutesmico estudiado Por
otra parte teniendo en cuenta que hay una relacioacuten entre la distancia al epicentro y los desplazamientos de la estacioacuten (Garrido-Villen et al 2011) las estaciones ele-
gidas deben estar a diferentes distancias del epicentro
4 Estudios realizados
161
Concretamente como se muestra en la Figura 422 y la Tabla 43 se utilizaron las
siguientes estaciones
- Placa Eurasiaacutetica
o ANKR (Ankara Turquiacutea) ARTU (Arti Ekaterinburg Rusia)
MOBJ (Obninsk Rusia) NOT1 (Noto Italia) PENC (Penc Hun-
griacutea) POL2 (Bishkek Kyrgyzstan) TEHN (Tehran Iraacuten) y ZECK
(Zelenchukskaya Rusia)
- Placa Africana
o ADIS (Addis Abeba Etiopiacutea) ndash subplaca Nubia DRAG (Metzoki
dragot Israel) y NICO (Nicosia Chipre)
- Placa Arabiga
o ISER (Erbil Iraq)
o
Figura 422 Cartografiacutea de la red geodesic disentildeada Modificada de Terrametrics 2013
4 Estudios realizados
162
Permanent station Epicentre distance
ISER 277338
ZECK 542987
TEHN 767209
ANKR 932560
NICO 975290
DRAG 107149
MOBJ 190419
PENC 219594
ARTU 226819
NOT1 250050
POL2 265419
ADIS 332070
Tabla 43 Distance in kilometers from the epicentre of the stations
El IGS proporciona datos de observacioacuten GPS de cada estacioacuten elegida Estos datos
se toman como archivos RINEX cada 30 segundos y registran las coordenadas
aproximadas de las estaciones Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensa-
cioacuten de la red se obtuvieron del Centro Europeo de Determinacioacuten de Oacuterbitas (CO-
DE) estos datos son correcciones ionosfeacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la
Tierra correcciones instrumentales Code-Bias y velocidades de las estaciones Las oacuterbitas precisas de los sateacutelites se obtuvieron del IGS Los datos de cargas oceaacuteni-
cas se obtuvieron del Observatorio Espacial Onsala
4 Estudios realizados
163
Marco temporal
Una vez seleccionadas las estaciones a estudiar se definioacute el calendario
En primer lugar se decidioacute realizar los caacutelculos de la red geodeacutesica diacutea a diacutea diez
diacuteas antes del terremoto asumiendo que se trata de un periodo de relativa calma y
diez diacuteas despueacutes Posteriormente a los diez primeros diacuteas se tomaron datos ya cada
5 diacuteas
Las posiciones calculadas los diacuteas previos al terremoto se usaron como coordenadas
patroacuten a comparar con las obtenidas los diacuteas posteriores al evento siacutesmico
Definicioacuten del Datum
El datum geodeacutesico se puede definir constrintildeendo las coordenadas de las estaciones
de referencia a sus valores a priori
Las estaciones permanentes GNSS lejanas al epicentro se utilizaron para definir el
marco de referencia constrintildeeacutendolas Estas estaciones son ARTU POL2 ADIS
NOT1 PENC y MOBJ
Todas las estaciones son estaciones permanentes GNSS del IGS y por lo tanto los
resultados geodeacutesicos se dan en el Marco Global de Referencia Terrestre Interna-
cional (ITRF)
Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda de software Bernese Bernese es un
software cientiacutefico desarrollado por la Universidad de Berna que permite compen-
sar redes geodeacutesicas GNSS con alta precisioacuten con un alto control del proceso(Dach
et al 2007)
Los datos GPS disponibles fueron procesados sesioacuten a sesioacuten para obtener las solu-
ciones diarias En un primer paso se estimaron las ambiguumledades y se fijaron a un
entero utilizando la estrategia de Quasi Libre Ionosfera (QIF) Los caacutelculos se reali-
zaron utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes
tarde las coordenadas de las estaciones que definen el Datum se constrintildeeron El
retardo troposfeacuterico se corrigioacute usando el modelo Saastamoinen con una pondera-
cioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2 (z) donde z es la distancia cenital La
correccioacuten troposfeacuterica huacutemeda se aplica en intervalos de una hora para estimar el
Retardo Troposfeacuterico del Zenith de las sentildeales GPS Por otra parte el retardo ionos-
feacuterico se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de datos GPS en las frecuen-
cia L1 y L2 los errores del reloj de los sateacutelites se eliminaron mediante el uso de
efemeacuterides precisas proporcionadas por el IGS sp3
Las coordenadas se obtuvieron en el Marco de Referencia Geodeacutesico ITRF y en el sistema de coordenadas UTM para cada diacutea calculado
4 Estudios realizados
164
434 Resultados
Despueacutes ajustada la red geodeacutesica las coordenadas calculadas de cada estacioacuten para
cada diacutea se obtuvieron con desviaciones planimeacutetricas que oscilan entre 08 y 11
mm
Basaacutendose en los caacutelculos no existen desplazamientos relativos detectables entre
las diferentes estaciones seleccionadas comparando las posiciones calculadas antes
y despueacutes del terremoto
Figura 423 Graacutefica que muestra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten de referencia ISER (Erbil Iraq ndash Placa Arabiga)
Las figuras 4 5 y 6 muestran la variacioacuten de las posiciones de las estaciones Erbil
(Iraq) Ankara (Turquiacutea) y Metzoki Dragot (Israel) localizadas en la placa Araacutebiga Placa Euroasiaacutetica y la placa Africana respectivamente
4 Estudios realizados
165
Como se muestra en la Figura 423 a pesar de ser la maacutes cercana al terremoto los
movimientos de la estacioacuten permanente ISER en las coordenadas X e Y durante el
periacuteodo estudiado fueron menores de 2 centiacutemetros incluso teniendo en cuenta los
diacuteas anteriores y posteriores al terremoto lo que no es suficiente para demostrar la
existencia de un desplazamiento permanente de la placa Araacutebiga debido al terremo-
to estudiado
Figura424 Graacutefica que muestra el desplazamiento en las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten permanente de referencia ANKR (Ankara Turquiacutea ndash Placa Eurasiaacutetica)
Como puede verse en la Figura 424 los desplazamientos de la estacioacuten permanen-
te ANKR en las coordenadas X e Y durante el periacuteodo estudiado fueron menores de
2 centiacutemetros lo cual es consistente con los resultados obtenidos por la estacioacuten
ISER teniendo en cuenta que a pesar de que la estcioacuten ANKR pertenece al mismo
paiacutes estaacute bastante lejos del epicentro del terremoto Estos desplazamientos tambieacuten
son insuficientes para demostrar la existencia de un desplazamiento de la placa de Eurasia causado por el terremoto en Turquiacutea
4 Estudios realizados
166
Figura 425 Graacutefica que muestra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten de referencia DRAG (Metzoki dragot Israel ndash Subplaca Nubia)
Finalmente la Figura 425 presenta los resultados para la estacioacuten permanente
DRAG situada en Metzoki Dragot Israel Esta figura como las figuras anteriores
muestra movimientos de menos de 2 centiacutemetros que no permiten llegar a la con-
clusioacuten de que hubo un desplazamiento de la placa africana debido al terremoto
4 Estudios realizados
167
Figura 426 Graacutefica que muestra el desplazamiento en coordenadas Xutm e Yutm de la estacioacuten
de referencia TEHN (Teheraacuten Iraacuten ndash Placa Eurasiaacutetica)
Las Figuras 426 y 427 muestran la variacioacuten de las posiciones de las estaciones
de Teheraacuten (Iraacuten) y Zelenchukskaya (Rusia) localizadas en la placa de Eurasiaacutetica
Como se muestra en la Figura 426 los movimientos de las coordenadas X e Y de la
estacioacuten permanente TEHN en en el periodo estudiado fueron menos de 1 centiacuteme-
tro incluso teniendo en cuenta los diacuteas anteriores y posteriores al terremoto
Como se puede ver en la Figura 427 los desplazamientos de las coordenadas X e
Y de la estacioacuten permanente ZECK en durante el periodo de estudio fueron de me-
nos de 2 centiacutemetros Estos desplazamientos tambieacuten fueron insuficientes para de-
mostrar la existencia de un desplazamiento de la placa de Eurasiaacutetica a causa del
terremoto de Turquiacutea
El desplazamiento general de estaciones permanentes durante todo el periodo de estudio se muestra en la Tabla 44
4 Estudios realizados
168
Figura 427 Graacutefica que muetra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm de la esta-
cioacuten de referencia ZECK (Zelenchukskaya Rusia ndash Placa Eurasiaacutetica)
Station Vx (mm) Vy (mm) Vx
(mmantildeo)
Vy
(mmantildeo)
ISER (Iraq) ndash Arabian plate 15 60 79 317
ANKR (Turkey) ndash Eurasian plate 18 11 95 58
DRAG (Israel) ndash Nubian subplate) 25 18 132 95
TEHN (Iran) ndash Eurasian plate 30 25 155 132
ZECK (Russia) ndash Eurasian plate 50 31 409 254
Tabla 44 Velocidades de las estaciones permanents a lo largo del periodo estudiado y extrapo-
lando los datos para el periodo de un antildeo
4 Estudios realizados
169
435 Conclusiones
Debido a la precisioacuten de las coordenadas obtenidas a partir del ajuste de red disentildea-
da se puede afirmar que este meacutetodo es capaz de detectar desplazamientos perma-
nentes de orden milimeacutetrico
Como se muestra en las figuras 423 424 425 426 y 427 no se observa nin-
guacuten desplazamiento permanente en las estaciones elegidas en las placas Africana
Araacutebiga o Eursiaacutetica ocasionado por el terremoto estudiado el diacutea del terremoto ni
en los diacuteas siguientes Sin embargo se pugraveede apreciar un movimiento bastante regu-
lar independiente del evento siacutesmico que se corresponde con el desplazamiento
general de las placas estudiadas
Varios investigadores han comentado en sus estudios tras antildeos de observacioacuten que
la placa de Anatolia tiene una tasa de deslizamiento de 24mmyear (Westaway
2003 y Turgut et al 2010) Otros autores como Vigny (Vigny et al 2006) reducen
la tasa de deslizamiento a Vx = 131 mm antildeo y Vy = 22 mm antildeo para la estacioacuten
ANKR sin embargo los valores obtenidos en este estudio son Vx = 9 5 mm antildeo
y Vy = 58 mm
Los valores obtenidos en este estudio para la estacioacuten DRAG situada en la placa
Nubia estaacuten maacutes cerca de los resultados obtenidos por C Vigny (Vigny et al
2006) Vx = 193 mm antildeo y Vy = 244 mm antildeo como se muestra en la Tabla
44 Lo mismo ocurre con la estacioacuten de TEHN situada en la placa de Eurasiaacutetica
que se mueve de acuerdo con CVigni Vx = 165 mm antildeo y Vy = 324 mm antildeo
Todos los movimientos descritos anteriormente han ocurrido temporalmente de
manera uniforme En el presente estudio se buscoacute una ruptura en las graacuteficas que
indicara un cambio repentino Sin embargo no se encontroacute ninguacuten cambio detecta-
ble el diacutea del terremoto ya sea en las estaciones maacutes cercanas tales como ISER o
ZECK que se encuentran en la placa de Eurasiaacutetica o en el resto de la red de esta-
ciones que se distribuyen a lo largo de la placa Africana y la placa Araacutebiga
Es probable que el terremoto no haya sido de la magnitud suficiente para producir
un movimiento permanente en placas vecinas Esa es la razoacuten por la cual creemos
que seriacutea interesante seguir estudiando el fenoacutemeno con terremotos de mayor mag-
nitud o terremotos localizados en otras aacutereas que puedan desempentildear un papel maacutes
activo en los movimientos relativos entre las placas tectoacutenicas
4 Estudios realizados
170
44 Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erup-
cioacuten submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas
GNSS
441 Introduccioacuten
Se estima que maacutes de 500 millones de personas viven en zonas expuestas a riesgos
volcaacutenicos En los uacuteltimos 500 antildeos maacutes de 200 000 personas han perdido la vida
debido a las erupciones volcaacutenicas Un promedio de 845 personas murieron cada
antildeo entre 1900 y 1986 a consecuencia de fenoacutemenos volcaacutenicos
El nuacutemero de muertes es considerablemente mayor que en los siglos pasados Este
aumento no se debe a una actividad volcaacutenica maacutes alta sino a que maacutes personas
viven en laderas de volcanes activos y en valles cercanos a ellos (Tilling et al
1993)
En la madrugada del 10 de octubre 2011 cesaron repentinamente los terremotos
que se registraban en El Hierro desde mediados de julio Este fenoacutemeno fue detec-
tado con gran precisioacuten por el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) Los temblores
siacutesmicos fueron reemplazados por temblores volcaacutenicos caracteriacutesticos del paso del
magma en el interior de la chimenea volcaacutenica
Figura 428 Gases y erupcioacuten piroclaacutestica submarina A) Vista de la erupcioacuten submarina Modifi-
cado del Observatorio de la Tierra de 2012 NASA Advanced Tierra Imager (ALI) a bordo del
4 Estudios realizados
171
Earth Observing-1 satellite (EO-1) B) Muestra evidente del caraacutecter fisural de la erupcioacuten subma-
rina (fotografiacutea realizada por helicoacuteptero de la Guardia Civil el 4 de noviembre de 2011)
A media mantildeana comenzaron a difundirse noticias sobre una posible erupcioacuten sub-
marina a 8-10 km al sur de la isla y a unos 300 m de profundidad
La erupcioacuten submarina ha sido la culminacioacuten de un proceso de casi tres meses
cuando una bolsa de magma se situoacute en la base de la corteza oceaacutenica Desde en-
tonces el hipocentro emigroacute hacia el sur en busca de un aacuterea propicia para abrirse
paso a la superficie
Esta cordillera submarina o grieta donde se han localizado muchas de las recientes
erupciones de El Hierro es un aacuterea de la corteza de alta debilidad debido a la inyec-
cioacuten de magma asociada a erupciones anteriores y posiblemente la permanencia de
una memoria teacutermica que habriacutea permitido finalmente la relativamente raacutepida
salida del magma a la superficie en este caso en el lado de la grieta submarina (Ca-
rracedo et al 2012) como se muestra en la Figura 428 (Peacuterez-Torrado et al
2012)
Las erupciones volcaacutenicas se pueden explicar mediante los siguientes procesos Las
rocas al fundirse en el interior de la Tierra aumentan su volumen aunque su masa
sigue siendo la misma producieacutendose rocas menos densas que las circundantes
Este magma maacutes ligero se eleva hacia la superficie en virtud de su flotabilidad Si la
densidad del magma entre la zona de su generacioacuten y la superficie es menor que la
de las rocas circundantes y que recubre el magma llega a la superficie y entra en
erupcioacuten (Kilinc 2008)
En los uacuteltimos antildeos con la erupcioacuten del Monte St Helens y El Monte Pinatubo se
ha avanzado mucho en el estudio de los volcanes en particular en la prediccioacuten de
las erupciones volcaacutenicas Los volcanes son difiacuteciles de estudiar debido a que a
pesar de sus similitudes cada volcaacuten se comporta de manera diferente y tiene una
peligrosidad caracteriacutestica Por lo tanto es de gran importancia el estudio y monito-
rizacioacuten individualizados de los volcanes Muchos volcanes activos cerca de zonas
pobladas no se han estudiado lo suficiente como para evaluar su riesgo potencial
El estudio de los riesgos asociados a los volcanes es una tarea multidisciplinar
Cartografiacutea histoacuterica de los depoacutesitos volcaacutenicos vigilancia por sateacutelite de manifes-
taciones volcaacutenicas como nubes de cenizas y gases mediciones geodeacutesicas de de-
formaciones del terreno controles siacutesmicos geomagneacuteticos gravimeacutetricos activi-
dad geoeleacutectrica y teacutermica control de la temperatura flujo transporte de
sedimentos control del nivel del agua de riacuteos y lagos cercanos al volcaacuten etc
El estudio de un volcaacuten durante largos periacuteodos de tiempo puede ayudar a predecir
cuaacutendo es maacutes probable que se produzca una erupcioacuten La interaccioacuten entre los cientiacuteficos los funcionarios del gobierno local y el desarrollo de un plan de emer-
gencia puede salvar vidas y promover una ordenacioacuten del territorio maacutes segura
4 Estudios realizados
172
Figura 429 Situacioacuten de la isla de El Hierro y vista de la mancha verde producida por la erupcioacuten
submarina 14-10-2011 Modificado de PlanetaGea
Los terremotos de pequentildea magnitud y las deformaciones del terreno son precurso-
res de la actividad volcaacutenica (Kilburn C 2012) Este artiacuteculo es parte de un estudio
maacutes amplio dirigido a la investigacioacuten de la deformacioacuten del terreno como precur-
sor de erupciones volcaacutenicas
Las teacutecnicas GNSS han sido las maacutes precisas y convenientes en levantamientos
geodeacutesicos en los uacuteltimos 20 antildeos Debido a su alta precisioacuten en la determinacioacuten
de posiciones y su eficacia en la metodologiacutea de trabajo las teacutecnicas GNSS han
superado casi por completo a otros meacutetodos geodeacutesicos terrestres de alta precisioacuten
(Chang 2000)
Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes constituyen un marco
de referencia terrestre esencial y una potente herramienta para el estudio de defor-
maciones de la corteza terrestre causadas por la actividad volcaacutenica y las fuerzas de
la gravedad Estas tecnologiacuteas son de gran intereacutes para el estudio de fenoacutemenos
geodinaacutemicos Aunque la tensioacuten es un indicador maacutes objetivo que el desplaza-
miento debido a que se no requiere un marco de referencia (Takahashi 2011) las
teacutecnicas GNSS hacen posible calcular con precisioacuten el desplazamiento de una esta-
cioacuten antes y durante las erupciones volcaacutenicas En este sentido los movimientos
horizontales y verticales pueden ser medidos en regiones activas volcaacuten y sus mo-
vimientos a continuacioacuten pueden relacionarse con otras aacutereas no afectadas Las
4 Estudios realizados
173
teacutecnicas GNSS han demostrado ser una herramienta muy eficaz para el estudio de la
deformacioacuten del suelo debido a su alta precisioacuten y exactitud (Kulkarni et al 2006)
La tecnologiacutea GNSS permite la creacioacuten de mapas de vectores de desplazamiento
del terreno dentro de los marcos de referencia geodeacutesicos Las bases de datos y
series temporales de observaciones permiten realizar mediciones con precisiones
milimeacutetricas
En Espantildea tanto de la Administracioacuten central como las autoridades autonoacutemicas
han creado una serie de redes de estaciones permanentes GNSS que permite estu-
diar efectos volcaacutenicos
Por lo tanto no hay duda de que las teacutecnicas GNSS son de intereacutes estrateacutegico cons-
tituyendo una poderosa herramienta para el anaacutelisis de deformacioacuten de la corteza
terrestre El objetivo de este estudio consiste en situar y cuantificar temporal y geo-
graacuteficamente los desplazamientos causados por la erupcioacuten del volcaacuten submarino de
El Hierro (ver Figura 429) mediante el uso de teacutecnicas geodeacutesicas GNSS El estu-
dio se llevoacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del International
GNSS Service (IGS) y tiene como objetivo medir los movimientos de la zona afec-
tada por la erupcioacuten en relacioacuten con el aacuterea geograacutefica circundante que no se consi-
dera afectada por estos movimientos El periacuteodo de tiempo bajo estudio comprende
desde el 27 de junio hasta el 15 de diciembre de 2011
442 Marco geoestructural
Hay varias teoriacuteas que tratan de explicar el origen de las Islas Canarias Es conocido
que las islas no se formaron simultaacuteneamente sino que lo hicieron de forma progre-
siva empezando por las islas orientales (Lanzarote y Fuerteventura) hace unos 20
millones de antildeos y continuando hacia el oeste (La Palma y El Hierro) hace 2 mi-
llones de antildeos como se muestra en la Figura 430
Las principales teoriacuteas propuestas para explicar la geacutenesis de las Islas Canarias (en
las que se basan otras) son las del punto caliente una fractura litosfeacuterica probable-
mente vinculada con el tectonismo del sistema del Atlas y un bloque elevado La
primera de ellas parece ser la que maacutes adeptos aglutina con la incorporacioacuten de
datos tomograacuteficos y de dataciones de isoacutetopos contenidos en las rocas volcaacutenicas
que refuerzan la hipoacutetesis de la circulacioacuten de material de la pluma astenosfeacuterica
canaria a lo largo de un corredor litosfeacuterico que se extiende hacia el continente afri-
cano (Grupo de investigacioacuten en ingenieriacutea siacutesmica 2012)
El Hierro con poco maacutes de un milloacuten de antildeos es la isla maacutes joven de las Islas Ca-
narias Situado junto a la vecina isla de La Palma en el extremo occidental del ar-
chipieacutelago se eleva del fondo del oceacuteano Atlaacutentico desde una profundidad de entre
3500 y 4000 metros
4 Estudios realizados
174
Figura 430 Edad de las rocas volcaacutenicas en las distintas islas (datadas por el meacutetodo K-Ar)
mostrando un aumento en las edades de oeste a este (Guillou et al 2004)
Las islas de La Palma y El Hierro son las primeras islas del archipieacutelago que se han
formado de forma simultaacutenea con una posible alternancia de actividad eruptiva por
lo menos en el periacuteodo maacutes reciente Esta separacioacuten en una doble liacutenea de las
islas y la mayor profundidad de su basamento oceaacutenico explica que hayan tardado
maacutes que sus islas vecinas para emerger Aunque ambas islas se formaron maacutes tarde
que el resto de las islas eacutestas no siguieron la misma evolucioacuten y mientras se produ-
ciacutea actividad volcaacutenica en una isla la otra permaneciacutea inactiva En el Holoceno la
fase maacutes activa parece corresponder a La Palma lo que explica las numerosas erup-
ciones volcaacutenicas que se produjeron en este periodo 6 de ellas histoacutericas (hace
menos de 500 antildeos) mientras que la erupcioacuten fechada por radiocarbono en El Hie-
rro ubicada en el rift NE cerca del pueblo de San Andreacutes presenta una edad de
2500 plusmn 70 antildeos probablemente seguido por el volcaacuten Tanganasoga situado al no-
roeste de la falla con menos de 4000 antildeos de antiguumledad
Imaacutegenes de sonar del edificio Insular de El Hierro (Figura 431) muestran que las
erupciones submarinas son maacutes abundantes que la actividad volcaacutenica subaeacuterea lo
que indica que alrededor del 90 de la isla estaacute bajo el agua El ejemplo maacutes claro
es el volcaacuten El Golfo en el lado norte de la isla con un gran escarpe de 1500 metros
y menos de 100000 antildeos de antiguumledad (Peacuterez-Torrado 2012)
4 Estudios realizados
175
Figura 431 Batimetriacutea de la zona de la erupcioacuten submarina realizada mediante ecosondas por
distintos buques oceanograacuteficos (imaacutegenes tomadas del IEO) A) Imagen 3D de la batimetriacutea
anterior a la erupcioacuten realizada por el buque oceanograacutefico Hespeacuterides (CSIC) en 1998 B) Iacutedem
por el buque oceanograacutefico Ramoacuten Margalef despueacutes de iniciada la erupcioacuten submarina el 24 de
octubre de 2011 C) Mapa en relieve de la zona de la erupcioacuten realizado por el buque oceanograacute-
fico Ramoacuten Margalef el 24 de octubre de 2011 Modificado de Peacuterez-Torrado F J et al 2012
La configuracioacuten de El Hierro se completa con tres dorsales o rifts que forman las
aristas de la piraacutemide donde se ha concentrado ndashy se concentraraacuten previsiblemente
en el futurondash la mayor parte de las erupciones subaeacutereas El rift sur se prolonga maacutes
de 40 km como estructura submarina lo que evidencia que es en eacutesta donde se han
agrupado buena parte de las erupciones submarinas recientes de la isla En la Figura
432 se muestra un esquema de la reciente erupcioacuten
La erupcioacuten submarina de El Hierro ha supuesto la uacuteltima manifestacioacuten volcaacutenica
en Canarias despueacutes de 40 antildeos de inactividad desde la erupcioacuten del Teneguiacutea en la
isla de La Palma en 1971 Supone asimismo la decimocuarta erupcioacuten histoacuterica
(uacuteltimos 520 antildeos) en Canarias y la primera en la isla de El Hierro con registro
fidedigno
4 Estudios realizados
176
Figura 432 Seccioacuten E-O de El Hierro mostrando la sismicidad precursora asociada a la erupcioacuten
de 2011-12 desde el 19 de julio de 2011hasta el comienzo de la erupcioacuten el 10 de octubre (con
datos del IGN) Obseacutervese la disposicioacuten de los hipocentros en la base de la corteza forzando su
abombamiento y su migracioacuten N-S hasta alcanzar el rift S en su flanco sumergido Los hipocen-
tros emigraron a zonas someras muy raacutepidamente los diacuteas anteriores a la erupcioacuten indicando una
fractura hidraacuteulica en camino a la superficie La erupcioacuten fue tiacutepicamente fisural al abrirse ca-
mino el magma entre la malla de diques del rift (modificado de Carracedo et al 2011)
443 Meacutetodos
El sistema global de navegacioacuten por sateacutelite (GNSS) proporciona una de las teacutecni-
cas maacutes comunes que se utilizan para controlar deformaciones del terreno en volca-
nes Ademaacutes de tasas de desplazamiento lentas (varios centiacutemetros por antildeo) las
teacutecnicas GNSS se pueden utilizar para estudiar erupciones y episodios volcaacutenicos
violentos que dan como resultado movimientos mucho mayores y maacutes raacutepidos (de-
cenas de centiacutemetros o maacutes en intervalos de horas o diacuteas) Las comparaciones con
mediciones proporcionadas por inclinoacutemetros muestran que el GNSS puede deter-
minar con mayor precisioacuten el tiempo de evolucioacuten de cualquier actividad volcaacutenica
(Larson et al 2010)
Aunque existen estaciones de referencia funcionando continuamente que se pueden
utilizar para monitorizar deformaciones del terreno (Oumlzyasar and Oumlzluumldemir 2011)
ya que el objetivo de este artiacuteculo es contextualizar los movimientos del terreno producidos por la erupcioacuten del volcaacuten de El Hierro en un marco geograacutefico maacutes
4 Estudios realizados
177
amplio se utilizaron datos del IGS para garantizar una mayor homogeneidad de los
resultados obtenidos
Datos de red geodeacutesica
La red geodeacutesica disentildeada como se puede ver en la Figura 433 estaacute formada por
once estaciones permanentes GNSS de dos tipos Las que conformaraacuten el marco de
referencia estable pertenecientes al IGS y las que se utilizaraacuten para la deteccioacuten de
los posibles movimientos dependientes del Gobierno de Canarias
Se tratoacute de disentildear la red con una configuracioacuten geomeacutetrica lo maacutes homogeacutenea
posible Las cuatro estaciones maacutes alejadas del Hierro son estaciones permanentes
del International GNSS Service (IGS) pertenecientes al Global International Te-
rrestrial Reference Frame (ITRF) (Promthong 2006) usadas para enmarcar el estu-
dio en este estable marco de referencia (Satirapod 2007) Estas cuatro estaciones
fueron MORP (Morpeth Reino Unido) NOT1 (Noto Italia) BJCO (Cotonou
Benin) and FLRS (Santa Cruz das Flores Portugal)
Las estaciones locales usadas en las Islas Canarias fueron FRON (Hierro) SNMG
(Tenerife) GRAF (Tenerife) ARGU (Gran Canaria) MORJ (Fuerteventura) y
HRIA (Lanzarote)
Figura 433 Red geodeacutesica disentildeada para detectar los movimientos asociados a la erupcioacuten Las
estaciones situadas en Gran Bretantildea Italia Portugal (islas Azores) y Benin se consideran fijas en
el proceso de caacutelculo Las estaciones situadas en las Islas Canarias por el contrario se dejan
libres
4 Estudios realizados
178
Las estaciones del Gobierno regional de las Islas Canarias facilitan los datos de
observacioacuten GNSS de cada estacioacuten Los datos se obtuvieron en formato RINEX
cada 30 segundos registraacutendose las coordenadas aproximadas de las estaciones
Fecha Diacutea del antildeo Semana GPS Diacutea de la semana
01062011 152 1638 3
16062011 167 1640 4
01072011 182 1642 5
16072011 197 1644 6
01082011 213 1647 1
16082011 228 1649 2
01092011 244 1651 4
16092011 259 1653 5
01102011 274 1655 6
16102011 289 1658 0
01112011 305 1660 2
16112011 320 1662 3
01122011 335 1664 4
16122011 350 1666 5
31122011 365 1668 6
Tabla 45 Calendario de las observaciones
4 Estudios realizados
179
Otros datos necesarios para los caacutelculos geodeacutesicos realizados se obtuvieron del
Centro para la determinacioacuten de la oacuterbita de Europa (CODE) correcciones ionosfeacute-
ricas determinacioacuten de la oacuterbita precisa de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten
de la Tierra y velocidades de las estaciones
Las correcciones por cargas de mareas oceaacutenicas para cada estacioacuten se obtuvieron
del Onsala Space Observatory
Marco temporal
Tras la seleccioacuten de las estaciones se definioacute el marco de referencia temporal
Se eligioacute un periodo de tiempo de 15 diacuteas para seguir la evolucioacuten del proceso vol-
caacutenico El intervalo de tiempo estudiado como se detalla en la Tabla 45 com-
prende desde el 1 de Junio al 31 de Diciembre del 2011
Procesamiento de los datos
Los caacutelculos se realizaron con la ayuda del software Bernese programa cientiacutefico
desarrollado por la Universidad de Berna que realiza con un alto grado de control el
caacutelculo y compensacioacuten de redes geodeacutesicas GNSS (Dach et al 2007)
Los datos GPS se procesaron sesioacuten a sesioacuten para obtener soluciones diarias En un
primer momento se estimaron las ambiguumledades y se fijaron en valores enteros
utilizando la estrategia Quasi Ionosphere Free (QIF) Los caacutelculos se realizaron
utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Las coordena-
das de las estaciones maacutes alejadas se ajustaron al marco de referencia El modelo
Saastamoinen se utilizoacute para corregir los errores producidos por el retardo troposfeacute-
rico con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten con la expresioacuten cos2 (z)
donde z es la distancia cenital La parte huacutemeda de la correccioacuten troposfeacuterica se
aplica en intervalos de una hora para estimar el retardo troposfeacuterico del zeacutenit de las
sentildeales GPS Los errores provocados por el retardo ionosfeacuterico se corrigieron usan-
do una combinacioacuten de GPS de doble frecuencia de datos L1 y L2 Y los errores del
reloj del sateacutelite se corrigieron utilizando efemeacuterides precisas proporcionadas por el
International GNSS Service (IGS) Modelos ionosfeacutericos velocidades de las placas
tectoacutenicas y correcciones Code-Bias se obtuvieron del CODE (Center for Orbit
Determination in Europe) y las correcciones de carga oceaacutenica de Onsala Space
Organisation
Las coordenadas se obtuvieron en el marco geodeacutesico de referencia WGS84 y en el
sistema de coordenadas UTM para cada diacutea calculado
Resultados
Los datos muestran cambios significativos en la posicioacuten de la estacioacuten permanente situada cerca del epicentro Fron en el municipio de La Frontera en la isla de El
Hierro a una distancia de 162 km del epicentro como se muestra en la Figura 434
4 Estudios realizados
180
Figura 434 Ortoimagen de la isla de Hierro donde se aprecia la ubicacioacuten de la estacioacuten perma-
nente FRON y el punto de la erupcioacuten submarina La distancia que los separa es de 1623 km
Modificado de GRAFCAN Gobierno de Canarias 2012
Figura 435 Graacuteficas que muestran el desplazamiento en las coordenadas X e Y de la estacioacuten de
referencia FRON
4 Estudios realizados
181
Figura 436 Graacutefica que muestra el desplazamiento de la altura elipsoidal h de la estacioacuten de
referencia FRON
Figura 437 Desplazamiento horizontal de la estacioacuten FRON
h
308240
308250
308260
308270
308280
308290
308300
308310
17-Apr 6-Jun 26-Jul 14-Sep 3-Nov 23-Dec 11-Feb
4 Estudios realizados
182
Figura 438 Evolucioacuten temporal de la altura elipsoidal en la estacioacuten FRON en valor absoluto
durante el periodo estudiado
Figura 439 Evolucioacuten del desplazamiento en 3D en valor absoluto de la estacioacuten FRON a lo
largo del periodo de estudio
Figure 440 Evolucioacuten de la velocidad de la estacioacuten FRON durante el periodo estudiado
4 Estudios realizados
183
En el resto de las estaciones no se detectoacute desplazamiento lo que indica que sus
coordenadas no fueron afectadas por la erupcioacuten del volcaacuten De hecho despueacutes de
comparar los resultados diarios no se encontraron cambios significativos pudieacuten-
dose usar como un marco praacutecticamente estable (Kuo et al 2002)
Los desplazamientos basados en datos tomados a lo largo de un diacutea estaacuten afectados
por todos los eventos que ocurren en ese diacutea sin embargo tiene la ventaja de la alta
precisioacuten alcanzada (Kuo et al 2002)
444 Discusioacuten y conclusiones
Del estudio de las coordenadas de la estacioacuten FRON durante el periacuteodo estudiado
se pueden extraer las siguientes conclusiones
- La erupcioacuten volcaacutenica de El Hierro provocoacute desplazamientos del terreno
que pudieron ser detectados por teacutecnicas GNSS
- El desplazamiento horizontal de la estacioacuten permanente durante el periacuteodo
de estudio como se muestra en las Figuras 435 y 437 muestra un movi-
miento del terreno discontinuo con avances y retrocesos en direccioacuten no-
reste siguiendo un azimut medio de 47 deg 50 El avance total con el final
de este periacuteodo fue de 5 cm Sin embargo el desplazamiento de la estacioacuten
alcanzoacute 7 cm el 1 de octubre Estos resultados son coherentes en magnitud
y direccioacuten con los obtenidos por Berrocoso (Berrocoso et al 2012)
- La evolucioacuten del desplazamiento vertical de la estacioacuten permanente mos-
trado en las Figuras 436 y 438 nos indica que el terreno muestra una
tendencia a la elevacioacuten como consecuencia de la erupcioacuten volcaacutenica sin
embargo este abombamiento no es ni uniforme ni continuo ya que a lo lar-
go del estudio se producen elevaciones y descensos La diferencia de ele-
vacioacuten entre el inicio del estudio y el final es de 2 cm aunque la amplitud
maacutexima detectada es de 6 cm Los resultados de este estudio corroboran el
estudio llevado a cabo por IGN (Instituto Geograacutefico Nacional) a traveacutes de
soluciones raacutepidas de oacuterbita y el uso de datos de estaciones de referencia
GNSS de servicios internacionales
- El proceso para entender el abombamiento detectado puede ser el siguiente
La bolsa de magma situada en el Manto y maacutes ligera que el material cir-
cundante asciende y choca con la base de la corteza oceaacutenica donde se
acumula y expande en forma de cabeza de champintildeoacuten en un fenoacutemeno que
se conoce como ldquounderplatingrdquo Este fenoacutemeno puede ser debido al con-
traste de densidad existente entre el Manto y la corteza de forma que el
magma surgido en el Manto queda atrapado en la base de la corteza oceaacute-
nica (discontinuidad de Mohorovičić) ya que eacutesta presenta una densidad
similar o ligeramente inferior a la suya (Carracedo et al 2012) La subsi-
guiente presioacuten ascendente del magma abomba la corteza generando los
sismos y provocando la hinchazoacuten en la superficie de la isla ver Figura
4 Estudios realizados
184
432 medida en el presente estudio Sin embargo estudiando los datos ob-
tenidos se deduce que este abombamiento no es uniforme ya que hay pe-
riodos de tiempo en los que se detectan subsidencias para posteriormente
volver a incrementar la cota todo ello a diferentes velocidades como se
puede apreciar en las figuras 436 y 438
- La deformacioacuten del terreno debido a la intrusioacuten de magma volcaacutenico es
una sentildeal importante de la inminencia de actividad eruptiva del volcaacuten Las
teacutecnicas GNSS son adecuadas para este propoacutesito ya que permiten medir
cambios en el tiempo de coordenadas tridimensionales en los puntos de
monitorizacioacuten (Janssen 1997) Del diacutea 16 de julio hasta el momento de la
erupcioacuten que se produce el 10 de octubre se observa un aumento ininte-
rrumpido de 45 cm en la altura de la estacioacuten de referencia FRON Desde
ese momento y probablemente debido a la liberacioacuten de la presioacuten acumu-
lada no se producen aumentos en la altura de la estacioacuten Este hecho co-
rrobora que la deteccioacuten temprana de los abombamientos de zonas volcaacuteni-
cas puede ser considerada como un soacutelido precursor de una inminente
erupcioacuten volcaacutenica y las teacutecnicas de GNSS son una herramienta uacutetil para
este propoacutesito
En la actualidad este proceso estaacute siendo estudiado en profundidad y esto llevoacute al
IGN a implantar en julio de 2001 cuatro nuevas estaciones permanentes para moni-
torizar el fenoacutemeno HI01 (en el aacuterea de La Cumbre) y HI02 HI03 and HI04 (en el
aacuterea de El Golfo) Y cinco maacutes en septiembre de 2011 HI00 (Valverde) HI05
(Orchilla) HI08 (El Pinar) HI09 (La Restinga) y HI10 (Tacoron) (Berrocoso et al 2012)
4 Estudios realizados
185
45 Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutec-
nicas GNSS
451 Introduccioacuten
La subsidencia del terreno es un fenoacutemeno geoloacutegico que implica el asentamiento
de la superficie terrestre Las causas pueden ser naturales o relacionadas con activi-
dades humanas Este fenoacutemeno no suele ocasionar viacutectimas mortales sin embargo
los dantildeos materiales producidos pueden llegar a ser enormes sobre todo en zonas
urbanas afectando especialmente a todo tipo de construcciones apoyadas sobre el
terreno que se deforma (Tomaacutes et al 2009)
Con el fin de evitar posibles dantildeos el conocimiento de las aacutereas afectadas por sub-
sidencia es de gran importancia pero tambieacuten lo es la determinacioacuten de las causas
de esa subsidencia
Estudios recientes como los realizados por Gonzaacutelez et al en 2012 con el uso de
teacutecnicas de Radar de apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (Interpherometric Synthetic
Aperture Radar InSAR) demuestran que un aacuterea especiacutefica en Lorca tiene una tasa
de hundimiento de unos 10 cm por antildeo (Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2011)
El aacuterea de estudio se situacutea en el sudeste de la peniacutensula Ibeacuterica en el entorno de la
ciudad de Lorca Murcia (ver Figura 441) Es una vega muy feacutertil y durante las
uacuteltimas deacutecadas ha desarrollado un potente sector agrario haciendo que la demanda
de agua para sostener las explotaciones agriacutecolas haya crecido enormemente desde
mediados de los antildeos 60
Figura 441 Situacioacuten de la zona estudiada Mapa base de Google maps
Estudios como el mencionado anteriormente de Gonzaacutelez et al atribuyen este fe-
noacutemeno a la sobreexplotacioacuten del acuiacutefero del Guadalentiacuten Sin embargo ninguno
de estos estudios analiza en profundidad la hidrogeologiacutea de la zona con sus varia-
ciones piezomeacutetricas ni la estacionalidad en la velocidad de la tasa de subsidencia
4 Estudios realizados
186
observada elementos que a priori podriacutean apoyar o descartar que la sobreexplota-
cioacuten hiacutedrica sea la causa de la subsidencia observada Aunque el objetivo de este
trabajo es el estudio de los movimientos verticales del terreno en los alrededores de
la localidad de Lorca mediante teacutecnicas GNSS desde septiembre del 2009 hasta
septiembre del 2012 se estudia tambieacuten su posible relacioacuten con la extraccioacuten de
agua para riego del acuiacutefero del Guadalentiacuten
452 Antecedentes
La subsidencia del terreno es el asentamiento de la superficie terrestre se trata de
un peligro natural que afecta a amplias zonas y que causa importantes dantildeos eco-
noacutemicos y alarma social La subsidencia puede deberse a varias causas tales como
la disolucioacuten de materiales en profundidad la excavacioacuten de tuacuteneles o galeriacuteas de
minas la erosioacuten profunda la fluencia lateral del terreno la compactacioacuten de los
materiales del suelo o la actividad tectoacutenica Todas las causas mencionadas ante-
riormente se evidencian en el terreno como deformaciones verticales que pueden
variar desde unos pocos miliacutemetros a varios metros durante periacuteodos que van desde
minutos hasta antildeos (Tomaacutes et al 2009) Seguacuten Tomaacutes et al 2009 desde un punto
de vista geneacutetico se pueden describir dos tipos de subsidencia endoacutegena y exoacutege-
na La primera se refiere a los movimientos de la superficie de la tierra asociados a
los procesos geoloacutegicos internos como pliegues fallas volcanes etc La segunda
se refiere a los procesos de deformacioacuten de superficie relacionados con la compac-
tacioacuten natural o antropogeacutenica del suelo La subsidencia tambieacuten se puede clasificar
seguacuten los mecanismos de activacioacuten
En un marco geodinaacutemico global la regioacuten de Murcia se encuentra dentro de la
orogenia Beacutetica (Cordilleras Beacuteticas) que incluye el aacuterea espantildeola continental de
contacto entre las placas tectoacutenicas africana e ibeacuterica Esta zona no tiene ninguacuten
gran accidente capaz de absorber la presioacuten de las dos placas En cambio la defor-
macioacuten producida por la convergencia de las placas se distribuye en una banda cuya
direccioacuten principal es EW y que tiene unos 400 kiloacutemetros de ancho Las medidas
de los movimientos relativos entre las placas indican una velocidad de movimiento
relativo en el centro de la Peniacutensula Ibeacuterica entre la placa Ibeacuterica y la placa africana
de 02 mm antildeo NO-SE (SISMIMUR 2011) Esto sugiere que el 95 de la tasa de
4 mm antildeo de movimiento entre la placa ibeacuterica y la placa africana es absorbida por
la deformacioacuten de las Cordilleras Beacuteticas Mar de Alboraacuten Rif and Tell (SISMI-
MUR 2011)
La cuenca del Lorca se encuentra al suroeste de la Regioacuten de Murcia en la zona de
contacto entre las zonas externas e internas de las Cordilleras Beacuteticas Se compone
de doce formaciones neoacutegenas marinas y continentales agrupadas en cinco unida-
des tectoacutenicas sedimentarias (STU) Las condiciones climaacuteticas semiaacuteridas se carac-terizan por pequentildeas cantidades de precipitacioacuten (180-400mmantildeo) y una tempera-
tura media de entre 12 y 18 ordm C (Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura 1998) El
4 Estudios realizados
187
riacuteo Guadalentiacuten drena la parte occidental de la gran depresioacuten que se caracteriza por
un fondo de valle casi plano con una serie de abanicos aluviales bien desarrollados
Los bordes de cuenca se controlan principalmente por las grandes fallas de desgarre
y tienen asociada actividad hidrotermal (Gonzaacutelez et al 2011)
El acuiacutefero del Valle de Guadalentiacuten se extiende sobre un aacuterea de 740km2 entre la
Cordillera de Enmedio y su confluencia con el riacuteo Segura Hidro-geoloacutegicamente el
basamento del acuiacutefero se compone de varios complejos metamoacuterficos paleozoicos
relativamente impermeables cubiertos por conglomerados permeables del Mioceno
yo series de calcarenitas La parte superior de la sucesioacuten comprende conglomera-
dos de compresioacuten arenas limos y arcillas Plioceno-Cuaternarios de baja permea-
bilidad (Ceroacuten et al 1996)
En la actualidad la Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura considera que el acuiacutefe-
ro Guadalentiacuten consiste en dos acuiacuteferos principales el acuiacutefero del Alto Guadalen-
tiacuten y el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten La Confederacioacuten considera actualmente la
liacutenea liacutemite noreste maacutes al norte que la definida en 1975 por el Instituto Geoloacutegico y
Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Ambas liacuteneas se
muestran en la Figura 442 La Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura ha elaborado
una serie de informes titulados Caracterizacioacuten adicional de las masas de agua
subterraacutenea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales en 2015 (Con-
federacioacuten Hidrograacutefica del Segura de 2013 (1)) En el informe sobre el acuiacutefero
Alto Guadalentiacuten afirman que la frontera norte con el acuiacutefero multicapa del Bajo
Guadalentiacuten es cerrada lo que obviamente significa que no puede haber una
transferencia de agua entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y del Bajo Guadalen-
tiacuten
En el documento Anexo B Fichas de los temas importantes la mencionada Con-
federacioacuten Hidrograacutefica del Segura afirma que los dos acuiacuteferos estaacuten sobreexplo-
tados (Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura de 2013 (2)) teniendo en cuenta el
liacutemite que se trasladoacute en 1975 como se muestra en la Figura 442
Los estudios realizados por Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 muestran una subsidencia
de aproximadamente 15 m en 15 antildeos con tasas de hundimiento que alcanzan
valores maacuteximos que van de 6 a 15 centiacutemetros por antildeo como se puede observar en
las Figuras 442 y 452 Esto hace que sea una de las zonas con la tasa de hundi-
miento maacutes raacutepido del mundo por no mencionar que es el aacuterea maacutes grande de Eu-
ropa con una tasa tan alta (aproximadamente 690 kiloacutemetros cuadrados)
En base a estas consideraciones generales se hace necesario un estudio hidrogeoloacute-
gico de la zona para determinar la causa de la subsidencia observada
4 Estudios realizados
188
453 Datos y metodologiacutea
4531 Datos de acuiacuteferos
Seguacuten el informe denominado Investigacioacuten Hidrogeoloacutegica de la Cuenca Baja del
Segura (Instituto Geoloacutegico y Minero de 1975) el acuiacutefero del Valle de Guadalen-
tiacuten en realidad consta de cuatro acuiacuteferos independientes incluyendo un acuiacutefero
kaacuterstico calizo-dolomiacutetico con presencia frecuente de gases (con una elevacioacuten de
aproximadamente 250 m) situado fuera de la zona en la que se ha detectado la sub-
sidencia y que no se muestra en la Figura 443 La Figura 443 muestra los tres
acuiacuteferos independientes ubicados en el aacuterea de estudio
Figura 442 Situacioacuten de las liacuteneas liacutemite entre el acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten y el acuiacutefero del
Bajo Guadalentiacuten liacutenea liacutemite actual y liacutenea liacutemite definida en 1975 por el Instituto Geoloacutegico y
Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Situacioacuten de los piezoacutemetros
estudiados El curvado representa la tasa de hundimiento anual en centiacutemetros detectada por
Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 usando teacutecnicas de interferometriacutea de radar de sateacutelite multitempora-
les Bases imagen espacial CNES Spot Image Digital Globe Geo Eye Instituto Andaluz de
Cartografiacutea 2013
4 Estudios realizados
189
Figura 443 Perfil hidrogeoloacutegico longitudinal del Valle del Guadalentiacuten entre Lorca y Puerto
Lumbreras seguacuten los estudios geofiacutesicos realizados en los antildeos 70 por el IGME (Instituto Geoloacute-
gico y Minero de Espantildea) Estos estudios han sido confirmados por recientes sondeos profundos
45311 Acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten
En el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten se pueden encontrar varias secciones permea-
bles con niveles de agua subterraacutenea independientes
El acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten conocido como acuiacutefero multicapa del Valle del
Guadalentiacuten se extiende desde Lorca a Murcia la liacutenea divisoria entre el Bajo Gua-
dalentiacuten y el Alto Guadalentiacuten se considera casi coincidente con la carretera Lorca-
Vado (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Las Figuras 444 445 446
y 447 ilustran la evolucioacuten de los niveles de agua subterraacutenea del acuiacutefero en los
uacuteltimos antildeos
Figura 444 Graacutefica de la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Sat La Casilla Corto localizado 35
km al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4 Estudios realizados
190
Figura 445 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Plantones de Mata ubicado
41 kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura
Alimentacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
Figura 446 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Purias El Gallego ubicado a
7 kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Ali-
mentacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4 Estudios realizados
191
Figura 447 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo El Gallego ubicado a 7
kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimen-
tacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
45312 Acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten
El acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten en el aacuterea de estudio es como sigue Una barrera
natural de arcillas margosas que separa la cuenca sedimentaria de Puerto Lumbre-
ras Hasta llegar a una profundidad de 200-250m la parte superior de la cuenca se
compone principalmente de grava y arena gruesa posiblemente transportada desde
las ramblas del norte en Torrecilla Beacutejar y Nogalte Histoacutericamente la produccioacuten
de agua en la base ha sido alta Los primeros pozos fueron perforados a finales de
los antildeos 50 dando caudales superiores a 100 litros por segundo a poca profundidad
Sin embargo debido a la impermeabilidad de los bordes laterales la recarga y la
conexioacuten con el resto del valle era imposible La sobreexplotacioacuten se hizo inevitable
y el nuacutemero de pozos en el aacuterea crecioacute en las deacutecadas siguientes lo que llevoacute a que
la extraccioacuten de agua superoacute la recarga del acuiacutefero
A partir de los niveles de agua subterraacutenea estudiados se puede decir que el del
Alto Guadalentiacuten es el uacutenico acuiacutefero sobreexplotado Consiste en una pequentildea
cuenca detriacutetica que ocupa soacutelo el 15 del valle situado al lado de Puerto Lumbre-
ras Los graacuteficos de evolucioacuten piezomeacutetrica como se muestra en las Figuras 448 y
449 indican que el acuiacutefero estaacute sobreexplotado
4 Estudios realizados
192
Figura 448 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Los Valencianos ubicado a
3 km al suroeste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimenta-
cioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
Figura 449 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Los Jarros ubicado a 3 km
al suroeste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
45313 Acuiacutefero profundo del Valle del Guadalentiacuten
El acuiacutefero Profundo del Valle del Guadalentiacuten se encuentra por debajo de los anteriores a una altitud de alrededor de 50-60m Varios sondeos realizados por la
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura evidencian la existencia de este acuiacutefero
4 Estudios realizados
193
profundo como los estudios realizados por Joseacute Mariacutea Montes y Francisco Turrioacuten
Pelaacuteez (Turrioacuten Pelaacuteez 2012) Como se muestra en la Figura 450 no se trata de un
acuiacutefero sobreexplotado y sus niveles incluso muestran una tendencia creciente
Figura 450 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Torrecilla situado a 25km
al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4532 GNSS
Al igual que en el caso de muchas otras aacutereas la ciencia del control de deformacio-
nes ha entrado en una nueva era debido al desarrollo de las tecnologiacuteas espaciales
para medir el movimiento de la superficie de la corteza terrestre
Las redes geodeacutesicas se utilizan para diferentes tipos de trabajos topograacuteficos y
geodeacutesicos Un ejemplo de ello son los estudios geodinaacutemicos que utilizan los
cambios en la posicioacuten de las estaciones permanentes GNSS en un periacuteodo determi-
nado de tiempo para entender las caracteriacutesticas de los movimientos producidos
(Oumlzyasar et al 2011) En lo referente a este estudio las teacutecnicas de GNSS se han
utilizado para cuantificar el desplazamiento vertical en su caso de la zona afectada
por el proceso de subsidencia La fiabilidad de la deteccioacuten de movimiento de las
estaciones permanentes depende fundamentalmente de la realizacioacuten de una red de
monitoreo estable en torno a las estaciones (Dogani et al 2013) Por lo tanto para
este estudio se constrintildeeron las coordenadas de las estaciones permanentes del
Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) ya que no se consideran afectadas
por el fenoacutemeno en estudio Ademaacutes de las mencionadas estaciones se procesaron
datos de estaciones permanentes GNSS de otros organismos regionales para obtener
el resto de la maacutes informacioacuten
4533 Datos de entrada
A efectos de caacutelculo se procesaron los datos de cuatro agencias que ofrecen datos
de estaciones permanentes GNSS el criterio para la seleccioacuten de las estaciones fue
la disponibilidad de datos Para que una estacioacuten permanente sea incluida en la red
4 Estudios realizados
194
de organismo oficial se deben cumplir algunos requisitos como son horizonte
despejado en los alrededores de la antena no debe haber ninguacuten objeto que pueda
interferir con las sentildeales GPS o producir multicamino Ademaacutes el sitio debe ser
geoloacutegicamente estable la antena se debe montar en una estructura riacutegida y durade-
ra y el sitio debe estar libre de interferencias electromagneacuteticas La tabla 46 mues-
tra la lista de las estaciones utilizadas y algunas de sus caracteriacutesticas
ESTACIOacuteN ORGANISMO SITUACIOacuteN INSTALACIOacuteN Y ESTRUCTURA
ALAC IGN Alicante Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
ALME IGN Almeriacutea Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
COBA IGN Coacuterdoba Bloque de hormigoacuten armado sobre edificio
MALA IGN Maacutelaga Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
SONS IGN Sonseca Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
TERU IGN Teruel Pilar de hormigoacuten armado de 3 m de altura
YEBE IGN Yebes Pilar de hormigoacuten armado de 12 m de
altura sobre edificio
VALE IGN Valencia Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
ALCA REGAM Los Alcaacutezares Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
CARA REGAM Caravaca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
LORC REGAM Lorca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
MAZA REGAM Mazarroacuten Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
MORA REGAM Moratalla Reinforced concrete cube on building
metal tower 2 m height
4 Estudios realizados
195
MULA REGAM Mula Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
CRVC MERISTE-
MUM Caravaca
Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 15 m de altura
LORC MERISTE-
MUM Lorca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
MURC MERISTE-
MUM Murcia
Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 1 m de altura
CAAL RAP Calar Alto
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 180 m de
altura y 009 m de diaacutemetro en pilar geodeacute-
sico construido sobre roca
HUOV RAP Huercal-
Overa
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 05 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado a un
pilar del edificio en la terraza
PALC RAP Pozo Alcoacuten
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 12 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado por
abrazaderas y soportes a una columna y
una viga de la terraza del edificio
VIAR RAP Villanueva
Arzobispo
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 05 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado a un
pilar del edificio en la terraza
Tabla 46 Lista de las estaciones utilizadas
La distribucioacuten de las estaciones utilizadas se puede ver en la Figura 451 De las
estaciones anteriores las que pertenecen a IGN fueron tomadas como referencia
excluyendo ALME y ALAC
Las agencias mencionadas proporcionaron datos de observacioacuten GPS cada 30 se-
gundos para este estudio se utilizaron los archivos RINEX y las coordenadas apro-
ximadas de las estaciones que proporcionan estos organismos
Como se ha mencionado anteriormente hay dos estaciones permanentes cerca de
Lorca la estacioacuten incluida en la red REGAM estaacute situada en el suroeste de la ciu-
dad de Lorca y la estacioacuten incluida en la red MERISTEMUM estaacute situada a 24 km
de la anterior en las afueras de la ciudad La ubicacioacuten de las estaciones se muestra
en la Figura 452
4 Estudios realizados
196
Figura 451 Estaciones permanentes GNSS utilizadas en el proceso de caacutelculo Base imagen
espacial TerraMetrics de 2013
Figura 452 Situacioacuten de las estaciones permanentes GNSS cerca de Lorca y liacutenea liacutemite entre el
acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten y el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten El curvado representa la tasa de
hundimiento anual en cm detectada por Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 usando teacutecnicas de interfe-
rometriacutea de radar de sateacutelite multitemporales
4 Estudios realizados
197
4534 Ventana temporal
La ventana temporal de los datos de la estacioacuten de Lorca REGAM utilizados se
extiende del 22 de octubre del 2009 cuando la estacioacuten comenzoacute a ser operativa
hasta febrero 10 de 2011 cuando la estacioacuten dejoacute de funcionar Los datos tomados
de la estacioacuten Lorca MERISTEMUM son desde el 21 de abril de 2011 cuando la
estacioacuten comenzoacute a ser operativo al 27 de octubre de 2012 Aunque Blewitt y La-
valleacutee recomiendan que se adopte un periodo de 25 antildeos como conjunto de datos
miacutenimos estaacutendar para que pueda haber una correcta interpretacioacuten tectoacutenica (Ble-
witt y Lavalleacutee 2002) se han utilizado todos los datos disponibles y los resultados
obtenidos para el periacuteodo elegido se considera que son correctos ya que son consis-
tentes con los resultados anteriores de Gonzaacutelez y Fernaacutendez en 2012 obtenidos
mediante el uso de teacutecnicas de interferometriacutea de radar de sateacutelite multitemporales
Se procesoacute un diacutea completo una vez por semana el nuacutemero de posiciones calcula-
das fue de 141
4535 Procesamiento de los datos
El proceso de caacutelculo se llevoacute a cabo con el software Bernese 50 desarrollado por
la Universidad de Berna que nos permite compensar las redes GNSS con gran pre-
cisioacuten y control
Ademaacutes de los archivos de observacioacuten de estaciones permanentes se obtuvieron
del Centro para la determinacioacuten de Oacuterbitas de Europa (CODE) otros datos necesa-
rios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red incluyendo los siguientes correccio-
nes ionosfeacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las esta-
ciones Las oacuterbitas precisas de los sateacutelites de se obtuvieron del Servicio GNSS
Internacional (IGS) Datos de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del Observatorio Es-
pacial de Onsala
Se realizoacute una compensacioacuten inicial como red libre para detectar errores groseros y
seguidamente se constrintildeeron las coordenadas de las estaciones que forman el mar-
co de referencia
A efectos de compensacioacuten se escogioacute la combinacioacuten libre de ionosfera y el mo-
delo troposfeacuterico de Hopfield Se consideraron las oacuterbitas precisas los paraacutemetros
ionosfeacutericos los paraacutemetros de desplazamiento del polo las correcciones de sesgos
instrumentales Code-Bias y las correcciones por mareas
Las coordenadas de las estaciones calculadas para cada diacutea una vez por semana se
obtuvieron en el marco de referencia geodeacutesico ETRS89 y en el sistema de coorde-
nadas UTM
4 Estudios realizados
198
4536 Resultados
Al comparar varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calculados en
diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se pueden
usar para cuantificar el movimiento de la superficie y la velocidad (Chang 2000)
Figura 453 Variacioacuten en altitud en la estacioacuten LORC (REGAM) durante el periacuteodo estudiado
Figura 454 Variacioacuten en altitud en la estacioacuten LORC (MERISTEMUM) durante el periacuteodo
estudiado
4 Estudios realizados
199
Las Figuras 453 y 454 muestran las variaciones en altitud en las estaciones de
Lorca
454 Observaciones de campo
En marzo de 2013 se visitoacute el aacuterea de estudio para comprobar la estabilidad de las
estaciones permanentes GNSS ademaacutes se encontraron varios casos de piping en el
aacuterea de subsidencia como se muestra en la Figura 455
Figura 455 Fenoacutemenos de piping observados en el aacuterea de subsidencia A fotografiacutea tomada
cerca de Santa Gertrudis (ver Figura 452) B fotografiacutea tomada cerca de la estacioacuten de Puerto
Lumbreras (ver Figura 452) C Fotografiacutea tomada cerca de la estacioacuten de Puerto Lumbreras
455 Discusioacuten y conclusiones
A partir del estudio de las coordenadas obtenidas para cada estacioacuten permanente
GNSS durante el periodo calculado se ha detectado una tendencia hacia la subsi-
dencia como muestra la altura de las dos estaciones de Lorca en las Figuras 453 y
454 En concreto se detectoacute una tasa de hundimiento de 080cmantildeo en la estacioacuten
de LORC (REGAM) y se calculoacute una tasa de hundimiento de 864cmantildeo para la
estacioacuten LORC (MERISTEMUM)
Las expresiones empiacutericas calculadas para las variaciones temporales de altura
respectivamente fueron las ecuaciones (1) y (2)
h = -1E-08 t2 + 01896 t + 3884 (1)
h = -2E-08 t2 + 00010 t + 3460 (2)
4 Estudios realizados
200
donde h es la altura y t es el tiempo
La tasa de subsidencia detectada es consistente en magnitud y posicioacuten con los
valores calculados utilizando teacutecnicas de interferometriacutea radar diferencial en el
estudio llevado a cabo por Gonzaacutelez y Fernaacutendez (Gonzaacutelez et al 2011) que se
muestran en las Figuras 442 y 452
Como resultado de este estudio y teniendo en consideracioacuten el estudio realizado por
Gonzaacutelez y Fernaacutendez se puede concluir que la subsidencia en Lorca es un hecho
Sin embargo la causa de esta subsidencia estaacute poco clara
De acuerdo con estudios realizados por Gonzaacutelez y Fernaacutendez la causa de la subsi-
dencia es la extraccioacuten de agua (Gonzaacutelez et al 2011) sin embargo como se ha
demostrado no hay sobreexplotacioacuten de todos los pozos en el aacuterea en la cual se
detecta subsidencia
Como se muestra en las Figuras 442 y 452 la zona de subsidencia se encuentra
entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y Bajo Guadalentiacuten seguacuten la liacutenea liacutemite
del Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espa-
ntildea 1975) la liacutenea de liacutemite oficial estaacute actualmente situada maacutes al norte como se
muestra en las Figuras 442 y 452
La liacutenea liacutemite entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y Bajo Guadalentiacuten se colo-
coacute en 1975 como una liacutenea coacutencava que une Lorca con Vado veacutease la Figura 452
esta liacutenea liacutemite se deduce de estudios geofiacutesicos y es consistente con los estudios
piezomeacutetricos que se han mostrado Maacutes tarde en 1987 cuando se redactoacute la decla-
racioacuten de sobreexplotacioacuten de los acuiacuteferos la liacutenea liacutemite se trasladoacute hacia el norte
pero este cambio no estaacute cientiacuteficamente justificado (Instituto Geoloacutegico y Minero
de Espantildea 1987) Teniendo en cuenta la liacutenea liacutemite de 1975 y los datos piezomeacute-
tricos el acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten es el uacutenico sobreexplotado El acuiacutefero del
Alto Guadalentiacuten ocupa soacutelo el 39 de la zona en la que se detecta la subsidencia y
el aacuterea con la mayor tasa de hundimiento no se encuentra por encima del mismo
Otra razoacuten para cuestionar la sobreexplotacioacuten como causa de la subsidencia es la
presencia de una barrera impermeable entre el acuiacutefero de Alto Guadalentiacuten y el
acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten lo demuestran los estudios geofiacutesicos mencionados
del Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea Esta barrera se deberiacutea reflejar en el
curvado de tasa de hundimiento sobre todo teniendo en cuenta que se trata de una
barrera entre dos zonas con diferente comportamiento hidrogeoloacutegico el acuiacutefero
del Alto Guadalentiacuten es una pequentildea cuenca detriacutetica y el acuiacutefero del Bajo Guada-
lentiacuten tiene varias secciones permeables con niveles de aguas subterraacuteneas indepen-
dientes
Por lo tanto se debe buscar otra razoacuten para justificar la subsidencia observada
4 Estudios realizados
201
Una explicacioacuten para el fenoacutemeno observado puede estar relacionada con los proce-
sos de piping asociados con el gran nuacutemero de pozos (la mayoriacutea de ellos ilegales y
abandonados) en la zona afectada por la subsidencia en los que el agua estaacute decan-
tando continuamente sedimentos de la parte superior a la inferior del acuiacutefero Este
fenoacutemeno se ha documentado en el aacuterea de estudio (veacutease la Figura 455 A
(httpwwwyoutubecomwatchv=3uBBly8LhOA)) Sin embargo teniendo en
cuenta la magnitud de la subsidencia observada el volumen de material desplazado
deberiacutea ser muy alto y por lo tanto la subsidencia no puede atribuirse uacutenicamente a
fenoacutemenos de piping Por lo tanto se deben buscar causas adicionales para explicar
la subsidencia encontrada
Otra explicacioacuten para la subsidencia observada podriacutea estar relacionada con la con-
figuracioacuten tectoacutenica del basamento metamoacuterfico paleozoico De acuerdo con los
estudios geofiacutesicos y perforaciones profundas el Alto Guadalentiacuten tiene una estruc-
tura de graben un horst tectoacutenico se puede observar dentro de la zona hundida que
estaacute delimitada por fallas N 60 E el horst estaacute interrumpido y desplazado lateral-
mente por otras fallas N 120 E que tienen un desgarro dextral predominante (el
bloque oriental se mueve al sur y el occidental al norte) Se han detectado fallas
normales con rumbo N 150-170 E cruzando el horst (Rodriacuteguez Estrella et al
1996)
Durante la visita a la zona se observoacute una grieta kilomeacutetrica absolutamente lineal
la grieta teniacutea una anchura de 05 a 3 m una profundidad de 1-5 m y una direccioacuten
de N 160 E que coincide con la falla normal descrita por Rodriacuteguez Estrella et al en el antildeo 1987 Esta grieta evidencia la existencia de distensioacuten neotectoacutenica en el
aacuterea de estudio Rodriacuteguez Estrella et al sentildealoacute que se ha producido esta actividad
distensiva desde el Mioceno Tardiacuteo
La actividad distensiva asociada con los esfuerzos orogeacutenicos de direccioacuten casi NS
podriacutea ser la causa de la subsidencia Ademaacutes este mecanismo tectoacutenico explica la
intensa actividad de piping observada en el aacuterea de estudio
Como conclusioacuten final es necesario llevar a cabo un estudio multidisciplinario maacutes
a fondo de este fenoacutemeno con el fin de determinar las causas y el alcance de la sub-
sidencia ya que podriacutea implicar un peligro potencial para el aacuterea pudieacutendose pro-
ducir derrumbes de tierra y grietas en la zona afectada (veacutease la Figura 455 B y C)
4 Estudios realizados
202
46 Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordi-
llera Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS
461 Introduccioacuten
El uso de GNSS para monitorizar de forma continua deformaciones en la corteza
terrestre implica una infraestructura de redes fijas de receptores tomando datos
GNSS las 24 horas del diacutea (Bock 1991) Es una praacutectica habitual la realizacioacuten de
mediciones geodeacutesicas para detectar deformaciones intersiacutesmicas y cosiacutesmicas En
la mayoriacutea de los casos estos estudios se han realizado en fallas activas y poten-
cialmente activas con tasas altas o muy altas de actividad
En los uacuteltimos antildeos los estudios geofiacutesicos y geoloacutegicos de las Cordilleras Beacuteticas
se han centrado en el reconocimiento de las estructuras tectoacutenicamente activas y las
aacutereas siacutesmicas Como resultado de las investigaciones geofiacutesicas (incluyendo sismi-
cidad tomografiacutea siacutesmica perfiles siacutesmicos de reflexioacuten profunda gravedad y
magnetismo) se ha llegado a la conclusioacuten de que algunos de los elementos maacutes
activos de la zona estaacuten relacionados con la subduccioacuten de la corteza continental
del Macizo Ibeacuterico por debajo de las Cordilleras Beacuteticas (Morales et al 1999)
Ademaacutes en el sector central de la cordillera se ha detectado un contacto de des-
prendimiento de entre 10 y 15 km de profundidad (Galindo-Zaldiacutevar et al 1997
Ruano et al 2004) se considera que es la base sismogeneacutetica de la corteza (Galin-
do-Zaldiacutevar et al 2007)
La reciente y la actual convergencia NW-SE (De Mets et al 1990) produce el desa-
rrollo simultaacuteneo de grandes pliegues y fallas que continuacutea activo hasta la actuali-
dad (Galindo-Zaldiacutevar et al 2003) Uno de los sectores con maacutes intensa actividad
tectoacutenica en esta regioacuten se encuentra en zona interna de la parte central en las Cor-
dilleras Beacuteticas El levantamiento de las cordilleras se relaciona principalmente con
el desarrollo de pliegues en este contexto regional compresivo (Sanz de Galdeano y
Alfaro 2004) Sin embargo las fallas maacutes abundantes reconocidas en la superficie a
lo largo de la parte central de la Cordillera muestran un deslizamiento normal a
veces con componentes dextrales o sinistrales (Galindo-Zaldiacutevar et al 2007)
En el presente estudio se pretende determinar la dinaacutemica de las fallas activas de la
cordillera beacutetica oriental mediante la red de estaciones permanentes dependientes de
cuatro organismos puacuteblicos estatales Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) Infraes-
tructura de datos espaciales de referencia de la Regioacuten de Murcia (REGAM) Con-
sejeriacutea de Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia (MERISTEMUM) y
Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) Se han utilizado datos desde el momento
en que se instalaron las redes en octubre de 2009 hasta octubre de 2012
4 Estudios realizados
203
462 Marco geoestructural
La Cordillera Beacutetica se situacutea en el extremo maacutes occidental del cinturoacuten orogeacutenico
alpino adosada al borde Sur de la subplaca Ibeacuterica (ver Figura 456) La evolucioacuten
geodinaacutemica de esta subplaca ha sido bastante compleja durante los uacuteltimos 200
millones de antildeos debido a su posicioacuten intermedia entre las dos grandes placas Euro-
asiaacutetica y Africana asiacute como por su relativa independencia cinemaacutetica en determi-
nadas etapas Durante el Juraacutesico y gran parte del Cretaacutecico se produjo un movi-
miento relativo de caraacutecter transcurrente entre las placas Africana y Euroasiaacutetica
asociado a los procesos de apertura primero del Atlaacutentico Sur y luego del Atlaacutentico
Norte Durante esta etapa la microplaca ibeacuterica presenta una cinemaacutetica individuali-
zada respecto a la de las dos grandes placas que separa sufriendo procesos de rota-
cioacuten (Le Pichon et al 1970 Choukroune et al 1973) Durante el Terciario este
movimiento transcurrente relativo se frena de modo que durante los uacuteltimos 9 mi-
llones de antildeos (Mioceno superior-actualidad) la subplaca Ibeacuterica ha estado sometida
al proceso de convergencia entre las placas Africana y Euroasiaacutetica (Dewey 1988)
Figura 456 Principales elementos de los liacutemites de placas y la cinemaacutetica de las placas tectoacuteni-
cas AB Cuenca del Algarve PB Margen de Portimao GB Margen del Guadalquivir CPR
Coral Patch Ridge GCIW Gulf of Cadiz Imbricate Wedge HGU Horseshoe Gravitational Unit
Modificado de Iribarren et al 2007
Como consecuencia de esta convergencia se generan las cordilleras que configuran el Oroacutegeno Alpino Mckenzie (1972) utilizando datos de los oceacuteanos circundantes
y analizando los mecanismos focales de la sismicidad describe esa convergencia
4 Estudios realizados
204
entre Eurasia y Aacutefrica deduciendo una rotacioacuten horaria en la direccioacuten de conver-
gencia y un aumento en el valor absoluto de la misma hacia el este Dicha conver-
gencia estaacute controlada por la actividad de grandes fallas transformantes de direccioacuten
proacutexima a E-O que conectan la dorsal centro-oceaacutenica con la zona de Gibraltar
fundamentalmente las fallas Gloria y Azores-Gibraltar (Argus et al 1989)
La direccioacuten de convergencia gira desde la zona de Gibraltar hacia el mediterraacuteneo
central cambiando de orientacioacuten desde NO-SE a NNO-SSE Al mismo tiempo que
se produce este proceso de convergencia se genera un proceso distensivo entre las
placas Ibeacuterica y Africana que da lugar a la formacioacuten de la cuenca de Alboraacuten y el
golfo de Valencia (Vegas 1985 y Sanz de Galdeano 1990)
Figura 457 Mapa de las principales fallas situadas en la zona analizada que son CRF falla de
Crevillente BSF Falla del Bajo Segura CF Falla Carrascoy AMF Falla de Alhama de Murcia
PF Falla de Palomares CBF Falla de Carboneras MF falla Moreras y AF Falla de Albox Mo-
dificado de Ortuntildeo et al (2012)
Las medidas de movimientos relativos entre las placas indican una velocidad de
movimiento relativo en el centro de la Peniacutensula Ibeacuterica entre la placa Ibeacuterica y la
placa Africana de 02 mmantildeo seguacuten una direccioacuten NO-SE Ello parece indicar que
el 95 de los 4 mmantildeo de la tasa de movimiento entre la placa Ibeacuterica y la placa
Africana es absorbida por la deformacioacuten en las cordilleras Beacuteticas Mar de Albo-
raacuten Rif y Tell (Sismimur 2011)
4 Estudios realizados
205
La zona analizada en el presente estudio como se puede ver en la Figura 457 se
localiza en zona oriental del Oroacutegeno Beacutetico el cual comprende la parte continental
espantildeola de la zona de contacto entre las placas tectoacutenicas de Aacutefrica e Iberia Dicha
zona se caracteriza por la ausencia de un accidente principal que absorba la defor-
macioacuten producida por el empuje de ambas placas repartieacutendose el esfuerzo a lo
largo de una amplia zona con gran cantidad de fallas activas
463 Metodologiacutea utilizada
Como muchos otros aspectos de la vida la ciencia de los terremotos ha entrado en una
nueva era con el desarrollo de tecnologiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten de la
superficie en las zonas tectoacutenicamente activas
Las mediciones permanentes con datos GPS ofrece la posibilidad efectiva e inde-
pendiente de la monitorizacioacuten directa de los movimientos asociados a un fenoacute-
meno (Schenk et al 2009) Por lo tanto para los propoacutesitos de este estudio las
teacutecnicas de GNSS se han utilizado para cuantificar el desplazamiento vertical en el
caso de que hayan producido de la zona afectada por el proceso de subsidencia
La fiabilidad en la deteccioacuten de los movimientos del objeto estudiado depende
fundamentalmente de la realizacioacuten de una red estable en torno a esos objetos (Do-
gani et al 2013) Por lo tanto este estudio se llevaraacute a cabo en el marco definido
por estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) y de
otros organismos puacuteblicos Las estaciones situadas fuera de la zona estudiada de la
cordillera beacutetica en zonas tectoacutenicamente poco activas se consideraraacuten en principio
no afectadas por el fenoacutemeno estudiado y fijaraacuten el marco de referencia Ademaacutes se
procesaraacuten las estaciones permanentes GNSS de otros organismos regionales para
obtener la informacioacuten buscada
464 Datos de partida
Se procesoacute la informacioacuten proporcionada por cuatro organismos que ofrecen datos
GNSS de sus estaciones permanentes de forma continua estos son
- Red de estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional (IGN)
De donde se utilizaron los datos de las estaciones ALAC (Alicante Ali-
cante) ALME (Almeriacutea Almeriacutea) COBA (Coacuterdoba Coacuterdoba) MALA
(Maacutelaga Maacutelaga) SONS (Sonseca Toledo) TERU (Teruel Teruel) YE-
BE (Yebes Guadalajara) y VALE (Valencia Valencia)
- Red REGAM (Cartomur ndash Infraestructura de datos espaciales de referencia
de la Regioacuten de Murcia) de donde se tomaron datos de las estaciones
ALCA (Los Alcaacutezares) CARA (Caravaca) JUMI (Jumilla) LORC (Lor-
ca) MAZA (Mazarroacuten) MORA (Moratalla) y MULA (Mula)
4 Estudios realizados
206
- Red MERISTEMUM (Direccioacuten General del Medio Natural Consejeriacutea de
Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia) De la que se toma-
ron las estaciones CRVC (Caravaca) LORC (Lorca) MURC (Murcia)
- Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) De la que se tomoacute informacioacuten
de las estaciones CAAL (Calar Alto Gergal Almeriacutea HUOV (Huercal-
Overa Almeriacutea) PALC (Pozo Alcoacuten Jaeacuten) y VIAR (Villanueva del Arzo-
bispo Jaeacuten)
La distribucioacuten de las estaciones utilizadas se puede observar en la Figura 458 De
todas las estaciones citadas se tomaron como marco de referencia las pertenecien-
tes al IGN excepto ALME y ALAC
Figura 458 Estaciones permanentes GNSS utilizadas en el proceso de caacutelculo Imagen espacial
base TerraMetrics 2013
Las agencias mencionadas proporcionaron los datos de observacioacuten GPS cada 30
segundos los archivos RINEX y las coordenadas aproximadas de las estaciones
utilizadas
Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red se obtuvieron del
Centre for Orbit Determination in Europe (CODE) incluyendo correcciones ionos-feacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las estaciones Las
4 Estudios realizados
207
oacuterbitas precisas de los sateacutelites se obtuvieron del Internacional GNSS Service
(IGS) Los datos de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del Onsala Space Observatory
465 Marco temporal
La ventana temporal de los datos utilizados se extiende del 22 de octubre de 2009
cuando comenzaron a ser operativas las estaciones al 27 de octubre de 2012 Se
procesaron los datos de un diacutea entero una vez por semana siendo el nuacutemero de
posiciones calculadas de 141
466 Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda del programa informaacutetico Bernese de
la Universidad de Berna que nos permite compensar redes geodeacutesicas observadas
mediante teacutecnicas GNSS con una gran precisioacuten y control de las mismas (Dach et
al 2007)
En una primera etapa las ambiguumledades se estimaron y se fijaron a un entero utili-
zando la estrategia QIF (Quasi Ionosphere Free) Los caacutelculos se realizaron utili-
zando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes tarde las
coordenadas de las estaciones definidas para conformar el marco de referencia fue-
ron constrentildeidas El retraso troposfeacuterico se corrigioacute aplicando el modelo de Saasta-
moinen con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2(z) siendo z la
distancia cenital La correccioacuten troposfeacuterica seca se aplicoacute a intervalos de una hora
para estimar el retardo de ceacutenit de las sentildeales GPS Por otra parte el retardo ionos-
feacuterico se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de las frecuencias L1 y L2
Los errores del reloj del sateacutelite se eliminaron mediante el uso de efemeacuterides preci-
sas proporcionadas por el IGS en formato sp3 Los modelos ionosfeacutericos velocida-
des de placas y correcciones Code-Bias se tomaron del CODE (Center for Orbit
Determination in Europe) Por uacuteltimo las correcciones de carga oceaacutenica se obtuvie-
ron del Onsala Space Observatory
Como resultado de todo el proceso se obtuvieron coordenadas en el marco de refe-
rencia geodeacutesico ETRS89 y en el sistema de coordenadas UTM de cada uno de los
diacuteas calculados
467 Resultados obtenidos
Cuando se comparan varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calcula-
das en diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se
pueden utilizar para cuantificar los desplazamientos de la superficie terrestre y su
velocidad (Chang 2000)
Despueacutes de calcular y compensar la red geodeacutesica para cada uno de los diacuteas proce-
sados las desviaciones tiacutepicas de las coordenadas oscilaron entre 08 y 11 mm
4 Estudios realizados
208
En la Figura 459 se reflejan los vectores obtenidos a partir del estudio realizado y
su situacioacuten en relacioacuten a las fallas activas maacutes importantes de la zona
Figura 459 Mapa de las principales fallas activas de la zona analizada estaciones permanentes
vectores obtenidos y velocidades en mmantildeo (NA Movimiento no apreciable) La nomenclatura
de las fallas es la siguiente BSF Falla del Bajo Segura CF Falla de Carrascoy CRF Falla de
Crevillente AMF Falla de Alhama de Murcia PF Falla de Palomares CBF Falla de Carbone-
ras AF Falla de Albox CAF Falla de Campo de las Alpujarras EF Falla de Estancias NF
Falla Norbeacutetica SF Falla de Socobos MF Falla de Moreras y SMF Falla de San Miguel Ima-
gen espacial tomada como base TerraMetrics 2013
Dos de las fallas maacutes importantes en la zona de estudio desde el punto de vista de
actividad tectoacutenica son las de Alhama de Murcia y Carboneras Las estaciones
permanentes de LORC Y HUOV se encuentran relativamente cerca de dichas fallas
Oeste de la falla de Alhama de Murcia (AMF) y este de la falla de Albox (AF)
La falla de Alhama de Murcia es una falla de desgarre sinistrorsa con componente
inversa que cruza la cordillera Beacutetica oriental con una direccioacuten NE_SW como se
puede apreciar en la Figura 460 La AMF acomoda ~ 01 - 06 mm antildeo de los
4 Estudios realizados
209
aproximadamente 5 mm antildeo de convergencia entre la placa Nubia y la euroasiaacuteti-
ca siendo una de las mayores fallas de la zona de cizalla del este de las Beacuteticas
Muchos de los grandes sismos histoacutericos dantildeinos que ocurrieron en esta aacuterea tienen
que ver con esta estructura (Martiacutenez Diacuteaz et al 2012a)
Estacioacuten Velocidad (mmantildeo) Acimut Falla
ALAC 15 8143ordm CRF
ALCA 19 4873ordm SMF
ALME 20 25175ordm CF
CAAL No apreciable - CAF y AF
CRVC 21 33847ordm CRF y SF
HUOV 17 4758ordm AMF y AF
LORC (MERISTEMUM) 129 12943ordm AMF
LORC (REGAM) 71 12943ordm AMF
MAZA 25 1741ordm MF
MULA 14 1924ordm NF
MURC 15 8318ordm AMF
PALC No apreciable - CRF
Tabla 47 Resultados obtenidos para cada una de las estaciones permanentes estudiadas y su
relacioacuten geograacutefica con las fallas activas maacutes cercanas
Varias fallas convergen hacia el este fusionaacutendose con la falla NEndashSW de Alhama
de Murcia cerca de la localidad de Goacutentildear Hacia el oeste el relieve suave controla-
do por estas fallas inversas desaparece gradualmente despueacutes de algunos kiloacuteme-
tros La falla de Albox cruza la cuenca de Huercal-Overa al sur de Goacutentildear Esta falla
normal neoacutegena se ha reactivado en la actualidad como falla inversa probablemente
controlada por la actividad de la falla de Alhama de Murcia (Masana et al 2005)
4 Estudios realizados
210
Figura 460 Mapa en relieve de la zona de las fallas de Alhama de Murcia y de Albox (ilumina-
cioacuten del NO) en el que se muestran las estaciones analizadas y las principales fallas Sistema de
coordenadas UTM en metros Modificado de E Masana et al 2005
Como se puede ver en la Figura 460 la estacioacuten HUOV estaacute situada al este de la
AF y al oeste de la AMF En el presente estudio como se puede comprobar en las
Figuras 461 462 y 463 se detecta un movimiento de 17 mmantildeo con un azimut
de 4758ordm direccioacuten coincidente con la direccioacuten de la AMF
4 Estudios realizados
211
Figura 461 Posiciones de la estacioacuten permanente HUOV durante el periodo estudiado
Figura 462 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Xutm para la estacioacuten
permanente HUOV
4 Estudios realizados
212
Figura 463 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente HUOV
En cuanto a las estaciones situadas en Lorca LORC (REGAM) y LORC (MERIS-
TEMUM) situadas a menos de un kiloacutemetro y dos kiloacutemetros respectivamente al
sur de la AMF se detectan los mayores desplazamientos del estudio con 71 y 129
mmantildeo respectivamente y un azimut para las dos estaciones de 12943ordm ver Tabla
47 y Figuras 464 y 465 La direccioacuten como se puede apreciar en la Figura 459
es perpendicular a la alineacioacuten de la AMF lo que se explica por el hecho de que el
buzamiento de las principales fallas de la AMF es considerablemente uniforme a lo
largo de los segmentos de 60ordm a 70ordm NW Una clave para entender la estructura del
sistema de fallas es que estas fallas se han formado recientemente y no estaacuten conec-
tadas en profundidad con la AMF o por el contrario son estructuras que amortiguan
el movimiento en profundidad NW de las fallas de buzamiento (Martiacutenez Diacuteaz et al 2012)
Es de resentildear que el 11 de mayo de 2011 se produjo un terremoto de magnitud 51
Mw en la localidad de Lorca Los datos procesados en este estudio de las dos esta-
ciones de Lorca corresponden temporalmente a las siguientes fechas
- Estacioacuten LORC (REGAM) Observaciones desde el 19112009 hasta el
27012011 (deja de ser operativa)
- Estacioacuten LORC (MERISTEMUM) Observaciones desde el 26052011
(inicio de operatividad) hasta el 13092012
Es decir el terremoto sucedioacute entre los dos periodos de observaciones
4 Estudios realizados
213
Figura 464 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia la coordenada Xutm para la estacioacuten perma-
nente LORC (MERISTEMUM)
Figura 465 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente LORC (MERISTEMUM)
La falla de Carboneras es una de las tres principales fallas de desgarre cenozoicas
de la Cordillera Beacutetica La historia del deslizamiento de la falla de Carboneras du-
rante los uacuteltimos 100 ka en el periodo cuaternario parece que se responde a una de
elevacioacuten vertical en lugar de un movimiento de desgarre si atendemos a los meca-nismos focales actuales (Bell et al 1997) Constituye una parte importante de la
zona de cizallaTrans-Alboraacuten del Cenozoico La CBF separa el bloque del Cabo de
4 Estudios realizados
214
Gata (Rocas volcaacutenicas neoacutegenas) de los sedimentos de la cuenca Neoacutegena y el
basamento (Reicherter y Reiss 2001) como se puede observar en la Figura 466
Figure 466 Mapa geoloacutegico generalizado de la regioacuten de la falla de Carboneras Modificado de
Fortuin and Krijgsman (2003)
Como se puede ver en las Figuras 459 y 466 la estacioacuten ALME (Almeriacutea) estaacute
situada al norte de la CBF En el presente estudio se detecta un movimiento de 20
mmantildeo con un azimut de 25175ordm direccioacuten coincidente con la direccioacuten de la fa-
lla como se puede ver en las Figuras 467 468 y 469
4 Estudios realizados
215
Figura 467 Posiciones de la estacioacuten permanente ALME durante el periodo estudiado
Figura 468 Evolucioacuten temporal y linea de tendenciade la coordenada Xutm para la estacioacuten
permanente ALME
4 Estudios realizados
216
Figura 469 Evolucioacuten temporal y linea de tendenciade la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente ALME
En lo que se refiere a la estacioacuten de MAZA cercana a la falla NS situada por Mar-
tinez and Hernaacutendez entre la falla Carrascoy y la falla de Moreras como se muestra
en la Figura 459 en este estudio se ha detectado un movimiento de 25 mmantildeo
con un acimut de 1741ordm la direccioacuten coincide con la direccioacuten de la falla
En lo que a la estacioacuten CRVC se refiere estando esta falla situada cerca de la falla
de Socobos como muestra la Figura 459 se ha detectado en este estudio preliminar
un movimiento de 21 mmantildeo con un acimut de 33847ordm la direccioacuten coincide de
nuevo con la direccioacuten de la falla
En lo que se refiere a la estacioacuten MURC se ha detectado un movimiento de 15
mmantildeo con un acimut de 8318 ordm lo que coincide con el movimiento general de la
falla de Alhama de Murcia
Por uacuteltimo en lo que se refiere a la estacioacuten MULA se ha detectado un movimiento
de 14 mmantildeo con un acimut de 1924ordm lo que no coincide con el movimiento de
ninguna falla ni siquiera de la falla Norbeacutetica que es la maacutes cercana
468 Conclusiones y recomendaciones
Como resultado del estudio realizado se puede afirmar que la metodologiacutea utilizada
para cuantificar de forma grosera la dinaacutemica de zonas tectoacutenicamente activas es
relativamente barata y de sencilla aplicacioacuten Utilizando la infraestructura geodeacutesica
puacuteblica que es de acceso faacutecil y gratuito se pueden llevar a cabo estudios previos
para determinar queacute aacutereas son las maacutes activas y las maacutes interesantes para llevar a
4 Estudios realizados
217
cabo estudios maacutes detallados como los que se estaacuten realizando con la red GPS
CuaTeNeo para estudiar la tectoacutenica del este de la peniacutensula ibeacuterica (Gil de la Igle-
sia 2008)
Basaacutendonos en la precisioacuten de las coordenadas obtenidas a partir del ajuste de red
geodeacutesica disentildeada se puede afirmar que este meacutetodo es capaz de detectar despla-
zamientos permanentes de orden milimeacutetrico
Por otro lado atendiendo a las graacuteficas de desplazamiento obtenidas se ha compro-
bado que los movimientos descritos anteriormente tienen lugar temporalmente de
forma sin saltos bruscos en las posiciones diarias con la excepcioacuten de las estacio-
nes de Lorca
En las dos estaciones de Lorca se produce un cambio brusco en la velocidad del
desplazamiento calculado Este cambio coincide temporalmente con el terremoto
del diacutea 11 de mayo de 2011 de magnitud 51 Mw cuyo epicentro se situoacute a 2 y 3
km de las estaciones de referencia Antes del terremoto la velocidad del desplaza-
miento calculada es de 71 mmantildeo y despueacutes del evento siacutesmico de 129 mmantildeo
El azimut del vector desplazamiento no cambia con un valor en ambos casos de
12943ordm lo que es consistente con los estudios de Martiacutenez-Diacuteaz et al (Martiacutenez-
Diacuteaz et al 2012b)
5 Conclusiones
218
5 Conclusiones
219
5 Conclusiones
A pesar de que ya se han expuesto las conclusiones de forma individual para cada
una de las investigaciones realizadas a continuacioacuten se indicaraacuten las conclusiones
generales maacutes destacadas aplicables al conjunto del trabajo realizado
En esta tesis doctoral se ha comprobado mediante seis estudios geodeacutesicos de alta
precisioacuten la capacidad de los sistemas GNSS para monitorizar movimientos del
terreno de forma perioacutedica asiacute como para detectar precursores de ciertos fenoacutemenos
geodinaacutemicos
La metodologiacutea utilizada en todos los casos praacutecticos analizados ha sido la solucioacuten
de redes geodeacutesicas mediante posicionamiento relativo con medidas de fase Este
meacutetodo ha permitido obtener a posteriori precisiones milimeacutetricas al utilizar soft-
ware cientiacutefico eliminando la mayoriacutea de los errores sistemaacuteticos
Sin embargo se ha de indicar que el meacutetodo aplicado a pesar de su alta precisioacuten
posee una serie de limitaciones
La influencia del marco de referencia utilizado en el caacutelculo de los desplazamientos
especialmente cuando estos son muy pequentildeos Es decir que el movimiento de las
estaciones elegidas para fijar el marco de referencia de la red no se puede conside-
rar despreciable en relacioacuten al movimiento que queremos detectar
El hecho de realizar los caacutelculos con observaciones de 24 horas hace imposible
detectar los movimientos no permanentes que se producen en los episodios siacutesmicos
y volcaacutenicos que suelen ser de corta duracioacuten Movimientos que son de gran impor-
tancia en el estudio de precursores de riesgo
En cuanto a la buacutesqueda de precursores se pueden extraer dos conclusiones en
funcioacuten del fenoacutemeno estudiado
En vulcanologiacutea la deformacioacuten del terreno debido a la intrusioacuten de magma volcaacute-
nico es una sentildeal importante de la inminencia de actividad eruptiva del volcaacuten Las
teacutecnicas GNSS son adecuadas para este propoacutesito ya que permiten medir cambios
en el tiempo de coordenadas tridimensionales en los puntos de monitorizacioacuten El
estudio realizado en la erupcioacuten submarina de la isla del Hierro corrobora que la
deteccioacuten temprana de los abombamientos de zonas volcaacutenicas puede ser conside-
rada como un soacutelido precursor de una inminente erupcioacuten volcaacutenica y las teacutecnicas
de GNSS son una herramienta uacutetil para este propoacutesito
En sismologiacutea en cambio las cosas son diferentes y queda mucho camino por
recorrer para poder predecir geograacutefica y temporalmente terremotos potencialmente
destructivos Desafortunadamente en los estudios realizados no se ha podido en-contrar ninguacuten precursor al respecto
6 Liacuteneas futuras
220
6 Liacuteneas futuras
221
6 Liacuteneas futuras
Vista la potencia de la metodologiacutea utilizada en la deteccioacuten de desplazamientos del
terreno en zonas geodinaacutemicamente activas los futuros trabajos a realizar para con-
tinuar con esta liacutenea de investigacioacuten seriacutean
Estudios de implantacioacuten de redes GNSS permanentes para la deteccioacuten de defor-
maciones en tiempo real con sistemas de alerta en zonas potencialmente peligrosas
o activas
Para solventar las limitaciones indicadas en las conclusiones ademaacutes del posicio-
namiento relativo con medidas de fase en postproceso se aplicariacutea el meacutetodo de
posicionamiento absoluto ldquoPrecise point positioningrdquo (PPP) que nos permitiriacutea
solventar las limitaciones impuestas por el marco de referencia aunque sacrificando
precisioacuten para detectar los desplazamientos de corta duracioacuten no permanentes Para
zonas en las que el fenoacutemeno a estudiar presente tasas de desplazamiento elevadas
no comparables al movimiento general del marco de referencia se podriacutea emplear
la solucioacuten de red mediante enviacuteo de correcciones diferenciales
En esta investigacioacuten se han analizado dos aacutereas especialmente sensibles en este
sentido
- La cuenca de Lorca constituye una zona de especial intereacutes Por una parte
se encuentra al lado de la falla Alhama de Murcia una de las mayores fa-
llas de la zona de cizalla del este de las Beacuteticas responsable de muchos de
los grandes sismos histoacutericos dantildeinos que han sucedido en este sector Por
otro lado parte de la cuenca estaacute en estos momentos afectada por un proce-
so de hundimiento con una de las tasas maacutes altas de Europa superaacutendose
en ciertos puntos los 10 cm anuales
- La isla de El Hierro en las Islas Canarias La erupcioacuten submarina que tuvo
lugar en octubre de 2011 constituye la uacuteltima manifestacioacuten volcaacutenica en
Canarias despueacutes de 40 antildeos de inactividad pero nos recuerda que la isla
es todaviacutea volcaacutenicamente activa Los desplazamientos y movimientos del
terreno en zonas proacuteximas a los volcanes son uno de los signos precursores
de las erupciones volcaacutenicas y en este sentido el estudio realizado pone de
manifiesto que antes de la erupcioacuten estudiada se produjeron movimientos
del terreno
La implantacioacuten de una red geodeacutesica local de alta precisioacuten podriacutea
resultar de ayuda de cara a estudiar el comportamiento volcaacutenico de la zona
y a predecir futuras erupciones volcaacutenicas potencialmente peligrosas para
la poblacioacuten
6 Liacuteneas futuras
222
Esta investigacioacuten se podriacutea aplicar
para la deteccioacuten y cuantificacioacuten de
desplazamientos del terreno en zonas
en las que se producen extracciones
de hidrocarburos mediante el proceso
de fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica comuacuten-
mente conocida como ldquofrackingrdquo es
un proceso en el cual se fracturan las
rocas a traveacutes de la inyeccioacuten de
fluidos a alta presioacuten Recientemen-
te en durante una exploracioacuten de gas
de esquisto en Lancashire en el
Reino Unido la fracturacioacuten hidraacuteu-
lica ha sido asociada con temblores
de tierra causando una gran alarma
en la poblacioacuten
Se piensa que la inyeccioacuten de fluidos
para crear fracturas como se indica
en la Figura 61 permite que las
redes de fracturas se propaguen a las
zonas de fallas Consecuentemente
los fluidos inyectados pueden propa-
garse dentro de la zona de falla provocando un deslizamiento Los mecanismos
magnitud y frecuencia de la sismicidad inducida relacionada con la fracturacioacuten
hidraacuteulica no son totalmente comprendidos y hasta ahora no se ha estudiado su
lugar dentro del contexto global con otras formas de sismicidad inducida (Davies et
al 2013)
Disentildeando e implantando redes GNSS en zonas de extraccioacuten y monitorizando las
fallas afectadas se podriacutea hacer un seguimiento en tiempo real de todo el proceso
de fracking Se podriacutea obtener informacioacuten cientiacutefica baacutesica sobre la sismicidad
inducida y si fuera el caso activar las alarmas oportunas
Figura 61 Corte tridimensional simplificado de
un campo de produccioacuten de gas de esquisto Un
pozo se perfora hasta alcanzar los depoacutesitos pro-
fundos Los fluidos a alta presioacuten son inyectados
en la roca causando que eacutesta se rompa y libere el
gas atrapado Se piensa que la sismicidad induci-
da ocurre cuando esta fracturacioacuten hidraacuteulica
permite que los fluidos se muevan a la zona de la
falla (Davies et al 2013)
7 Bibliografiacutea
223
7 Bibliografiacutea
Altamimi Z Metivier L y Collilieux X (2011) ldquoITRF2008 plate motion mod-
elrdquo Journal of Geophysical Research Solid Earth (1978ndash2012) Vol 117 Issue B7
Aacutelvarez-Goacutemez J A et al Tsunami hazard at the Western Mediterranean Spanish
coast from seismic sources Natural hazards and Earth System Sciences 11 (227-
240)
Argus DF Gordon RG Demets C y Stein S (1989) ldquoClosure of the Africa-
Eurasia-North America plate motion circuit and tectonics of the Gloria faultrdquo Jour-
nal of Geophysical Research 94 5585-5602
Atlas global de la regioacuten de Murcia wwwatlasdemurciacom Visitada
28062011
Avouac J P 2011 ldquoThe lessons of Tohoku-Okirdquo Nature Vol 475 300-301
Baacuteez JC Parra H y Maturana R (2011) ldquoMonitoreamiento del efecto postsiacutesmi-
co del terremoto del Maule a partir de observaciones GNSSrdquo
httpwwwsirgasorgfileadmindocsBoletinesBol16Baez_et_al_Efecto_potsismi
co_del_Maulepdf Visitada 150512
Barnes G L (2003) ldquoOrigins of the Japanese Islands The New ldquoBig Picturerdquordquo
University of Durham
Baxter P J (2000) ldquoErupciones volcaacutenicas Impacto de los desastres en la salud
puacuteblicardquo Organizacioacuten panamericana de la salud
Bell J W Geoffrey F A y King C P (1997) ldquoPreliminary late quaternary slip
history of the Carboneras fault south-eastern Spainrdquo Journal of Geodynamics Vol
24 Nos 1-4 pp 51-66
Benciolini B Biagi L Crespi M Manzino AM y Roggero M (2008) ldquoRef-
erente frames for GNSS positioning services some problems and proponed solu-
tionsrdquo Journal of Applied Geodesy 2 pp 53-62
Berneacute Valero J L Anquela Juliaacuten A B y Garrido Villeacuten N (2013) ldquoGPS Fun-
damentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacuteardquo Ed Universitat Politegravecnica de
Valegravencia
Berrocoso M Fernandez-Ros A Prates G Martin M Hurtado R Pereda J y
Garcia M J Garcia-Cantildeada L Ortiz R y Garcia A (2012) Analysis of surface
deformation during the eruptive process of El Hierro Island (Canary Islands Spain)
Detection Evolution and Forecasting EGU General Assembly 2012 Geophysical
Research Abstracts Vol 14 EGU2012-4351 2012
7 Bibliografiacutea
224
Beutler G (2011) ldquoRevolucion in Geodesy and Surveyingrdquo International Associa-
tion in Geodesy (IAG)
Blewitt G y Lavalleacutee D (2002) ldquoEffect of annual signals on geodetic velocityrdquo
Journal of Geophysical Research VOL 107 NO B7 1010292001JB000570
Bock Y 1991 ldquoContinuous monitoring of crustal deformationrdquo GPS World
240-47
Calero E 2003 Historia de la Geodesia
httpecalerotripodcomsitebuildercontentsitebuilderfileshistoria_ipdf Visitada
031012
Carracedo J C Fernaacutendez-Turiel J L Peacuterez-Torrado F J Rodriacuteguez-Gonzaacutelez
A Troll V y Wiesmaier S (2012) ldquoCrisis siacutesmica de 2011 en el Hierro Croacutenica
de una erupcioacuten anunciadardquo httpwwwgiulpgcesgeovolpdfEl20Hierro-
2011pdf Visitada 131012
Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (2010)
httpwwwcredbesitesdefaultfilesADSR_2010pdf Visitada 140411
Ceroacuten J C y Pulido-Bosch A (1996) ldquoGroundwater problems resulting from
CO2 pollution and overexploitation in Alto Guadalentiacuten aquifer (Murcia Spain)rdquo
Environmental Geology 28 223-228
Chang C C 2000 ldquoEstimates of horizontal displacements associated with the
1999 Taiwan earthquakerdquo Survey Review 35 (278) 563-568
Chen CH Yeh TK Liu JY Wang CH Wen S Yen HY y Chang SH
(2011) ldquoSurface deformation and seismic rebound implications and applicationsrdquo
Survey in Geophysics 32291-313
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura (2013 - 1) ldquoCaracterizacioacuten adicional de las
masas de agua subterraacutenea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales
en 2015rdquo (Archivo 070-050 - Bajo Guadalentiacuten) (Archivo 070-057 - Alto Guada-
lentiacuten) httpwwwchseguraeschsplanificacionydmaplanificacionfichashtml
Visitada 08-10-2013
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura (2013 - 2) ldquoAnexo B Fichas de los temas
importantesrdquo
httpswwwchseguraesexportdescargasplanificacionydmaplanificaciondocsdes
cargaAnexo_B_ETIpdf P 181 Visitada 10-10-2013
Dach R Hugentobler U Fridez P y Meindl M (2007) ldquoBernese GPS Software
Version 50rdquo Astronomical Institute University of Bern
7 Bibliografiacutea
225
Davies R Foulger G Bindley A and Styles P (2013) ldquoInduced seismicity and
hydraulic fracturing for the recovery of hydrocarbonsrdquo Marine and Petroleum Ge-
ology Volume 45 Pages 171ndash185
De Mets C Gordon R G Argus D y Stein S (1990) ldquoCurrent plate motionsrdquo
Geophysical Journal International 101 425-478
Dewey J F (1988) ldquoExtensional collapse of orogensrdquo Tectonics 7-6 1123-1139
Dogani U Oz D y Ergintav S (2013) ldquoKinematics of landslide estimated by
repeated GPS measurements in the Avcilar region of Istanbul Turkeyrdquo Studia
Geophysica et Geodaetica 57 217-232
Elsobeiey M y El-Rabbany A (2011) ldquoGPS Precise Point Positioning Some
Recent Developmentsrdquo Proceedings Geomatics Technologies in The City Arabia
Saudiacute
Ergintav S Buumlrgmann R McClusky S Akmak R C Reilinger R E Lenk
O Barka A y Ozener H ldquoPostseismic Deformation near the I˙zmit Earthquake
(17 August 1999 M 75) Rupture Zonerdquo Bulletin of the Seismological Society of
America 92 1 2002 pp 194ndash207
Fortuin AR y Krijgsman W ldquoThe Messinian of the Nijar Basin (SE Spain) sed-
imentation depositional environments and paleogeographic evolutionrdquo Sedimen-
tary Geology Volume 160 Issues 1ndash3 1 August 2003 Pages 213ndash242
Fuentes S (2006) ldquoDiagnoacutestico del uso de proyecciones transversales de Mercator
en escalas urbanasrdquo Tesis doctoral Universidad Tecnoloacutegica Metropolitana de
Chile
Galindo-Zaldivar J Jabaloy A Gonzaacutelez-Lodeiro F y Aldaya F (1997) ldquoCrus-
tal structure of the central sector of the Betic Cordillera (SE Spain)rdquo Tectonics 16
18-37
Galindo-Zaldiacutevar J Gil AJ Borque MJ Gonzaacutelez-Lodeiro F Jabaloy A
Mariacuten-Lechado C Ruano P y Sanz de Galdeano C (2003) ldquoActive faulting in
the internal zones of the central Betic Cordilleras (SE Spain)rdquo Journal of Geody-
namics 36 239-250
Galindo-Zaldiacutevar J Gil AJ Sanz de Galdeano C Shanov S y Stanica D
(2007) ldquoMonitoring of active tectonic structures in Central Betic Cordillera (south-
ern Spain) Acta Geodynamica et Geomaterialia Vol 4 No 1 (145) 19-29
Garciacutea de la Noceda Maacuterquez C Octavio de Toledo y Ubieto F y Pozo Goacutemez
M (1999) ldquoPrograma de actualizacioacuten del inventario hidrogeoloacutegico (PAIH)rdquo
Instituto Geominero de Espantildea
7 Bibliografiacutea
226
Garciacutea-Mayordomo J Gaspar-Escribano J M y Benito B (2007) ldquoSeismic haz-
ard assessment of the Province of Murcia (SE Spain) analysis of source contribu-
tion to hazardrdquo Journal of Seismology 11 (453-471)
Garrido-Villeacuten N Berneacute-Valero JL Antoacuten-Merino A y Huang C Q (2013)
ldquoDisplacement of GNSS permanent stations depending on the distance to the epi-
center due to Japanrsquos earthquake on 11 March 2011rdquo Survey Review Volume 45
330 pp 159-165 doi 1011791752270612Y0000000025
Gianniou M (2010) ldquoInvestigating the effects of earthquakes using HEPOS Grav-
ity Geoid end Earth Observationrdquo International Association of Geodesy Symposia
135
Gil de la Iglesia A (2008) ldquoEstudio de fallas activas en la Cordillera Beacutetica Orien-
tal entre 3ordm-0ordm O y 36ordm30rsquo-36ordm30rsquoNrdquo Universidad de Barcelona Proyecto fin de ca-
rrera httphdlhandlenet24454641 Visitada 090411
Gonzaacutelez PJ y Fernaacutendez J 2011 ldquoDrought-driven transient aquifer compaction
imaged using multi-temporal satellite radar interferometryrdquo Geology 396 551ndash
554 doi101130G319001
Gonzaacutelez P J Tiampo K F Palano M Cannavoacute F y Fernaacutendez J (2012)
ldquoThe 2011 Lorca earthquake slip distribution controlled by groundwater crustal
unloadingrdquo Nature Geoscience Vol 5 821-825
Grapenthin R y Freymueller J T (2011) ldquoThe dynamics of a seismic wave field
Animation and analysis of kinematic GPS data recorded during the 2011 Tohoku-
oki earthquake Japanrdquo Geophysical Research Letters 38 L18308
doi1010292011GL048405
Grupo de Investigacioacuten en Ingenieriacutea Siacutesmica Universidad Politeacutecnica de Madrid
httpwww2topografiaupmesgrupossismodataCONTEXTOgeologicopdf
Visitada 10102012
Gu G y Wang W (2013) Advantages of GNSS in Monitoring Crustal Defor-
mation for Detection of Precursors to Strong Earthquakes Positioning Vol 4 No
1 2013 pp 11-19 doi 104236pos201341003
Halicioglu K y Ozener H (2008) ldquoGeodetic Network Design and Optimization on
the Active Tuzla Fault (Izmir Turkey) for Disaster Managementrdquo Sensors 8(8) pp
4742-4757 doi103390s8084742 No 821393 1906
Hammer J y Mosquera Machado S (2002) ldquoMicrozonificacioacuten Siacutesmica y Orde-
namiento Territorialrdquo III Coloquio sobre Microzonificacioacuten Siacutesmica del 15 al 18
de julio de 2002 Fundacioacuten Venezolana de Investigaciones Sismoloacutegicas Ministe-rio de Ciencias y Tecnologiacutea Caracas Venezuela
7 Bibliografiacutea
227
Hatanaka Y Yamagiwa A Iwata M y Otaki S (2007) ldquoAddition of real-time
capability to the Japanese dense GPS Networkrdquo Geographical Survey Institute
Japan
Hoque M y Jakowski N (2007) ldquoHigher order ionospheric effects in precise
GNSS positioningrdquo Journal of Geodesy Vol 81 pp 259-268
Hofmann-Wellenhof B Lichtenegger H y Wasle E (2008) ldquoGNSS Global
Navigation Satellite Systemrdquo Ed Springer Wien New York
Hu JC Cheng LW Chen HY Wu YM Lee JC Chen YG Lin KC
Rau RJ Kuochen H Chen HH Yu SB y Angelier J (2007) ldquoCoseismic
deformation revealed by inversion of strong motion and GPS data the 2003
Chengkung earthquake in eastern Taiwanrdquo Geophysical Journal International 169
667ndash674
Huber K Heuberger F Abart C Karabatic A Weber R y Berglez P (2010)
ldquoPPP Precise Point Positioning ndash Constraints and Opportunitiesrdquo FIG Working
Week Sydney Australia
Hudnut K W 2008 ldquoImproving GNSS for Future Natural Disaster Reduction
Earthquakesrdquo U S Geological Survey httpwwwpntgovpublic20082008-12-
ICGhudnutpdf Visitada 250112
Ibarguumlen S y Rodriacuteguez E (2012)
wwwatlasdemurciacomindexphpsecciones13sismicidad Visitada 40612
InsideGNSS (2006) ldquoGNSS Solutions Precise Point Positioning and Its Challeng-
es Aided-GNSS and Signal Tracking What is precise point positioning (PPP) and
what are its requirements advantages and challengesrdquo
httpwwwinsidegnsscomnode282 Visitada 220913
Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (1975) ldquoInvestigacioacuten Hidrogeoloacutegica de
la Cuenca Baja del Segura Informe Teacutecnico 5rdquo El Valle del Guadalentiacuten P65
Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (1987) ldquoDeclaracioacuten provisional de acuiacutefe-
ro sobreexplotado relativa al sistema acuiacutefero del Valle del Guadalentiacuten (Murcia)rdquo
P11
Iribarren Gonzaacutelez L Vergeacutes Llahiacute J Camurri F Fullea J y Fernagravendez Ortiga
M (2007) ldquoThe structure of the AtlanticndashMediterranean transition zone from the
Alboran Sea to the Horseshoe Abyssal Plain (IberiandashAfrica plate boundary)rdquo Ma-
rine Geology Volume 243 Issues 1ndash4 Pages 97ndash119
Janssen V (1997) ldquoA Mixed-Mode GPS Network Processing Approach for Vol-
cano Deformation Monitoringrdquo University of Bonn Germany
7 Bibliografiacutea
228
Jimeacutenez-Peraacutelvarez JD (2012)rdquoMovimientos de ladera en la vertiente meridional
de Sierra Nevada (Granada Espantildea) identificacioacuten anaacutelisis y cartografiacutea de sus-
ceptibilidad y peligrosidad mediante SIGrdquo Tesis doctoral Universidad de Granada
Kilburn C (2012) ldquoPrecursory deformation and fracture before brittle rock failure
and potential application to volcanic unrestrdquo Journal of Geophysical Reseach Vol
117 B02211 12 pp
Kilinc A (2008) ldquoWhat causes a volcano to erupt and how do scientists predict
eruptionsrdquo Scientific American November 6
Kulkarni M N Likhar S Tomar V S y Pillai P (2004) ldquoPreliminary results of
GPS studies for the January 2001 Gujarat earthquakerdquo Survey Review 37 (292)
490-497
Kulkarni M N Radhakrishnan N y Rai D (2006) ldquoGlobal positioning system in
disaster monitoring of Koyna Dam western Maharashtrardquo Survey Review 38
(301) 629-636
Kuo L C Yu S B Hsu Y J Hou C S Lee Y H Tsai C S y Chen C S
(2002) ldquoImpact of a large earthquake on a GPS network the case of the 1999 Chi-
Chi Taiwan earthquakerdquo Survey Review 36 (284) 423-431
Laiacutenez Samper M D Romay Merino M M Mozo Garciacutea A Piacuteriz Nuntildeez R y
Tashi T (2011) ldquoMultisystem real time precise-point-positioningrdquo
httpmycoordinatesorgmultisystem-real-time-precise-point-positioningall1
Visitada 061013
Larson K M Poland M y Miklius A (2010) ldquoVolcano monitoring using GPS
Developing data analysis strategies based on the June 2007 Kīlauea Volcano intru-
sion and eruptionrdquo Journal of Geophysical Research VOL 115 B07406 10 PP
Le Pichon X Bonnin J y Pautot G (1970) ldquoThe Gibraltar end of the Azores-
Gibraltar Plate boundary an example of compressive tectonics (Abstract)rdquo Upper
Mantle Committee Symposium Flagstaff Arizona July 1970
Leick A (2004) ldquoGPS Satellite Surveyingrdquo Ed John Wiley amp Sons New Jersey
Liren H Yang F Wuxing D Qing M y Xin M (2003) ldquoActive tectonic
boundaries of the China mainland inferred from GPS observationsrdquo Chinese Jour-nal of Geophysics Vol46 No5 pp 874-882
Martiacuten Furones A (2011) ldquoSistema y marco de referencia terrestre Sistemas de
coordenadasrdquo Apuntes
httpwwwupvesunigeoindexdocenciaetsigctastronomiateoriaastronomiaT2p
df Visitado 110913
7 Bibliografiacutea
229
Martiacutenez Diacuteaz JJ (1998) ldquoNeotectoacutenica y tectoacutenica activa del Sector Centro-
Occidental de la Regioacuten de Murcia y Sur de Almeriacutea (Cordillera Beacutetica ndash Espantildea)rdquo
Universidad Complutense de Madrid Tesis doctoral
Martiacutenez-Diacuteaz J J ldquoSismotectoacutenica de la falla de Alhama de Murcia Implicacio-
nes sismogeneacuteticas del terremoto de Lorca de junio de 1977 (Mb42)rdquo Estudios
geoloacutegicos 55 (251-256)
Martiacutenez-Diacuteaz J J y Hernaacutendez Enrile J L ldquoReactivacioacuten de la falla de Alhama
de Murcia (sector de Lorca-Totana) Cinemaacutetica y campos de esfuerzos desde el
Messiniense hasta la actualidadrdquo Geogaceta 9 (38-42)
Martiacutenez-Diacuteaz JJ Masana E Hernaacutendez-Enrile JL y Santanach P (2003)
ldquoEffects of repeated paleoearthquakes on the Alhama de Murcia Fault (Betic Cor-
dillera Spain) on the Quaternary evolution of an alluvial fan systemrdquo Annals of Geophysics Vol 46 N 5 (775-791)
Martiacutenez Diacuteaz JJ Massana E y Ortuntildeo M (2012a) ldquoActive Tectonics of the
Alhama de Murcia fault Betic cordillera Spainrdquo Journal of Iberian Geology 38
(1) 2012 253-270
Martiacutenez Diacuteaz J J Aacutelvarez Goacutemez J A Garciacutea Mayordomo J Insua Areacutevalo J
M Martiacuten Gonzaacutelez F y Rodriacuteguez Peces M J (2012b) ldquoInterpretacioacuten tectoacutenica
de la fuente del terremoto de Lorca de 2011 (Mw 52) y sus efectos superficialesrdquo
Boletiacuten geoloacutegico y minero Vol 123 Nordm 4 441-458
Masana E Pallas R Perea H Ortuntildeo M Martiacutenez-Diacuteaz JJ Garciacutea-Melendez
E y Santanacha P (2005) ldquoLarge Holocenemorphogenic earthquakes along the
Albox fault Betic Cordillera Spainrdquo Journal of Geodynamics 40 (2005) 119ndash133
Massana E Martiacutenez-Diacuteaz JJ Hernaacutendez-Enrile JL y Santanach P (2004)
ldquoThe Alhama de Murcia fault (SE Spain) a seismogenic fault in a diffuse plate
boundary Seismotectonic implications for the Ibero-Magrebian regionrdquo Journal of
Geophysical Reseach B Solid Earth 109 (1-17)
McKenzie D P (1970) ldquoPlate tectonics of the Mediterranean regionrdquo Nature
226 239
McKenzie D P (1972) ldquoActive tectonics of the mediterranean regionrdquo Geophys-ical Journal of the Royal Astronomical Society 30 109-185
Meade B J Hager B H McClusky S C Reilinger R E Ergintav S Lenk
O Barka A y Ozener H (2002) ldquoEstimates of Seismic Potential in the Marmara
Sea Region from Block Models of Secular Deformation Constrained by Global
Positioning System Measurementsrdquo Bulletin of the Seismological Society of Ameri-ca 92 1 pp 208ndash215
7 Bibliografiacutea
230
Mendoza L Kehm A Koppert A Martiacuten Daacutevila J Gaacuterate J y Becker M
(2012) ldquoThe Lorca Earthquake observed by GPS a Test Case for GPS Seismolo-
gyrdquo Fiacutesica de la Tierra Vol 24 (2012) 129-150
Millaacuten Gamboa J M (2006) Geodesia y Topografiacutea JM Ediciones Caacutediz
Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y Medio Ambiente Sistema de informa-
cioacuten de recursos subterraacuteneos (Spanish) httpsigmagramaesrecursossub Visita-
da 05032013
Mogi K (1969) ldquoSome features of recent Seismic activity in and near Japan (2)
Activity before and after great earthquakesrdquo Bulletin of the Earthquake Research Institute University of Tokyo 47 395ndash417
Morales J Serrano I Jabaloy A Galindo-Zaldiacutevar J Zhao D Torcal F Vi-
dal F y Gonzaacutelez-Lodeiro F (1999) ldquoActive continental subduction beneath the
Betic Cordillera and the Alboran Seardquo Geology 27 735-738
NASA Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology
httpwwwjplnasagovnewsnewscfmrelease=2011-080 Visitada 090211
Navipedia httpwwwnavipedianetindexphpPrecise_Point_Positioning Visita-
da 050913
Normile D (2011) ldquoDevastating earthquake defied expectationsrdquo Science Vol
331 1375
Ortuntildeo M Masana E Garcia-Melendez E Martinez-Diaz J Stepancikova P
Cunha PP Sohbati R Canora C Buylaert J-P y Murray AS (2012) ldquoAn
exceptionally long paleoseismic record of a slow-moving fault The Alhama de
Murcia fault (Eastern Betic shear zone Spain)rdquo Geological Society of America Bul-
letin 124 910 1474
Oumlzyasar M y Oumlzluumldemir M T (2011) ldquoThe contribution of engineering surveys
by means of GPS to the determination of crustal movements in Istanbulrdquo Natural
Hazards and Earth system Sciences 11 1705-1713
Peacuterez J Monico J y Chaves J (2003) Velocity Field Estimation Using GPS
Precise Point Positioning The South American Plate Case Positioning Vol 1 No
5
Perez-Torrado F J Carracedo J C Rodriacuteguez-Gonzaacutelez A Soler V Troll V
R y Wiesmaier S (2012) ldquoLa erupcioacuten submarina de La Restinga en la isla de El
Hierro Canarias Octubre 2011-Marzo 2012rdquo Estudios Geoloacutegicos 68(1) enero-
junio 5-27
7 Bibliografiacutea
231
Pospiacutesil L Hefty J y Hipmanovaacute L (2012) ldquoRisk and geodynamically active
areas of the carpathian lithosphere on the base of geodetical and geophysical datardquo
Acta Geodaetica et Geophisica Hungarica Vol 47(3) pp 287ndash309
Promthong C (2006) ldquoDeformation of geodetic network in Thailand due to crustal
movementrdquo Royal Thai Survey Department Seventeenth United Nations Regional
Cartographic Conference for Asia and the Pacific Bangkok
Ramiacuterez M y Ortiz D (2003) ldquoEstimacioacuten de los paraacutemetros de transformacioacuten
entre los sistemas de referencia WGS84 y PSAD-56 para una zona de Calamardquo 124
p Universidad de Santiago de Chile
Rangin C Bader AG Pascal G Ecevitoglu B y Goumlruumlr N (2002) ldquoDeep struc-
ture of the Mid Black Sea High (offshore Turkey) imaged by multi-channel seismic
survey (BLACKSIS cruise)12rdquo Marine Geology 182 pp 265-278
Ray J Dong D y Altamimi Z (2004) ldquoIGS reference frame status and future
improvements dentro de Proceedings of IGS Celebrating a decade of the Interna-
tional GPS Service Berna 1-5 de marzo de 2004
Reicherter KR y Reiss S (2001) ldquoThe Carboneras Fault Zone (southeastern
Spain) revisited with Ground Penetrating Radar ndash Quaternary structural styles from
high-resolution imagesrdquo Netherlands Journal of Geosciences Geologie en
Mijnbouw 80 (3-4) 129-138
Rizos C Janssen V Roberts C y Grinter T (2012) ldquoPrecise Point Positioning
Is the Era of Differential GNSS Positioning Drawing to an Endrdquo FIG Working
Week 2012 Knowing to manage the territory protect the environment evaluate the
cultural heritage Rome Italy
Rodriacuteguez Estrella T Hernaacutendez Peacuterez F F y Navarro Hewaacutes F (1996) ldquoPosi-
ble relacioacuten de la tectoacutenica actual distensiva con el alargamiento de los piping en el
saladar de La Mata-Los Ventorrillos (Valle del Guadalentiacuten Murcia)rdquo Papeles de
Geografiacutea N 23-24 263-281
Rodriacuteguez Estrella T (2012) httpnuestra-
tierralaverdadesnaturalezageologia2730-la-sobreexplotacion-del-acuifero-del-
guadalentin-no-causo-el-terremoto Visitada 40612
Ruano P Galindo-Zaldiacutevar J y Jabaloy A (2004) ldquoRecent Tectonic Structures in
a Transect of the Central Betic Cordillerardquo Pageoph 161 541-563
Sagiya T (2004) ldquoA decade of GEONET 1994ndash2003 The continuous GPS obser-
vation in Japan and its impactrdquo Earth Planets Space 56 xxixndashxli
Sagiya T (2011) ldquoRebuilding seismologyrdquo Nature Vol 473 146-148
7 Bibliografiacutea
232
Sansograve Fernando A (2003) ldquoWindow on the Future of Geodesyrdquo International
Assotiation of Geodesy Symposia Volume 128 Springer
Santoyo M A y Luzoacuten F (2008) ldquoStress relations in three recent seismic series in
the Murcia Region southeastern SpainrdquoTectonophysics 457 (86-95)
Sanz de Galdeano C (1990) ldquoGeologic evolution of the Betic cordilleras in the
Western Mediterranean Miocene to presentrdquo Tectonophysics 172 107-109
Sanz de Galdeano C y Alfaro P (2004) ldquoTectonic significance of the present
relief of the Betic Cordillerardquo Geomorphology 63 178-190
Satirapod C 2007 ldquoDeformation of Thailand as detected by GPS Measurements
due to the december 26th 2004 megathrust Earthquakerdquo Survey Review 39 (304)
109-115
Schenk V Kadlečiacutek P Wegmuumlller U Schenkovaacute Z y Seidlovaacute Z (2009)
ldquoSurface deformation of Prague and Ostrava-Karvinaacute areas determined by PS and
Differential Interferometry Products 5th User Workshop 25th-26th March 2009
ESAESRIN Frascati Italy Final Programme amp Abstract Book 16ndash-17
httpwwwterrafirmaeucom
Seeber G (2003) ldquoSatellite Geodesyrdquo Ed Walter de Gruyter bull Berlin bull New York
Sevilla de Lerma Miguel J (2001) ldquoIntroduccioacuten histoacuterica a la Geodesiardquo Univer-
sidad Complutense de Madrid
Simons M Minson SE Sladen A Ortega F Jiang J Owen SE Meng L
Ampuero JP Wei S Chu R Helmberger DV Kanamori H Hetland E
Moore AW y Webb FH (2011) ldquoThe 2011 Magnitude 90 Tohoku-Oki
Earthquake Mosaicking the Megathrust from Seconds to Centuriesrdquo Science Vol
332 1421-1425
SISMIMUR (2011) httpwww112rmcomdgsceplanessismimursis_4_1html
Visitada 04112011
Spicak A y Vanek J (2011) ldquoThe MW 90 Tohoku Earthquake Japan March 11
2011rdquo Studia Geophysica et Geodaetica 55 389-395
Takahashi H (2011) ldquoStatic strain and stress changes in eastern Japan due to 2011
off the Pacific coast of Tohoku Earthquake as derived from GPS datardquo Earth Planets and Space 63(7) 741-744
Takuya Nishimura Hiroshi Munekane y Hiroshi Yarai (2011) ldquoThe 2011 off the
Pacific coast of Tohoku Earthquake and its aftershocks observed by GEONETrdquo
Earth Planets Space Vol 63 (No 7) pp 631-636
Tarbuck Edward J y Lutgens Frederick K (2005) ldquoCiencias de la Tierra una
introduccion a la Geologiacutea Fiacutesicardquo Ed Pearson Educacioacuten
7 Bibliografiacutea
233
Tilling RI y PW Lipman (1993) ldquoLessons in reducing volcano riskrdquo Nature
364 p 277-280
Tomaacutes R Herrera G Delgado J y Pentildea F (2009) ldquoSubsidencia del terrenordquo
Ensentildeanza de las Ciencias de la Tierra (173) 295-302 ISSN 1132-9157
Turgut U Kamil E y Ahmet A (2010) ldquoMonitoring Plate Tectonic and Subsid-
ence in Turkey by CORS-TR and InSARrdquo FIG Congress 2010
Turrioacuten Pelaacuteez F (2012) ldquoNuevas aportaciones al conocimiento hidrogeoloacutegico
del valle del Guadalentiacuten y su evolucioacuten en los uacuteltimos 30 antildeosrdquo
httpwwwfranciscoturrioncom201212el-acuifero-de-lorca-no-estahtml Visita-
da 16052012
United Nations Population Fund
httpwwwunfpaorgpublichomepublicationspid8726 Visitada 05062011
USGS (United States Geological Survey) (2011)
httpearthquakeusgsgovearthquakeseqarchiveslast_eventworldworld_spainph
p Visitada 03112011
USGS (United States Geological Survey) 2011 Science Features Categories Fea-
tured Natural Hazards
Vegas R (1985) ldquoTectoacutenica del aacuterea Iacutebero-Magrebiacute Mecanismo de los Terremo-
tos y Tectoacutenicardquo Ed Univ Complutense Madrid 197-215
Vigny C Huchon P Ruegg J Khanbari K y Asfaw L M (2006) ldquoConfirma-
tion of Arabia plate slow motion by new GPS data in Yemenrdquo Journal of Geophys-
ical Research VOL 111 B02402 doi1010292004JB003229
Wang F Shen ZK Wang YZ y Wang M (2011) ldquoInfluence of the March 11
2011 Mw 90 Tohoku-Oki earthquake on regional volcanic activitiesrdquo Chinese
Science Bulletin Vol 56 2077-2081
Wang K (2007) ldquoElastic and viscoelastic models of crustal deformation in sub-
duction earthquake cyclesrdquo Earth Science Series Columbia Univ press New York
USA 545ndash575
Westaway R (2003) ldquoKinematics of the Middle East and Eastern Mediterranean
Updatedldquo Turkish Journal of Earth Sciences Vol 12 pp 5-46
Wright T J N Houlieacute M Hildyard y T Iwabuchi (2012) ldquoReal-time reliable
magnitudes for large earthquakes from 1 Hz GPS precise point positioning The
2011 Tohoku-Oki (Japan) earthquakerdquo Geophysical Research Letters 39 pp 47-
63 L12302 doi1010292012GL051894
7 Bibliografiacutea
234
Yue H y T Lay (2011) ldquoInversion of high-rate (1 sps) GPS data for rupture pro-
cess of the 11 March 2011 Tohoku earthquake (Mw 91)rdquo Geophysical Research
Letters 38 pp 66-79 L00G09 doi1010292011GL048700
Zusheng Z First Crustal Deformation Monitoring Center China Seismological
Bureau Tianjin 300180 China
4
Resumen
5
Resumen
La Tierra es un planeta en continua transformacioacuten Si retrocedieacuteramos en el tiempo
1500 millones de antildeos no reconoceriacuteamos ninguacuten rasgo actual en su superficie ni
montantildeas ni cuencas oceaacutenicas ni posiciones relativas de los continentes Por el
contrario si pudieacuteramos mirar la Luna con un telescopio que nos mostrara coacutemo era
hace 1500 millones de antildeos observariacuteamos que su superficie salvo algunos nuevos
craacuteteres no ha variado Esto es debido a que la Tierra al contrario que la Luna auacuten
no se ha enfriado y se mantiene geoloacutegicamente activa y en continuo movimiento
En esta tesis doctoral se ha tratado de validar las teacutecnicas GNSS como herramienta
fundamental en estudios de geodinaacutemica interna orientando la investigacioacuten hacia
la buacutesqueda de precursores en el aacutembito de la sismologiacutea y vulcanologiacutea
Para poner en praacutectica la utilidad de dichas teacutecnicas se han realizado investigacio-
nes geodinaacutemicas aisladas publicadas en diversos medios
- Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la distan-
cia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de
2011 Publicado en Survey Review Mayo 2013
- Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca del
11 de mayo de 2011 Topcart Octubre 2012
- Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutecnicas
GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de 2011 Publi-
cado en Mapping Diciembre 2013
- Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erupcioacuten
submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas GNSS En
revisioacuten
- Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutecnicas
GNSS En revisioacuten
- Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordillera
Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS En revisioacuten
6
Resum
7
Resum
La Terra eacutes un planeta en contiacutenua transformacioacute Si retrocediacuterem en el temps 1500
milions danys no reconeixeriacuteem cap tret actual en la seua superfiacutecie ni muntanyes
ni conques oceagraveniques ni posicions relatives dels continents Al contrari si pogueacute-
rem mirar la Lluna amb un telescopi que ens mostrara com era fa 1500 milions
danys observariacuteem que la seua superfiacutecie excepte alguns nous cragraveters no ha va-
riat Accedilograve eacutes degut al fet que la Terra al contrari que la Lluna encara no sha refredat
i es manteacute geologravegicament activa i en continu moviment
En este treball sha tractat de validar les tegravecniques GNSS com a ferramenta fona-
mental en estudis de geodinagravemica interna orientant la investigacioacute cap a la busca de
precursors en lagravembit de la sismologia i vulcanologia
Per a posar en pragravectica la utilitat de dites tegravecniques shan realitzat investigacions
geodinagravemiques aiumlllades publicades en diversos mitjans
- Desplaccedilament destacions permanents GNSS en funcioacute de la distagravencia a
lepicentre a consequumlegravencia del terratreacutemol de Japoacute de l11 de marccedil de 2011
Publicat en Survey Review Maig 2013
- Estudi dels desplaccedilaments produiumlts pel terratreacutemol de Lorca de l11 de maig
de 2011 Topcart Octubre 2012
- Estudi dels desplaccedilaments permanents de plaques per mitjagrave de tegravecniques
GNSS deguts al terratreacutemol de Turquia del 23 doctubre de 2011 Publicat
en Mapping Desembre 2013
- Estudi dels desplaccedilaments del terreny produiumlts per lerupcioacute submarina dEl
Hierro doctubre de 2011 per mitjagrave de tegravecniques GNSS En revisioacute
- Estudi de la subsidegravencia en Lorca Murcia (Espantildea) per mitjagrave de tegravecniques
GNSS En revisioacute
- Estudi bagravesic dels desplaccedilaments de les falles actives en la serralada Begravetica
oriental per mitjagrave de tegravecniques GNSS En revisioacute
8
Abstract
9
Abstract
Planet Earth is in continuous transformation If we could move back in time 15
billion years we would not recognize any current feature on its surface no moun-
tains no ocean basins and relative positions of the continents By contrast if we
look at the Moon with a telescope to show us how was 1500 million years ago we
would observe its surface except for some new craters has not changed This is
because the Earth Moon unlike not yet cooled and geologically remains active and
in continuous movement
This paper has attempted to validate GNSS techniques as a fundamental tool in
internal geodynamic studies directing research toward finding precursors in the
field of seismology and volcanology
To implement the utility of such techniques there have been isolated geodynamic
investigations published in various media
- Displacement of GNSS permanent stations depending on the distance to the
epicentre due to Japanrsquos earthquake on 11 March 2011 Published in Sur-
vey review May 2013
- Study of displacements produced by Lorca earthquake on 11 May 2011
Topcart Octuber 2012
- Study of permanent plate displacement by GNSS techniques due to the
earthquake in Turkey on October 23 2011 Published in Mapping Decem-
ber 2013
- Study of ground displacement produced by El Hierro submarine eruption
on October 2011 through GNSS techniques In revision
- Study of land subsidence in Lorca Murcia (Spain) by GNSS techniques
In revision
- Basic study of active fault displacements in eastern Betic Cordillera by
GNSS techniques In revision
10
Iacutendice
11
1 Iacutendice
Agradecimientos 3
Resumen 5
Resum 7
Abstract 9
1 Iacutendice 11
2 Objetivo de la investigacioacuten 15
3 Introduccioacuten 17
31 Introduccioacuten a la Geodesia Espacial 17
311 Concepto 17
312 Historia 17
32 Introduccioacuten a la monitorizacioacuten de fenoacutemenos geodinaacutemicos mediante teacutecnicas GNSS 26
321 Introduccioacuten a la geodinaacutemica interna de la Tierra 26
322 Sistemas geodeacutesicos de referencia 38
323 Teacutecnicas maacutes utilizadas 60
324 Redes de estaciones permanentes 100
325 Estado del arte 102
4 Estudios realizados 125
41 Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la distancia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de 2011 126
411 Introduccioacuten 126
412 Objetivo de la investigacioacuten 129
413 Antecedentes 129
414 Marco geoestructural 130
415 Metodologiacutea 132
416 Resultados obtenidos 134
Iacutendice
12
417 Conclusiones 139
42 Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 142
421 Introduccioacuten 142
422 Antecedentes 143
423 Marco geoestructural 146
424 Metodologiacutea utilizada 151
425 Resultados obtenidos 153
426 Conclusiones y recomendaciones 154
43 Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutecnicas GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de 2011 156
431 Introduccioacuten 156
432 Marco geoestructural 159
433 Metodologiacutea 160
434 Resultados 164
435 Conclusiones 169
44 Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erupcioacuten submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas GNSS 170
441 Introduccioacuten 170
442 Marco geoestructural 173
443 Meacutetodos 176
444 Discusioacuten y conclusiones 183
45 Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutecnicas GNSS 185
451 Introduccioacuten 185
452 Antecedentes 186
453 Datos y metodologiacutea 188
454 Observaciones de campo 199
455 Discusioacuten y conclusiones 199
Iacutendice
13
46 Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordillera Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS 202
461 Introduccioacuten 202
462 Marco geoestructural 203
463 Metodologiacutea utilizada 205
464 Datos de partida 205
465 Marco temporal 207
466 Procesamiento de los datos 207
467 Resultados obtenidos 207
468 Conclusiones y recomendaciones 216
5 Conclusiones 219
6 Liacuteneas futuras 221
7 Bibliografiacutea 223
Iacutendice
14
2 Objetivo de la investigacioacuten
15
2 Objetivo de la investigacioacuten
De acuerdo con la UNFPA (United Nations Population Fund) siete mil millones de
personas habitaban la Tierra el 31 de octubre de 2011 Aproximadamente una de
cada dos personas vive en una ciudad y en tan soacutelo 35 antildeos esta cifra habraacute au-
mentado a dos de cada tres personas En 2011 maacutes de la mitad de la poblacioacuten
mundial viviraacute en zonas urbanas y en 2030 los pueblos y ciudades albergaraacuten a casi
5000 millones de personas (United Nations Population Fund 2011)
Seguacuten el CRED (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters) el 60 por
ciento de las muertes humanas causadas por los desastres naturales en la uacuteltima
deacutecada se debieron a terremotos dado que ocho de las ciudades maacutes pobladas del
planeta estaacuten construidas sobre fallas tectoacutenicas Estas ciudades son Katmanduacute
Nepal Estambul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta Indonesia Tokio Japoacuten
Meacutexico DF Meacutexico Nueva Delhi India Nueva York EEUU Vancouver Cana-
daacute Shanghai China y Los Aacutengeles California EEUU (Centre for Research on the
Epidemiology of Disasters 2010)
Por otro lado los riesgos producidos por otros fenoacutemenos geoloacutegicos como erup-
ciones volcaacutenicas subsidencias o deslizamientos aunque hayan sido algunas veces
subestimados tambieacuten albergan potenciales efectos devastadores Valga como
ejemplo el veloz y continuo crecimiento de las poblaciones que viven en aacutereas de
actividad volcaacutenica que a finales del siglo XX llegaron a los 500 millones de per-
sonas (Baxter 2000)
A nivel nacional el reciente terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 con una
magnitud de 51 Mw 9 viacutectimas mortales y grandes dantildeos materiales supone un
claro ejemplo sobre el gran esfuerzo que auacuten queda por hacer en este campo de
investigacioacuten Concretamente para este evento siacutesmico se barajan varias causas sin
que hasta ahora haya consenso entre la comunidad cientiacutefica sobre su origen En
esta tesis se realizan dos estudios encaminados a aportar algunos resultados sobre la
compleja geodinaacutemica de la zona en la que se produjo el terremoto
Partiendo de estas premisas y siempre desde el punto de vista geodeacutesico y cartograacute-
fico se considera que es necesario seguir realizando esfuerzos para profundizar en
el conocimiento de estos fenoacutemenos sobre todo en lo que concierne a su predic-
cioacuten ya que esto redundariacutea en una reduccioacuten de viacutectimas y de dantildeos materiales
El objetivo de esta tesis consiste entonces en el estudio geodeacutesico aplicando teacutecni-
cas GNSS (Global Navigation Satellite System) de alta precisioacuten de fenoacutemenos
geodinaacutemicos susceptibles de producir desastres naturales Concretamente se reali-
zaraacuten anaacutelisis de eventos siacutesmicos erupciones volcaacutenicas y subsidencias del te-
rreno En todos estos casos se estudiaraacuten fundamentalmente los desplazamientos del
terreno producidos antes durante y despueacutes del fenoacutemeno para buscar signos pre-
2 Objetivo de la investigacioacuten
16
cursores cuantificar los movimientos y proponer estrategias de monitorizacioacuten para
las zonas maacutes sensibles
3 Introduccioacuten
17
3 Introduccioacuten
31 Introduccioacuten a la Geodesia Espacial
Siendo el objetivo de esta tesis el estudio de fenoacutemenos geodinaacutemicos aplicando
teacutecnicas GNSS resulta loacutegico comenzar introduciendo la rama de la Geodesia alre-
dedor de la cual se va a desarrollar el estudio
Desde el momento en que el ser humano evoluciona hacia un animal racional ha
mostrado su intereacutes por la Tierra Los fenoacutemenos naturales que le rodean condicio-
nan su comportamiento y la necesidad de comprenderlos ha dado lugar en un pri-
mer momento a las maacutes variadas supersticiones mitos ritos y cultos La necesidad
del ser humano de ubicarse o ubicar otros elementos y comunicar estas localizacio-
nes a otros seres humanos puede decirse que fue el origen de las teacutecnicas geodeacutesi-
cas
311 Concepto
Etimoloacutegicamente la palabra Geodesia del griego γηδαιω (divido la tierra) signifi-
ca la medida de las dimensiones de la Tierra En su acepcioacuten moderna tambieacuten
engloba el estudio del campo de gravedad Concretamente la Geodesia Espacial es
una relativamente nueva rama de la Geodesia que trata principalmente con sateacutelites
artificiales cuya observacioacuten resulta maacutes coacutemoda y precisa que la tradicional aplica
teacutecnicas tridimensionales y resuelve todos los problemas de la Geodesia tanto geo-
meacutetricos como dinaacutemicos (Sevilla de Lerma 2001)
312 Historia
Es sorprendente el grado de conocimiento alcanzado sobre determinados fenoacutemenos
naturales en culturas muy antiguas y cuyas evidencias para nosotros proceden del
estudio de los monumentos que nos han llegado (Stonehenge en Inglaterra la Gran
Piraacutemide de Egipto templos y ciudades Indias de Ameacuterica Central etc) La mayo-
riacutea de estos fenoacutemenos estaacuten relacionados con la Tierra el Sol o la Luna no pu-
dieacutendose separar en la etapa inicial la Geodesia de la Astronomiacutea (Calero 2003)
3121 Desde los oriacutegenes hasta la eacutepoca romana
De las civilizaciones maacutes antiguas no ha pervivido mucha documentacioacuten no obs-
tante quedan indicios de que en Sumeria Egipto China y la India se hicieron ob-
servaciones precisas y aunque no se alcanzoacute un conocimiento profundo si se ad-
quirieron nociones baacutesicas sobre los movimientos de la Tierra en el espacio (Calero
2003)
3 Introduccioacuten
18
En la civilizacioacuten babiloacutenica como se puede ver en la Figura 31 se consideraba
que la Tierra era un disco plano que flotaba en el oceacuteano y en cuyo centro se encon-
traba Babilonia
De la civilizacioacuten egipcia resulta relevante la extraordinaria precisioacuten en la orienta-
cioacuten de algunos monumentos con respecto a los puntos cardinales hecho que resul-
ta especialmente admirable en las piraacutemides de Keops y Kefren con unas desviacio-
nes menores a 3rsquo
En el periodo griego fue Pitaacutegoras (582-
500 aC) el primer humano que se conoce
que admitiera la idea de la esfericidad de la
Tierra Siglos maacutes tarde Aristoacuteteles (384-
322 aC) dedujo que su forma debiacutea ser
esfeacuterica al ver la sombra que produciacutea la
Tierra sobre la Luna en los eclipses Un
siglo despueacutes Eratoacutestenes (284-192 aC)
fue el primer ser humano que desarolloacute un
meacutetodo cientiacutefico para determinar el radio
de la Tierra (Millaacuten Gamboa 2006) Se le
puede considerar el fundador de la Geode-
sia
Hacia el antildeo 46 aC Julio Ceacutesar con la
ayuda del astroacutenomo Sosiacutegenes de Alejan-
driacutea fija en 36525 la duracioacuten del antildeo y
establece el Calendario Juliano que hoy
todaviacutea utilizan las iglesias ortodoxas grie-
gas y rusas
3122 La edad media
Las teoriacuteas aristoteacutelicas tuvieron una gran influencia la Edad Media en Europa Se
admitiacutea la esfericidad de la Tierra pero se explicaba muy mal Se suponiacutea la Tierra
cubierta de agua excepto la parte habitada (ecumene) La historia de esos siglos estaacute
salpicada de avances descubrimientos de matemaacuteticos y astroacutenomos que no dejan
de considerar los problemas geodeacutesicos en sus trabajos un resumen de los conoci-
mientos matemaacuteticos es realizado por el geoacutemetra Papus (400)
Es de destacar la medida del arco de meridiano realizada por el monje budista chino
I Hsing en el antildeo 727
Las aportaciones aacuterabes a la Geodesia son muy reducidas aunque merecen desta-
carse las expediciones organizadas en las llanuras de Palmira y Zinjar cerca de
Bagdad y Al Raqqah por el califa Al-Mamuacuten (786-833) hijo del Haroun al-
Figura 31 Reproduccioacuten de una tablilla
babiloacutenica del 500 aC donde aparece al
pie un mapa del mundo Biblioteca del
Congreso EEUU
3 Introduccioacuten
19
Raschid (830) para determinar la longitud del grado y los trabajos del matemaacutetico
Al-Khwarizmi que publicoacute un mapa del mundo conocido y determinoacute el radio de la
Tierra ademaacutes de introducir en las matemaacuteticas los numerales hinduacutees 12 y de
cuyo nombre se tomoacute la palabra algoritmo tantas veces usada despueacutes
El astroacutenomo Al-Battani (858-929) hacia el antildeo 900 publica un tratado de Geogra-
fiacutea dando las posiciones de las principales ciudades sirvieacutendose de la trigonometriacutea
publica tablas astronoacutemicas de uso comuacuten Los astroacutenomos aacuterabes Aboul Wefa y
Ben Younis recalculan las constantes astronoacutemicas y Alhazen (966-1039) escribe
un tratado de oacuteptica En 1154 en Sicilia aparece la gran compilacioacuten de Geografiacutea
Universal de Idrisi (1098-1166)
Las primitivas ensentildeanzas griegas de maestros de la categoriacutea de Pitaacutegoras Eudo-
xio Aristoacuteteles Eratoacutestenes Hiparco y Tolomeo entre otros sobreviven gracias a
la civilizacioacuten aacuterabe y en el siglo XII a traveacutes de Espantildea llegan a Europa en las
traducciones al latiacuten hechas en el reinado de Alfonso X de Castilla
Un caso digno de mencioacuten es el de Roger Bacon (1214-1294) creador de la oacuteptica
estudioso de la refraccioacuten y las mareas terrestres
3123 Siglos XV y XVI
Estos dos siglos coinciden con el periodo del Renacimiento en Europa Occidental y
se caracterizan entre otros aspectos por las grandes exploraciones Este hecho
propicioacute que se formaran grandes escuelas de cartoacutegrafos quienes con los conoci-
mientos muchas veces imprecisos aportados por la Geodesia confeccionaron gran
cantidad de mapas El cartoacutegrafo por excelencia de esta eacutepoca cuyos mapas satisfa-
ciacutean las necesidades de la navegacioacuten fue el flamenco Gerhard Kaufmann (1512-
1594) maacutes conocido por Mercator
Hasta finales del siglo XV no aparecen en Europa nuevas ideas en el terreno de la
Geodesia o de la Astronomiacutea Quizaacute deba recordarse al cardenal alemaacuten Nicolaacutes de
Cusa (1401-1464) que se hizo famoso por su idea del Universo infinito y que estu-
dioacute el movimiento diurno de la Tierra Otros como Peurbach (1423-1461) Walthe-
rus (1430-1504) y Regiomontano (1436-1476) hicieron algunos intentos para evo-
lucionar las ideas y Leonardo da Vinci (1452)-1519) ademaacutes de un artista
confirmado fue un buen cientiacutefico sugiriendo ya ideas sobre la isostasia y las ma-
reas terrestres
El gran astroacutenomo de esta eacutepoca es Nicolaacutes Copeacuternico (1473-1543) quien en su
obra De Revolutionibus Orbium Coelestium de 1543 desarrolla la teoriacutea helioceacuten-
trica del sistema solar que vino a revolucionar el pensamiento de la eacutepoca anclado
en las ideas aristoteacutelicas se entablaron duras poleacutemicas y se logroacute indirectamente
que la atencioacuten de los astroacutenomos y geodestas se dirigiese por este camino Prolife-
raron las observaciones se construyeron observatorios y en general la Astronomiacutea
3 Introduccioacuten
20
tuvo el apoyo de gobiernos y particulares que de otra manera difiacutecilmente se hubie-
se logrado Naturalmente la Geodesia y la navegacioacuten se beneficiaron enormemen-
te de los resultados que se esta-
ban obteniendo pues pronto
dispusieron de un mejor cono-
cimiento de las posiciones de
los cuerpos celestes indispen-
sables para sus fines de posi-
cionamiento y orientacioacuten La
teoriacutea helioceacutentrica pronto fue
admitida por el mundo cientiacutefi-
co la razoacuten se imponiacutea a la
teologiacutea aunque no sin grandes
sacrificios Kepler (1571-
1630) ademaacutes de descubrir las
leyes del movimiento planeta-
rio propuso un meacutetodo para
determinar el radio terrestre
En cuanto a las medidas del
arco de meridiano cabe desta-
car que el meacutedico franceacutes Fer-
nel (1485-1558) en 1525 midioacute
la distancia entre Pariacutes y Amiens con un cuadrante y contando las vueltas que daban
las ruedas de su carruaje
3124 Siglos XVII y XVIII
En este periodo las investigaciones y los avances geodeacutesicos continuacutean pero con
unas bases mucho maacutes cientiacuteficas Stevin (1548-1620) intuye la gravedad Las me-
didas del arco continuacutean En 1615 el holandeacutes Snellius (1580-1626) realiza la pri-
mera triangulacioacuten precisa y estudia la refraccioacuten midioacute un arco entre Bergen op
Zoom y Alkmaar con una base cerca de Leyden Este meacutetodo cuyos principios
fueron desarrollados por Gemma Frisius en 1533 perduroacute hasta el siglo XX con las
mejoras aportadas por los instrumentos de observacioacuten y medios de caacutelculo Tam-
bieacuten se efectuacutean mediciones en Inglaterra por Norwood (1590-1675) que en 1633
mide el arco entre Londres y York y en Italia por los jesuitas Riccioli (1598-1671) y
Grimaldi usando por primera vez aacutengulos cenitales reciacuteprocos en 1645 En Espantildea
aparece en 1615 un mapa de Aragoacuten realizado por Juan Bautista de Labantildea (1555-
1625) en el que se utilizan triangulaciones para los levantamientos En 1670 en
Francia el abad Picard (1620-1683) mejora los procedimientos de observacioacuten y
midiendo por triangulacioacuten el arco de Pariacutes entre Malvoisine (al sur de Pariacutes) y
Sourdon (al sur de Amiens) determina el radio terrestre Su resultado (6275 Km de
Figura 32 Mapa de Mercator 1595 Cartografiacutea que
muestra la tierra imaginaria del Aacutertico British Librarys
Mercator Atlas of Europe (c1570)
3 Introduccioacuten
21
radio) fue de trascendental importancia pues sirvioacute a Newton (1642-1727) para
calcular la distancia a la Luna que veniacutea dada en unidades del radio terrestre y
comprobar su ley de gravitacioacuten universal La aplicacioacuten de la Ley de Newton a la
teoriacutea de figuras de equilibrio permitioacute concluir que la Tierra no era una esfera sino
que debiacutea ser un elipsoide de revolucioacuten achatado por los polos del eje de rotacioacuten
Fundamentalmente Newton trata el problema de la figura de la Tierra en las propo-
siciones XVIII XIX y XX de su obra ldquoPhilisophiae naturalis principia mathemati-
cardquo tambieacuten en esta obra da la primera explicacioacuten correcta del fenoacutemeno de las
mareas y efectua caacutelculos precisos de las mismas Ya en 1672 Richer habiacutea obser-
vado que el peacutendulo astronoacutemico es maacutes lento en Cayena que en Pariacutes y Huygens
(1629-1695) el gran experto en relojes utilizando el primer reloj de peacutendulo preci-
so interpretoacute estas variaciones diciendo que la gravedad aumenta del ecuador a los
polos porque la Tierra es aplanada
Dominico Cassini (1625-1712) director del observatorio de Pariacutes observa que el
planeta Juacutepiter aparece aplanado y deduce que la Tierra tambieacuten debe serlo pero no
dice coacutemo Los resultados de posteriores mediciones confirmaron las conclusiones
de Cassini y Newton Desde entonces la Tierra se considera en segunda aproxima-
cioacuten como un elipsoide de dos ejes achatado por los polos del eje de rotacioacuten El
problema desde entonces es determinar las dimensiones de la Tierra obteniendo
valores numeacutericos del semieje y del aplanamiento del elipsoide terrestre
En 1742 Maclaurin (1698-1746) que habiacutea leiacutedo una tesis a los 17 antildeos sobre ldquoEl
poder de la gravedadrdquo estudiando las mareas demuestra que el elipsoide de revolu-
cioacuten aplanado puede ser una figura de equilibrio de una masa fluida y homogeacutenea
sometida a su propia gravitacioacuten y dotada de un movimiento de rotacioacuten deducien-
do la correspondiente ley de gravedad
En 1743 Clairaut que a los 18 antildeos fue aceptado como miembro de la Academia
Francesa publica su ldquoTheacuteorie de la figure de la Terrerdquo que puede considerarse co-
mo el origen de la Geodesia Dinaacutemica
En 1791 la ldquoCommission Geacuteneacutenal des Poids et Mesuresrdquo adopta el sistema meacutetrico
decimal El metro quedoacute definido en funcioacuten de la longitud del meridiano terrestre
Para dar la longitud del metro Delambre (1749-1822) y Pedro Andreacutes Mechain
(1744-1804) miden el meridiano de Francia entre Dunkerque y Perpignan
Trabajos tambieacuten importantes son los emprendidos por Lagrange (1736-1813)
quien en 1788 publica la primera edicioacuten de su ldquoMeacutechanique Analitiquerdquo y obtiene
las ecuaciones del movimiento del polo En 1785 Legendre (1752-1833) introduce
la nocioacuten de potencial y funda la teoriacutea de funciones esfeacutericas y en 1787 publica su
memoria sobre observaciones trigonomeacutetricas donde aparece su famoso teorema de
resolucioacuten plana de triaacutengulos esfeacutericos
3 Introduccioacuten
22
Desde el punto de vista praacutectico Borda (1733-1799) perfecciona los instrumentos
geodeacutesicos con la introduccioacuten del ciacuterculo repetidor y realiza la unioacuten geodeacutesica
Greenwich-Pariacutes
A partir de entonces quedoacute demostrado que a partir de medidas de aacutengulos y dis-
tancias podiacutean obtenerse posiciones de puntos sobre la superficie de la Tierra Pron-
to proliferaron debido principalmente a necesidades cartograacuteficas con fines milita-
res civiles y de navegacioacuten las invenciones de nuevos instrumentos de observacioacuten
y se perfeccionaron los teodolitos para la medida de aacutengulos
3125 Siglos XIX y XX
La primera gran operacioacuten geodeacutesica en el siglo XIX fue la prolongacioacuten hacia
Espantildea del meridiano de Francia preparada por Mechain por encargo del ldquoBureau
des Longitudesrdquo
Las medidas de grandes arcos de meridiano y paralelo se sucedieron a lo largo de
este siglo En 1817 Struve (1793-1864) y Tanner comienzan la medida del arco del
Danubio al Aacutertico que termina en 1849 En 1819 aparece calculado el elipsoide de
Walbeck en Rusia En 1823 Everest (1790-1866) mide el arco de la India y en 1830
publica los datos de su elipsoide Este mismo antildeo Airy calcula su elipsoide con
arcos de meridiano y paralelo de Gran Bretantildea En 1866 el Coronel norteamericano
Clarke (1828-1914) obtiene los elementos de su primer elipsoide que se utiliza en
Ameacuterica del Norte y en 1880 publica el segundo
Un gran impulso instrumental es el dado por Perrier (1833-1888) en 1868 con los
ciacuterculos acimutales para la observacioacuten de triangulaciones de primer orden que son
construidos por los hermanos Bruumlnner En 1885 Jaumlderin emplea los hilos en suspen-
sioacuten para la medida de bases geodeacutesicas
Es en el siglo XIX cuando la mayor parte de los cientiacuteficos de eacutelite establecen y
desarrollan las bases de la Geodesia matemaacutetica y experimental Carlos Federico
Gauss (1777-855) astroacutenomo geodesta y matemaacutetico inventoacute el helioacutegrafo y dise-
ntildeoacute calculoacute y compensoacute utilizando por primera vez el meacutetodo de miacutenimos cuadra-
dos la red geodeacutesica del reino de Hannover en 1821 Tambieacuten dio las bases de la
geometriacutea diferencial de superficies de uso obligado en Geodesia geomeacutetrica y
dinaacutemica Igualmente establecioacute los fundamentos teoacutericos de la Geodesia con la
definicioacuten de la superficie matemaacutetica de la Tierra que posteriormente en 1872
Listing llamariacutea geoide
Los trabajos geodeacutesicos en Ameacuterica del Norte condujeron a la medida de largos
arcos de meridiano y a la obtencioacuten del elipsoide de Hayford que posteriormente
fue adoptado por la Unioacuten Internacional de Gedodesia y Geofiacutesica como Elipsoide
Internacional
3 Introduccioacuten
23
Pratt (1774-1872) en 1855 presenta su modelo isostaacutetico y Airy hace lo propio el
mismo antildeo Otro gran matemaacutetico geodesta y astroacutenomo fue Bessel (1784-1846)
director del observatorio de Koumlnigsberg que midioacute el arco prusiano en 1838 de-
terminoacute el primer valor fiable del aplanamiento de la Tierra Su elipsoide de 1840
ha formado parte de algunos datums europeos
La aplicacioacuten de las ondas electromagneacuteticas a la medida de distancias en Geodesia
fue iniciada por Michelson (1852-1931) Maacutes tarde en 1948 el sueco Bergstrand
inventoacute el geodiacutemetro y Wadley en 1956 el teluroacutemetro
El siglo XX comienza con la aparicioacuten de la obra de Helmert (1843-1917) que vie-
ne a sintetizar los trabajos geodeacutesicos hasta entonces y que ha servido y sirve como
libro de referencia inexcusable Helmert es el introductor del meacutetodo de nivelacioacuten
astrogeodeacutesica para la determinacioacuten del geoide a partir de desviaciones de la verti-
cal En 1900 crea el Sistema Gravimeacutetrico de Viena y en 1901 da su foacutermula de la
gravedad normal
En 1909 el geodesta norteamericano Hayford con datos de la red geodeacutesica de los
Estados Unidos y aplicando el meacutetodo de las aacutereas con la hipoacutetesis isostaacutetica de
Pratt publica los resultados de su elipsoide que posteriormente es adoptado como
elipsoide de referencia Internacional en Madrid en 1924 Se establece el sistema de
gravedad de Potsdam
En 1928 Vening-Meinesz publica un libro con las foacutermulas que llevan su nombre y
que determinan las componentes de la desviacioacuten de la vertical a partir de medidas
gravimeacutetricas
Las observaciones de eclipses de Sol y de ocultaciones de estrellas por la Luna
proporcionan datos suficientes para la determinacioacuten de los paraacutemetros del elipsoi-
de terrestre y para la unioacuten en un mismo sistema de referencia de puntos de la su-
perficie terrestre alejados
En 1940 aparecen los trabajos del geodesta finlandeacutes Weiko A Heiskanen sobre
aplanamiento de elipsoides de dos y tres ejes sobre cartas de anomaliacuteas de la gra-
vedad y sobre correcciones isostaacuteticas siguiendo la hipoacutetesis de Airy
En 1950 el japoneacutes Takeuchi resuelve por primera vez numeacutericamente el sistema de
ecuaciones diferenciales que gobierna las deformaciones elaacutesticas de una Tierra no
homogeacutenea
En 1950 se aplica la triangulacioacuten Hiran con precisioacuten de 5 metros Aparecen los
niveles automaacuteticos los graviacutemetros de muelle de alta precisioacuten y los graviacutemetros
marinos Graf y LaCoste
En 1957 el 4 de octubre se lanza el primer sateacutelite artificial de la Tierra por los
rusos el Sputnik 1 En 1958 comienza la Geodesia por sateacutelites con las caacutemaras
Baker-Nunn y fotografiacutea con fondo de estrellas
3 Introduccioacuten
24
En 1964 se lanzan los primeros sateacutelites Doppler Transit por los EEUU que quedan
operativos para uso civil en 1967 En 1968 aparece el graviacutemetro superconductor de
Goodkind y se lanzan los sateacutelites Echo I y II ANNA 1B Geos1 y 2 Pageos Dia-
deme1-2 Oscar 14 y Timation
De 1966 a 1976 se realiza la primera gran operacioacuten europea de Geodesia por Sateacute-
lites denominada WEST (Western European Satellite Triangulation) Participan 17
paiacuteses europeos entre ellos Espantildea con un total de 40 estaciones En 1969 el Apo-
llo 11 deposita en la Luna los reflectores laser y se miden distancias desde los ob-
servatorios de Lick y McDonald Tambieacuten en 1969 se mide la primera gran base por
VLBI entre Haystack y Greenbank
En los antildeos sesenta se perfeccionan los equipos Doppler se continuacutean lanzando
sateacutelites geodeacutesicos y se desarrolla el receptor Mark I para VLBI Aparecen las
investigaciones de Kaula sobre teoriacutea de sateacutelites geodeacutesicos de Kaula Bjerham-
mar y Moritz sobre investigaciones estadiacutesticas del campo de gravedad y los de
Baarda y Bjerhammar sobre fiabilidad de redes geodeacutesicas Tambieacuten se estudia la
determinacioacuten de movimientos recientes de la corteza por Boulanger Se perfeccio-
na el seguimiento Doppler de sateacutelites
En los antildeos setenta el avance de la Geodesia es espectacular se termina y adopta la
IGSN71 Red Gravimeacutetrica Internacional estandarizada aparecen los sistemas de
levantamiento inercial se despliega el sistema Doppler Tranet-2 y se perfeccionan
los receptores Doppler como los JMR y los Magnavox En cuanto a la VLBI se
desarrollan los equipos Mark II y III y el primer sistema moacutevil
Tambieacuten en estos antildeos setenta se perfecciona el seguimiento laser a la Luna con
nuevos reflectores depositados alliacute por los sateacutelites Apollo14 y 15 y el Lunakhod II
El lanzamiento de sateacutelites continuacutea El primer sateacutelite GPS del Bloque I el PRN4
fue lanzado el 22 de febrero de 1978
Otros importantes avances en esta deacutecada los constituyen las investigaciones sobre
movimientos recientes de la corteza con resultados experimentales en el este de
Europa Se obtienen perfiles de marea gravimeacutetrica Aparecen modelos de marea
oceaacutenica Los sistemas de posicionamiento por sateacutelites Doppler y laser llegan a
precisiones relativas de 2 deciacutemetros Estas precisiones tambieacuten son alcanzadas con
medidas VLBI intercontinentales Los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra quedan
determinados con precisiones de 2 centeacutesimas de segundo de arco
En la deacutecada de los ochenta se establecen las primeras redes geodeacutesicas mundiales
con VLBI para la definicioacuten del sistema de orden cero Se siguen lanzando sateacutelites
geodeacutesicos como los Navstar 6 a 13 de GPS El primer sateacutelite GPS del Bloque II
fue lanzado en febrero de 1989
3 Introduccioacuten
25
En esta deacutecada las investigaciones se dirigen fundamentalmente a la Geodesia inte-
grada Geodesia operativa optimizacioacuten de redes rotacioacuten de la Tierra y determi-
nacioacuten del geoide
Las teacutecnicas espaciales de posicionamiento alcanzan precisiones relativas de 1 cen-
tiacutemetro y los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra se determinan con precisiones de
la mileacutesima de segundo de arco
En los antildeos noventa continuacutean los desarrollos iniciados en la deacutecada anterior pre-
sentaacutendose ya resultados tangibles de gran precisioacuten Se establecen las redes conti-
nentales por teacutecnicas GPS y las redes nacionales de orden cero
En la Geodesia espacial continuacutean los avances en VLBI GPS y los modernos sis-
temas DORIS PRARE y DGPS para aumentar la precisioacuten y facilidad de segui-
miento de sateacutelites y posicionamiento de estaciones Se lanzan nuevos sateacutelites GPS
del bloque II y se prepara el bloque III tambieacuten se lanzan sateacutelites Laser como el
LAGEOS-2 el ESTELLA y en GFZ-1
3126 Situacioacuten actual y desarrollo futuro
En Geodesia como en otras ramas de la ciencia hay que distinguir entre las cues-
tiones cientiacuteficas planteadas y las herramientas utilizadas para responder a estas
preguntas Muchas de las preguntas formuladas hoy en Geodesia siguen siendo las
mismas que las realizadas en el siglo XIX
Los actuales y previsiblemente futuros desarrollos teacutecnicos relacionados con la era
espacial el disentildeo de potentes ordenadores y los sistemas de comunicacioacuten permi-
tiraacuten en el futuro abordar muchas preguntas maacutes y encontrar respuestas maacutes detalla-
das a problemas claacutesicos
Sin embargo hay un aspecto que previsiblemente se mantendraacute invariable la inves-
tigacioacuten geodeacutesica soacutelo podraacute ser abordada con eacutexito a traveacutes de la colaboracioacuten
internacional (Beutler 2011)
El futuro de la Geodesia previsiblemente estaraacute basado en los siguientes ejes de
desarrollo
- Desarrollos de hardware y de software La ley exponencial que dirige la
evolucioacuten de la potencia de caacutelculo no ha agotado completamente su ten-
dencia y nuevas tecnologiacuteas se abren paso raacutepidamente en el mercado
abriendo las puertas a los caacutelculos maacutes avanzados
- Tecnologiacuteas maacutes avanzadas en instrumentacioacuten geodeacutesica con dos caracte-
riacutesticas principales una es la tendencia histoacuterica en la mejora de la preci-
sioacuten y la otra es el aumento de la cantidad de informacioacuten disponible gra-cias a la difusioacuten de un gran nuacutemero de instrumental geodeacutesico Este
instrumental en algunos casos puede ser de menor precisioacuten que los siste-
3 Introduccioacuten
26
mas maacutes avanzados sin embargo el coste econoacutemico es muy bajo lo que
los hace accesibles a una amplia comunidad de usuarios como sucede con
los equipos GNSS
- Un conocimiento maacutes avanzado de la fiacutesica de la Tierra soacutelida facilitando
el modelado de las deformaciones de la corteza terrestre la mejora del co-
nocimiento del patroacuten oceaacutenico de circulacioacuten global la altimetriacutea por sateacute-
lite para la estimacioacuten del geoide marino
- Un progreso maacutes soacutelido en matemaacuteticas por ejemplo en el aacuterea de los sis-
temas dinaacutemicos o en estadiacutestica impulsada por las grandes posibilidades
ofrecidas por las nuevas herramientas electroacutenicas (Sansograve 2003)
32 Introduccioacuten a la monitorizacioacuten de fenoacutemenos geodinaacutemicos me-
diante teacutecnicas GNSS
Dado que el objetivo de esta investigacioacuten es el estudio geodeacutesico de fenoacutemenos
geodinaacutemicos susceptibles de producir desastres naturales vamos a realizar una
breve introduccioacuten de la rama de la Geologiacutea que estudia los agentes fuerzas y
consecuencias de los procesos dinaacutemicos de la Tierra
321 Introduccioacuten a la geodinaacutemica interna de la Tierra
3211 Concepto
Se denomina geodinaacutemica a la suma de los procesos geoloacutegicos que afectan a la
Tierra y determinan su constante evolucioacuten Igualmente se puede definir como el
conjunto de causas y efectos que provocan los cambios estructurales quiacutemicos yo
morfoloacutegicos que afectan al planeta
La superficie terrestre estaacute en continua transformacioacuten Mientras la geodinaacutemica
interna describe los procesos de creacioacuten continua la geodinaacutemica externa estudia
la alteracioacuten de dicha superficie por fuerzas que actuacutean desde fuera Estas fuerzas
externas son el viento el agua las olas los glaciares las aguas de infiltracioacuten y los
cambios de temperatura
3212 Agentes geodinaacutemicos internos Tectoacutenica de placas
La Tectoacutenica de Placas proporciona un marco teoacuterico para entender la estructura
composicioacuten y los procesos geodinaacutemicos internos a una escala global
La Tierra es el uacutenico planeta del Sistema Solar en el cual opera la Tectoacutenica de
Placas y para comprender por queacute la Tierra tiene caracteriacutesticas que la hacen uacutenica
es necesario remontarnos al Origen del Sistema Solar ya que la estructura interna
de la Tierra asiacute como la composicioacuten de la atmoacutesfera temprana y sus diferentes
etapas evolutivas se relacionan con el mismo origen de la Tierra
3 Introduccioacuten
27
32121 Origen de la Tierra
La hipoacutetesis de la nebulosa primitiva sugiere que los cuerpos de nuestro Sistema
Solar se formaron a partir de una enorme nube en rotacioacuten Hace cerca de 5000
millones de antildeos esta inmensa nube y granos diminutos de elementos maacutes pesados
empezaron a contraerse lentamente debido a las interacciones gravitatorias entre sus
pertiacuteculas y a adoptar la forma de disco en rotacioacuten como se aprecia en la Figura
33 Una influencia externa como una onda de choque procedente de una explosioacuten
catastroacutefica como una supernova pudo haber iniciado el colapso Durante el colap-
so la energiacutea gravitacional se convirtioacute en energiacutea teacutermica aumentando la tempera-
tura del disco
La formacioacuten del Sol marcoacute el fin del periodo de contraccioacuten y en consecuencia el
fin del calentamiento gravitacional Las temperaturas de la regioacuten en la que ahora se
encuentran los planetas interiores empezaron a disminuir Esta reduccioacuten de la tem-
peratura hizo que las sustancias con puntos de fusioacuten elevados se condensaran en
pequentildeas partiacuteculas que empezaron a unirse Materiales como el hierro el niacutequel y
los elementos que componen los minerales que forman las rocas formaron masas
metaacutelicas y rocosas que orbitaban alrededor del Sol Millones de colisiones repeti-
das entre estas masas produjeron la creacioacuten de objetos cada vez maacutes grandes que a
su vez seguiacutean atrayendo cada vez con maacutes intensidad el material del disco proto-
planetario En unas pocas decenas de
millones de antildeos estos objetos crecie-
ron hasta convertirse en los cuatro
planetas interiores
A medida que los protoplanetas atraiacutean
cada vez maacutes material los impactos de
alta velocidad provocaron el aumento
de temperatura de estos cuerpos A
causa de sus temperaturas relativamen-
te elevadas y sus campos gravitaciona-
les deacutebiles los planetas interiores a
diferencia de los exteriores no podiacutean
acumular muchos de los componentes
maacutes ligeros como el hidroacutegeno y el
helio que fueron barridos por el viento
solar
Centraacutendonos ya en la Tierra a medi-
da que se acumulaba el material los
impactos y la desintegracioacuten de ele-mentos radiactivos provocaron un aumento constante de la temperatura Durante ese
periodo se produjo la diferenciacioacuten de los materiales pesados que debido a su
Figura 33 Esquema del origen del Sistema
Solar 2005 Ciencias de la Tierra
3 Introduccioacuten
28
mayor densidad ocuparon el centro del planeta Este primer periodo de calentamien-
to tambieacuten provocoacute otro proceso de diferenciacioacuten quiacutemica formaacutendose masas
flotantes de roca fundida que ascendieron a la superficie formando la corteza primi-
tiva Estas diferenciaciones establecieron las divisiones baacutesicas del interior de la
Tierra
32122 Estructura de la Tierra
La segregacioacuten material que empezoacute muy temprano en la historia de la Tierra tuvo
como resultado la formacioacuten de tres capas definidas por su composicioacuten quiacutemica la
corteza el Manto y el nuacutecleo Ademaacutes de estas tres capas de diferente composi-
cioacuten la Tierra se puede dividir en diferentes zonas maacutes o menos conceacutentricas en
funcioacuten de sus propiedades fiacutesicas Esta divisioacuten es de gran importancia dado que
tiene una relacioacuten directa con la explicacioacuten de los fenoacutemenos geodinaacutemicos estu-
diados en esta investigacioacuten Las propiedades fiacutesicas utilizadas para definir estas
zonas son su caracter soacutelido o liacutequido y cuaacuten duacutectiles o resistentes son El conoci-
miento de esta estructra en capas es esencial para la comprensioacuten de los procesos
geodinaacutemicos baacutesicos como el vulcanismo los terremotos o la formacioacuten de mon-
tantildeas
La Tierra puede dividirse en cinco capas principales en funcioacuten de sus propiedades
fiacutesicas y por tanto seguacuten su resistencia mecaacutenica Litosfera Astenosfera mesosfe-
ra nuacutecleo externo y nuacutecleo interno
321221 Litosfera
Seguacuten sus propiedades fiacutesicas la capa exterior de la Tierra comprende la corteza y
el Manto superior y forma un nivel relativamente riacutegido y friacuteo Aunque este nivel
consta de materiales cuyas composiciones quiacutemicas son notablemente diferentes
tiende a actuar como una unidad que muestra un comportamiento riacutegido principal-
mente porque es friacuteo y en consecuencia resistente Sin embargo no toda la Litosfe-
ra se comporta como un soacutelido quebradizo similar a las rocas encontradas en la
superficie sino que se vuelve progresivamente maacutes caliente y duacutectil conforme au-
menta la profundidad
Esta capa tiene un grosor medio de unos 100 kiloacutemetros pero puede alcanzar 250
kiloacutemetros de grosor debajo de las porciones maacutes antiguas de los continentes como
se indica en la Figura 34 Dentro de las cuencas oceaacutenicas la Litosfera tiene un
grosor de tan solo unos pocos kiloacutemetros debajo de las dorsales oceaacutenicas pero
aumenta hasta quizaacute 100 kiloacutemetros en regiones donde hay corteza maacutes antigua y
friacutea
3 Introduccioacuten
29
321222 Astenosfera
Debajo de la Litosfera en el Manto superior a una profundidad de unos 660 kiloacute-
metros se encuentra una capa blanda comparativamente paacutestica denominada Aste-
nosfera La porcioacuten superior de la Astenosfera tiene unas condiciones de temperatu-
ra y presioacuten que permiten la existencia de una pequentildea porcioacuten de roca fundida
Dentro de esta zona muy duacutectil la Litosfera estaacute mecaacutenicamente separada de la
capa inferior La consecuencia es que la Litosfera es capaz de desplazarse con inde-
pendencia de la Astenosfera un hecho fundamental para que se produzcan los mo-
vimientos que tratamos de detectar
Figura 34 Esquema de la estructura en capas de la Tierra (Tarbuck et al 2005)
Es importante destacar que la resistencia a la deformacioacuten de los diversos materia-
les de la Tierra es funcioacuten de su composicioacuten de la temperatura y de la presioacuten a la
que estaacuten sometidos A la profundidad de la Astenosfera superior las rocas estaacuten lo
suficientemente cerca de sus temperaturas de fusioacuten para que sean faacuteciles de defor-
mar
321223 Mesosfera y nuacutecleo
Por debajo de la zona duacutectil de la parte superior de la Astenosfera el aumento de la
presioacuten contrarresta los efectos de la temperatura maacutes alta y la resistencia de las
3 Introduccioacuten
30
rocas crece de manera gradual con la profundidad Entre las profundidades de 660 y
2900 kiloacutemetros se encuentra una capa maacutes riacutegida denominada Mesosfera o Manto
Inferior A pesar de su resistencia las rocas de la Mesosfera estaacuten todaviacutea muy
calientes y son capaces de fluir de una manera muy gradual
El Nuacutecleo se divide en dos regiones que muestran resistencias mecaacutenicas muy dis-
tintas El Nuacutecleo Externo es una capa liacutequida de 2270 kiloacutemetros de grosor Las
corrientes convectivas de hierro metaacutelico en esta zona son las que generan el campo
magneacutetico de la Tierra El Nuacutecleo Interno es una esfera con un radio de 1216 kiloacute-
metros A pesar de su temperatura maacutes elevada el material del Nuacutecleo Interno es
maacutes resistente que el del Nuacutecleo Externo debido a la enorme presioacuten y se comporta
como un soacutelido
32123 Tectoacutenica de placas
Antes del siglo XX la opinioacuten establecida consistiacutea en que la cuencas oceaacutenicas y
los continentes eran estructuras permanetes y muy antiguas Esta opinioacuten era res-
paldada por las pruebas recogidas del estudio de las ondas siacutesmicas que revelaron la
existencia de un Manto soacutelido rocoso que se extendiacutea hasta medio camino hacia el
centro de la Tierra El concepto de un Manto soacutelido indujo a la mayoriacutea de investi-
gadores a la conclusioacuten de que la Corteza externa de la Tierra no podiacutea moverse
Fue a principios del siglo XX cuando se incicia la historia de la Teacutectoacutenica de Pla-
cas La teoriacutea comienza con la deriva continental que fue postulada por Alfred
Wegener y recogida en 1915 en su obra ldquoEl origen de los continentes y los oceacutea-
nosrdquo Aunque existiacutean algunos indicios a su favor en un principio la mayoriacutea de los
geoacutelogos se mostraron esceacutepticos ya que no se conociacutea ninguacuten mecanismo plausi-
ble que explicase el movimiento de grandes masas de tierra a traveacutes del oceacuteano
El concepto moderno de placas tectoacutenicas moacuteviles fue propuesto en 1962 por Harry
H Hess de la Universidad de Princeton Hess habiacutea sido capitaacuten de un carguero
militar estadounidense durante la Segunda Guerra Mundial durante sus viajes
habiacutea utilizado el soacutenar del barco para elaborar un mapa del fondo del Paciacutefico
Defendioacute la hipoacutetesis de que la totalidad de la Corteza terrestre tanto la oceaacutenica
como la continental se desplazaba sobre el Manto como consecuencia de la con-
veccioacuten en eacuteste La Corteza se formariacutea en las dorsales oceaacutenicas lugares en los que
emerge y solidifica el magma y la Corteza ya existente se hundiriacutea en las fosas
oceaacutenicas en los procesos conocidos como subduccioacuten de placas
Las ideas de Hess fueron aceptadas por la comunidad cientiacutefica despueacutes de que
algunos estudios hallasen que el magnetismo de las rocas del fondo marino se ajus-
taba a sus predicciones el campo magneacutetico terrestre cuya polaridad se invierte
cada cientos de miles de antildeos deja su huella en la roca a medida que eacutesta solidifica
lo que provoca la formacioacuten de bandas magneacuteticas alternas y paralelas a las dorsales
oceaacutenicas
3 Introduccioacuten
31
El modelo que describe la tectoacutenica de placas se basa en que la Litosfera estaacute rota
en fragmentos denominados placas que se mueven unas con respecto a otras y cam-
bian continuamente de forma y tamantildeo
Uno de los principales fundamentos de la tectoacutenica de placas constituye el hecho de
que las placas se mueven como unidades coherentes en relacioacuten con todas las demaacutes
placas Las placas litosfeacutericas se mueven a una velocidad muy lenta pero continua
de media unos cinco centiacutemetros anuales Este movimiento es impulsado en uacuteltima
instancia por la distribucioacuten desigual del calor en el interior de la Tierra El material
caliente que se encuentra en las profundidades del Manto se mueve despacio hacia
arriba y alimenta una parte del sistema de conveccioacuten interna de nuestro planeta
Simultaacuteneamente laacuteminas maacutes friacuteas y densas de la Litosfera oceaacutenica descienden al
Manto poniendo en movimiento la capa externa riacutegida de la Tierra Como conse-
cuencia de todo lo descrito los roces entre las placas litosfeacutericas generan terremo-
tos crean volcanes y deforman grandes masas de rocas
Figura 35 Distribucioacuten geograacutefica de las placas tectoacutenicas actuales Modificado de Sociedad
mexicana de ingenieriacutea siacutesmica 2013
Como se muestra en la Figura 35 se reconocen siete placas principales Son la
placa Norteamericana la Sudamericana la del Paciacutefico la Africana la Euroasiaacutetica
la Australiana y la Antaacutertica La mayor es la placa del Paciacutefico que abarca una
porcioacuten significativa de la cuenca del oceacuteano Paciacutefico La mayoriacutea de las grandes
placas incluye un continente entero ademaacutes de una gran aacuterea de suelo oceaacutenico
Igualmente es de destacar el hecho de que ninguna de las placas estaacute definida com-
pletamente por los maacutergenes continentales
3 Introduccioacuten
32
Las placas de tamantildeo medio son la Caribentildea la de Nazca la Filipina la Araacutebiga la
de Cocos la de Scotia y la de Juan de Fuca Ademaacutes se han identificado maacutes de
una docena de placas maacutes pequentildeas o microplacas Placa de Ojotsk de Amuria del
Explorador de Gorda placa Somaliacute de la Sonda del Altiplano de Birmania placa
Yangtseacute de Timor placa Cabeza de Paacutejaro de Panamaacute de Rivera de Pascua de
Juan Fernaacutendez de Chiloeacute de Kula de Faralloacuten
Sin embargo para el caacutelculo de los modelos globales uacutenicamente se tienen en cuen-
ta las placas maacutes grandes Concretamente a partir del caacutelculo del campo de veloci-
dades del ITRF2008 se estimoacute un modelo de movimiento de placas tectoacutenicas que
tuvo en cuenta las 14 placas maacutes grandes (Altamimi et al 2011) como se aprecia
en la Figura 36
Figura 36 Placas que se utilizaron para el caacutelculo del modelo de movimiento de placas
ITRF20081
321231 Bordes de placas
Aunque el interior de las placas puede experimentar alguna deformacioacuten las princi-
pales alteraciones se producen a lo largo de sus bordes De hecho los bordes de
placa se establecieron por primera vez representando las localizaciones de las zonas
con mayor cantidad de terremotos es por ello que los bordes coinciden con las
1Altamimi Z Metivier L y Collilieux X (2011) ldquoITRF2008 plate motion modelrdquo Journal of Geophysical Research Solid
Earth (1978ndash2012) Vol 117 Issue B7
3 Introduccioacuten
33
zonas de maacutes intensa actividad siacutesmica y volcaacutenica de la Tierra Las placas tienen
tres tipos distintos de bordes que se diferencian en funcioacuten del tipo de movimiento
que poseen
Bordes divergentes Zonas donde dos placas se separan lo que produce el ascenso
de material desde el Manto para crear nuevo suelo oceaacutenico Geograacuteficamente se
ubican en las dorsales oceaacutenicas y el rift africano
Bordes convergentes Zonas donde dos placas se juntan provocando el descenso de
la Litosfera oceaacutenica debajo de una placa superpuesta que es finalmente reabsorbi-
da en el Manto o la colisioacuten de dos bloques continentales para crear un sistema
montantildeoso Geograacuteficamente como se aprecia en la Figura 37 las zonas maacutes acti-
vas son
- El cinturoacuten de fuego del Paciacutefico Situado en las costas del oceacuteano Paciacutefico
conecta algunas de las zonas de subduccioacuten maacutes importantes del mundo
Incluye a Chile parte de Bolivia Peruacute Ecuador Colombia Centroameacuterica
Mexico parte de los Estados Unidos parte de Canadaacute luego gira a la altu-
ra de las Islas Aleutianas y baja por las costas e islas de Rusia Japoacuten Tai-
wan Filipinas Papuacutea Nueva Guinea y Nueva Zelanda
- El cinturoacuten montantildeoso alpino-Himalayo que de oeste a este se inicia con
las cordilleras Beacuteticas y los Atlas en el sur de Espantildea y el norte de Aacutefrica
continuacutea con los Pirineos los Apeninos los Alpes los Caacuterpatos los Dinaacute-
ricos y los Balcanes sigue a traveacutes de los montes de Crimea el Caacuteucaso la
meseta de Iraacuten el Pamir Hindukush Karakorum e Himalaya Este cinturoacuten
tiene continuacioacuten hacia el sureste Indochina y las islas de Indonesia
Bordes de falla transformante Zonas donde dos placas se desplazan lateralmente
una respecto de la otra sin la produccioacuten ni destruccioacuten de Litosfera La mayoriacutea se
localizan geograacuteficamente dentro de las cuencas oceaacutenicas aunque algunas atravie-
san la corteza continental como la falla de San Andreacutes en California y la falla Alpi-
na en Nueva Zelanda
Cada placa estaacute rodeada por una combinacioacuten de estos tres tipos de bordes que
como ya se ha indicado no son fijos sino que estaacuten en continuo movimiento
Actualmente es posible determinar la magnitud del movimiento de las placas em-
pleando modelos globales de placas tectoacutenicas Algunos de estos modelos maacutes utili-
zados son
- NNR-NUVEL 1A (DeMets et al 1994)
- SOPAC (Scripps Orbit and Array Center)
- ITRF2005 (Altamimi 2007)
3 Introduccioacuten
34
Figura 37 Distribucioacuten geograacutefica de las zonas de maacutes intensa actividad siacutesmica y volcaacutenica de
la Tierra Modificado de geofaveblogspotcom 2013
3212311 Bordes divergentes
La mayoriacutea de los bordes divergentes se situacutean a lo largo de las crestas de las dorsa-
les oceaacutenicas dado que es donde se genera nueva Litosfera oceaacutenica Aquiacute a medi-
da que las placas tectoacutenicas se separan del eje de la dorsal las fracturas creadas se
llenan inmediatamente con roca fundida que asciende desde el Manto caliente si-
tuado debajo Este magma se enfriacutea de una manera gradual generando una roca
dura produciendo asiacute nuevos fragmentos de fondo oceaacutenico De una manera conti-
nua las placas adyacentes se sepa-
ran y una nueva Litosfera oceaacutenica
se forma entre ellas Aunque no es
lo normal los bordes divergentes
no se situacutean uacutenicamente en los
fondos oceaacutenicos sino que tambieacuten
pueden formarse sobre los conti-
nentes El mecanismo que actuacutea a
lo largo del sistema de dorsales
oceaacutenicas para crear nuevo fondo
oceaacutenico se denomina expansioacuten del fondo oceaacutenico
Figura 38 Esquema tectoacutenico del valle del rift
africano 2013 Bgreenprojectwordpresscom
3 Introduccioacuten
35
Las velocidades tiacutepicas de expansioacuten se mueven en torno a los 5 centiacutemetros al antildeo
A lo largo de la dorsal Centroatlaacutentica se encuentran velocidades de 2 centiacutemetros a
antildeo mientras que en secciones de la dorsal del Paciacutefico se han medido velocidades
superiores a los 15 centiacutemetros
En el caso de desarrollarse bordes de placa divergentes en el interior de un conti-
nente la fragmentacioacuten comienza con la formacioacuten de una depresioacuten alargada de-
nominada rift continental Un ejemplo moderno de rift continental es el rift de Aacutefri-
ca oriental que representa el estadio inicial de la ruptura de un continente De
mantenerse las fuerzas tensoriales en la zona el valle del rift se alargaraacute y aumenta-
raacute su profundidad alcanzando al final el borde de la placa separaacutendola en dos
como se puede ver en la Figura 38
3212312 Bordes convergentes
La superficie de nuestro planeta a pesar de que continuamente se estaacute produciendo
nueva Litosfera obviamente no aumenta
Para compensar la adicioacuten de Litosfera
creada las porciones maacutes antiguas de
Litosfera oceaacutenica descienden al Manto
a lo largo de los bordes convergentes o
bordes de placa destructivos
Aparecen bordes de placas convergentes
donde dos placas se mueven una hacia
otra y el movimiento se ajusta con el
deslizamiento de una placa por debajo de
otra La expresioacuten superficial producida
por la placa descendente es una fosa
submarina Los bordes convergentes
tambieacuten se denominan zonas de subduc-
cioacuten porque son lugares donde la Litosfe-
ra desciende hasta la Astenosfera La
subduccioacuten se produce porque la densi-
dad de la placa litosfeacuterica descendente es
mayor que la de la Astenosfera subya-
cente En general la Litosfera oceaacutenica
es maacutes densa que la Astenosfera mien-
tras que la Litosfera continental es menos
densa y resiste a la subduccioacuten Por con-
siguiente es siempre la Litosfera oceaacuteni-
ca la que experimenta la subduccioacuten Las capas de Litosfera oceaacutenica descienden
en la Astenosfera con unos aacutengulos de
Figura 39 Esquema de los diferentes tipos de
convergencia entre placas A Oceacuteano-
contiente B Oceacuteano-oceacuteano C Continente-
continente (Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
36
unos pocos grados o pueden caer casi en vertical pero el aacutengulo medio es de unos
45ordm El aacutengulo al que la Litosfera oceaacutenica desciende depende de su densidad Por
ejemplo a lo largo de la fosa Peruacute-Chile la zona de subduccioacuten al estar cerca de un
centro de expansioacuten y por tanto existir una Litosfera auacuten caliente presenta unos
aacutengulos de descenso pequentildeos
Aunque todas las zonas convergentes tienen las mismas caracteriacutesticas baacutesicas
poseen rasgos muy variables Cada una estaacute controlada por el tipo de material de la
Corteza que interviene y por el ambiente tectoacutenico Los bordes convergentes se
pueden formar entre dos placas oceaacutenicas una placa oceaacutenica y una continental o
dos placas continentales Las tres situaciones se ilustran en la Figura 39
3212313 Bordes de falla transformante
El tercer tipo de borde de placa es el transformante en el cual las placas se deplazan
una al lado de otra sin producir ni destruir Litosfera La verdadera naturaleza de
estas grandes fallas la descubrioacute en 1965 H Tuzo Wilson quieacuten sugirioacute que conec-
tan los cinturones activos globales en una red continua que divide la superficie ex-
terna de la Tierra en varias
placas riacutegidas Por tanto
Wilson se convirtioacute en el el
primero en sugerir que la
Tierra estaba compuesta por
placas individuales
La mayoriacutea de las fallas trans-
formantes une dos segmentos
de una dorsal centrooceaacutenica
Aquiacute son parte de unas liacuteneas
prominentes de rotura en la
corteza oceaacutenica conocidas
como zonas de fractura que
abarcan las fallas transfor-
mantes y sus extensiones
inactivas en el interior de las
placas Estas zonas de fractu-
ra se encuentran aproxima-
damente cada 100 kiloacutemetros
a lo largo de la direccioacuten del
eje de la dorsal Como se
muestra en la Figura 310
las fallas transformantes acti-vas se encuentran soacutelo entre
los dos segmentos desplaza-
Figura 310 Esquema de un borde transformante que
desplaza los segmentos de la dorsal Centtroatlaacutentica
(Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
37
dos de la dorsal Como la orientacioacuten de estas zonas de fractura es aproximadamen-
te paralela a la direccioacuten del movimiento de la placa en el momento de su forma-
cioacuten se pueden utilizar para cartografiar la direccioacuten del movimiento en el pasado
Aunque la mayoriacutea de las fallas transformantes estaacute localizada dentro de las cuencas
oceaacutenicas unas pocas atraviesan la corteza continental Dos ejemplos de ellas son la
falla de San Andreacutes en California con gran actividad siacutesmica y la falla Alpina en
Nueva Zelanda
321232 Fuerzas impulsoras de las placas tectoacutenicas
Varias fuerzas actuacutean sobre las placas tectoacutenicas algunas de ellas son fuerzas im-
pulsoras mientras que unas pocas se oponen al movimiento de las placas Las fuer-
zas impulsoras son la fuerza de arrastre de la placa la fuerza de empuje de la dorsal
y la fuerza de succioacuten de la placa las fuerzas que tienden a impedir el movimiento
de las placas son la fuerza de resistencia de la placa y la fuerza de arrastre del Man-
to (ver Figura 311)
Existe acuerdo general en
que la subduccioacuten de las
capas friacuteas y densas de la
Litosfera oceaacutenica es la
principal fuerza impulsora
del movimiento de las
placas A medida que estas
capas se hunden en la As-
tenosfera tiran de la placa
a remolque Este fenoacute-
meno denominado fuerza
de arrastre de la placa se
produce porque las capas
antiguas de la Litosfera
oceaacutenica son maacutes densas
que la Astenosfera subyacente y por tanto se hunden en ella Otra fuerza impulsora
importante se denomina fuerza de empuje de la dorsal Este mecanismo accionado
por la gravedad es consecuencia de la posicioacuten elevada de la dorsal oceaacutenica que
hace que las capas de la Litosfera se deslicen hacia abajo por los flancos de la dor-
sal La fuerza de empuje de la dorsal parece contribuir mucho menos a los movi-
mientos de las placas que la fuerza de arrastre de la placa El hecho de que cuando
maacutes del 20 del periacutemetro de una placa consta de zonas de subduccioacuten las veloci-
dades son relativamente raacutepidas respalda la nocioacuten de que la fuerza de arrastre de la
placa es maacutes importante que la fuerza de empuje de la dorsal Otra fuerza impulsora se produce por el arrastre de una placa en subduccioacuten en el Manto adyacente El
resultado es una circulacioacuten inducida del Manto que empuja ambas placas la sub-
Figura 311 Esquema de algunas de las fuerzas que actuacutean
sobre las placas (Tarbuck E et al 2005)
3 Introduccioacuten
38
ducida y la superpuesta hacia la fosa Dado que la corriente del Manto tiende a
succionar las placas cercanas se denomina fuerza de succioacuten de la placa
Entre las fuerzas que contrarrestan el movimiento de las placas se encuentra la fuer-
za de resistencia de la placa (friccioacuten) que se produce cuando una placa en subduc-
cioacuten roza contra una placa superpuesta El grado de resistencia a lo largo de una
zona de subduccioacuten puede determinarse a partir de la actividad siacutesmica
Debajo de la placa la fuerza de arrastre del Manto ayuda a producir el movimiento
de las placas cuando la corriente de la Astenosfera tiene la misma direccioacuten y su
magnitud supera a la de la placa Sin embargo a menudo la fuerza de arrastre del
Manto actuacutea en la direccioacuten opuesta y contrarresta el movimiento de la placa La
fuerza de arrastre del Manto por debajo de los continentes es varias veces mayor
que por debajo de la Litosfera oceaacutenica porque la Litosfera continental es maacutes grue-
sa que la Litosfera oceaacutenica y por tanto se extiende a maacutes profundidad en el Man-
to
322 Sistemas geodeacutesicos de referencia
Los sistemas de referencia terrestres son necesarios para la determinacioacuten de coor-
denadas sobre la Tierra y para el estudio del movimiento y deformaciones de la
corteza terrestre de manera que constituyen una herramienta imprescindible en el
desarrollo de las diferentes ciencias de la Tierra en especial de la Geodesia Geofiacute-
sica Geodinaacutemica Cartografiacutea Topografiacutea Navegacioacuten sobre la superficie terres-
tre y para la localizacioacuten de cualquier observacioacuten que se realice (Berneacute Valero et
al 2013)2
En primer lugar se deben distinguir los conceptos Sistema de referencia Sistema de
referencia Convencional Marco de referencia y Sistema de Coordenadas
Un sistema de referencia (Reference System) es la definicioacuten teoacuterica e ideal de
una estructura geomeacutetrica para referenciar las coordenadas de puntos en el espacio
estaacute constituido por un conjunto de paraacutemetros modelos convencionales y algorit-
mos y queda definido por un origen direcciones de los ejes escala y algoritmos
para sus transformaciones espaciales y temporales y las constantes utilizadas en las
definiciones y correcciones A los sistemas de referencia geodeacutesicos se le asocia un
elipsoide con sus paraacutemetros geomeacutetricos y fiacutesicos como forma tamantildeo constante
gravitacional y velocidad de rotacioacuten Los sistemas de referencia se pueden clasifi-
car en globales y locales en funcioacuten del espacio geograacutefico de aplicacioacuten (ver Figu-
ra 312)
2 Berneacute Valero et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
39
Un sistema de referencia convencional es un sistema de referencia donde todas las
constantes numeacutericas paraacutemetros e hipoacutetesis y teoriacuteas para el establecimiento del
sistema de referencia son especificadas de modo concreto
Un marco de referencia (Reference Frame) es la realizacioacuten practica de un siste-
ma es la materializacioacuten de un sistema de referencia convencional es decir el con-
junto de puntos y sus coordenadas y las teacutecnicas aplicadas en las medidas y los
meacutetodos utilizados
Un sistema de coordenadas es la parametrizacioacuten de las coordenadas de los puntos
que forman el marco de referencia En este sentido existen infinitos sistemas de
coordenadas para parametrizar el marco de referencia (Martiacuten Furones 2011)
Los sateacutelites que forman la constelacioacuten GNSS aparecen en un dominio celeste y la
descripcioacuten de su movimiento se hace en principio en eacuteste pero los receptores estaacuten
generalmente ligados a la Tierra y sus coordenadas se tratan en un sistema terrestre
Por ello es necesario definir dos tipos de sistemas de referencia en el espacio uno
celeste ICRS Sistema Internacional de Referencia Celeste para la descripcioacuten del
movimiento satelital y otro terrestre ITRS Sistema Internacional de Referencia
Terrestre para describir la posicioacuten de los usuarios
El CGRS es un sistema de referencia celeste geoceacutentrico a este sistema se refieren
las observaciones hechas desde la Tierra y a eacutel se asocian los procesos dinaacutemicos y
los paraacutemetros de rotacioacuten de la Tierra (EOP) pues no depende de la rotacioacuten de la
Tierra Es un sistema en movimiento acelerado (geocentro) asociado a un triedro
centrado en el centro de masas de la Tierra incluyendo oceacuteanos y atmosfera El eje
Oz se dirige al polo medio de rotacioacuten y el eje X pasa por el Ecuador en el meri-
diano de Greenwich
El CGRS estaacute ligado al ITRS mediante los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra
Tanto la matriz de rotacioacuten como el resto de paraacutemetros para pasar de un sistema a
otro pueden encontrase en la web del International Earth rotation amp reference sys-tems service y el Observatorio Naval de Estados Unidos (USNO)
El marco de referencia utilizado para representar las coordenadas cartesianas en
GPSGLONASS se llama (ECEF) y es un marco de referencia terrestre centrado en
la Tierra y fijo a ella (Earth Centered Earth Fixed)
En 1988 se creoacute el servicio de rotacioacuten de la Tierra internacional (IERS del ingleacutes
Internacional Earth Rotation Service) como responsable del mantenimiento tanto
del sistema celeste como del sistema terrestre
3 Introduccioacuten
40
Servicios teacutecnicos especializados Servicio combinado
IVS International VLBI Service
ILRS International Laser Ranging Service
IGS International GPS Service for Geodynamics
IDS International DORIS Service
Tabla 31 Servicios de IERS
En la Tabla 31 se muestra un esquema de los servicios especializados del IERS
- IVS proporciona las observaciones efectuadas por medio de teacutecnicas VLBI
las cuales son las uacutenicas que pueden establecer el enlace con el sistema de
referencia celeste (sistema inercial)
- ILRS suministra las observaciones que pueden determinar de la mejor for-
ma posible el geocentro
- IGS proporciona observaciones GPS Considerado eacuteste como un meacutetodo de
bajo costo y faacutecil de manejar por lo que resulta ser el mejor meacutetodo para
densificar redes geodeacutesicas con objeto de controlar los procesos geodinaacute-
micos
- IDS proporciona datos sobre la navegacioacuten de los sateacutelites
Los estaacutendares del IERS abarcan un conjunto de constantes y modelos que se utili-
zan en el centro de caacutelculo del IERS y en la oficina central para la combinacioacuten de
los resultados que suministran los distintos servicios Estos estaacutendares contienen
entre otros
- las teoriacuteas de precesioacuten y nutacioacuten de la IAU
- ratios para el desplazamiento continental (por ejemplo NUVEL NNR-1A)
- constantes gravitacionales etc
Los sistemas de referencia convencionales mantenidos por el IERS se componen
de
- El Internacional Celestial Reference System (ICRS)
- El Internacional Terrestrial Reference System (ITRS)
IERS
3 Introduccioacuten
41
El sistema de referencia celeste internacional (ICRS) se define como3 (Seeber
2003)
- El origen estaacute fijado en el baricentro del sistema solar (heliocentro)
- La orientacioacuten se efectuacutea
o relativa a las radiofuentes estelares
o paralelo a los ejes del FK5 (cataacutelogo fundamental de estrellas)
o ecuador medio en la eacutepoca J20000
o eje x punto medio de Aries en la eacutepoca J20000
- El sistema del tiempo definido por el Tiempo Dinaacutemico Bariceacutentrico
- Los meacutetodos de observacioacuten empleados astronoacutemicos (FK5) VLBI sateacuteli-
te Hipparcos
Figura 312 Clasificsacioacuten de los sistemas de referencia
3 Seeber G (2003) ldquoSatellite Geodesyrdquo
3 Introduccioacuten
42
3221 Sistemas geodeacutesicos de referencia globales Sistema de Referencia
Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System
ITRS)
Los sistemas de referencia fijos al espacio o inerciales son los maacutes apropiados para
definir la situacioacuten y el movimiento de objetos externos a la Tierra como las estre-
llas los planetas y de forma especial los sateacutelites artificiales Al ser sistemas libres
de aceleracioacuten o inerciales permiten efectuar caacutelculos empleando sin modificacio-
nes la formulacioacuten newtoniana
Los sistemas geodeacutesicos de referencia globales tienen como finalidad principal el
control geodeacutesico tridimensional en cualquier parte de la Tierra es por ello que han
sido desarrollados por organizaciones internacionales La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es el origen geoceacutentrico de las coordenadas cartesianas tridimensio-
nales asociadas
Un sistema geodeacutesico de referencia global se caracteriza por
- Origen Centro de masas terrestres o geocentro incluyendo la atmoacutesfera y
los oceacuteanos
- Eje Z coincide con el eje de rotacioacuten terrestre
- Plano meridiano pasa por cualquier punto de la tierra y contiene al eje de
rotacioacuten
- Plano ecuador es perpendicular al eje de rotacioacuten y para por el geocentro
- Eje X se situacutea en la direccioacuten del plano meridiano que pasa por Greenwich
y contenido en el plano ecuador Es considerado internacionalmente como
meridiano origen o meridiano cero desde 1884
- Eje Y contenido en el plano
ecuador y perpendicular al eje X y su
sentido seraacute tal que los tres ejes formen
una tripleta dextroacutegira
El eje z se ve afectado por la variacioacuten en
la direccioacuten del eje de rotacioacuten terrestre
con el tiempo fenoacutemeno que se denomi-
na movimiento del polo
La direccioacuten del eje de rotacioacuten terrestre
variacutea con respecto a la propia superficie
terrestre y por tanto respecto al sistema
de referencia geoceacutentrico terrestre El
polo describe a lo largo del tiempo una
trayectoria libre que es una curva maacutes o
menos circular de radio 6 metros como
se indica en la Figura 314 y periodo aproximado de 430 diacuteas provocado por el
Figura 314 Movimiento del polo
Movimiento libre y oscilaciones forzadas
(Martiacuten Furones 2011)
3 Introduccioacuten
43
caraacutecter deformable de la Tierra redistribuciones interiores de las masas terrestres
efectos del rebote postglaciar en Canadaacute y Fenoscandia movimientos tectoacutenicos
redistribuciones atmosfeacutericas etc Superpuesta a eacutesta trayectoria libre se encuen-
tran una serie de oscilaciones forzadas provocadas por la influencia gravitatoria del
Sol y la Luna con una magnitud de 60 centiacutemetros ver Figura 314
Este movimiento del polo afecta directamente a las coordenadas de los puntos sobre
la superficie terrestre ya que el sistema de referencia iraacute cambiando Lo maacutes indi-
cado es tomar como eje Z de referencia el origen o centro de los ciacuterculos de movi-
miento libre quedando asiacute determinado el eje Z de un modo convencional Si las
coordenadas de los puntos se refieren al polo convencional tendremos coordenadas
absolutas si se refieren al polo instantaacuteneo (situacioacuten del eje de rotacioacuten en un de-
terminado momento) tendremos coordenadas instantaacuteneas
No hay teoriacutea cientiacutefica que pueda predecir el movimiento del polo y por lo tanto
su posicioacuten asiacute que se monitoriza continuamente mediante observaciones Fenoacuteme-
nos como los grandes terremotos pueden producir importantes desplazamientos del
eje terrestre y por consiguiente del polo el terremoto de Japoacuten del 11 de marzo de
2011 en el que se centra uno de los artiacuteculos que forman parte de esta tesis movioacute
el eje terrestre cerca de 17 centiacutemetros en direccioacuten 133 grados longitud este (se-
guacuten un estudio del Jet Propulsion Laboratory de la NASA) Esta materializacioacuten se
realizaba con observaciones astronoacutemicas lo que dio lugar al establecimiento de tres
polos diferentes
- Polo CIO desde 1899 la International Latitude Service (ILS) utilizando
observaciones astronoacutemicas sobre cinco estaciones en un mismo paralelo
llegoacute a la definicioacuten del polo CIO (Convencional International Origen) de-
finido como la posicioacuten media del polo entre 1900 y 1905 de manera que
se obtuvieron determinaciones precisas de los largos periacuteodos del movi-
miento del polo La precisioacuten de estas determinaciones se cifroacute en 3 me-
tros
- Polo BIH (Bureau International de lrsquoHeure) Proporcionoacute estimaciones
maacutes frecuentes (medias de 5 diacuteas) y precisiones de 1 metro en la determi-
nacioacuten del movimiento del polo
- Polo IPMS Cada vez con maacutes frecuencia se empezoacute a necesitar los mo-
vimientos de corto periodo del polo para aplicaciones geodeacutesicas y astro-
noacutemicas por lo que el ILS se reorganizoacute en 1962 en el Internacional Polar
Motion Service (IPMS) asiacute surge el polo IPMS generado a partir de deter-
minaciones de latitud astronoacutemica en 80 estaciones y con precisioacuten de un
metro en la determinacioacuten del movimiento del polo
La irrupcioacuten de las teacutecnicas espaciales supuso un gran avance asiacute en 1984 la BIH establecioacute un nuevo sistema de referencia terrestre basado en las coordenadas car-
tesianas geoceacutentricas de las estaciones fundamentales donde se habiacutean aplicado
3 Introduccioacuten
44
teacutecnicas espaciales este nuevo sistema coincide con el polo CIO astronoacutemico si se
tienen en cuenta las precisiones en la determinacioacuten del CIO lo cual permite dar
continuidad a las coordenadas determinadas antiguamente
Finalmente en 1987 se creoacute la Internacional Earth Rotacion Service (IERS) reem-
plazando a la BIH y a la IPMS para entre otras cosas monitorizar el movimiento
del polo basaacutendose en teacutecnicas espaciales de forma continua con lo que el polo BIH
determinado en 1984 pasoacute a llamarse polo IERS Desde abril de 2003 el nombre fue
cambiado al de Internacional Earth Rotation and Reference Systems Service
(IERS) proporcionando las coordenadas instantaacuteneas del polo para cada diacutea referi-
das al polo IERS cuyo eje X seraacute el meridiano de Greenwich convencional y el eje
Y estaacute situado hacia el Oeste (direccioacuten de su sentido positivo) formando 90 grados
(Martiacuten Furones 2011)
Uno de los sistemas geodeacutesicos de referencia globales es el Sistema de Referencia
Terrestre Internacional (International Terrestrial Reference System ITRS) que
constituye un conjunto de prescripciones y convenios necesarios para definir origen
escala orientacioacuten y tiempo de evolucioacuten de un sistema convencional de referencia
terrestre Es un sistema de referencia ideal definido por la Resolucioacuten Nordm 2 de la
IUGG adoptada en Viena en 1991
El ITRS se define como
- Geoceacutentrico fijado al centro de masas de la Tierra definida eacutesta como la
masa de toda la Tierra incluida la de los oceacuteanos y la de la atmoacutesfera
- La unidad de longitud es el metro del sistema internacional (SI) la escala
estaacute entendida en el contexto de la teoriacutea relativista de la gravitacioacuten
- La orientacioacuten de los ejes estaacute dada por la orientacioacuten inicial del BIH (Bu-reau Internacional de lrsquoHeure) dada en 1984
- La evolucioacuten temporal de la orientacioacuten no crea residuo de la rotacioacuten glo-
bal respecto a la corteza terrestre
- Los meacutetodos de observacioacuten son VLBI SLR GPS DORIS PRARE
- El elipsoide de referencia es el GRS80
La orientacioacuten de los ejes en el ITRS estaacuten definidos seguacuten se muestra en la Figura
315 como
- El eje Z es el establecido por la orientacioacuten media del eje polar en el pe-
riodo 1900-1905 llamado Polo Terrestre Convencional (CTP) u Origen
Internacional Convencional (CIO) En el vocabulario de la IERS se deno-
mina ldquoIERS Reference Polerdquo (IRP)
- El eje X es el vector de origen el geocentro y que pasa por la interseccioacuten
del plano ecuatorial con el plano meridiano de Greenwich 1984 este uacutelti-
mo es denominado en la nomenclatura del IERS como ldquoIERS Reference Meridianrdquo (IRM)
3 Introduccioacuten
45
- El eje Y corresponde al respectivo eje perteneciente a un sistema dextroacutegi-
ro
Figura 315 Marco de referencia ECEF
3222 El marco de referencia internacional terrestre ITRF4
Para conseguir una realizacioacuten praacutectica de un marco geodeacutesico global de referencia
se tienen que establecer una serie de puntos con un conjunto de coordenadas El
marco de referencia terrestre Internacional (ITRF) es seguacuten el IERS la materializa-
cioacuten del ITRS definido por un conjunto de puntos fiacutesicamente establecidos con sus
coordenadas cartesianas tridimensionales geoceacutentricas o geograacuteficas y sus veloci-
dades junto con la matriz varianza covarianza de su solucioacuten En la Figura 316 se
muestra la paacutegina web del ITRF Se trata de un sistema de referencia ideal definido
por la Resolucioacuten Nordm 2 de la IUGG adoptada en Viena en 1991
Es un marco tridimensional geoceacutentrico adaptado a la Tierra y gira con eacutesta su
origen estaacute centrado con respecto al centro de masas incluido oceacuteanos y atmosfera
con una precisioacuten del orden del centiacutemetro su orientacioacuten es ecuatorial es decir el
eje Z es paralelo al Polo
La orientacioacuten de sus ejes tal como establecioacute la BIH en 1984 es
- Eje Z Polo medio determinado por la IERS y llamado IERS Reference Po-
le (IRP) o Convencional Terrestrial Pole (CTP)
- Eje X Meridiano de Greenwich Convencional determinado por la IERS y
llamado IERS Reference Meridian (IRM) o Greenwich Mean Origin
(GMO)
4 httpitrfensgignfr
3 Introduccioacuten
46
- Eje Y Formando una tripleta dextroacutegira con los ejes anteriores sobre el
plano del ecuador convencional
Figura 316 Web del ITRF
El marco estaacute formado por coordenadas cartesianas y velocidades de una serie de
estaciones equipadas con teacutecnicas de observacioacuten espacial (VLBI SLR LLR GPS
desde 1991 y DORIS desde 1994) en la Figura 317 se pueden ver las estaciones
para el ITRF2005 La teacutecnica VLBI posee el mayor peso en la definicioacuten de la
orientacioacuten Estas coordenadas definen impliacutecitamente el origen la escala y la
orientacioacuten de los ejes coordenados X Y Z del sistema de referencia Para expre-
sar las posiciones de las coordenadas geodeacutesicas se utiliza el elipsoide GRS80
geoceacutentrico
3 Introduccioacuten
47
Figura 317 Mapa en el que se muestran las estaciones que forman el marco de referencia ITRF
2005 Cada forma y color corresponde a una teacutecnica espacial utilizada diferente International
Terrestrial Reference Frame
La conexioacuten entre las diferentes teacutecnicas de observacioacuten se realiza en aquellas esta-
ciones que posean dos o maacutes teacutecnicas de observacioacuten y sea posible la determinacioacuten
precisa (plusmn4-5 mm de error) de los incrementos de coordenadas X Y Z entre los
instrumentos de medida (receptores GPS o DORIS telescopios y radiotelescopios)
utilizando mediciones topograacuteficas o con GPS
Las actualizaciones de la ITRF incluyen ITRF89 ITRF90 ITRF91 ITRF92
ITRF93 ITRF94 ITRF95 ITRF96 ITRF97 ITRF2000 ITRF2005 y ITRF2008
estaacute preparaacutendose ITRF2013 Las sucesivas versiones de ITRF representan mejor
las cantidades y calidades de las observaciones hay mejoras en los algoritmos de
procesamiento y presentan mejores modelos de los movimientos (o velocidades) de
las placas tectoacutenicas
El ITRF se nombra ITRFyy y eacutepoca to donde yy indica el uacuteltimo antildeo cuyos datos se
usaron en la formacioacuten del ITRF y to es el instante o eacutepoca de la que se refieren los
paraacutemetros asiacute el ITRF97 fue publicado en 1999 con los datos disponibles en 1997
Esto es necesario ya que todos los puntos de la corteza terrestre se asientan sobre
placas tectoacutenicas que sufren movimientos constantes
La transformacioacuten rigurosa entre dos sistemas terrestres arbitrarios como el ITRFyy
eacutepoca to y el ITRFzz eacutepoca t se designa simboacutelicamente por
ITRFyy(to) -gt ITRFzz(t)
3 Introduccioacuten
48
La relacioacuten entre dos marcos de referencia viene dada por una transformacioacuten de 7
paraacutemetros (3 Traslaciones 3 Rotaciones y un cambio de escala D) maacutes otras siete
de sus variaciones temporales primeras derivadas respecto al tiempo
Z
Y
X
DRR
RDR
RRD
T
T
T
Z
Y
X
Zs
Ys
Xs
12
13
23
3
2
1
X Y Z son las coordenadas en el marco origen
XS YS ZS son las coordenadas a obtener en el marco destino
Por ejemplo entre ITRF92 e ITRF 2000 para la eacutepoca 19880
0012
13
23
3
2
1
0092 ITRFITRFITRFZ
Y
X
DRR
RDR
RRD
T
T
T
Z
Y
X
Zs
Ys
Xs
Para un paraacutemetro dado P su valor en una eacutepoca t se obtiene a partir de la ecua-
cioacuten P (t) = P (t0) +P (t-t0)
En estos marcos de referencia la posicioacuten de un punto y su evolucioacuten sobre la su-
perficie terrestre se expresan de la siguiente manera
X (t) = X0 + V0 (t-t0) + sum i Xi (t)
X (t) = X (t0) + (t - t0) VX
Y (t) = Y (t0) + (t - t0) VY
Z (t) = Z (t0) + (t - t0) VZ
Donde t0 es la eacutepoca de definicioacuten del marco de referencia V es la velocidad del
punto debida a los movimientos tectoacutenicos y el sumatorio final son los efectos va-
riables en el tiempo que modifican la posicioacuten del punto por ejemplo los efectos de
mareas terrestres carga oceaacutenica etc
ITRF es el Sistema de Coordenadas establecido por el IERS (International Earth
Rotation Service) De este modo el IGS (International GNSS Service) difunde las
efemeacuterides precisas expresadas en este marco de referencia Pero en el marco del
IGS aunque se apoya en el ITRF las coordenadas han sido soacutelo obtenidas a partir
de estaciones GNSS (no se incluyen observables de SLR VLVI o DORIS) por eso
al marco ITRF donde el IGS da las coordenadas se le llama IGS08 o IGb08 el ter-
mino b es una correccioacuten o actualizacioacuten del IGS concreto
3 Introduccioacuten
49
El establecimiento de un marco de referencia de precisioacuten no es tarea sencilla ya
que la Tierra sufre deformaciones debido a su caraacutecter elaacutestico y las precisiones de
las observaciones son cada vez mayores por lo que las observaciones deben ser
corregidas por los efectos de
- Mareas terrestres
- Carga atmosfeacuterica y oceaacutenica
- Tectoacutenica de placas El movimiento de la corteza terrestre causado por la
tectoacutenica de placas produce el desplazamiento de los puntos de las redes
geodeacutesicas en el tiempo generando distorsiones (ver Figura 318) Actual-
mente es posible determinar la magnitud empleando modelos globales de
placas tectoacutenicas Las placas se desplazan de 25 a 5 cm antildeo El modelo uti-
lizado hasta el ITRF2005 es el NNR-NUVEL-1A basado en que no exis-
ten rotaciones sobre el Manto de las placas tectoacutenicas y por tanto la suma
de las velocidades de las placas sobre toda la Tierra es cero Para el
ITRF2008 se utiliza un modelo basado en las propias velocidades de las es-
taciones ITRF observadas con teacutecnicas espaciales el APKIM2005 (las ve-
locidades presentan tambieacuten error ya que se obtienen a partir de caacutelculos)
- Movimientos locales y regionales Un ejemplo seriacutea el rebote postglacial de
Escandinavia Por tanto el ITRF es un marco dinaacutemico que cambia de
acuerdo a las variaciones temporales de las coordenadas y velocidades de-
bido a los efectos anteriores (Martiacuten Furones 2011)
Figura 318 Vectores de velocidad de las placas
3 Introduccioacuten
50
3223 Marco de referencia GNSS Materializacioacuten del ITRS IGSyy
La determinacioacuten de coordenadas a partir de observaciones GNSS debe producirse
en un marco que permita establecer una relacioacuten directa con las coordenadas y mar-
cos terrestres y en el caso de GNSS se utilizan los sistemas y marcos ITRS e ITRF
IGS es la realizacioacuten del ITRS es el marco IGS (Internacional GNSS Service)
(Ray et al 2004 y Benciolini et al 2008) y su singularizacioacuten IGS e IGb Este
marco de referencia ha sido el maacutes utilizado como se veraacute maacutes adelante en los
estudios realizados
IGS es un organismo compuesto por maacutes de 200 agencias de todo el mundo que
comparten recursos y datos de estaciones GPS o GLONASS permanentes de todo el
mundo con el fin de generar productos GNSS de alta precisioacuten
El ITRF incluye observaciones GPS (Global Positioning System) SLR (Satellite
Laser Ranging) VLBI (Very Long Baseline Interferometry) y DORIS (Doppler
Orbit determination and Radiopositioning Integrated on Satellite) Pero esta red de
estaciones no es muy homogeacutenea a nivel mundial y el IGS soacutelo selecciona estacio-
nes GPS y como no todas las estaciones GPS incluidas en el ITRF tienen una pre-
cisioacuten homogeacutenea selecciona aquellas que satisfacen ciertos criterios de calidad y
las utiliza como marco de referencia en el caacutelculo de sus productos finales (oacuterbitas
satelitales correcciones a los relojes de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten
terrestre etc) Las estaciones elegidas cuentan uacutenicamente con la teacutecnica espacial
GPS o GLONASS es por esto que si se utilizan uacutenicamente las observaciones de
estas estaciones se puede formar un marco (el marco IGS) de referencia que seraacute
maacutes consistente que el ITRF ya que no utiliza ni mezcla observaciones de otras
teacutecnicas espaciales con esto no se quiere decir que sea un marco maacutes preciso que el
marco ITRF
Esta red que se muestra en la Figura 319 conformada por las estaciones de refe-
rencia seleccionadas por el IGS cerca de 400 no presenta traslaciones ni transfor-
maciones ni cambio de escala con respecto al ITRF por ello nominalmente el
marco de referencia del IGS y el ITRF son iguales El 17 de abril de 2011 (semana
GPS 1632) el servicio internacional de GNSS (IGS) dejoacute de usar el marco de refe-
rencia de IGS05 y adoptoacute uno nuevo llamado IGS08 el cual se entiende equivalen-
te al ITRF2008
3 Introduccioacuten
51
Figura 319 Mapa en el que se muestran las estaciones que forman el marco de referencia IGS
International GNSS Service
El IGS anuncioacute en octubre del 2012 (semana 1709) la introduccioacuten de una versioacuten
actualizada del Marco de Referencia IGS08 la cual se denomina IGb08 Esta actua-
lizacioacuten se debe a que muchas de las estaciones contenidas en el IGS08 han sufrido
discontinuidades posteriores a la eacutepoca 20095 lo que las hace inutilizables como
puntos fiduciales en el ajuste de marcos de referencia Las regiones maacutes afectadas
son Ameacuterica del Sur Aacutefrica y el Este de Asia El IGb08 se utiliza para reemplazar
el IGS08 a partir del 7 de octubre de 2012 semana GPS 1709
Las diferencias entre el ITRF y el IGS en la misma eacutepoca apenas es de alguacuten miliacute-
metro por ello a todos los efectos se consideran similares
Una de las principales diferencias entre los marcos IGS05 e IGSb00 o entre IGS05
e ITRF05 (en sus veacutertices GPS) radica en un refinamiento en la estrategia de caacutelcu-
lo para las coordenadas para obtener una gran precisioacuten de las coordenadas de un
punto GPS es necesario conocer exactamente la posicioacuten del centro de fase tanto del
sateacutelite como de la antena receptora La posicioacuten para la antena receptora se des-
compone en dos partes un sesgo entre el centro de fase y el punto de referencia de
la antena y una variacioacuten respecto a este sesgo ya que el centro de fase no es algo
fijo sino que depende de la elevacioacuten acimut y la intensidad de la sentildeal de los sateacute-
lites
Normalmente los fabricantes dan las coordenadas (3D) del sesgo del centro de fase
respecto al punto de referencia de la antena (normalmente la interseccioacuten de la ver-
tical mecaacutenica con la parte baja de la antena) y se considera que las variaciones a
este sesgo son despreciables por lo que se fijan a cero a este esquema se le deno-
mina correcciones relativas del centro de fase de la antena Actualmente tanto los
3 Introduccioacuten
52
sesgos como las variaciones se pueden modelar (Seeber 2003) para los diferentes
tipos de antena existentes en el mercado esta modelizacioacuten dependeraacute de la eleva-
cioacuten y acimut de los sateacutelites de los que recibe sentildeal El resultado final seraacute una
mejora en la precisioacuten de las coordenadas determinadas en estas estaciones a este
esquema se le denomina correcciones absolutas del centro de fase de la antena Este
efecto afecta sobre todo a la determinacioacuten de la escala del marco IGS Asiacute el mar-
co ITRF2005 no es consistente con las calibraciones absolutas de antena GPS
Los usuarios GNSS que utilicen productos IGS (oacuterbitas paraacutemetros de rotacioacuten de
la Tierra etc) en sus caacutelculos estaraacuten obteniendo las coordenadas finales de sus
estaciones en el marco IGS (actualmente en el IGS08) por lo tanto seraacute el marco
especiacutefico para usuarios GPS
3224 Sistemas geodeacutesicos de referencia locales ETRS 89 datum europeo
Los sistemas de referencia locales o fijos a la Tierra se utilizan para determinar
coordenadas de puntos sobre la superficie terrestre o en sus proximidades Por tan-
to al igual que la Tierra estaacuten en continua rotacioacuten En este tipo de sistemas de
referencia no se cumplen las ecuaciones del movimiento de Newton al aparecer
aceleraciones rotacionales (centriacutefuga y de Coriolis) Reciben por ello el nombre de
sistemas no inerciales
Figura 320 Desplazamiento del centro de masas de un sistema de referencia local
3 Introduccioacuten
53
Estos sistemas pueden ser faacutecilmente relacionados con el campo gravitatorio De
esta forma permiten establecer sistemas de coordenadas intuitivos en los que se
describen los movimientos tal y como se producen ante nuestros ojos Estos siste-
mas asignan dos coordenadas para los desplazamientos planimeacutetricos sobre la su-
perficie terrestre y una tercera para definir la separacioacuten respecto a eacutesta
Un sistema geodeacutesico de referencia local estaacute determinado por un datum geodeacutesico
conjunto de paraacutemetros que definen la posicioacuten de un elipsoide respecto a la Tierra
Ademaacutes se define un punto fundamental en el cual se determinan paraacutemetros como
la orientacioacuten y el origen de coordenadas Los sistemas geodeacutesicos de referencia
locales son sistemas cuasi-geoceacutentricos es decir poseen una considerable desvia-
cioacuten con respecto al centro de masas de la Tierra o geocentro como se puede ver en
la Figura 320 (∆X ne ∆Y ne∆Z ne 0) y estaacuten asociados a un elipsoide de referencia
cuyo objetivo es ajustar el geoide a una zona determinada del globo
Un punto fundamental debe contar con Coordenadas astronoacutemicas (Φ Λ) coorde-
nadas geodeacutesicas (φ λ) altura ortomeacutetrica (H) azimut hacia otro veacutertice (astronoacute-
mico y geodeacutesico) componente meridiana (ξ) primer vertical (η) y ondulacioacuten del
geoide (N) nula
Dicho de otra forma El sistema local queda definido por siete paraacutemetros (o mejor
dicho 6 maacutes una condicioacuten) valores para a y f (geometriacutea del elipsoide) valores de
las desviaciones de la vertical (ξ η) y de la ondulacioacuten del geoide (distancia entre el
elipsoide de referencia y el geoide) con estos tres paraacutemetros se obtiene la orienta-
cioacuten del elipsoide el acimut geodeacutesico de una liacutenea y como condicioacuten que el semi-
eje menor del elipsoide y el eje medio de rotacioacuten terrestre sean paralelos Ademaacutes
se intenta que el elipsoide se ajuste lo maacuteximo posible a la zona a cartografiar (ver
Figura 320) de manera que la reduccioacuten de observaciones sea lo maacutes sencilla
posible
Los sistemas geodeacutesicos de referencia locales estaacuten relacionados a coordenadas
bidimensionales ya sean estas geodeacutesicas curviliacuteneas (φ λ) o planas (x y) La
altura (H) se determina mediante un sistema de referencia vertical el cual es inde-
pendiente del sistema bidimensional Las precisiones alcanzables por la materiali-
zacioacuten de un sistema local de primer orden corresponden a 10 ppm Sin embargo la
zona de efectividad de este nivel de precisioacuten estaraacute limitada por la relacioacuten geomeacute-
trica que exista entre el elipsoide y el geoide pudiendo alcanzar errores relativos a
decenas de metros en aacutereas bastante alejadas del punto fundamental (Fuentes
2006)
EUREF (European Reference Frame) es la subcomisioacuten de la IAG creada en 1987
que se encarga de la definicioacuten realizacioacuten y materializacioacuten del sistema de refe-
rencia europeo ETRS y del sistema de referencia vertical europeo EVRS Para el mantenimiento del ETRS se creoacute una red de estaciones permanentes EPN que con-
tribuyen al mantenimiento del ETRS y se muestra en la Figura 321
3 Introduccioacuten
54
Figura 321 Red EUREF
Dado que sobre la parte estable de Europa la precisioacuten de las posiciones individua-
les se encontraba ya en algunos pocos centiacutemetros en X Y y Z en 1989 se decidioacute
que las coordenadas ITRF89 de las 36 estaciones europeas definieran el Marco de
Referencia Terrestre Europeo (ETRF89) el cual rota con la parte estable de la placa
euroasiaacutetica y es coincidente con el ITRF en la eacutepoca 19890 Esto quiere decir que
al ajustar el marco a los movimientos de la placa las coordenadas de las estaciones
que forman el marco seraacuten siempre iguales (al margen de posibles movimientos
producidos por causas locales) A cada determinacioacuten ITRF(antildeo) le corresponde
una ETRF89(antildeo) o simplemente ETRF(antildeo)
El ETRS89 es el marco de referencia tridimensional europeo basado en una red de
estaciones GPS EUREF En el disentildeo de este marco de referencia europeo los as-
pectos que se tuvieron en cuenta fueron
- Establecer un marco de referencia geoceacutentrico cara cualquier proyecto de ingenieriacutea o geodinaacutemico en Europa
3 Introduccioacuten
55
- Constituir una referencia de precisioacuten para geodesia y navegacioacuten en Euro-
pa
- Eliminar los datums locales en Europa de manera que constituyese un mar-
co de referencia moderno que los diferentes servicios cartograacuteficos nacio-
nales adoptasen
Estaacute definido con una precisioacuten de 1 cm Este sistema de referencia geodeacutesico estaacute
ligado a la placa estable de la placa continental europea El ETRS se desplaza res-
pecto a los ITRS globales pero su relacioacuten es conocida y sus coordenadas se pue-
den trasladar a un ITRS sin peacuterdida de precisioacuten (ETRS89 Boucher and Altamimi)
Este sistema geodeacutesico de referencia lleva asociado entre otros paraacutemetros un
elipsoide de referencia que es el GRS80 completamente equivalente a nivel usuario
con el WGS84
Los primeros caacutelculos de ETRF89 son ideacutenticos a ITRF89 Comparando estos
caacutelculos con resultados ITRFyy encontramos que la plataforma continental Euro-
pea (a excepcioacuten de Grecia y Turquiacutea) se mueve uniformemente a una velocidad de
2-3 cm por antildeo con respecto al ITRS como se puede ver en la Figura 322
Figura 322 Desplazamiento de la plataforma continental Europea de ETRF en comparacioacuten con
ITRF (httpwwwignbeFRFR2-1-5-1-3shtm)
La trasposicioacuten de los avances en marcos de referencia a la legislacioacuten espantildeola se
materializa mediante el Real Decreto 10712007 de 27 de julio por el que se regula
el sistema geodeacutesico de referencia oficial en Espantildea
- El sistema de referencia ETRS89 (European Terrestrial Reference System
1989) Sistema de Referencia Terrestre Europeo 1989 ligado a la parte es-
3 Introduccioacuten
56
table de la placa continental europea es consistente con los modernos sis-
temas de navegacioacuten por sateacutelite GPS GLONASS y el europeo GALILEO
Su origen se remonta a la resolucioacuten de 1990 adoptada por EUREF (Sub-
comisioacuten de la Asociacioacuten Internacional de Geodesia AIG para el Marco
de Referencia Europeo) y trasladada a la Comisioacuten Europea en 1999 por lo
que estaacute siendo adoptado sucesivamente por todos los paiacuteses europeos
- El objeto de este real decreto es la adopcioacuten en Espantildea del sistema de refe-
rencia geodeacutesico global ETRS89 sustituyendo al sistema geodeacutesico de re-
ferencia regional ED50
Actualmente la IERS pretende actualizar el marco de referencia aproximadamente
cada cinco antildeos esto puede producir saltos en las coordenadas de las estaciones y
discontinuidades que pueden llevar a cierto grado de confusioacuten (por ejemplo se ha
constatado un salto en el eje Z entre ITRF2000 e ITRF2005 de 18 mmantildeo debido
entre otras cosas a la incertidumbre de las medidas SLR en la determinacioacuten del
geocentro terrestre evidentemente estos saltos pasaraacuten a la definicioacuten ETRF del antildeo
correspondiente Este salto u offset se ha introducido en la correspondiente solucioacuten
ETRF rompiendo con el caraacutecter teoacuterico de ldquocoordenadas constantesrdquo del marco
europeo Para evitar que esto vuelva a suceder dado que estos saltos son inherentes
del propio proceso de generacioacuten y caacutelculo de los sucesivos marcos ITRF se reco-
mienda no utilizar el ETRF2005 (ni siquiera se ha creado) sino que se debe adoptar
el ETRF2000 como marco de referencia convencional definitivo (es decir se ldquocon-
gelardquo el marco ETRF89 al ETRF2000) de todas formas para poder aprovechar las
precisiones del marco ITRF2005 se recomienda que todas las estaciones europeas
que posean solucioacuten en el marco ITRF2005 se expresen en el marco ETRF2000
llamando a estas coordenadas ETRF2000(R05) Esta decisioacuten se adoptoacute ademaacutes
para armonizar las futuras realizaciones del sistema ETRS89 estableciendo asiacute un
uacutenico marco de forma convencional comuacuten para toda Europa El marco de referen-
cia se ha ido densificando poco a poco sobre todo gracias a las determinaciones
GPS En 1990 se antildeadieron 30 estaciones maacutes a las originales desde entonces se
han ido introduciendo estaciones sobre todo en Europa del Este Actualmente cerca
de 90 forman la red EUREF permanente (ver Figura 321)
Transformacioacuten entre ITRS-ETRS89
La transformacioacuten entre ITRS y ETRS89 se desarrolla por el EUREF TWC y se
compone de tres pasos
- Estimacioacuten de coordenadas en el ITRF actual en la eacutepoca actual t
- Transformacioacuten de ITRF a ETRF en la eacutepoca actual
- Propagacioacuten de las coordenadas en tiempo en el ETRF
En cuanto a la segunda etapa hay que sentildealar que hasta el ITRF 2000 el EUREF
recomienda transformar ITRS a ETRS89 soacutelo en las mismas versiones (de
ITRF2000 y ETRF2000 etc) sin embargo en el caso de ITRF2005 se recomienda
3 Introduccioacuten
57
no utilizar el uacuteltimo ejercicio ETRF205 sino maacutes bien adoptar la ETRF2000 como
un marco convencional del sistema de ETR89 (Boucher and Altamimi)
EUREF Permanent Network (EPN) httpepncbomabe
EUEF perteneciente a la IAG es el Marco de Referencia para EUROPA y realiza y
mantiene los ETRS Sistema Europeo de Referencia El instrumento de EUREF es la
red de estaciones Permanente EPN que cubre Europa con 223 estaciones GNSS
(ver Figura 321)
Proyecto EUVN (European Vertical Reference Network)
La Red Vertical Europea GPS de Referencia (EUVN) disentildeada para la unificacioacuten
de los diferentes sistemas de altitudes en Europa se observoacute en mayo de 1997 y sus
resultados se presentaron en junio de 1998 Incluye 195 puntos distribuidos por toda
Europa 79 puntos EUREF 53 puntos nodales de las redes de nivelacioacuten del este y
oeste de Europa y 63 mareoacutegrafos En Espantildea existen 8 estaciones EUVN (Alican-
te Almeriacutea Barcelona Casetas La Coruntildea Palma Puertollano y Santander) Cada
una de ellas posee un conjunto de coordenadas tridimensionales X Y Z latitud
longitud altitud elipsoidal y altitud fiacutesica derivada de medidas de nivelacioacuten y gra-
vedad con respecto a UELN yo los sistemas nacionales de altitudes El proyecto
EUVN contribuye a la realizacioacuten de un datum Europeo Vertical y a conectar los
diferentes niveles del mar de los diferentes paiacuteses europeos con respecto al PSMSL
(Servicio Permanente del Nivel Medio del Mar) asiacute como a la determinacioacuten de un
sistema global absoluto de altitudes
3225 Sistemas de referencia geodeacutesicos globales GRS80 y WGS84
El Geodetic Reference System 1980 (GRS80) adoptado por la IUGG (International
Union of Geodesy and Geophysics) por su asamblea general de Camberra en 1979
pertenece a este grupo Este sistema reemplaza al GRS67 por no representar ade-
cuadamente el tamantildeo forma y el campo gravitatorio con precisioacuten suficiente para
la mayoriacutea de aplicaciones geodeacutesicas geofiacutesicas astronoacutemicas e hidrograacuteficas Los
principales paraacutemetros del sistema se muestran en la Tabla 32
El paraacutemetro a se ha obtenido a partir de medidas SLR y Doppler el coeficiente del
potencial gravitatorio J2 se ha obtenido a partir de perturbaciones en la oacuterbita de
sateacutelites la constante gravitacional GM ha sido obtenida a partir de SLR LLR y
pruebas espaciales y ω = 729311510-11 rdsg se ha obtenido a partir de medidas
astronoacutemicas
La orientacioacuten del eje Z seraacute la definida por el polo CIO como eje X el meridiano
0 definido por la BIH y el eje Y formando la tripleta dextroacutegira
3 Introduccioacuten
58
Paraacutemetro Abreviacioacuten Valor
Radio ecuatorial de la Tierra Semieje
mayor
a 6378137 m
Aplanamiento f 1298257222101
Primera excentricidad e 0081819191043
Segunda excentricidad eacute 00820944379496
Constante gravitacional geoceacutentrica GM 3986005 10-8
m3s
-2
Factor dinaacutemico J2 10826310-8
ω 729311510-11
rds
Tabla 32 Principales paraacutemetros del sistema Geodetic Reference System 1980 (GRS80)
Este sistema sigue en vigor y no se ha actualizado en su definicioacuten ya que se debe
tener en cuenta que por debajo del metro en la diferencia de paraacutemetros no existe
una diferencia praacutectica en la determinacioacuten de coordenadas Asiacute las mejoras del
mismo se consideran avances cientiacuteficos pero el estaacutendar (GRS80) no se debe cam-
biar
Cuando la informacioacuten sobre el datum se obtiene a partir de posiciones dentro de la
oacuterbita de los sateacutelites (determinacioacuten dinaacutemica del sistema) los coeficientes del
potencial gravitatorio (J2) asiacute como algunas constantes (ω velocidad de la luz
constante gravitatoria geoceacutentrica) forman parte de la definicioacuten del datum ya que
se calculan todas juntas
Un ejemplo de eacuteste uacuteltimo grupo es el World Geodetic System 1984 (WGS84) utili-
zado por la teacutecnica GPS y obtenido exclusivamente a partir de los datos de la cons-
telacioacuten de sateacutelites GPS
World Geodetic System es un sistema de referencia terrestre convencional desa-
rrollado por el servicio geograacutefico de la armada de los EEUU (DMA-Defense Map-
ping Agency Posteriormente NIMA) El sistema de coordenadas cartesianas tridi-
mensional GPS es un marco de referencia terrestre centrado en la Tierra ECEF y
fijo a ella (Earth Centered Earth Fixed)
El WGS-84 se realizoacute a partir de un conjunto de maacutes de 1500 posiciones terrestres
cuyas coordenadas se derivaron de observaciones Doppler Posteriormente se reali-
zan refinamientos del sistema Actualmente el utilizado es el marco WGS84
(G1150) que fue introducido en 2002 y que estaacute de acuerdo con ITRF2000 a nivel
de centiacutemetro
El marco de referencia WGS lo constituyen los sateacutelites y sus efemeacuterides transmiti-
das no existe un marco en Tierra por esos se realizan sucesivas aproximaciones o
refinamiento al ITRF de manera que sus coordenadas absolutas apenas difieran
3 Introduccioacuten
59
Las caracteriacutesticas de WGS84 se muestran en la figura 323 y son
- Su origen es coincidente (2 m) con el centro de masas de la Tierra inclui-
dos oceacuteanos y mares
- El eje Z estaacute en direccioacuten del Polo terrestre Convencional del BIH eacutepoca
1984
- Eje X es la interseccioacuten del plano del meridiano de referencia meridiano
cero Greenwichcon el ecuador
- Eje Y completa el sistema ortogonal dextrorsum
Figura 323 Caracteriacutesticas geomeacutetricas de WGS84
Las funciones derivadas para el elipsoide de referencia WGS84 se muestran en la
Tabla 33
Elipsoide de referencia WGS84
Nombre Constantes y Magnitudes
a semieje mayor 6378137 m precision 2 m
b semieje menor 635675231424518
e Excentricidad 008181919084
F aplanamiento
1298257223563
We velocidad rotacion Tierra 72921151467 10-5
rads
cte gravitacional GM 3986004418108 m
3s
2
Tabla 33 Constantes para el elipsoide WGS84
El WGS 84 utilizoacute originalmente el elipsoide GRS80 de referencia pero ha sido
objeto de algunas mejoras menores en posteriores ediciones desde su publicacioacuten
inicial La mayoriacutea de estas mejoras son importantes para los caacutelculos orbitales de
3 Introduccioacuten
60
alta precisioacuten para los sateacutelites pero tienen poco efecto praacutectico sobre los usos tiacutepi-
cos topograacuteficos Actualmente WGS 84 utiliza el geoide EGM96 (modelo gravita-
cional de la Tierra 1996) revisado en 2004 Este geoide define la superficie del
nivel del mar nominal por medio de una serie de armoacutenicos esfeacutericos de grado 360
que proporciona unos 100 km de resolucioacuten horizontal
De acuerdo con el IERSITRS las versiones maacutes actuales del sistema WGS84
(G730 G873 y G1150) y las del sistema ITRS (ITRFyy) se pueden considerar ideacuten-
ticas al nivel de los 10 cm Por tanto para relacionar el ETRS89 y el WGS84 consi-
deraremos la equivalencia entre el ETRS89 y el ITRS
La diferencia entre GRS80 y WGS84 es despreciable
323 Teacutecnicas maacutes utilizadas
Varias son las teacutecnicas que se utilizan para el estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre las maacutes utilizadas se explican brevemente en este apartado En la
Figura 324 se muestra un esquema resumen de las teacutecnicas maacutes habituales
Figura 324 Esquema de las teacutecnicas maacutes utilizadas para el estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre
En todos los casos analizados en esta tesis se ha tratado de determinar los despla-
zamientos permanentes producidos por diferentes fenoacutemenos geodinaacutemicos terre-
motos movimiento general de las placas tectoacutenicas movimiento de fallas subsi-
dencia del terreno y vulcanismo Para lograr este fin se ha utilizado el posiciona-
miento relativo GNSS con medidas de fase Se ha empleado esta metodo-logiacutea por
ser la que ofrece mayores precisiones en la deteccioacuten de desplazamientos perman-
tentes que son los que buscamos
3 Introduccioacuten
61
En el caso de que se tratara de detectar desplazamientos no permanentes producidos
en cortos periodos de tiempo como es el caso de los terremotos la teacutecnica maacutes
adecuada seriacutea el posicionamiento por punto preciso (PPP) como se puede ver en la
figura 325
Figura 325 Posiciones calculadas mediante PPP del terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011
de magnitud Mw 51 (164740 GPST)
Del mismo modo si analizaacuteramos una
zona en la que no existe infraestructura
de estaciones permanentes GNSS o
bien por cualquier motivo no se pueden
realizar campantildeas perioacutedicas de obser-
vaciones GNSS la metodologiacutea maacutes
adecuada seriacutea la utilizacioacuten del radar de
apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (in-
SAR) Un ejemplo de lo indicado se
muestra en la figura 326
Figura 326 Deformaciones co-siacutesmicas
otbenidas mediante inSAR del terremoto de
Lorca del 11 de mayo de 2011 Institut
Geologravegic de Catalunya
3 Introduccioacuten
62
3231 GNSS posicionamiento relativo56
Se trata de la teacutecnica utilizada para llevar a cabo los estudios que se presentan en
esta tesis
El objetivo del posicionamiento relativo consiste en la determinacioacuten de las compo-
nentes del vector que une dos puntos A y B donde uno de ellos se establece como
fijo Las citadas componentes se determinaraacuten bien en incrementos de coordenadas
o en la determinacioacuten del azimut de la distancia relativa y la diferencia de altura
Este posicionamiento puede hacerse tanto con pseudodistancias como con medidas
de fase pero soacutelo se va a tratar el caso de medidas de fase
Este posicionamiento requiere observaciones simultaacuteneas de dos estaciones A y B y
dos sateacutelites j y k y dos eacutepocas o tiempos de observacioacuten y a partir de estas exi-
gencias se pueden crear diversas combinaciones lineales para eliminar o atenuar los
errores sistemaacuteticos propios de la observacioacuten de fase Este meacutetodo permite obtener
grandes precisiones puesto que elimina la mayoriacutea de los errores sistemaacuteticos y da
solucioacuten a una red estaacutetica para obtener las precisiones que habitualmente se requie-
ren Al vector AB se le llama liacutenea base
Las componentes del vector AB son
(
) (
)
32311 Simples diferencias de fase
Si se realiza una observacioacuten desde dos receptores A y B a un sateacutelite j en un mismo
instante como se muestra en la Figura 327 Las ecuaciones de la diferencia de fase
para los dos puntos son las siguientes
La ecuacioacuten de fase del receptor A sateacutelite j
(
) (
(( ) )
)
5 Hofmann-Wellenhof et al 2008 GNSS Global Navigation Satellite System
6 Berneacute et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
63
Y la ecuacioacuten de fase receptor B sateacutelite j
(
) (
(( ) )
)
Figura 327 Simples diferencias entre receptores
Y la diferencia entre las dos ecuaciones
( )
( ) [
( ) ( )
]
( ( ) ( ))
De forma abreviada se puede poner como
( )
( )
Es la forma final de la ecuacioacuten en simples diferencias donde ha desaparecido el
teacutermino de desviacioacuten del reloj del sateacutelite Las incoacutegnitas de este modelo asiacute defi-
nido son la diferencia entre los estados de los relojes de los receptores la diferencia
de ambiguumledades las diferencias de distancias al sateacutelite desde los puntos A y B y
el estado atmosfeacuterico
Un caso anaacutelogo es la construccioacuten de las simples diferencias de observaciones simultaacutenea de dos sateacutelites i j desde un mismo punto o receptor A como se muestra
en la Figura 328 En este caso se elimina el estado del reloj del receptor pero per-
3 Introduccioacuten
64
manece la del estado del sateacutelite Algunos autores a esta expresioacuten la denominan
simples diferencias entre sateacutelites
Figura 328 Simples diferenciase entre sateacutelites
Las simples diferencias tambieacuten reducen errores orbitales y de refraccioacuten atmosfeacuteri-
ca en el caso que los receptores esteacuten a distancias cortas ya que los errores men-
cionados seraacuten muy proacuteximos y el valor diferencia seraacute muy pequentildeo
32312 Dobles diferencias de fase
El modelo de dobles diferencias requiere que eacutestas sean referidas a un sateacutelite co-
muacuten (sateacutelite de referencia)
Sean dos puntos A B y dos sateacutelites j k implicados como muestra la Figura 329
se pueden formar dos simples diferencias de acuerdo con la ecuacioacuten anterior con
esta combinacioacuten del meacutetodo de simples diferencias entre estaciones y sateacutelites se
eliminan los estados de los relojes tanto de receptor como de sateacutelite
( )
( )
( )
( )
3 Introduccioacuten
65
Luego la ecuacioacuten de diferencia de fases entre dos receptores y dos sateacutelites en el
mismo instante t vendraacute dada por
(
) (
) (
)
(
)
Figura 329 Dobles diferencias
Mediante el uso de esta expresioacuten se eliminan las desviaciones de los osciladores de
los receptores con respeto a la escala de tiempos GPS
Todaviacutea quedan como incoacutegnitas la ambiguumledad inicial en ambas estaciones N y
los errores atmosfeacutericos troposfera e ionosfera
32313 Triples diferencias de fase
Con objeto de eliminar la ambiguumledad Remondi sugirioacute substraer dos dobles dife-
rencias en dos eacutepocas infinitamente proacuteximas t1 y t2 llamada triples diferencias
como muestra la Figura 330
3 Introduccioacuten
66
Figura 330 Triples diferencias
Planteemos el modelo de acuerdo a las expresiones de dobles diferencias
En el instante t1
( )
( )
( ( ) ( )
) (
( )
( )
)
(
( )
( )
) (
( )
( )
)
En el instante t2
( )
( )
( ( ) ( )
) (
( )
( )
)
(
( )
( )
) (
( )
( )
)
3 Introduccioacuten
67
Es decir la triple diferencia vendraacute dada por
( ( )
( )
) ( ( )
( )
)
( ( )
( )
) (
( )
( )
)
Que de acuerdo a las expresiones anteriores se podraacute poner como
( ( )
( )
) ( ( )
( )
)
( ( )
( )
) (
( )
( )
)
Al ser dos instantes o eacutepocas tan proacuteximas se eliminan los teacuterminos de N pues son
praacutecticamente iguales y lo mismo ocurre con el efecto atmosfeacuterico pues no habraacute
habido cambios entre ambas observaciones
Por lo tanto la expresioacuten de triples diferencias queda soacutelo vinculada a los valores de
distancias ρ Con triples diferencias se calcula una distancia ρ y con este valor se
trabaja con dobles diferencias para obtener el nuacutemero N de ambiguumledades Si la
solucioacuten que se obtenga con dobles diferencias da un valor N fijo es la solucioacuten fija
dobles diferencias que es la deseada caso de no poder obtenerse dobles diferencias
con solucioacuten fija de N se resuelve con el mejor N posible y la solucioacuten es solucioacuten
flotante
flotante En la figura 28 se muestra un esquema del proceso de caacutelculo
3 Introduccioacuten
68
32314 Esquema de caacutelculo mediante programa comercial
Figura 331 Proceso de caacutelculo mediante programa comercial
3 Introduccioacuten
69
32315 Esquema de caacutelculo mediante programa cientiacutefico geodeacutesico de alta precisioacuten
Figura 331 Proceso de caacutelculo mediante programa cientiacutefico geodeacutesico de alta precisioacuten
3 Introduccioacuten
70
Para la realizacioacuten de todos los caacutelculos en la presente tesis se ha utilizado un pro-
grama cientiacutefico de procesamiento de datos GNSS
El uso de un programa cientiacutefico aporta precisioacuten a los caacutelculos en cuanto que es
capaz de introducir paraacutemetros que los programas comerciales no contemplan
Velocidades de las estaciones
Actualmente como ya se ha indicado las coordenadas de las estaciones de las redes
geodeacutesicas se publican con respecto a un marco de referencia y en una eacutepoca espe-
ciacutefica en el tiempo este hecho implica que las coordenadas para un punto con res-
pecto al marco de referencia son vaacutelidas solamente para la fecha o eacutepoca especi-
ficada Se puede afirmar por tanto que las coordenadas de una red en un marco y
eacutepoca definida son como ldquouna fotografiacuteardquo de dicha red La aplicacioacuten del efecto del
tiempo en el procesamiento de datos GPS se traduce en la obtencioacuten de oacuterdenes de
exactitud maacutes altos y una mejora en la consistencia con el marco de referencia
adoptado en especial para las zonas en donde intervienen en el procesamiento de
datos estaciones de referencia en diferentes placas tectoacutenicas o en las que existan
otro tipo de desplazamientos como vulcanismo sismicidad o subsidencia
Paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra Movimiento del polo
Los EOP (Earth Orientation Parameters) son paraacutemetros de orientacioacuten que permi-
ten relacionar el sistema terrestre medio con el sistema celeste medio Estos paraacute-
metros se estiman a partir de la combinacioacuten de soluciones de VLBI SLR DORIS
y GNSS posibles gracias a la presencia de estaciones que poseen mas de una de
estas teacutecnicas Son calculados por el IERS (International Earth Rotation And Refer-
ence Systems Service) El IGS (International GNSS Service) proporciona solucio-
nes de EOP como un servicio del IERS Uno de los paraacutemetros fundamentales del
Sistema de Referencia Terrestre Interna-cional esta dado por el eje de rotacioacuten te-
rrestre Eacuteste no se encuentra fijo en el espacio es por ello que sus movimientos
deben ser tenidos en cuenta a la hora de realizar caacutelculos GNSS de alta precisioacuten
Los movimientos del eje pueden ser descriptos como una superposicioacuten de varios
movimientos agrupados bajo los teacuterminos de Precesioacuten y Nutacioacuten Por otra parte
las variaciones del eje de rotacioacuten instantaacuteneo respecto del convencional se deno-
minan Movimiento del Polo A estos movimientos se agrega la rotacioacuten terrestre
propiamente dicha compuesta por una velocidad de rotacioacuten media y sus propias
irregularidades
Correcciones por cargas oceaacutenicas
La corteza presenta una respuesta elaacutestica frente a las variaciones de las mareas
oceaacutenicas Esta respuesta en de mayor magnitud para estaciones cercanas a los bor-
des continentales y de mucha menor influencia en las estaciones ubicadas en el
interior del continente
3 Introduccioacuten
71
Las cargas oceaacutenicas originan una serie de efectos sobre la superficie terrestre Es-
tos efectos pueden dividirse en tres partes principales La primera la deformacioacuten
elaacutestica de la Tierra bajo el peso de las masas de agua oceaacutenica La segunda la
atraccioacuten gravitatoria directa que ejercen estas masas de agua Finalmente como
consecuencia de las dos anteriores se produce una redistribucioacuten de masas en el
interior de la Tierra que origina a su vez variaciones de gravedad
Sobre la superficie terrestre el efecto de las cargas oceaacutenicas se observa perioacutedica-
mente en forma de deformaciones y variaciones de gravedad y afecta por tanto a
observaciones geodeacutesicas y geofiacutesicas Los desplazamientos originados por las
cargas oceaacutenicas pueden alcanzar un rango de varios centiacutemetros por lo que dichos
desplazamientos deben corregirse sobre las observaciones GPS para obtener altas
precisiones
Correcciones por mareas terrestres
La suma de los efectos gravitatorios del Sol la Luna y los planetas del Sistema
Solar afectan a la Tierra no solo a la hidrosfera sino tambieacuten en las zonas continen-
tales ocasionando las mareas terrestres Este hecho afectaraacute a cualquier medida
geodeacutesica efectuada sobre la superficie terrestre por lo que para caacutelculos precisos
debemos tener en cuenta tal efecto y corregirlo adecuadamente ya que las mareas
terrestres provocan que los observables geodeacutesicos de precisioacuten sean dependientes
del tiempo debiendo reducirse a un estado cuasi-estacionario de invarianza tempo-
ral Este efecto se ha de tener en cuenta en las medidas GNSS de alta precisioacuten ya
que cambiaraacuten la posicioacuten del punto El fenoacutemeno afectaraacute sobretodo a la compo-
nente radial es decir a la altura elipsoidal mientras que el efecto en planimetriacutea
seraacute mucho maacutes modesto En el proceso de caacutelculo utilizado estos efectos se han
tenido en cuenta introduciendo en el programa las efemeacuterides planetarias corres-
pondientes
Correcciones por errores instrumentales de coacutedigo
Desde hace tiempo se sabe que existen sesgos en los sateacutelites GNSS sesgos depen-
dientes de la combinacioacuten de observables y de los receptores utilizados La comuni-
dad cientiacutefica tiene disponibles diferentes combinaciones de observables GNSS
pero debido a este efecto el posicionamiento preciso de las liacuteneas de base se puede
llegar a degradar debido a esta mezcla de tipos de observables para redes con varios
modelos de receptor Debido a que estos sesgos pueden afectar negativamente a la
resolucioacuten de ambiguumledades de fase de la portadora es necesario tenerlos en cuenta
para corregirlos
Los programas cientiacuteficos para caacutelculos GNSS maacutes relevantes son GAMIT-
GLOBK del Department of Earth Atmospheric and Planetary Sciences (Masachu-
setts Institute of Technology) GIPSY-OASIS (Jet Propulsion Laboratory ndash NASA)
y el BERNESE desarrollado por la Universidad de Berna
3 Introduccioacuten
72
En esta tesis se ha utilizado el programa Bernese 50 Para realizar los caacutelculos en
este programa se han de ejecutar una serie de procesos y dependiendo de queacute resul-
tado queramos conseguir ejecutaremos los citados procesos en un determinado
orden teniendo en consideracioacuten que generalmente ejecutaremos el mismo proceso
varias veces con diferentes datos de entrada El procedimiento estaacutendar de caacutelculo
que se ha utilizado para la compensacioacuten de las redes GNSS en esta tesis se mues-
tra en la Figura 331 y se detalla a continuacioacuten
El primer paso consiste en la generacioacuten de un archivo con la informacioacuten de las
estaciones eacuteste es un archivo que utilizaraacute maacutes tarde Bernese y su importancia radi-
ca en el hecho de que al generarlo al programa chequea la informacioacuten contenida
en los archivos RINEX de observacioacuten detectando posibles incohorencias
Las coordenadas de las estaciones de referencia estaacuten referidas a una eacutepoca especiacute-
fica El proceso COOVEL propaga las coordenadas de estas estaciones a la eacutepoca
de observacioacuten utilizando las velocidades de cada una de esas estaciones Las velo-
cidades de las estaciones son proporcionadas por diversos organismos gestores de
datos GNSS pero si no se tiene las velocidades de los veacutertices se puede utilizar el
programa NUVELO de Bernese para calcularlas mediante el modelo NUVEL-1
Para cualquier procesamiento GNSS de precisioacuten son necesarias las oacuterbitas precisas
de los sateacutelites estas oacuterbitas las facilitan varios organismos en archivos sp3 que
ademaacutes contienen la informacioacuten de los relojes El proceso PRETAB transforma las
citadas oacuterbitas precisas en un formato tabular ademaacutes extrae la informacioacuten de reloj
de las oacuterbitas precisas La transformacioacuten la realiza mediante la conversioacuten de la
posicioacuten de los sateacutelites del sistema fijo en la Tierra al sistema Inercial J20000
utilizando los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra movimiento del polo
A continuacioacuten deben transformarse las oacuterbitas tabulares obtenidas anteriormente a
oacuterbitas estaacutendar es el proceso ORBGEN el que se encarga de esta funcioacuten utilizan-
do distintos modelos de oacuterbitas predefinidos estos modelos estaacuten definidos por un
modelo de potencial gravitatorio las perturbaciones planetarias DE200 las correc-
ciones debidas a la relatividad general y las correcciones por mareas terrestres y
oceaacutenicas
Ademaacutes junto con los modelos predefinidos utiliza paraacutemetros de presioacuten debido a
la radiacioacuten del Sol para la generacioacuten de las oacuterbitas estaacutendares este modelo se
define como
D=D0+DCCOS(U)+DSSIN(U)
Y=Y0+YCCOS(U)+YSSIN(U)
X=X0+XCCOS(U)+XSSIN(U)
donde
3 Introduccioacuten
73
D presioacuten de la radiacioacuten solar en la direccioacuten de sol ndash sateacutelite
Y direccioacuten del eje de los paneles solares del sateacutelite
X direccioacuten perpendicular a D y Y
Una vez se dispone de los paraacutemetros orbitales se puede pasar a la importacioacuten de
datos de observacioacuten El proceso RXOBV3 transforma los archivos de observacioacuten
en formato RINEX a formato de Bernese En el proceso de transformacioacuten el pro-
grama compara el encabezado del archivo RINEX con el archivo de informacioacuten de
las estaciones (STA) para la verificacioacuten de los datos de cada estacioacuten como tipo
de antenas tipo de receptor nombre de la estacioacuten altura de las antenas Es necesa-
rio que el nombre de las estaciones tipo de receptores y los tipos antenas coincidan
y que a la vez esteacuten en la base de datos del programa Bernese contenido en los ar-
chivos RECEIVER (informacioacuten de los receptores) y PHASE_CODI08 (informa-
cioacuten de las antenas) que deberaacuten estar actualizados
El siguiente paso consiste en la sincronizacioacuten de los relojes de los receptores y
deteccioacuten de errores groseros para ello el programa CODSPP sincroniza el tiempo
del receptor al tiempo GPS Es decir obtiene el desfase entre el tiempo del receptor
y el tiempo GPS δk El programa utiliza el meacutetodo de ajustes por miacutenimos cuadra-
dos Los observables son las mediciones de cero-diferencias de coacutedigo y se utiliza
la combinacioacuten L3 libre de ionoacutesfera Las correcciones obtenidas se guardan en los
archivos de observacioacuten de Bernese Este proceso ademaacutes de los archivos de oacuterbi-
tas estaacutendares la informacioacuten de relojes las observaciones de coacutedigo las coordena-
das a priori y los paraacutemetros de orientacioacuten de la tierra utiliza los errores instru-
mentales de coacutedigo que se introducen para dar solucioacuten al hecho de que algunos
receptores que utilizan el coacutedigo P otros CAhellip y este archivo permite procesarlos
juntos calculando la diferencia y aplicaacutendola si utilizamos L3 como es nuestro
caso no es estrictamente necesario
El proceso CODSPP ademaacutes de sincronizar los relojes tambieacuten calcula las coorde-
nadas de las estaciones y detecta errores groseros en los observables Si se tiene
coordenadas a priori precisas como es nuestro caso no es necesario calcularlas con
el CODSPP para el procesamiento por doble diferencias Sin embargo siacute se realiza
la deteccioacuten de errores groseros el programa CODSPP procesa los observables
eacutepoca a eacutepoca y obtiene el resultado de los valores ldquoObservado ndash Calculadordquo (O-C)
para cada eacutepoca Basaacutendose en los valores O-C se obtiene una correccioacuten de reloj
para cada eacutepoca Despueacutes de corregir los valores O-C para todas las observaciones
por la correccioacuten de reloj se analizan los residuales para la deteccioacuten de errores
groseros El programa considera que un observable contiene error grosero si
- El residuo de una eacutepoca sobrepasa el valor especificado de la media de los residuos O-C de esa eacutepoca
3 Introduccioacuten
74
- El residuo es mayor que n veces el valor del residuo maacutes pequentildeo de todos
los observables de eacutesa eacutepoca donde n es un valor especificado
Seguidamente se calculan las simples diferencias con el proceso SNGDIF que se
basa en las siguientes estrategias
- Observaciones maacuteximas (OBS-MAX) las liacuteneas base se crean tomando en
cuenta el nuacutemero comuacuten de observaciones para cada estacioacuten Para todas
las posibles combinaciones se toma la liacutenea base que tenga el maacuteximo de
observaciones Es el meacutetodo utilizado en la presente tesis
- Distancia maacutes corta (SHORTEST) se crean liacuteneas bases no redundantes en
funcioacuten de la distancia maacutes corta entre las estaciones Este meacutetodo se utili-
za cuando las estaciones tienen el mismo intervalo de tiempo de medicioacuten
- Estacioacuten inicial (STAR) se selecciona una estacioacuten como referencia y las
liacuteneas bases la forman las demaacutes estaciones con la estacioacuten de referencia
- Definido por el usuario (DEFINED) las liacuteneas bases se crean en funcioacuten de
un archivo que contiene las liacuteneas bases predefinidas por el usuario
- Manual en este caso se selecciona manualmente dos estaciones para for-
mar una liacutenea base En este caso soacutelo se crea una sola liacutenea base
Una vez generadas las simples diferencias se realiza un pre-procesamiento de los
observables por simples diferencias mediante el proceso MAUPRP que realiza un
pre-procesamiento deteccioacuten y correccioacuten de errores groseros y de saltos de ciclo
de los observables de fase en cero o simple diferencias Este proceso necesita los
observables de simple diferencias de fase las coordenadas a priori las oacuterbitas es-
taacutendares y los paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra El programa puede relizar el
escrutinio de los datos de observacioacuten de diferentes formas combinado ndash COMBI-
NED ambos ndash BOTH L1 y L2 Para liacuteneas base mayores que 10 km se utiliza el
modo COMBINED y la combinacioacuten lineal L3 de observables en L1 y L2 para la
deteccioacuten de peacuterdidas de ciclo como se ha utilizado en la presente tesis
Este proceso MAUPRP es uno de los maacutes releventes el programa realiza de forma
secuencial las siguientes tareas
- Marca los observables para excluirlos del pre-procesamiento en funcioacuten de
o Observaciones con sateacutelite de baja elevacioacuten
o Eacutepocas de observacioacuten que no disponen de ambas frecuencias
o Intervalos cortos de observacioacuten El programa primero realiza una
revisioacuten de los datos de observacioacuten para buscar pequentildeos saltos
como la falta de una eacutepoca entre los observables
- Realiza una revisioacuten no-parameacutetrica para identificar errores groseros
- Calcula una solucioacuten de diferencias de eacutepoca (para observables de simples diferencias es una solucioacuten de triples diferencias) mediante ajuste por miacute-
nimos cuadrados como referencia para la deteccioacuten de peacuterdida de ciclos El
3 Introduccioacuten
75
tipo de combinacioacuten lineal para la solucioacuten se adopta trataacutendose de liacuteneas
base largas como L3 En el caso de que se tenga coordenadas a priori bue-
nas como es nuestro caso se especifica el valor maacuteximo aceptado de O-C
para la solucioacuten de triple diferencias Tambieacuten se especifica la desviacioacuten
tiacutepica ldquosigmardquo si se conoce de la liacutenea base para el caso de simples dife-
rencias y debe reflejar aproximadamente la precisioacuten de las coordenadas a
priori Un valor de cero indica que no se tiene valores de sigma a priori
- Deteccioacuten y correccioacuten de la peacuterdida de ciclo el programa realiza primero
una correccioacuten por saltos originados por el reloj del receptor Dependiendo
del meacutetodo que se ha seleccionado para el anaacutelisis el programa analiza los
residuales obtenidos de la solucioacuten de triples diferencias del paso anterior
para la deteccioacuten y correccioacuten por peacuterdida de ciclos
Ya corregidas las peacuterdidas de ciclo de los observables y marcados algunos errores
groseros mediante triples diferencias se procede a realizar una revisioacuten de los resi-
duales obtenidos por dobles diferencias para la deteccioacuten de errores groseros Esto
se realiza ejecutando los procesos
- GPSEST crea los archivos de residuales por medio de doble diferencias
- RESRMS revisa los residuales para detectar los errores groseros
- SATMRK marca los residuales detectados para eliminarlos del anaacutelisis
posterior
- GPSEST crea archivos de residuales finales limpios de errores groseros y
guarda las ecuaciones normales
A continuacioacuten se explica con maacutes detalle los programas GPSEST RESRMS
SATMRK
El proceso GPSEST se utiliza varias veces durante el procesamiento para esta etapa
se va a utilizar para obtener los residuales de dobles diferencias para la deteccioacuten de
errores groseros El procesamiento se realiza partiendo de los observables de sim-
ples diferencias utilizando las oacuterbitas estaacutendar los paraacutemetros de orientacioacuten de la
Tierra y las correcciones por cargas oceaacutenicas Este proceso es al igual que cual-
quier proceso de Bernese muy versaacutetil y permite elegir entre otros
- El sistema satelital utilizado (GPS GLONASS o ambos)
- El tipo de frecuencia a procesar (L1 L2 L3 L4 L5 -Banda ancha-
L1ampL2 L3ampL4 MELWUEBB y DTEC) En nuestro caso elegimos L3
- La maacutescara de elevacioacuten de los sateacutelites
- El intervalo de tiempo entre eacutepocas
- La tolerancia (en mili segundos) para considerar las observaciones como
simultaacuteneas
- Ponderar los observables En nuestro caso se tomaacute la opcioacuten COSZ que considera pesos en funcioacuten de la elevacioacuten por si hubiese sateacutelites con ele-
vacioacuten menor de 15ordm
3 Introduccioacuten
76
- Forma de calcular los residuos en nuestro caso ldquonormalizadosrdquo son los re-
siduos O-C divididos por la raiacutez cuadraacutetica de los elementos de la diagonal
de la matriz de cofactor de los residuos ( ) ( )
radic ( )
- La estrategia de correlacioacuten donde elegiremos la opcioacuten que realiza el pro-
cesamiento de forma conjunta de todas las correlaciones posibles existentes
entre las liacuteneas bases de una red asiacute como las distintas frecuencias y sus
combinaciones lineales
- Elegir el modelo troposfeacuterico para la componente seca elegimos el modelo
Dry Niell y para la componente huacutemeda pediremos que el programa lo mo-
dele con una ldquomapping functionrdquo cada 2h
- Y por supuesto definir el tipo de definicioacuten de datum en este primer caacutelcu-
lo consideraremos la red libre sin constrentildeimientos
Es el proceso RESRMS el que revisa los residuos de dobles diferencia obtenidos
por el programa GPSEST para la deteccioacuten de errores groseros Los errores grose-
ros detectados se guardan en un archivo de edicioacuten que es utilizado por el programa
SATMRK para marcar los errores groseros en los observables
Marcados los errores groseros en los observables de simples diferencias ahora se
procede a crear los residuos libres de errores groseros mediante el uso de nuevo del
proceso GPSEST El procedimiento es el mismo explicado anteriormente pero
ahora los archivos de observables de simples diferencias estaacuten limpios de errores
groseros Ademaacutes de los residuos en este proceso tambieacuten se obtienen las ecuacio-
nes normales de la red sin errores groseros
En esta etapa del procesamiento se calcula la solucioacuten de la red con los valores
reales de las ambiguumledades esto es una solucioacuten flotante El proceso ADDNEQ2
utiliza el modelo de ldquomiacutenimos cuadrados secuencialrdquo para realizar los caacutelculos y
procesamientos en la solucioacuten de las redes El proceso parte de las ecuaciones nor-
males obtenidas por el programa GPSEST y con eacutel se calculan las coordenadas de
las estaciones los paraacutemetros troposfeacutericos y las ecuaciones normales Tambieacuten en
este proceso se ha de definir el datum ahora ya podemos dar una solucioacuten constri-
ntildeendo las estaciones que consideraremos fijas no fijaremos las citadas estaciones
por no tratarse del comportamiento real de las mismas adoptaremos la solucioacuten de
constrentildeimientos miacutenimos donde se asume que hay dos marcos de referencia el
primero obtenido mediante las coordenadas a priori de una seria de estaciones de
referencia y el segundo por medio los las coordenadas estimadas de las mismas
estaciones de referencia Estos dos marcos referencia estaacuten relacionados mediante
una transformacioacuten de 7-paraacutemetros de Helmert
Llegados a este punto volveremos a utilizar el proceso GPSEST para la resolucioacuten
de ambiguumledades aunque previamente deberemos seleccionar las liacuteneas base lo
3 Introduccioacuten
77
haremos de forma autoacutematica con el proceso BASLST tomando como criterio que
la longitud de las liacuteneas base sea miacutenima
La resolucioacuten de ambiguumledades con GPSEST se realiza teniendo en cuenta que
deberemos utilizar los modelos atmosfeacutericos modelo ionosfeacuterico y modelo tropos-
feacuterico estimado y que las coordenadas que introduciremos son las coordenadas
calculadas de la solucioacuten flotante del programa ADDNEQ2 Deberemos tener en
cuenta que ahora utilizaremos las frecuencias L1 y L2 y no su combinacioacuten ya que
las ambiguumledades se resuelven para esas frecuencias Ademaacutes la estrategia de co-
rrelacioacuten seraacute ahora BASELINE ya que de este modo el programa procesa las liacute-
neas bases de forma secuencial y no en conjunto como en el caso de CORRECT
En el programa GPSEST se presentan cuatro estrategias de resolucioacuten de ambiguumle-
dades de las cuales elegiremos QIF (Quasi-Ionosphere-Free) que permite la resolu-
cioacuten de las ambiguumledades en L1 y L2 de liacuteneas bases hasta una longitud de 2000 km
sin utilizar los observables de coacutedigo
A continuacioacuten se procede al caacutelculo de la red con ambiguumledades fijas para ello se
tilizan de nuevo los procesos GPSEST para generar las ecuaciones normales intro-
duciendo las ambiguumledades calculadas en la seccioacuten anterior y ADDNEQ2 para
calcular la solucioacuten final
En esta estapa del procesamiento se utiliza el programa GPSEST para calcular la
solucioacuten de la red con ambiguumledades fijas introduciendo las ambiguumledades obteni-
das anteriormente Ademaacutes se calculan las coordenadas el retraso troposfeacuterico en el
zenit y su gradiente horizontal Las coordenadas de las estaciones de referencia no
se fijan para que se incluyan en las ecuaciones normales
El proceso GPSEST se ejecuta eligiendo como estrategia de correlacioacuten de nuevo
CORRECT En la definicioacuten de datum en este caso constrentildeimos todas las coorde-
nadas con valores de sigma a priori de 01 en todas las direcciones Al no fijar las
coordenadas a sus valores a priori obtenemos las ecuaciones normales con todas
estaciones de la red para luego procesarlas con el ADDNEQ2 por constrentildeimientos
miacutenimos En este caso el modelo troposfeacuterico a utilizar para la funcioacuten de mapeo es
el de ldquoWET NIELLrdquo con un espaciado de 1 h Tambieacuten se calcula el gradiente hori-
zontal mediante un modelo inclinado entre el cenit y la funcioacuten de mapeo ldquoTIL-
TINGrdquo con un espaciado de 24 h
Para terminar se realiza el caacutelculo de la solucioacuten final de la red con ADDNEQ2 En
esta etapa del proceso utilizaremos el ADDNEQ2 para calcular la solucioacuten final de
la red con las ecuaciones normales con ambiguumledades fijas obtenidas en la seccioacuten
anterior Los resultados del procesamiento de la red son las coordenadas estimadas
de las estaciones los paraacutemetros troposfeacutericos estimados y las ecuaciones normales
finales El datum se define mediante constrentildeimiento miacutenimo referido a una serie
de estaciones de referencia y la condicioacuten de constrentildeimiento es de cero traslacioacuten
3 Introduccioacuten
78
para el baricentro de las coordenadas de referencia Por uacuteltimo en la configuracioacuten
para el manejo de los paraacutemetros troposfeacutericos se configura el sigma a priori del
retardo troposfeacuterico relativo en 10 metros y la separacioacuten de tiempo entre los pa-
raacutemetros de 1 hora (3600 seg)
32316 Caacutelculo y compensacioacuten de redes7
Meacutetodo general
A partir de las observaciones u observables GPS o topograacuteficos se pretende calcu-
lar las coordenadas o vectores del proyecto o red Generalmente se cuenta con ob-
servaciones redundantes muchas maacutes observaciones que incoacutegnitas y puesto que
las medidas fiacutesicas nunca son exactas se pretende dar la mejor solucioacuten y cifrar con
queacute calidad y precisioacuten La estrategia para dar esta respuesta es aplicar un ajuste por
miacutenimos cuadrados este ajuste en Geodesia sigue el modelo Gauss-Markov como
muestra la Figura 333
Este modelo de miacutenimos cuadrados requiere de dos modelos un modelo matemaacuteti-
co que establece las relaciones entre observables variables y paraacutemetros cuya de-
terminacioacuten se pretende y un modelo estocaacutestico que describe la distribucioacuten espe-
rada de los errores de las observaciones
Esto nos permite lo siguiente
- Obtener el mejor resultado posible con esos observables mediante el ajuste
miacutenimo cuadraacutetico
- Eliminar posibles errores a partir de las pruebas estadiacutesticas
- Cifrar la precisioacuten y fiabilidad de los resultados
El observable es una variable aleatoria que debe seguir una distribucioacuten normal Si
no hay errores sistemaacuteticos que no debe haberlos los residuos siguen tambieacuten una
distribucioacuten normal con media cero
Aceptando como verdadera la hipoacutetesis de que los observables tienen caraacutecter de
variable aleatoria y por lo tanto estaacuten sujetos uacutenicamente a errores aleatorios se
aceptaraacute que los observables siguen una distribucioacuten normal (se podriacutea comprobar
su normalidad por medio de un test de adherencia prueba de chi-cuadrado)
O ~ N(OT0)
El modelo matemaacutetico planteado para la resolucioacuten de la Red geodeacutesica expresaraacute
siempre una aproximacioacuten simplificada a la realidad fiacutesica
F(XC) = 0
7 Leick 2004 GPS Satellite Surveying
3 Introduccioacuten
79
X = vector de variables en nuestro caso coordenadas
C = vector de observables compensados
F (Xaprox + x OT + v) = 0 Xa+ x = X y Observable + residuo = C
Linealizando por Taylor la funcioacuten anterior obtendremos la siguiente expresioacuten
particularizada para los valores de Xaprox y OT
0)()(
dC
C
FdX
X
FOXFCXF Taprox
donde
)( Taprox OXF = w vector de teacuterminos independientes
X
F
= A matriz de disentildeo de las variables
C
F
= B matriz de disentildeo de los observables
x =dX
v = dC
Las matrices A y B se llaman de disentildeo pues definen la geometriacutea de la red El
resto de estimadores y matrices se denominaraacuten de criterio pues cifran a priori o a
posteriori los resultados esperables o alcanzados respectivamente
El vector de residuos verifica
E(v) = 0 v N(0 s2Q)
s2 es la varianza poblacional y σ
2 varianza muestral
Es decir sigue una distribucioacuten normal de media cero y matriz de covarianzas s2Q
En general las observaciones no estaacuten incorreladas se conoce sus varianzas y la
matriz de pesos a priori
sum= σo2 donde σo es la varianza da priori de peso unidad o factor de referencia a
priori
La matriz cofactor es Q = σo2 P
-1 y P es la matriz de pesos
El modelo F(C X) = 0 o el Ax+BvndashW = 0
con la hipoacutetesis
E(v) = 0 v N(0 s2Q)
3 Introduccioacuten
80
se denomina de Gauss-Markov y parte de tres premisas para su resolucioacuten
- El modelo no es lineal pero es faacutecilmente linealizable
- No existen errores groseros ni sistematismos
- En la matriz de covarianzas del vector v s2Q se postula la precisioacuten a prio-
ri de las observaciones
La solucioacuten a este modelo se aborda por la aplicacioacuten del algoritmo de los miacutenimos
cuadrados donde vTPv = miacutenimo
Figura 333 Compensacioacuten de una red
Es importante que el valor tomado de peso a priori de las observaciones sea cohe-
rente con la realidad fiacutesica de manera que dependeraacute de varios factores precisioacuten
de los instrumentos habilidad del operador meacutetodo de observacioacuten condiciones de
observacioacuten sentildealizacioacuten etc
De forma que se plantea un sistema de ecuaciones del siguiente tipo
Ax+Bv-W = 0
En dicha ecuacioacuten el problema es calcular x Cuya solucioacuten de miacutenimos cuadrados
seraacute
x= S-1
ATM
-1K
donde S = ATM
-1A y M = BP
-1B
T
La solucioacuten de x bajo la condicioacuten de miacutenimos cuadrados soacutelo requiere el conoci-
miento a priori de la matriz de pesos pero no de la varianza de la unidad de peso ni
3 Introduccioacuten
81
de la matriz varianza-covarianza aunque estas son imprescindibles para el estudio
del comportamiento estadiacutestico de los resultados del ajuste
El problema se puede presentar como un ajuste ligado o un ajuste libre Si se cono-
ce el datum de la red (es decir las coordenadas de dos puntos o las coordenadas de
un punto y el acimut de un eje) el sistema se llama sistema determinista o ligado La
solucioacuten se obtendraacute trabajando con matriz inversa claacutesica aplicaacutendola al sistema
de ecuaciones normales que se nos presentaraacute en el proceso Pero cuando se desco-
nozca el datum no existen puntos fijos la red se llama Red Libre su solucioacuten re-
quiere trabajar con de otras herramientas algebraicas (pseudoinversa descomposi-
cioacuten etc) para obtener la solucioacuten
Red ligada
Se trata del caso que nos ocupa en el que hemos tomado ciertas estaciones perma-
nentes como puntos fijos
Caso determinista en toda red se dispone de datos que permiten recurrir a los meacute-
todos de compensacioacuten o ajuste que tienen por objeto dar la mejor de las soluciones
posibles Las soluciones a este problema se abordan con teacutecnicas habituales de aacutel-
gebra lineal aplicando el algoritmo de los miacutenimos cuadrados y estudiando algunas
propiedades estadiacutesticas de las diferentes soluciones Tambieacuten es necesario el mo-
delo estocaacutestico para estimar las medidas de precisioacuten de los resultados de la com-
pensacioacuten y para efectuar un anaacutelisis estadiacutestico de los mismos
En definitiva la solucioacuten oacuteptima de un problema de ajuste o compensacioacuten es aque-
lla que ademaacutes de satisfacer exactamente las ecuaciones del modelo en su forma
lineal deacute lugar a unos errores residuales que satisfagan el principio de los miacutenimos
cuadrados
El sistema de ecuaciones general permite dos tipos de particularizaciones de la que
soacutelo vamos a mencionar la que se utiliza en la actualidad se trata del Meacutetodo de
Observaciones Indirectas o Variacioacuten de Coordenadas
F(X) ndash C = 0
Linealizando esta funcioacuten obtenemos el meacutetodo de observaciones indirectas o de
variacioacuten de coordenadas
)1()1()1()( mmnnm vwxA
donde
m se corresponde con el nuacutemero de ecuaciones (observaciones que se han reali-
zado en el trabajo de campo)
3 Introduccioacuten
82
n se corresponde con el nuacutemero de incoacutegnita a determinar en la compensacioacuten
(correcciones a las coordenadas aproximadas)
lo que implica suponer que la matriz de disentildeo B = - I
A partir del modelo matemaacutetico propuesto Ax ndash W = v asiacute como del correspon-
diente modelo estadiacutestico Gauss-Markov somos capaces de compensar nuestros
observables de tal forma que podemos obtener las coordenadas compensadas de los
veacutertices libres de la red
Dado que los observables no tienen la misma precisioacuten hay que introducir la matriz
de pesos P Esta matriz es diagonal y su teacutermino tiene como valor la inversa de sus
varianzas frasl
Con la condicioacuten de miacutenimo ΣPv2 = v
TPv
La solucioacuten al problema de determinacioacuten de la variable x es la siguiente
Condicioacuten de miacutenimo Ω minimizaraacute ΣPv2 = v
T Pv
( )
vTPA = 0
luego tambieacuten
ATPv = 0
(la matriz P es cuadrada y diagonal)
Como
Ax-W=v
Se sustituye este valor de v en la expresioacuten anterior
ATP(Ax-W)=0
ATPAx - ATPW = 0
WPAxAPA TT )(
Sistema de ecuaciones normales si se llama N= ATPA
Nx = ATPW
donde N tiene inversa
Esta expresioacuten nos define un sistema de ecuaciones normales que se podraacute resolver
por diferentes meacutetodos (factorizacioacuten LU Choleskyhellip) Pero dado que nuestro
3 Introduccioacuten
83
objetivo es minimizar el sumatorio de la traza de la matriz de residuos utilizaremos
miacutenimos cuadrados para resolver el sistema
Solucioacuten al problema planteado
( )
El aplicar el meacutetodo de los miacutenimos cuadrados y disponer de observaciones abun-
dantes asiacute como conocer a priori la matriz de pesos permite validar el modelo y
cifrar la precisioacuten de sus resultados a partir del anaacutelisis de sus residuos estimador
de la varianza y la matriz de varianzas covarianzas
La obtencioacuten de residuos se obtendraacute a partir de
Amiddotx ndash W = v
La obtencioacuten de este vector de residuos es fundamental para la determinacioacuten de los
diferentes paraacutemetros estadiacutesticos como las figuras de error estimadores paraacuteme-
tros de fiabilidad y por lo tanto constituye la base de todo el estudio analiacutetico de la
solucioacuten obtenida
Los observables han sido considerados como variables aleatorias que siguen una
distribucioacuten normal N (s2middotQ) (de media y desviacioacuten tiacutepica s
2middotQ) y partimos de
la hipoacutetesis de que la esperanza matemaacutetica de los residuos es cero y que siguen una
distribucioacuten normal N(01) el estimador de la varianza y desviacioacuten tiacutepica del ob-
servable de peso unidad a priori seraacute uno
A partir del estimador de la varianza del observable de peso unidad podemos cono-
cer cuaacutel es el comportamiento estadiacutestico de la red
Asiacute para la determinacioacuten del estimador de la varianza y desviacioacuten tiacutepica del ob-
servable de peso unidad a posteriori la expresioacuten empleada es la siguiente
nm
vPvT
2
0
Que generalmente se representa por ya que es un estimador de la propia varianza
m-n representan los grados de libertad del sistema de ecuaciones que se pretende
resolver
3 Introduccioacuten
84
Ajuste de una red de vectores GPS
El ajuste de una red GPS con dos vectores trabajando conjuntamente ajuste liacuteneas
base o vectores de posicioacuten entre dos puntos se plantea a partir de la diferencia de
coordenadas entre ambos puntos
Ecuacioacuten de observacioacuten en funcioacuten de diferenciales de coordenadas cartesianas
geoceacutentricas sean dos puntos (XjYjZj) e (XiYiZi) cuyas coordenadas aproximadas
sean (Xjo Yj
o Zj
o) y (Xi
o Yi
o Zi
o) Las ecuaciones de observacioacuten planteadas seraacuten
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
Por lo tanto
( )
( )
( )
donde las incoacutegnitas son los valores (dxj dxi dyj dyi dzj dzi )
que de forma matricial se representara por
Ax- W = v
y la solucioacuten seraacute
x= (ATPA)-1ATw
la formacioacuten del modelo depende de la matriz de pesos en el posicionamiento rela-
tivo las observaciones se consideran correladas Se puede utilizar las desviaciones
tiacutepicas dependientes de la longitud de las liacuteneas base y entonces las covarianzas se
toman nulas o tomar la matriz varianza covarianza completa esta ponderacioacuten es la
maacutes habitual
3 Introduccioacuten
85
3232 GNSS posicionamiento absoluto89 Posicionamiento de Punto Preciso
(PPP)
32321 Caacutelculo de la posicioacuten absoluta de un punto por pseudodistancias
La ecuacioacuten general de pseudodistancia viene dada por
( )
Donde
pseudodistancia
R estado del reloj del receptor ldquoincoacutegnitardquo
ion + trop retardos atmosfeacutericos ldquomodelados o eliminadosrdquo
s estado del reloj del sateacutelite ldquomodeladordquo
m + εp errores modelados o corregidos
En esta ecuacioacuten el estado del reloj de sateacutelite se puede corregir ya que en el men-
saje de navegacioacuten vienen los paraacutemetros para ello respecto a un tiempo de refe-
rencia tc Los errores atmosfeacutericos se pueden corregir o modelar y se tomaraacuten las
precauciones para que no existan errores multipath y errores instrumentales
La distancia geomeacutetrica ρ entre el receptor (XiYiZi) y el sateacutelite (XjY
jZ
j ) se
puede expresar de la siguiente forma
222 )()()()( i
j
i
j
i
jj
i ZZYYXXt
(XiYiZi) coordenadas receptor ldquoincoacutegnitasrdquo
(XjY
jZ
j) coordenadas sateacutelite ldquoconocidas por las efemeacuteridesrdquo
Por lo tanto en la expresioacuten inicial de observable de pseudodistancia se podraacute susti-
tuir el valor ρ por ρij que liga las coordenadas de sateacutelite y receptor
Este teacutermino introduce la no linealidad del sistema y el modelo planteado para su
resolucioacuten hay que linealizarlo para ello se efectuacutea un desarrollo en serie de Taylor
en torno a unas coordenadas aproximadas del receptor i( Xc Yc Zc)
8 Hofmann-Wellenhof et al 2008 GNSS Global Navigation Satellite System
9 Berneacute et al 2013 GPS Fundamentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacutea
3 Introduccioacuten
86
Teniendo en cuenta que distancia geomeacutetrica = distancia calculada + diferencial
caacutelculo
j
i
j
iC
j
i
La expresioacuten puede escribirse
|
| |
| |
| ( )
Introduciendo el residuo y pasando Rij al otro lado
|
| |
| |
|
es el residuo de observacioacuten
la distancia calculada entre sateacutelite y receptor
la distancia observada o medida
Las incoacutegnitas o valores a calcular son
( )
estado del reloj del receptor
Esta ecuacioacuten seraacute general a plantear por cada observacioacuten a sateacutelite como se plan-
tean cuatro incoacutegnitas al menos se deberiacutean observar cuatro sateacutelites por eacutepoca
Generalmente se observan maacutes y al estar el modelo sobredimensionado se puede
buscar la mejor solucioacuten por miacutenimos cuadrados y dar valores de precisioacuten y fiabi-
lidad Es decir el nuacutemero de observaciones seraacute nge 4 sateacutelites GPS simultaacuteneamen-
te
Ordenadas de forma matricial
Donde la matriz de coeficientes A estaacute formada por los teacuterminos
(
)
3 Introduccioacuten
87
El vector X paraacutemetros o incoacutegnitas son los valores a determinar (
)
El vector W observaciones
(
)
y el vector v vector residuos a minimizar (
)
En el modelo lo que se calcula son las diferenciales dXi dYi dZi de la posicioacuten ver-
dadera del receptor XYZ a partir de la calculada de forma aproximada ( Xc Yc Zc)
donde se ha realizado la linealizacioacuten
Este valor se puede ir mejorando iterando con las sucesivas correcciones obtenidas
para una misma eacutepoca Es frecuente que en redes GNSS en observaciones estaacuteticas
se obtenga una buena solucioacuten a la tercera iteracioacuten
Y el vector solucioacuten es x = (ATA)
-1A
TW
Algunos autores por simplicidad de desarrollo abrevian de la expresioacuten anterior los
retardos atmosfeacutericos que han sido modelados o eliminados asiacute como el estado del
reloj del sateacutelite tambieacuten modelado dejando la expresioacuten simplificada en
|
| |
| |
|
Las ecuaciones por observacioacuten seraacuten
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
hellip
|
| |
| |
|
3 Introduccioacuten
88
En forma matricial se puede escribir Ax-w = v
(
)
(
)
Vector X y vector V ideacutenticos
La resolucioacuten del sistema se realiza por miacutenimos cuadrados seguacuten el modelo Gauss
Markov como ya se ha indicado
32322 Caacutelculo de la posicioacuten absoluta de un punto por fase de la portadora
Las pseudodistancias tambieacuten pueden ser calculadas a partir de diferencias de fase
La expresioacuten viene dada por
(
) (
( )
)
(en unidades de ciclo como aacutengulo)
( )
(en unidades lineales)
En unidades de ciclo la fase entre el sateacutelite j y el receptor i vendraacute dada por
(
( )
) (
( )
)
Y en unidades lineales
( ) ( )
Donde se ha eliminado el error del reloj sateacutelite (correcciones en el mensaje) y
( ) es la diferencia de fase medida expresada en ciclos es la longitud de onda
y representa el nuacutemero entero de ciclos entre el receptor i y el sateacutelite j en el
momento inicial incoacutegnita que va a permanecer constante
3 Introduccioacuten
89
Igual que en el caso de coacutedigos la distancia geomeacutetrica entre el receptor (XiYiZi) y
el sateacutelite (XjYjZj) podremos expresarla de la siguiente forma
Es decir el problema viene en esta expresioacuten ya que este teacutermino introduce la no
linealidad del sistema Para linealizarlo se efectuacutea del mismo modo que en coacutedigo
por un desarrollo en serie de Taylor en torno a unas coordenadas aproximadas del
receptor i( Xc Yc Zc)
Considerando que distancia geomeacutetrica = distancia calculada + diferencial caacutelculo
j
i
j
iC
j
i
La distancia entre sateacutelite y receptor cuyas coordenadas conocemos una por efe-
meacuterides y otras calculadas de forma aproximada viene dada por
( )
( )
( )
Y desarrollando de la misma manera que en la linealizacioacuten del coacutedigo la expresioacuten
general de ecuacioacuten de observacioacuten en unidades lineales seraacute
|
| |
| |
|
El modelo generalizado seraacute
Esta expresioacuten es comparable con el modelo de pseudodistancia por coacutedigo
Las incoacutegnitas seraacuten las correcciones dXi dYi dZi a los valores de coordenadas
aproximadas el estado del reloj del receptor y el valor N de ambiguumledades
i
c
i
i
c
i
c
i
dZZZi
dYYYi
dXiXXi
222 )()()()( ZiZYiYXXt jj
i
jj
ic
3 Introduccioacuten
90
La matriz A de disentildeo tendraacute los coeficientes
(
)
El vector X de paraacutemetros o incoacutegnitas
(
)
El vector W es ideacutentico al de pseudodistancias salvo el signo del ∆ion que es de
signo contrario
(
)
Donde el modelo general es Ax-W = V
Solucioacuten miacutenimos cuadrados
x = (ATA)
-1A
TW
32323 GNSS Posicionamiento de Punto Preciso (PPP)
El Posicionamiento por Punto Preciso (PPP) destaca como un meacutetodo oacuteptimo para
la prestacioacuten de servicios globales de aumentacioacuten de la precisioacuten utilizando las
constelaciones GNSS actuales y las futuras Combinando las posiciones y estados
de relojes precisos de los sateacutelites con la ayuda de un receptor GNSS de doble fre-
cuencia PPP es capaz de ofrecer soluciones de posicioacuten con precisiones de nivel
centimeacutetrico a decimeacutetrico PPP requiere un menor nuacutemero de estaciones de refe-
rencia distribuidas globalmente a diferencia de los sistemas diferenciales claacutesicos
(por ejemplo RTK) un uacutenico paquete de datos de oacuterbitas precisas y datos de relojes
(calculado por un centro de procesamiento) es vaacutelido para todos los usuarios del
mundo y la solucioacuten no se ve afectada por un fallo en una estacioacuten de referencia
3 Introduccioacuten
91
concreta Siempre hay muchas estaciones de referencia que observan el mismo
sateacutelite porque las oacuterbitas y relojes precisos se calculan a partir de una red mundial
de estaciones de referencia Como resultado PPP da una solucioacuten de la posicioacuten
altamente redundante y robusta (Navipedia 2013)
Introduccioacuten
Posicionamiento por Punto Preciso (PPP) es un servicio global de posicionamiento
preciso que requiere la disponibilidad de la oacuterbita y el estado del reloj del sateacutelite de
referencia de forma precisa en tiempo real a traveacutes de una red de estaciones de
referencia GNSS distribuidas por todo el mundo
Mediante la combinacioacuten de las posiciones y relojes precisos de los sateacutelites con un
receptor GNSS de doble frecuencia (para eliminar el efecto de primer orden de la
ionosfera) PPP es capaz de ofrecer soluciones de posicioacuten de nivel centimeacutetrico a
decimeacutetrico incluso mejor de 1 cm en modo estaacutetico PPP difiere del posiciona-
miento Relativo en Tiempo Real por doble diferencia (RTK) en el sentido de que no
requiere el acceso a las observaciones de una o maacutes estaciones de referencia concre-
tas medidas con precisioacuten y en que PPP proporciona un posicionamiento absoluto
en lugar de la ubicacioacuten con respecto a la estacioacuten de referencia como lo hace RTK
PPP soacutelo requiere oacuterbitas y datos del reloj precisos calculados por un centro de
procesamiento a partir de las mediciones de las estaciones de referencia de una red
de estaciones relativamente escasa (miles de km seriacutea suficiente) Esto hace que
PPP sea una alternativa muy atractiva al RTK para aquellas aacutereas donde la cobertu-
ra RTK no estaacute disponible Por el contrario la teacutecnica de PPP todaviacutea no estaacute tan
consolidada como la RTK y requiere maacutes tiempo para lograr las maacuteximas presta-
ciones Actualmente existen varios servicios de post-procesamiento PPP consoli-
dados Por el contrario los sistemas de PPP en tiempo real estaacuten en fase de desarro-
llo incipiente
El algoritmo de PPP utiliza como entrada observaciones de coacutedigo y fase obtenidas
de un receptor de doble frecuencia y datos de oacuterbitas de sateacutelites y relojes precisos
con el fin de calcular las coordenadas precisas del receptor y el estado del reloj Las
observaciones procedentes de todos los sateacutelites se procesan juntas resolviendo las
diferentes incoacutegnitas a saber las coordenadas del receptor el reloj del receptor el
retardo troposfeacuterico del cenit y las ambiguumledades de fase
La precisioacuten de los relojes de los sateacutelites y las oacuterbitas es uno de los factores maacutes
importantes que afectan a la calidad del PPP Otro factor importante que afecta a los
resultados del PPP es la cantidad y la calidad de las observaciones Al igual que
cualquier teacutecnica GNSS PPP se ve afectada por obstrucciones de liacutenea de visioacuten al
sateacutelite Incluso los datos maacutes precisos de oacuterbitas y relojes son inuacutetiles si el usuario
no puede realizar un seguimiento correcto de sateacutelites concretos Cuando la visibili-dad de los sateacutelites estaacute parcialmente obstruida se pueden obtener mejores resulta-
3 Introduccioacuten
92
dos mediante el uso de todos los sateacutelites disponibles tanto del sistema GPS como
de GLONASS o en el futuro Galileo
La solucioacuten PPP requiere un cierto tiempo para converger debido a la necesidad de
estimar correctamente las ambiguumledades de fase pero el uso de la combinacioacuten de
mediciones GPS y GLONASS proporciona resultados significativamente mejores
cuando el tiempo de observacioacuten es corto Para el usuario de GNSS esto significa
que hasta 18 sateacutelites GPS + GLONASS pueden ser visibles simultaacuteneamente en
zonas a cielo abierto lo que representa un aumento de alrededor del 60 en la dis-
ponibilidad de sateacutelites en comparacioacuten con el uso de soacutelo GPS Esto lleva a una
mayor precisioacuten y una convergencia maacutes raacutepida en aplicaciones de posicionamiento
preciso
Se obtendraacute una mejora en un futuro proacuteximo gracias a la implantacioacuten de nuevos
sistemas regionales en oacuterbitas geoestacionarias Con estos sistemas el tiempo de
convergencia o la exactitud en un tiempo de observacioacuten corto no se veriacutea afectada
pero la precisioacuten en las aplicaciones con tiempo de observacioacuten largo pueden mejo-
rar considerablemente Para lograr esto es importante ser capaz de calcular las oacuterbi-
tas geosiacutencronas precisas lo que es actualmente un desafiacuteo pero parece ser factible
en un futuro proacuteximo (Laiacutenez Samper et al 2011)
Principios
El concepto de PPP fue introducido por primera vez en los antildeos 70 del pasado siglo
y los fundamentos teoacutericos del PPP se documentan en Zumberge et al (1997)
Como se describe en Hofmann-Wellenhof et al (2008) el modelo matemaacutetico
baacutesico de PPP con observables de doble frecuencia se define por la combinacioacuten
libre ionosfera de dos pseudodistancias de coacutedigo y fase de la portadora (Huber et
al 2010)
( ) ( )
( ) ( )
Donde f1 y f2 son las frecuencias GPS L1 y L2 P(Li) y Φ(Li) son los observables
de coacutedigo y fase ρ es la pseudodistancia c es la velocidad de la luz dT es el desfa-
se del reloj del receptor dtrop es el efecto troposfeacuterico Nrsquoi es el teacutermino de ambi-
guumledad de fase en Φ(Li) Las anteriores ecuaciones indican que los paraacutemetros des-
conocidos que se deberaacuten estimar en PPP incluyen coordenadas de posicioacuten
teacuterminos de ambiguumledad de fase desfase del reloj del receptor y efecto troposfeacuterico
(InsideGNSS 2006)
3 Introduccioacuten
93
El marco de referencia
Una caracteriacutestica importante del PPP es su caraacutecter absoluto ya que el uso de las
oacuterbitas y relojes utilizados como datos son de naturaleza global es decir expresa-
das en el mismo marco de referencia que las oacuterbitas de los sateacutelites Por lo que las
soluciones obtenidas aplicando esta teacutecnica seraacuten tambieacuten globales esto es los
resultados se expresan en un marco de referencia definido por los productos globa-
les y no dependen de puntos locales o regionales por lo que el datum geodeacutesico no
estaacute definido a partir de constrentildeimientos de estaciones de referencia Si como
habitualmente se hace se utilizan oacuterbitas precisas del IGS estaraacuten referidas al ac-
tual Marco de Referencia Terrestre Internacional el ITRF08 A su vez hay que
considerar que las coordenadas estaacuten referidas a la eacutepoca en que se realizan las
mediciones De manera que si queremos vincular las coordenadas obtenidas con el
PPP a un marco de referencia diferente es necesario tener en cuenta fundamental-
mente la diferencia entre la eacutepoca de definicioacuten del marco y la eacutepoca de medicioacuten
Por todo ello se podraacuten emplear receptores situados en cualquier lugar de la Tierra
y las coordenadas obtenidas se referiraacuten al mismo marco de referencia Este caraacutecter
absoluto de las coordenadas implica que efectos como mareas oceaacutenicas atmoacutefera y
los producidos en la corteza terrestre se reflejen de forma maacutes aparente en los resul-
tados PPP que en una teacutecnica relativa En consecuencia PPP estaacute maacutes afectado por
las deficiencias del modelo de movimiento de la estacioacuten asumido en el anaacutelisis asiacute
como por los errores en las oacuterbitas del sateacutelite y en los relojes
Sesgos y errores
Aunque se trata de un tema en general poco conocido por el usuario final ya que se
encuentra ldquoencerradordquo dentro de los algoritmos del software que calcula las posi-
ciones es importante conocer que el PPP requiere de una gran cantidad de correc-
ciones para alcanzar las exactitudes que ofrece estas son la rotacioacuten de fase de los
sateacutelites efectos relativistas correccioacuten de las mareas terrestres carga oceaacutenica y
otros paraacutemetros geofiacutesicos como el movimiento del polo y el movimiento de las
placas tectoacutenicas conjunto de correcciones que son propias de este meacutetodo en com-
paracioacuten con el meacutetodo diferencial
Normalmente en PPP se utiliza la combinacioacuten lineal libre de ionosfera de obser-
vaciones de coacutedigo y fase de portadora para eliminar el efecto ionosfeacuterico de primer
orden Esta combinacioacuten lineal sin embargo deja un componente de retardo ionos-
feacuterico residual de hasta unos pocos centiacutemetros que representan teacuterminos ionosfeacuteri-
cos de orden superior (Hoque y Jakowski 2007) Las oacuterbitas de los sateacutelites y los
errores de los relojes se pueden estimar utilizando los productos del IGS de estima-
cioacuten de oacuterbitas y estados de los relojes El error del reloj del receptor se estima co-
mo uno de los paraacutemetros desconocidos El efecto de las cargas oceaacutenicas las ma-reas terrestres efecto wind-up de la fase de la portadora efectos relativistas y las
variaciones de centro de fase de la antena del receptor pueden modelarse o calibrar-
3 Introduccioacuten
94
se El retardo troposfeacuterico se puede reducir mediante el uso de modelos empiacutericos
(por ejemplo modelos de Hopfield o Saastamoinen) o mediante el uso de las co-
rrecciones troposfeacuterica facilitadas por redes regionales GPS En la actualidad los
productos de oacuterbitas precisas y relojes del IGS no tienen en consideracioacuten el retardo
ionosfeacuterico de segundo orden Esto deja un componente de error residual que ralen-
tiza el tiempo de convergencia y deteriora la solucioacuten PPP Para solventar este pro-
blema se pueden utilizar correcciones de retardo ionosfeacuterico de orden superior
cuando se estimen las oacuterbitas precisas y las correcciones de reloj y cuando se forme
el modelo matemaacutetico PPP (Elsobeiey y El-Rabbany 2011)
Ventajas e inconvenientes
Como se ha mencionado antes la teacutecnica PPP ofrece beneficios significativos en
comparacioacuten con las teacutecnicas de posicionamiento diferencial
- PPP requiere un uacutenico receptor de GPS y por lo tanto no se necesitan es-
taciones de referencia proacuteximas al usuario
- PPP se puede considerar un planteamiento de posicionamiento global debi-
do a que sus soluciones de posicioacuten se refieren a un marco de referencia
global Como resultado PPP proporciona mucha mayor consistencia de po-
sicionamiento que el meacutetodo diferencial que proporciona soluciones de
posicioacuten relativas a la estacioacuten o estaciones base
- PPP consigue que desaparezcan las limitaciones referidas a la longitud del
vector o de la base
- PPP reduce los costes en mano de obra y equipos y simplifica la logiacutestica
operativa para el trabajo de campo ya que elimina la dependencia de la es-
tacioacuten base
- PPP puede tener otras aplicaciones maacutes allaacute del posicionamiento Por
ejemplo como la teacutecnica PPP estima los paraacutemetros del reloj del receptor y
los efectos troposfeacutericos ademaacutes de los paraacutemetros de posicioacuten de coorde-
nadas proporciona otra forma para la transferencia de tiempo preciso y la
estimacioacuten troposfera mediante un uacutenico receptor GPS
La principal desventaja del PPP es que requiere tiempos de convergencia largos
necesarios para que la solucioacuten flotante de las ambiguumledades de la fase converja
para garantizar un posicionamiento a nivel centimeacutetrico (Rizos et al 2012) Esto no
supone un problema para el caso que nos ocupa puesto que en lo que a control de
desplazamientos se refiere se realizan observaciones estaacuteticas
Algunos proveedores de datos y productos de PPP
Para el procesamiento con PPP se necesitan datos de efemeacuterides y estado de relojes
de alta precisioacuten Estos datos los proporcionan de forma gratuita organismos como
el IGS una lista detallada de los productos que proporciona el IGS se puede consul-
tar en httpigscbjplnasagov
3 Introduccioacuten
95
En este momento se puede encontrar una variedad de programas PPP comerciales
incluso en liacutenea Los servicios en liacutenea ofrecen la posibilidad de subir archivos de
observacioacuten RINEX (Receiver Independent Exchange Format) para procesarlos de
forma totalmente automatizada en un servidor Los resultados se devuelven a traveacutes
de correo electroacutenico o ftp en un corto intervalo de tiempo
Seguidamente se describen brevemente los diferentes paquetes de software y plata-
formas de Internet
CSRS-PPP
NRCans (Natural Resources Canadarsquos) PPP tambieacuten conocido como CSRS-PPP
(Canadian Spatial Reference System) es un servicio PPP en liacutenea gratuito para
postprocesado de datos GPS disponible desde 2003
(httpwwwgeodnrcangccaproducts-produitsppp_ephp) CSRS-PPP permite a
los usuarios de GPS enviar viacutea internet archivos de datos curdos de observacioacuten
GPS de simple o doble frecuencia estaacuteticas o cinemaacuteticas En el caso de aplicacio-
nes estaacuteticas se pueden alcanzar precisiones globales de nivel centimeacutetrico para
receptores de doble frecuencia asiacute como para los receptores monofrecuencia utili-
zando datos de coacutedigo y fase de portadora Para aplicaciones cinemaacuteticas soacutelo se
pueden alcanzar precisiones subcentimeacutetricas en el caso de receptores de doble
frecuencia
GAPS de UNB
La Universidad de New Brunswick (UNB) desarrolloacute el software de anaacutelisis y posi-
cionamiento GPS Analysis and Positioning Software (GAPS) De acuerdo con
Leandro et al (2007) los algoritmos utilizados en GAPS siguen maacutes o menos los
enfoques estaacutendar de PPP GAPS estaacute disponible como maacutequina de procesamiento
en liacutenea a traveacutes de la paacutegina web httpgapsggeunbcappp Se puede realizar
tanto el procesamiento estaacutetico como el cinemaacutetico
GrafNav de Waypoint
GrafNav es una herramienta de procesamiento de trayectoria para aplicaciones ae-
ronaacuteuticas que proporciona una aplicacioacuten para PPP El software puede procesar
observaciones de coacutedigo y fase de una o doble frecuencia junto con archivos de
informacioacuten precisa de oacuterbitas y relojes Seguacuten Waypoint (2006) se pueden alcan-
zar precisiones de 10-20 cm para mediciones aeronaacuteuticas tiacutepicas
Bernese Software v50 (BSW)
Aunque se trata de una herramienta tradicional de procesamiento de dobles diferen-
cias concretamente la que se ha utilizado para compensar las redes GNSS en esta
Tesis el software Bernese (BSW) (httpwwwberneseunibech) desarrollado en
el Instituto Astronoacutemico de la Universidad de Berna tambieacuten tiene capacidad para
analizar mediciones GNSS sin diferenciar en modo de post-proceso BSW PPP es
3 Introduccioacuten
96
muy raacutepido y eficiente generando coordenadas de precisions centimeacutetricas Sin
embargo no es posible llegar a la precision que se alcanza con el anaacutelisis de redes
Perspectivas
Con respecto a los retos PPP se enfrenta a varios con el fin de alcanzar su pleno
potencial de aplicaciones el maacutes importante es el largo tiempo de inicializacioacuten
que es un inconveniente para aplicaciones en tiempo real
Por todo lo visto anteriormente trataacutendose del estudio de los desplazamientos de la
corteza terrestre la teacutecnica PPP es capaz de aportar posiciones absolutas precisas
Por lo tanto incluso si todas las estaciones se ven afectadas por desplazamientos
siacutesmicos PPP es capaz de ofrecer posiciones absolutas vaacutelidas para el proceso de
monitorizacioacuten Este asiacute como la idoneidad para aplicaciones en tiempo real puede
ser considerado como una ventaja importante de esta estrategia (Mendoza et al 2012)
3233 Radar de apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (InSAR)
Otra de las teacutecnicas maacutes utilizadas para la deteccioacuten de movimientos de la corteza
terrestre es la conocida como InSAR que viene del acroacutenimo SAR (Synthetic Aper-
ture Radar) se trata pues de una teacutecnica que parte de la informacioacuten de un Radar de
Apertura Sinteacutetica La interferometriacutea diferencial (InSAR) usando imaacutegenes radar
de apertura sinteacutetica (SAR) genera una nueva imagen (interferograma) a partir de
dos imaacutegenes SAR de una misma zona Se trata de una teacutecnica en desarrollo y de
gran precisioacuten la cual combinada con datos como pueden ser geoloacutegicos morfoloacute-
gicos sismoloacutegicos etc se muestra muy eficaz en la cuantificacioacuten de deformacio-
nes superficiales en el terreno (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
Las teacutecnicas de teledeteccioacuten tradicionalmente se han caracterizado por aprovechar
la radiacioacuten electromagneacutetica solar (natural) como fuente generadora o emisor de
ondas para el posterior tratamiento y generacioacuten de imaacutegenes Cada sensor o recep-
tor utilizado en cada caso trabaja en una banda concreta Es decir aprovecha una
determinada longitud de onda de todo el espectro electromagneacutetico que un objeto
cualesquiera emite como respuesta a la radiacioacuten recibida para generar una ima-
gen Representa un avance cuando se puede controlar la fuente generadora de on-
das seguacuten el objetivo Asiacute surgen un tipo particular de teacutecnicas de teledeteccioacuten
cuando el emisor de ondas es artificial con lo que se puede controlar la emisioacuten de
ondas en una determinada frecuencia eacuteste es el caso por ejemplo de las imaacutegenes
RADAR (Radio Detection And Ranging) (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
La generacioacuten de imaacutegenes mediante teacutecnica de RADAR trabaja en la zona del
espectro electromagneacutetico correspondiente a las microondas comprendida entre
aproximadamente 10 y 10-3 cm Por tanto las imaacutegenes RADAR tienen una serie
3 Introduccioacuten
97
de ventajas como pueden ser la capacidad de atravesar las nubes y la lluvia asiacute
como la de tomar registro en la oscuridad
Existen varias teacutecnicas de generacioacuten de imaacutegenes mediante RADAR El meacutetodo
tradicional se conoce como Sistema Radar Real o RAR (figura 30 izquierda) por
otro lado tambieacuten existe el conocido Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica o SAR
(Figura 334 derecha) utilizado por los sateacutelites europeos ERS-1 y ERS-2 El SAR
inversamente al RAR logra una resolucioacuten mayor cuanto menor es la longitud de la
antena lo que supone una mejora teacutecnica sensible respecto a este uacuteltimo
Figura 334 Geometriacutea RAR (izquierda) y geometriacutea SAR (derecha) (tomada de
httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de interferometriacutea radar de la Universidad
de Standford Prof Howard Zebker)
32331 Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica
El Sistema Radar de Apertura Sinteacutetica o SAR se basa fundamentalmente en el
efecto Doopler (cuando la fuente emisora de ondas y el observador estaacuten en movi-
miento relativo el ancho de banda se acorta hacia donde se mueve el emisor y se
alarga hacia donde se aleja) y como se ha mencionado con anterioridad es utiliza-
do por los sateacutelites europeos ERS-1 y ERS-2 El SAR tiene muacuteltiples aplicaciones
como pueden ser (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
- Obtencioacuten del espectro de las olas de agua en el oceacuteano
- Clasificacioacuten de los tipos de hielos
- Seguimiento de desplazamientos del hielo
- Modelos digitales del terreno por interferometriacutea
- Deteccioacuten automaacutetica de vertidos de fuel
- Altiacutemetros radar
- Radargrametriacutea
- Geodesia determinacioacuten del geoide
- Deformaciones del terreno
3 Introduccioacuten
98
Este tipo de imaacutegenes (como cualquier otra anaacuteloga) necesita antes de su genera-
cioacuten definitiva un preprocesado que corresponde fundamentalmente a la elimina-
cioacuten del ruido (Speckle) y un posterior procesado de la imagen mediante un proto-
colo previamente establecido Para la interpretacioacuten de las imaacutegenes hay que tomar
las siguientes consideraciones
- Las sombras observadas son consecuencia del aacutengulo de incidencia y no de
la geometriacutea de la iluminacioacuten solar
- Los niveles de gris estaacuten relacionados con la propiedad de dispersioacuten de la
superficie A mayor dispersioacuten tonos maacutes claros
- Los distintos tipos de superficies generan distintos tipos de dispersiones
o Aacutereas urbanas dispersioacuten muy fuerte
o Bosques dispersioacuten intermedia
o Agua calmada baja dispersioacuten
- La dispersioacuten que proporciona informacioacuten de la superficie es proporcio-
nal a la rugosidad las propiedades dieleacutectricas y las pendientes locales
32332 Interferometriacutea diferencial mediante imaacutegenes de radar de apertura
sinteacutetica
La interferometriacutea se centra en el estudio y explotacioacuten de la informacioacuten propor-
cionada por las imaacutegenes de fase de las imaacutegenes complejas SAR Tanto la teacutecnica
de de interferometriacutea SAR como la interferometriacutea diferencial (InSAR) se basan
en la explotacioacuten contenida en uno o maacutes interferogramas La interferometriacutea es
utilizada para la cuantificacioacuten de deformaciones ocurridas en la superficie terrestre
mediante la obtencioacuten de la altura del suelo a partir de dos imaacutegenes SAR obteni-
das desde puntos proacuteximos con cierto intervalo temporal de separacioacuten como se
puede apreciar en la Figura 335 (Gimeacutenez Peraacutelvarez J D 2012)
El avance y desarrollo de esta teacutecnica como tantas otras anaacutelogas va unida a la
capacidad de adquisicioacuten de ordenadores personales y a la disponibilidad de imaacutege-
nes de RADAR de casi cualquier zona del planeta procedentes de los sateacutelites eu-
ropeos ERS-1 ERS-2 y ENVISAT y el japoneacutes J-ERS-1 Se trata de un meacutetodo de
gran precisioacuten cuya potencia radica en que trabaja con la informacioacuten de fase de la
onda emitida por el sateacutelite y por tanto la precisioacuten estaacute uacutenicamente limitada por la
longitud de onda de la radiacioacuten emitida En el caso de los sateacutelites europeos ERS la
longitud de onda emitida es de 56 mm por lo que pueden llegar a identificarse des-
plazamientos proacuteximos a la mitad de un ciclo es decir 28 mm Todo esto ha propi-
ciado la realizacioacuten de numerosos estudios en los que se identifican y cuantifican
importantes deformaciones superficiales
3 Introduccioacuten
99
Figura 335 Generacioacuten de imaacutegenes SAR (tomada de
httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de interferometriacutea radar de la Universidad
de Standford Prof Howard Zebker)
32333 Metodologiacutea General
La teacutecnica de la interferometriacutea diferencial aplicada al estudio de deformaciones
ocurridas en la superficie terrestre consiste fundamentalmente en la comparacioacuten
de la informacioacuten de fase de dos imaacutegenes SAR de una misma superficie tomadas
antes y despueacutes respectivamente del evento en cuestioacuten sobre la zona afectada (Fi-
gura 336 izquierda) La diferencia resultante de fases origina un nuevo tipo de
imagen llamada interferograma (Figura 336 derecha) y que se define como la dife-
rencia de fase entre las dos imaacutegenes La idea fundamental es la estimacioacuten del
nuacutemero de ciclos completos de longitud de onda para a partir de ella y el interfero-
grama poder determinar la elevacioacuten del terreno Es un proceso complejo y existen
varios algoritmos con estimaciones que pretenden obtener la maacutexima precisioacuten y
bondad del meacutetodo (fase de Unwrapping)
Por tanto mediante esta teacutecnica se puede apreciar deformaciones o variaciones de
altura en la direccioacuten suelo-sateacutelite Cualquier deformacioacuten en la horizontal como
puede ser el caso de una falla de componente exclusivamente en direccioacuten pasaraacute
desapercibida En los casos en los que exista deformacioacuten el interferograma regis-
tra un modelo de interferencia compuesto de franjas (fringes) que contienen toda la informacioacuten sobre la geometriacutea relativa entre las dos imaacutegenes Cada franja que
corresponde con un ciclo de fase equivale a un cambio de distancia suelo-sateacutelite
3 Introduccioacuten
100
de 28 mm Se trata de una deformacioacuten escalar y no vectorial como la obtenida con
sistemas GPS
Figura 336 Reflejo en franjas de interferograma que tendriacutea un levantamiento como el mostrado
(izquierda) Esquema mostrando como la diferencia de fase de la onda emitida y recibida por el
sateacutelite indica la cantidad de movimiento en la direccioacuten suelo-sateacutelite producido en este caso por
un movimiento cosiacutesmico (tomada de httpwwwstanfordedugroupradargrouphtml grupo de
interferometriacutea radar de la universidad de Standford Prof Howard Zebker)
324 Redes de estaciones permanentes
Con el desarrollo de las teacutecnicas GNSS son muchos los organismos que han puesto
en marcha sus propias redes de estaciones permanentes GNSS la mayoriacutea de las
cuales ofrecen sus datos de forma gratuita
Una red de estaciones permanentes GNSS debe tener tres componentes fundamen-
tales
- Las estaciones GPS permanentes funcionando en forma autoacutenoma que re-
colectan las observaciones GPS y las almacenan para despueacutes enviarlas al
centro de control correspondiente
- El centro de coordinacioacuten y almacenamiento de datos que coordina el fun-
cionamiento de la red y concentra las mediciones realizadas en un servidor
- El centro de caacutelculo que procesa las observaciones de la red para obtener
coordenadas de las estaciones correcciones ionosfeacutericas y otros productos
uacutetiles
Las redes de estaciones permanentes ofrecen muacuteltiples beneficios tanto en lo que se
refiere a la emisioacuten de correcciones en tiempo real para trabajar en RTK (Real Time
Kinematic) como en lo referente a la puesta a disposicioacuten de los datos estaacuteticos
recolectados por las estaciones estos datos son los que se han utilizado para la rea-
lizacioacuten de la presente tesis
3 Introduccioacuten
101
Los objetivos de una estacioacuten permanente son varios
- Objetivos de caraacutecter praacutectico como son reducir la inversioacuten en equipa-
miento de los profesionales y mejorar el rendimiento de los trabajos de
campo gracias a las emisiones de correcciones RTK
- Objetivos de caraacutecter geodeacutesico estos son mejorar la georreferenciacioacuten
cartograacutefica perfeccionar los marcos de referencia nacionales o regionales
y contribuir con el marco de referencia mundial (ITRF Internacional Te-
rrestrial Reference Frame)
- Objetivos de caraacutecter geofiacutesico geodinaacutemico u otros determinar los mo-
vimientos de la corteza terrestre realizar estudios climatoloacutegicos investi-
gar la variabilidad ionosfeacuterica etc
Las tareas de una estacioacuten permanente son principalmente la recoleccioacuten de obser-
vaciones de forma continua la verificacioacuten de la calidad de los datos la transfor-
macioacuten de las observaciones a un formato convencional (RINEX) y la compresioacuten
de los archivos de datos asiacute como el almacenamiento de la informacioacuten en un ser-
vidor
Los elementos baacutesicos que componen una estacioacuten permanente son un receptor y
una antena GNSS geodeacutesicos un PC para almacenar y administrar la informacioacuten
programas de automatizacioacuten conexioacuten a Internet fuente continua de alimentacioacuten
Aunque la estacioacuten realiza sus operaciones mecaacutenicamente mediante un programa
de control nunca es posible prescindir totalmente de personal teacutecnico
La ubicacioacuten de una estacioacuten permanente debe cumplir una serie de requisitos
- El horizonte debe estar despejado
- En las cercaniacuteas de la antena no deben encontrarse objetos que puedan in-
ter-ferir con las sentildeales GNSS o producir multicamino
- El terreno debe ser geoloacutegicamente estable
- La antena debe estar montada sobre una estructura riacutegida y perdurable
- El sitio debe estar libre de interferencias electromagneacuteticas
- Debe contarse con la infraestructura indispensable energiacutea eleacutectrica cone-
xioacuten a Internet seguridad y accesibilidad faacutecil
En lo que se refiere a la gestioacuten una estacioacuten permanente puede ser gestionada por
cualquier organismo puacuteblico o privado aunque es interesante que se integre en la
red nacional o regional de estaciones GNSS permanentes
Una red nacional de estaciones permanentes GNSS evita conflictos de coordenadas
entre provincias o municipios por otro lado el procesamiento conjunto de los datos
de toda la red garantiza la homogeneidad de las coordenadas de todas sus estaciones
y proporciona un marco de referencia uniforme
3 Introduccioacuten
102
Si las estaciones permanentes estaacuten integradas en la red nacional
- Sus coordenadas se calculan perioacutedicamente lo que garantiza calidad y fia-
bilidad
- El centro de coordinacioacuten y los centros de caacutelculo brindan soporte teacutecnico
tanto a los profesionales a cargo de la estacioacuten como a los profesionales
usuarios de la estacioacuten
- Los datos de todas las estaciones estaacuten disponibles en un uacutenico servidor
- Los datos se almacenan de acuerdo con estaacutendares
- Las coordenadas de las estaciones permanentes tienen valor legal porque se
hallan referidas al marco de referencia nacional promulgado oficialmente
por la autoridad competente
Existen redes de estaciones permanentes a diferentes niveles a nivel mundial cabe
destacar la red del IGS o la red CORS de Estados Unidos A nivel continental en-
contramos la red EUREF A nivel nacional tenemos la red del IGN (Instituto Geo-
graacutefico Nacional) A nivel autonoacutemico casi todas las autonomiacuteas disponen de una
red de estaciones permanentes asiacute Aragoacuten Andaluciacutea Asturias C Valenciana
Cantabria Castilla y Leoacuten Cataluntildea Extremadura Islas Canarias La Rioja Mur-
cia Navarra y Paiacutes Vasco disponen de sus propias redes de estaciones permanentes
En Castilla La Mancha Islas Baleares y Madrid todaviacutea no disponen de red
325 Estado del arte
El uso de las tecnologiacuteas GNSS ha supuesto un gran avance en el campo de la Geo-
dinaacutemica proporcionando medidas directas de los desplazamientos de las placas y
de las deformaciones intraplaca Esta informacioacuten es baacutesica para la comprensioacuten de
la cinemaacutetica de estos movimientos por lo que actualmente estaacuten operativos nume-
rosos programas de investigacioacuten tanto nacionales como internacionales al respecto
3251 Programas internacionales
32511 International Litosphere Program
El ILP fue establecido en 1980 por el International Council of Scientific Unions
(ICSU) a peticioacuten de la International Union of Geological Sciences (UICG) y la
International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) Se puede consultar in-
formacioacuten maacutes detallada acerca de este programa en su paacutegina web
httpsclilpgfz-potsdamde
El Programa International Litosphere Program (ILP) busca dilucidar la naturaleza
la dinaacutemica el origen y evolucioacuten de la Litosfera a traveacutes de proyectos de investi-
gacioacuten internacionales y multidisciplinares relacionados con las ciencias de la Tie-rra a traveacutes de comiteacutes de coordinacioacuten
3 Introduccioacuten
103
El ILP se encarga de promover proyectos de investigacioacuten de intereacutes para las comu-
nidades geoloacutegica (UISG) y geofiacutesica (IUGG) Se pretende lograr un equilibrio
entre hacer frente a las necesidades sociales como comprender las cataacutestrofes natu-
rales el suministro de informacioacuten para la mejora en la exploracioacuten de recursos y la
proteccioacuten del medio ambiente y satisfacer la curiosidad cientiacutefica
Perfil del programa
El estudio integral de la Tierra soacutelida es fundamental para el programa ILP desde
los siguientes puntos de vista
- La Litosfera constituye la conexioacuten entre el interior terrestre y la superficie
de la Tierra
- La Litosfera es el nexo de unioacuten entre la geologiacutea la geofiacutesica y geoteacutecni-
ca (es decir la interfaz centrada entre la IUGS y IUGG )
- Los avances en el estudio de la Litosfera no pueden prosperar sin la inte-
gracioacuten de teacutecnicas de teledeteccioacuten y monitorizacioacuten (donde es clave el
uso de teacutecnicas GNSS como las empleadas en la presente tesis) recons-
truccioacuten y procedimientos de modelado
Retos del programa
Fomentar la investigacioacuten fundamental sobre la Litosfera para propiciar nuevos
conocimientos en relacioacuten a los procesos de la Tierra Los desafiacuteos a los que se
enfrenta a este respecto el ILP en el futuro cercano son
- Fortalecer la conexioacuten entre aspectos de la Tierra soacutelida y no soacutelida rela-
cionados con la Litosfera
- Fortalecer el perfil y el impacto de la investigacioacuten sobre la Litosfera en
temas de relevancia social como la energiacutea y el medio ambiente
- Ser atractivo para los joacutevenes investigadores mediante la eleccioacuten de temas
interesantes adoptando enfoques integradores
- Promover la formacioacuten de joacutevenes investigadores en los estudios Litosfera
Temas de investigacioacuten propuestos
Desde 1990 los proyectos del ILP se han movido en torno a los cuatro temas de
investigacioacuten principales
- Ciencias de la tierra sobre el cambio global
- Dinaacutemica continental y procesos profundos
- Litosfera Continental
- Litosfera oceaacutenica
Los temas propuestos para los nuevos grupos de trabajo incluyen
- Cartografiacutea integrada de la Litosfera
- Dinaacutemica del Manto
3 Introduccioacuten
104
- Respuesta de la Litosfera en los procesos de superficie
- Estudios paleoclimaacuteticos
Una caracteriacutestica clave en los grupos de trabajo es su caraacutecter dinaacutemico Existen
grupos durante un periacuteodo limitado de cinco antildeos Se da un valor especial a las
iniciativas recientes en Ameacuterica del Norte para la adquisicioacuten de datos a gran escala
(como EarthScope) y para buscar valor antildeadido de los programas nacionales maacutes
importantes como por ejemplo los emprendidos en China India y Ameacuterica del Sur
32512 Programa Topo Europe Euro array
El programa Topo Europe aborda la evolucioacuten topograacutefica 4-D de los oroacutegenos y
regiones internas de la placa europea a traveacutes de un enfoque multidisciplinario que
integra Geologiacutea Geofiacutesica Geodesia y Geoteacutecnica El programa se centra en mo-
nitorizacioacuten tratamiento de imaacutegenes reconstruccioacuten y la modelizacioacuten de los pro-
cesos que interactuacutean y controlan la
topografiacutea continental con los ries-
gos naturales asociados Se puede
consultar informacioacuten maacutes detalla-
da acerca de este programa en su
paacutegina web httpwwwtopo-
europeeu
Topo Europe realiza una serie de
novedosos estudios sobre cuantifi-
cacioacuten de movimientos verticales
(para los que el uso de las teacutecnicas
GNSS es fundamental) relacionan-
do la evolucioacuten de cauces fluviales
con hundimientos debidos a causas
tectoacutenicas en laboratorios naturales
cuidadosamente seleccionados en
Europa Estos laboratorios naturales
incluyen los Alpes Caacuterpatos-cuenca panoacutenica la plataforma de Europa central y
oriental la regioacuten de los Apeninos-Egeo-Anatolia la Peniacutensula Ibeacuterica el margen
continental de Escandinavia la plataforma de Europa del este y la zona oriental del
Caacuteucaso
Se integran instalaciones de investigacioacuten europeas y conocimientos esenciales para
avanzar en la comprensioacuten del papel de la topografiacutea en los sistemas dinaacutemicos
ambientales de la Tierra El objetivo principal es doble
- Integrar los programas nacionales de investigacioacuten en una red europea co-muacuten
- Integrar las actividades de los institutos Topo Europe y los participantes
Figura 337 Programa Topo Europe Aacutembitos
de actuacioacuten
3 Introduccioacuten
105
Los principales objetivos son proporcionar un foro interdisciplinario para compartir
conocimiento e informacioacuten en el campo de la evolucioacuten neotectoacutenica y topografica
de Europa de promover y fomentar la investigacioacuten multidisciplinar en una escala
verdaderamente europea para aumentar la movilidad de los cientiacuteficos y la forma-
cioacuten de joacutevenes cientiacuteficos
Justificacioacuten del programa Topo Europe
La topografiacutea continental es la interfaz de los procesos que ocurren en las profundi-
dades de la Tierra la superficie y la atmoacutesfera La topografiacutea influye en la sociedad
no soacutelo como resultado de cambios lentos en el paisaje sino tambieacuten en teacuterminos de
su impacto sobre los riesgos geoloacutegicos y el medio ambiente Cuando sube el nivel
del mar de un lago o del agua subterraacutenea o bien se produce una subsidencia au-
menta el riesgo de inundaciones que afecta directamente a la sostenibilidad de los
ecosistemas locales y los haacutebitats humanos Por otro lado la disminucioacuten de niveles
de agua y tierras pueden conducir a un mayor riesgo de erosioacuten y desertificacioacuten
En el pasado reciente los deslizamientos catastroacuteficos y caiacutedas de roca han causado
graves dantildeos y numerosas viacutectimas en Europa El raacutepido crecimiento demograacutefico
en las cuencas hidrograacuteficas tierras bajas costeras y las regiones montantildeosas y el
calentamiento global asociado a fenoacutemenos meteoroloacutegicos excepcionales cada vez
maacutes frecuentes pueden agravar el riesgo de inundaciones A lo largo de las zonas
de deformacioacuten activa los terremotos y las erupciones volcaacutenicas causan cambios
en la topografiacutea de corta duracioacuten y localizada Estos cambios pueden presentar
peligros adicionales pero al mismo tiempo permiten cuantificar el estreacutes y la acu-
mulacioacuten de tensioacuten un control de clave para la evaluacioacuten de riesgo siacutesmico y
volcaacutenico A pesar de que los procesos naturales y las actividades humanas causan
riesgos geoloacutegicos y cambios ambientales la contribucioacuten relativa de los distintos
componentes es todaviacutea poco conocida El hecho de que la topografiacutea influye el
clima es conocido desde el comienzo de la civilizacioacuten pero soacutelo recientemente
somos capaces de modelar sus efectos en las regiones donde se dispone de buenos
datos topograacuteficos y climatoloacutegicos
El estado actual y el comportamiento de la superficie de la Tierra es una consecuen-
cia de los procesos que operan en una amplia gama de escalas de tiempo Los efec-
tos maacutes importantes son los relacionados con la actividad tectoacutenica el hundimiento
y el desarrollo de los sistemas fluviales los efectos residuales de las edades de hielo
en los movimientos verticales de la corteza efectos climatoloacutegicos y los poderosos
impactos antropogeacutenicos Si queremos entender el estado actual del sistema de la
Tierra para predecir su futuro y para disentildear nuestro uso de la misma necesitamos
comprender este espectro de procesos operando al mismo tiempo pero en diferentes
escalas de tiempo El desafiacuteo de las ciencias de la Tierra es describir el estado del
sistema para controlar sus cambios prever su evolucioacuten y para evaluar los modos
de su uso sostenible por la sociedad humana
3 Introduccioacuten
106
Objetivos especiacuteficos de Topo Europe
- Modelado de la subsidencia en las cuencas y deltas de Europa
- Cuantificacioacuten de inestabilidades del terreno
- Monitorizacioacuten de alta resolucioacuten de los movimientos corticales en el espa-
cio y el tiempo para cuantificar la relacioacuten entre fuentes y sumideros de se-
dimentos y el disentildeo de modelos tectoacutenicos y siacutesmicos
- Adaptacioacuten de los sistemas de modelizacioacuten numeacuterica y analoacutegica para la
caracterizacioacuten de las relaciones de retroalimentacioacuten entre la tectoacutenica la
topografiacutea y el clima
- Imaacutegenes tomograacuteficas de alta resolucioacuten de la interaccioacuten dinaacutemica entre
el Manto y la Litosfera y sus efectos sobre la topografiacutea de la superficie
- Estudio de los efectos de los procesos neotectoacutenicos en los cauces fluviales
y la evolucioacuten costera con especial atencioacuten a los riesgos de inundacioacuten
32513 Programa Topoiberia
El proyecto Topo-Iberia responde al intereacutes de la comunidad cientiacutefica espantildeola por
establecer un marco cientiacutefico-tecnoloacutegico en el que desarrollar de manera integra-
da estudios geocientiacuteficos multidisciplinares sobre el lsquomicro-continentersquo formado
por la peniacutensula ibeacuterica y sus maacutergenes
La configuracioacuten del relieve terrestre (topografiacutea continental y batimetriacutea marina) y
los cambios que puedan producirse en nuestro entorno geograacutefico natural tienen una
trascendencia social innegable ya que marcan las condiciones de habitabilidad y
desarrollo futuro de la actividad humana
Los cambios en el relieve pueden producirse a ritmos temporales muy variados y
tener causas muy diversas de tipo natural o antropogeacutenico pero deben ser tenidos
muy en cuenta en aspectos como evaluacioacuten de recursos y riesgos naturales cambio
climaacutetico etc
Hasta hace poco tiempo se analizaba la topografiacutea continental en relacioacuten uacutenica-
mente con una serie de procesos que tienen lugar en la superficie terrestre y en la
atmoacutesfera Estudios recientes han reconocido la importancia e influencia que sobre
la topografiacutea ejercen tambieacuten los procesos geoloacutegicos profundos a nivel de Litosfe-
ra y Manto terrestre El grado de impacto de tales procesos profundos y las relacio-
nes de interdependencia y retroalimentacioacuten que existen entre todos ellos son auacuten
mal conocidos y poco cuantificados
Para su comprensioacuten se requieren estudios innovadores multidisciplinares e inte-
grados en el aacutembito de las Ciencias de la Tierra Los modelos estructurales y evolu-
tivos deben basarse en conjuntos de datos con una resolucioacuten muy superior a la
disponible actualmente para lo que se requeriraacuten acciones de adquisicioacuten de nuevos
datos con gran densidad mediante plataformas experimentales multidisciplinares
3 Introduccioacuten
107
El proyecto Geociencias en Iberia Estudios integrados de topografiacutea y evolucioacuten
4D Topo-Iberia es una propuesta que involucra a maacutes de 100 investigadores de 10
grupos distintos y que responde a la voluntad e intereacutes de la comunidad cientiacutefica
espantildeola de establecer un marco cientiacutefico-tecnoloacutegico en el que desarrollar de
manera integrada estudios geocientiacuteficos multidisciplinares Se puede consultar
informacioacuten maacutes detallada acerca de este programa en su paacutegina web
httpwwwigmeesinternetTopoIberia
El lsquomicro-continentersquo formado por
la peniacutensula ibeacuterica y sus maacutergenes
constituye un laboratorio natural
idoacuteneo claramente reconocido a
nivel internacional para desarrollar
investigaciones innovadoras y de
frontera sobre su topografiacutea y evo-
lucioacuten 4D
La finalidad de Topo-Iberia es
comprender la interaccioacuten entre
procesos profundos superficiales y
atmosfeacutericos integrando investiga-
ciones en geologiacutea geofiacutesica geo-
desia y geo-tecnologiacutea El conoci-
miento de los cambios del relieve y
sus causas es de gran trascendencia
social por lo que respecta al cambio
climaacutetico y a la evaluacioacuten de re-
cursos naturales y riesgos
Como se indica en la Figura 338 se identifican tres aacutembitos prioritarios de actua-
cioacuten
- Zona norte de la placa ibeacuterica (Sistema Pirenaico-Cantaacutebrico) Este aacutembito
de actuacioacuten incluye los Pirineos y su prolongacioacuten hacia el oeste por la
Cordillera Cantaacutebrica y el margen continental noribeacuterico lo que constituye
un mismo aacutembito geodinaacutemico ligado a la interaccioacuten entre las placas Ibeacute-
rica y Europea Los relieves pirenaicocantaacutebricos se conectan hacia el sur
con la terminacioacuten norte de la Cordillera Ibeacuterica y terminan gradualmente
hacia el oeste a traveacutes de los Montes de Leoacuten y los suaves relieves del ma-
cizo galaico
- Aacuterea central peninsular (Meseta Sistemas Central e Ibeacuterico) El aacutembito
geodinaacutemico central del microcontinente Ibeacuterico incluye las regiones de-
formadas del interior de la placa como el Sistema Central y Cadena Ibeacuterica
y sus cuencas sedimentarias asociadas
Figura 338 Programa Topo Iberia Aacutembitos
prioritarios de actuacioacuten
3 Introduccioacuten
108
- Zona sur de la placa ibeacuterica (Sistema Beacutetico-Rifentildeo) Este aacutembito geodi-
naacutemico incluye el oroacutegeno Beacutetico-Rifentildeo el prisma de acrecioacuten del Golfo
de Caacutediz y las cuencas y maacutergenes de los mares de Alboraacuten y Argelino-
Balear occidental
Se pretende configurar una base de datos y resultados multidisciplinares que permi-
ta resolver los interrogantes actualmente existentes mediante estrategias novedosas
de interpretacioacuten conjunta
Objetivo fundamental del programa es incrementar decisivamente la informacioacuten
disponible con el despliegue sobre el terreno de una plataforma IberArray de
observacioacuten tecnoloacutegica multiinstrumental y de gran resolucioacuten
En cuanto a finalidades para aplicabilidad a intereses nacionales de los resultados
esperables estas investigaciones propician un incremento en la infraestructura geo-
loacutegica y geofiacutesica en cordilleras y cuencas de aguas territoriales espantildeolas En su
caso pueden ser aplicadas a actuaciones dirigidas a prevenir y disentildear planes de
contingencia para riesgos geoloacutegicos y tambieacuten medioambientales especialmente
en aquellas zonas en que se producen considerables terremotos y numerosos desli-
zamientos del terreno relacionados con el desarrollo actual del relieve y la elevacioacuten
de maacutergenes continentales Su aplicacioacuten en el aacutembito marino afecta a diversas
aacutereas con importante traacutefico mariacutetimo turiacutestico y comercial y viacuteas de paso obligado
para mercanciacuteas peligrosas Tambieacuten es posible la transferencia de nuestros resul-
tados al sector industrial especialmente en cuanto a la potencialidad en hidrocarbu-
ros en determinadas cuencas que han sido y son actualmente sujeto de exploracio-
nes comerciales por compantildeiacuteas petroleras nacionales y extranjeras
Figura 339 Equipos GPS de la Red Topo-Iberia
3 Introduccioacuten
109
Como se ha comentado uno de los objetivos principales del proyecto Topo-Iberia
es obtener informacioacuten sobre el estado de esfuerzos y la deformacioacuten dentro de la
Peniacutensula Ibeacuterica y sus maacutergenes puesto que los equipos GPS permiten medir la
deformacioacuten actual y proporcionan informacioacuten sobre tectoacutenica activa detectando
movimientos relativos entre las estaciones del orden de mmantildeo el proyecto Topo-
Iberia cuenta con un subproyecto GPS que preveacute el despliegue de una red semi-
permanente de 25 GPS de registro continuo durante un periodo de al menos 30
meses que se muestran en la Figura 339 Los equipos GPS cubriraacuten varias transec-
tas y zonas estrateacutegicas complementando los instrumentos actualmente disponibles
instalados por diversas instituciones Informacioacuten maacutes detallada acerca de este pro-
yecto se puede encontrar en su paacutegina web
httpwwwigmeesinternetTopoIberiametodologiashtmltheta
32514 Proyecto CAP (Central Andes Proyect)
Constituye un proyecto cientiacutefico auspiciado por la Fundacioacuten Nacional de Ciencias
de los Estados Unidos de Norteameacuterica y desarrollado por los Doctores Robert
Smalley Jr de la Universidad de Memphis y Mike Bevis de la Universidad de Ohio
que comenzoacute en el antildeo 1992 y consiste en el estudio de la deformacioacuten y desplaza-
miento de la corteza terrestre particularmente en la zona andina en la Repuacuteblica
Argentina
Informacioacuten maacutes detallada acerca del proyecto se puede encontrar en su paacutegina
web httpwwwigngobarNuestrasActividadesIDProyectosColaboracionCap
Figura 340 Central Andes Projetc Desplazamientos cosiacutesmicos asociados al terremoto de Chile
del 27 de febrero de 2010 de 88 Mw
3 Introduccioacuten
110
Desde los inicios del proyecto el Instituto Geograacutefico Nacional de Argentina
(IGN) estuvo directamente vinculado al mismo a traveacutes de la ejecucioacuten de medicio-
nes de campantildea a lo largo de toda la Repuacuteblica Argentina
Estas mediciones se realizan con receptores GPS de uacuteltima generacioacuten ubicados
satisfaciendo las necesidades del proyecto algunos de ellos se instalaron de forma
permanente y han constituido la base sobre la cual se ha desarrollado la Red Argen-
tina de Monitoreo Satelital Continuo (RAMSAC) administrada por el IGN Otros
puntos son medidos mediante campantildeas de observacioacuten El resultado de uno de sus
trabajos concretamente el estudio de los desplazamientos cosiacutesmicos asociados al
terremoto de Chile del 27 de febrero de 2010 se muestra en la Figura 340
La eleccioacuten y materializacioacuten de los puntos en el terreno es uno de los aspectos
fundamentales del eacutexito del proyecto debido al nivel de precisioacuten de la determina-
cioacuten de las coordenadas de los mismos En este aspecto el IGN capacita a sus profe-
sionales para esta tarea y lo estaacute haciendo actualmente en el procesamiento cientiacutefi-
co de los datos con el software GAMIT ndash GLOB K
A lo largo de maacutes de 15 antildeos de trabajo en conjunto entre las Instituciones y los
profesionales de cada una de las mismas se han publicado numerosos trabajos en
congresos internacionales y en las revistas cientiacuteficas maacutes prestigiosas del mundo
32515 Proyecto Corner Andes Project
El proyecto Corner Andes Project se basa en que los Andes presentan una oportuni-
dad uacutenica para estudiar los procesos de orogeacutenesis producidos por un proceso de
subduccioacuten de una placa oceaacutenica Por otra parte el conocimiento detallado de los
recursos hiacutedricos minerales e hidrocarburos es de vital importancia ya toda la re-
gioacuten presenta considerables riesgos siacutesmicos y volcaacutenicos
El proyecto busca entender en este laboratorio natural los procesos tectoacutenicos y
superficiales con estudios integrados que utilizan la sismologiacutea la geofiacutesica la
geologiacutea estructural y neotectoacutenica petrologiacutea iacutegnea y geoquiacutemica estratigrafiacutea
fiacutesica y anaacutelisis de cuencas la geomorfologiacutea la paleoclimatologiacutea y glaciologiacutea Es
de sentildealar que para la realizacioacuten de estos estudios el uso de las teacutecnis GNSS es
fundamental El aacutembito regional del proyecto constituye el oroacutegeno andino entre el
sur de Peruacute y la Patagonia con los esfuerzos concentrados en Argentina Chile y
Bolivia El proyecto se ha enriquecido y fortalecido por una estrecha cooperacioacuten
con los geocientiacuteficos de Ameacuterica Latina en la industria instituciones puacuteblicas y el
mundo acadeacutemico Informacioacuten maacutes detallada acerca del proyecto se puede encon-
trar en su paacutegina web httpwwwgeocornelledugeologycap
3 Introduccioacuten
111
Objetivos de del proyecto
La mayor parte de la investigacioacuten llevada a cabo por los miembros de Corner An-
des Project se ha centrado en Argentina y Chile aunque tambieacuten se ha trabajado en
Venezuela Bolivia Peruacute y Colombia
Los proyectos de investigacioacuten actuales maacutes importantes son los siguientes
- Estudio de la zona de subduccioacuten del norte de Chile
- Deformacioacuten asociada con la subduccioacuten
- Volcanismo Cenozoico en Argentina central y Chile relacioacuten del magma-
tismo con los aacutengulos de la zona de subduccioacuten y los procesos de la evolu-
cioacuten litosfeacuterica continental
- Las variaciones geoquiacutemicas temporales y espaciales en la zona de rocas
magmaacuteticas de la Patagonia Implicaciones para la evolucioacuten cortical y del
Manto
- Estudio de los cambios climaacuteticos en el inicio del Cuaternario en el desierto
de Atacama y sus relaciones con las aguas subterraacuteneas
- Paleoclima del Mioceno en las tierras bajas de los Andes Centrales
- La rotacioacuten de la vertiente occidental de los Andes Centrales y el origen de
las cuencas sedimentarias del Salar de Atacama y Calama
- Movimiento y migracioacuten de magma volcaacutenico
- Ciclo siacutesmico en la regioacuten andina
3252 Programas nacionales
32521 Programa Earth Scope
Earth Scope es un programa de la National Science Foundation (NSF) que desplie-
ga miles de instrumentos de prospeccioacuten siacutesmica GPS y otros instrumentos geofiacutesi-
cos para estudiar la estructura y la evolucioacuten de Ameacuterica del Norte (ver Figura
341) asiacute como los procesos que producen terremotos y erupciones volcaacutenicas Se
trata de un proyecto que fomenta la colaboracioacuten entre cientiacuteficos educadores
responsables poliacuteticos y ciudadanos para divulgar los avances cientiacuteficos en la
materia Maacutes informacioacuten acerca del proyecto se puede encontrar en su paacutegina web
httpwwwearthscopeorg
Objetivos del proyecto
Ameacuterica del Norte posee uno de los registros maacutes completos de formacioacuten modifi-
cacioacuten y destruccioacuten continental El objetivo de Earth Scope es usar Norteameacuterica
como un laboratorio natural para obtener conocimientos fundamentales sobre coacutemo
funciona la Tierra La complejidad de los procesos geoloacutegicos requiere estudios
multidisciplinares de cientiacuteficos especializados en ciencias de la Tierra Con el pro-grama se pretende alentar a los cientiacuteficos desde un punto de vista maacutes creativo
3 Introduccioacuten
112
permitiendo que las ideas innovadoras proporcionen nuevos conocimientos sobre el
pasado el presente y el futuro del planeta en que vivimos
Figura 341 Red de instrumentacioacuten desplegada en el proyecto Earth Scope www Earhsco-
peorgcurrent_status 10-2013
La temaacutetica estudiada se puede dividir en varias categoriacuteas generales
- Procesos en los maacutergenes convergentes Constituyen algunos de los entor-
nos maacutes dinaacutemicos tectoacutenicamente de la Tierra
- Tensioacuten y deformacioacuten de la corteza La forma en que la Tierra soacutelida res-
ponde a las fuerzas tectoacutenicas
- Deformacioacuten y evolucioacuten de las estructuras continentales Estudio del mar-
gen activo de Ameacuterica del Norte
- Fallas tectoacutenicas y procesos involucrados en los terremotos EarthScope es-
taacute investigando el desarrollo de modelos de prediccioacuten de terremotos des-
entrantildeando los procesos activos y dinaacutemicos a lo largo de fallas
- Estructura y dinaacutemica del interior de la Tierra Uno de los objetivos funda-
mentales es la mejor comprensioacuten de los procesos internos de la Tierra y la
evolucioacuten de la Litosfera continental en relacioacute a los procesos del Manto
superior es un objetivo principal de EarthScope Aprenda maacutes sobre coacutemo
la investigacioacuten EarthScope estaacute impulsando descubrimientos en esta aacuterea
3 Introduccioacuten
113
- Vulcanismo Ameacuterica del Norte posee una amplia gama de sistemas mag-
maacuteticos como los claacutesicos volcanes de maacutergenes convergentes de Casca-
dia y las Aleutianas
32522 Southern California Integrated GPS Network (SCIGN)
La red SCIGN constituye un conjunto de 250 estaciones permanentes distribuidas a
lo largo del sur de California con una mayor densificacioacuten en el aacuterea metropolitana
de Los Aacutengeles La red comienza a instalarse desde hace una deacutecada hasta llegar a
su conformacioacuten actual Maacutes informacioacuten se puede encontrar en la web
wwwscecorg
Figura 342 Mapa en el que se muestran los vectores de desplazamiento de la corteza terrestre en
el sur de California seguacuten la SCIGN wwwscecorginstanet01newsspot010828
El 2 de julio de 2001 cuatro diacuteas antes de su inauguracioacuten programada SCIGN
alcanzoacute su objetivo meta de 250 estaciones operativas diseminadas por todo el sur
de California y el norte de Baja California Meacutexico
3 Introduccioacuten
114
Las estaciones SCIGN estaacuten dirigidas por las siguientes agencias
- 125 estaciones centrales son financiadas por la National Science Founda-
tion (NSF)
- 95 estaciones a lo largo de la Falla de San Andres y en la zona urbana de
Los Angeles que son gestionadas por la oficina local de Pasadena del Ser-
vicio Geoloacutegico de EEUU
- Las estaciones restantes que son gestionadas por el Jet Propulsion Labora-
tory y otras agencias
Objetivos de la red
El sur de California es un lugar sujeto a fuerzas tectoacutenicas de cizalladura estirando
y comprimiendo la corteza terrestre con un patroacuten complejo Estas deformaciones
lentas pero continuas se producen fundamentalmente en las principales fallas tectoacute-
nicas activas responsables por otra parte de la alta sismicidad de la regioacuten La pre-
gunta que trata de responder la SCIGN es si a traveacutes del patroacuten de deformacioacuten se
pueden prever con maacutes precisioacuten futuros terremotos
La red SCIGN fue construida con cuatro grandes objetivos cientiacuteficos en mente
SCIGN estaacute disentildeada para proporcionar una cobertura regional que mejore las esti-
maciones de riesgo siacutesmico identificando fallas activas empujes debajo de Los
Angeles variaciones en las tensiones medidas y mediciones de movimientos per-
manentes mayores de 1 mm no detectables por los sismoacutegrafos (ver figura 37)
incluyendo la respuesta de las fallas a los cambios de tensioacuten regionales La red
consigue esos objetivos haciendo mediciones geodeacutesicas precisas y continuas que
revelan el pequentildeo movimiento continuo producto de la tensioacuten que se transmite a
traveacutes de la corteza en el sur de California Como es conocido la tensioacuten acumulada
estaacute directamente relacionada con la peligrosidad siacutesmica Estas mediciones contri-
buyen a la evaluacioacuten del peligro ayudando y concienciando a los ciudadanos a
prepararse Por lo tanto este instrumento puramente cientiacutefico puede producir efec-
tos sociales positivos siendo sin duda eacuteste el objetivo uacuteltimo del proyecto SCIGN
Los productos generados con los datos SCIGN al igual que esos datos son de libre
acceso en wwwscignorg
32523 Crustal deformation monitoring (United States Geological Survey
USGS)
La superficie de la Tierra estaacute siendo deformada a traveacutes de fallas tectoacutenicas que
acumulan tensioacuten y que se deslizan con el tiempo El USGS utiliza mediciones GPS
para controlar este movimiento cerca de fallas activas
El USGS utiliza GPS para medir la deformacioacuten de la corteza en todo los Estados Unidos Sin embargo la mayor parte del trabajo se concentra en los estados del
3 Introduccioacuten
115
oeste como se puede ver en la figura 38 donde se producen la mayoriacutea de los te-
rremotos y donde las tasas de deformacioacuten de la corteza son maacutes altas
La superficie de la
Tierra cerca de las
fallas activas se
deforma antes du-
rante y despueacutes de
los terremotos Del
mismo modo la
superficie cercana a
los volcanes activos
tambieacuten se deforma
como consecuencia
de las erupciones y
la evolucioacuten volcaacute-
nica La deforma-
cioacuten de la corteza se
puede estudiar des-
de diferentes teacutecni-
cas de observacioacuten
movimiento relativo
de puntos de la
superficie de la Tierra inclinacioacuten del suelo tensiones y deslizamientos de falla El
USGS habitualmente mide estos y otros paraacutemetros que reflejan esta deformacioacuten
32524 Programa CMONOC (Cristal Movement Observation Network of China)
El objetivo cientiacutefico de Crustal Movement Observation Network of China es fun-
damentalmente la prediccioacuten de terremotos aunque tambieacuten satisface necesidades
en el campo de la Geodesia dando servicios de GNSS diferencial en el campo de la
Meterorologiacutea etc Por este motivo estaacute gestionado por el ldquoFirst Crustal Deforma-
tion Monitoring Center China Seismological Bureau Tianjin 300180 Chinardquo
Las caracteriacutesticas principales de la CMONOC son la alta precisioacuten y estabilidad de
sus observaciones la toma de gran cantidad de datos y el procesamiento de esos
datos en tiempo real de forma raacutepida y precisa
El sistema CMONOC consta de cuatro partes la red fiducial la red baacutesica la red
local y el sistema de transmisioacuten procesamiento y anaacutelisis de datos
La red fiducial de CMONOC consta de 25 estaciones GPS en observacioacuten continua
Algunas de estas estaciones tambieacuten utilizan teacutecnicas VLBI y SLR Con una dis-
tancia media de aproximadamente 700 km entre estaciones adyacentes la funcioacuten
Figura 343 Red de estaciones GPS permanentes y no permanentes
del oeste de EEUU httpearthquakeusgs govmonitoringgps
3 Introduccioacuten
116
principal de la red fiducial es el control de los movimientos tectoacutenicos de los blo-
ques de primer orden de China continental Las estaciones fiduciales estaacuten construi-
das sobre la roca madre Las precisiones de alcanzadas son de 13 mm para las
variaciones anuales de las liacuteneas base entre estaciones fiduciales adyacentes 15
mm para las variaciones anuales de las liacuteneas base entre estaciones VLBI adyacen-
tes 21 cm para la determinacioacuten de las coordenadas absolutas de estaciones SLR y
08 - 49 Gal para las medidas absolutas de gravedad La red fiducial se puso en
funcionamiento el 1 de abril de 2000
La red baacutesica se compone de 56 estaciones GPS en las que se realizan observacio-
nes perioacutedicas Como complemento a la red fiducial la red baacutesica se utiliza princi-
palmente para controlar la deformacioacuten de la corteza en y entre los bloques de pri-
mer orden Las estaciones estaacuten dispuestas de manera uniforme junto con las
estaciones fiduciales con una distancia media entre ellas de alrededor de 350 km
Dos mediciones de la red baacutesica se llevaron a cabo tanto en 1998 y 2000 con preci-
siones de menos de 3 mm para la componente horizontal y menos de 10 mm para
la componente vertical
La red local estaacute constituida por 1000 estaciones GPS en las que se realizan obser-
vaciones de manera esporaacutedica Estaacuten dispuestas en diez aacutereas de especial intereacutes
para su monitorizacioacuten Cerca de 700 de ellas se concentran a lo largo de las princi-
pales zonas tectoacutenicas y siacutesmicas con el objetivo de la prediccioacuten de terremotos
Alrededor de 300 de ellas estaacuten dispuestas de manera uniforme en todo el paiacutes co-
mo complemento a las redes fiducial y baacutesica para vigilar los movimientos de los
grandes bloques tectoacutenicos La red local se establecioacute en agosto de 1998 la primera
medicioacuten se realizoacute en 1999 y maacutes de 800 estaciones se volvieron a observar en
2001 Los resultados obtenidos indican que las presiones son mejores de 3 mm para
la componente horizontal y de 10 mm para la vertical
La organizacioacuten del proyecto se basa en un centro de datos y tres subsistemas de
intercambio de datos El centro de datos es el responsable de las operaciones y ges-
tioacuten de la red procesamiento y anaacutelisis de datos que se aplican directamente para la
prediccioacuten de terremotos y mitigacioacuten de desastres El centro de datos tambieacuten pro-
porciona los elementos baacutesicos para cada subsistema de intercambio de datos y de
los ministerios y comisiones relacionados Los subsistemas de intercambio de datos
proporcionan informacioacuten a la comunidad investigadora al programa de Geodinaacute-
mica espacial de Asia y el Paciacutefico y a la red de control geodeacutesico nacional de
Topografiacutea y Cartografiacutea La construccioacuten del centro de datos se llevoacute a cabo en el
antildeo 2000 Sus caracteriacutesticas teacutecnicas principales son 310 Mb diarios para la reco-
leccioacuten de datos 50 Gb para el almacenamiento de datos en liacutenea y 220 estaciones
para el procesamiento de datos A finales del antildeo 2000 probado y revisado por el
Comiteacute de Aceptacioacuten de Estado la red en su conjunto alcanzoacute y superoacute las normas
de calidad preestablecidas y se puso en funcionamiento
3 Introduccioacuten
117
Con una superficie de 95 en la parte continental de China CMONOC ha elevado
la precisioacuten de la medicioacuten tradicional del movimiento de la corteza en China en
tres oacuterdenes de magnitud y la eficiencia de observacioacuten por diez veces Se ha cu-
bierto el objetivo de la monitorizacioacuten casi instantaacutenea de todo el paiacutes y se ha au-
mentado la capacidad de predecir un gran terremoto en China La oficina sismoloacute-
gica de China ya ha utilizado los datos GPS observados en el examen anual
sismoloacutegico y ha obtenido mejores resultados en las predicciones de terremotos
para medio y largo plazo Se ha aumentado la precisioacuten de la red de control geodeacute-
sico mejorando los sistemas geodeacutesicos aplicados en la Topografiacutea y Cartografiacutea del
paiacutes
En los uacuteltimos tres antildeos el CMONOC funciona con normalidad Siete estaciones
fiduciales forman parte de la red de estaciones IGS y los datos obtenidos a partir de
la red se han utilizado en multitud de estudios cientiacuteficos En la Figura 344 se
muestra la tasa de movimiento horizontal de la corteza continental China basada en
los datos de CMONOC
Figura 344 Velocidades horizontales de las estaciones pertenecientes a la red fiducial de CMO-
NOC y principales unidades tectoacutenicas de China (Liren et al 2003)
32525 Islandia Red ISGPS
Islandia se situacutea en el tercio septentrional de la dorsal atlaacutentica que con un eje nor-
te-sur disecciona la isla y al mismo tiempo sirve de liacutemite a las placas continenta-
les americana y eurasiaacutetica La enorme actividad siacutesmica a lo largo de este acciden-
3 Introduccioacuten
118
te geoloacutegico se manifiesta mediante potentes erupciones submarinas bajo el Atlaacuten-
tico y en forma de afloramientos insulares de naturaleza volcaacutenica
Como consecuencia de estas fuerzas tectoacutenicas el territorio formado por una buena
parte de los fiordos occidentales asiacute como una amplia extensioacuten de la franja orien-
tal de Islandia surgieron del mar hace 16 millones de antildeos por lo que desde el
punto de vista geoloacutegico la isla es una de las masas terrestres maacutes joacutevenes del pla-
neta
Figura 345 Red ISGS de estaciones permanentes en Islandia (ISGPS)
La ubicacioacuten de Islandia sobre la mismiacutesima dorsal atlaacutentica y la consecuente parti-
cioacuten de su tierra emergida en dos mitades pertenecientes a cada una de las mencio-
nadas placas tectoacutenicas origina que los seiacutesmos y las erupciones volcaacutenicas se ma-
nifiesten continuamente hasta el punto de haberse estimado que la tercera parte de
todas las coladas de lava surgidas en el globo en uacuteltimo milenio se han generado en
la Islandia
La Oficina Meteoroloacutegica Islandesa gestiona una red de estaciones geodeacutesicas per-
manentes GPS en Islandia para monitorizar la deformacioacuten cortical relacionada con
los movimientos tectoacutenicos la actividad volcaacutenica y los terremotos Con instrumen-
tos de calidad geodeacutesica y software especializado se obtienen posiciones diarias de
las estaciones dentro del rango de unos pocos miliacutemetros Estaciones CGPS por lo
tanto son una excelente herramienta para monitorear la deformacioacuten cortical
3 Introduccioacuten
119
Se puede obtener informacioacuten adicional acerca de esta red en la paacutegina web
httphraunvedurisjaenglishwebgpshtml
La red se inicioacute como un proyecto de colaboracioacuten en el antildeo 1999 para vigilar los
movimientos de la corteza terrestre en zonas tectoacutenicas y volcaacutenicas activas en Is-
landia
Actualmente hay 18 estaciones GPS continuas en Islandia (ver Figura 345) de las
cuales 14 pertenecen a la red ISGPS tres son estaciones IGS y una es gestionada
por la National Land Survey of Iceland El disentildeo de la red ISGPS estaacute se basa en la
simplicidad robustez y eficiencia de costes El nuacutemero de componentes eleacutectricos
en el campo se reduce al miacutenimo se utiliza un disentildeo de monumento de acero
inoxidable para conseguir una alta estabilidad
Los datos de las estaciones ISGPS se descargan automaacuteticamente y se procesan a
diario Se utiliza el software Oberland V42 para procesar los datos Las series ob-
servadas en la mayoriacutea de estaciones de ISGPS estaacuten dominadas por el movimiento
causado por la divergencia de las placas norteamericana y euroasiaacutetica en general
de acuerdo con el modelo NUVEL-1A Las discrepancias se observan en las esta-
ciones que estaacuten dentro de la zona de deformacioacuten liacutemite de placas o cerca de fuen-
tes de deformacioacuten volcaacutenica La red ISGPS a lo largo del tiempo que lleva operati-
va ha demostrado ser una herramienta muy valiosa para monitorizar las
deformaciones
32526 Japoacuten Red GEONET
El archipieacutelago de Japoacuten se ubica en una de las zonas geoloacutegicamente maacutes inesta-
bles y complejas del planeta Se trata de un paiacutes altamente siacutesmico debido a su ubi-
cacioacuten en el Cinturoacuten de Fuego del Pacifico El territorio japoneacutes es el resultado de
continuos e inmensos movimientos tectoacutenicos que llevan producieacutendose durante
centenares de millones de antildeos desde mediados del Periacuteodo Siluacuterico hasta el Pleis-
toceno Este proceso tiene su origen en la subduccioacuten de la placa Filipina y la placa
Paciacutefica debajo de las continentales placa Ojotsk (subplaca de la placa Euroasiaacutetica)
y placa Amuria (subplaca de la Norteamericana)
En Japoacuten los temblores de tierra son frecuentes (con una intensidad reducida a mo-
derada) Tienen lugar maacutes de 5000 movimientos siacutesmicos al antildeo de los cuales
1000 son percibidos por la poblacioacuten y de ellos soacutelo unos cuantos son terremotos
violentos
La autoridad responsable de la informacioacuten geoespacial en Japoacuten ( Geographical
Survey Institute GSI) gestiona una red de estaciones de control GNSS que cubren
archipieacutelago japoneacutes con maacutes de 1200 estaciones con una separacioacuten promedio de
unos 20 km (desde marzo de 2004) para la monitorizacioacuten de la deformacioacuten de la
corteza terrestre para la realizacioacuten de trabajos topograacuteficos Se puede obtener maacutes
3 Introduccioacuten
120
informacioacuten acerca de esta red en su paacutegina web
httpterrasgsigojpjaterras_englishhtml
Los datos de observacioacuten
recogidos en cada estacioacuten
estaacuten abiertos para uso puacuteblico
y privado en Japoacuten Los fiche-
ros en formato RINEX con
intervalo de 30 segundos se
facilitan al puacuteblico a traveacutes de
Internet
Recientemente se actualizoacute el
sistema GEONET para mejo-
rar las capacidades en tiempo
real En la mayoriacutea de las
estaciones se observan y
transmiten datos a 1 Hz en
tiempo real Estos datos en
tiempo real dan servicio a los
usuarios comerciales de servi-
cio de posicionamiento
Por parte de GSI actualmente
se llevan a cabo anaacutelisis casi
en tiempo real de las 1200
estaciones de forma rutinaria
para prevenir situaciones de
emergencia o para dar una respuesta raacutepida a un episodio siacutesmico o volcaacutenico (Ha-
tanaka et al 2007)
32527 Programa indio de red nacional GNSS para el control de deformacioacuten
cortical
El subcontinente indio es una de las regiones maacutes propensas a terremotos del mun-
do En el uacuteltimo siglo varios terremotos de gran magnitud como el de Andaman-
Sumatra (Mw 93) en 2004 y el de 2005 en Cachemira (Mw 76) cuyos epicentros
se situaron tanto en el interior como en el borde de placa La regioacuten cuenta con una
tectoacutenica muy compleja incluyendo los principales sistemas de fallas de la zona de
colisioacutendel Himalaya
Mediante teacutecnicas geodeacutesicas GNSS se pretende comprender la dinaacutemica tectoacutenica
de la zona y medir la acumulacioacuten de esfuerzos
En India los estudios geodeacutesicos basados en teacutecnicas espaciales se iniciaron con el
lanzamiento de un amplio Programa Nacional GNSS en sismologiacutea por el Departa-
Figura 346 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones
de GEONET Hatanaka et al 2007)
3 Introduccioacuten
121
mento de Ciencia y Tecnologiacutea en 1997 Bajo este programa fue establecida una
red de 50 estaciones permanentes GNSS en ubicaciones adecuadas para la investi-
gacioacuten siacutesmica (ver Figura 347)
El programa GNSS Nacional
Indio se estaacute llevando a cabo
con el fin de proporcionar un
impulso a las medidas de
deformacioacuten cortical de la
placa India la identificacioacuten
de las regiones de acumula-
cioacuten de tensioacuten y para esti-
mar las tasas de convergencia
de las fallas maacutes importantes
Bajo este programa se ha
establecido la red de estacio-
nes GNSS permanentes La
red ha generado conjuntos de
datos muy valiosos que han
ayudado en la estimacioacuten de
movimiento de la placa india
Las mediciones tambieacuten se
han utilizado en el control de
deformaciones co-siacutesmicas y
post-sismicas relacionadas con los recientes terremotos ocurridos en la India y las
regiones adyacentes Se puede obtener maacutes informacioacuten acerca de este programa en
la paacutegina web httpwwwisrogovinnewsletterscontentsspaceindiajan2012-
jun2012enewsletterhtm
32528 Turquiacutea Programas del grupo de trabajo en Geodinaacutemica Unioacuten
nacional de Geodesia y Geofiacutesica de Turquiacutea
Turquiacutea estaacute situada en la placa de Anatolia entre las placas de Arabia y Euro-
asia Como consecuencia del movimiento convergente entre eacutestas se produce
un desplazamiento hacia el oeste de la placa de Anatolia Este desplazamiento
se manifiesta a traveacutes de las fallas septentrional y oriental de Anatolia Las fa-
llas transformantes norte y este de Turquiacutea son normalmente verticales y atra-
viesan toda la corteza terrestre con un trazado maacutes o menos lineal que alcanza
cerca de mil kiloacutemetros de longitud siendo aquiacute donde principalmente se locali-
zan los grandes terremotos que suceden en esta regioacuten
La falla de Anatolia es de tipo transformante tiene unos 900 km de longitud y
sus longitudes y tasa de movimiento son similares a los de la falla de San An-
dreacutes en California (Estados Unidos)
Figura 347 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones de la red nacional GNSS india
3 Introduccioacuten
122
Aunque la regioacuten tiene una larga historia de terremotos destructivos el terremo-
to de Izmit en agosto de 1999 fue de los maacutes importantes de este siglo en mag-
nitud y consecuencias
Red turca de estaciones GPS permanentes (TNPGN)
La red TNPGN estaacute formada por 144 estaciones (ver figura 348) aunque esaacute en
continuo crecimiento debido al gran intereacutes que ha despertado en la comunidad
cientiacutefica Los anaacutelisis de los datos de las estaciones TNPGN se llevan a cabo en la
Direccioacuten General de Cartografiacutea sobre una base diaria La finalidad de la red es
fundamentalmente geodeacutesica topograacutefica geodinaacutemica y para trabajos de ingenie-
riacutea
Figura 348 Distribucioacuten geograacutefica de las estaciones de la red TUSAGA Kurt M et al 2011
Las estaciones son TNPGN son utilizadas profusamente en control geodeacutesico y
vigilancia de los movimientos de la corteza terrestre siendo una herramienta indis-
pensable para la investigacioacuten de la actividad tectoacutenica y siacutesmica de una regioacuten muy
activa como es Anatolia y sus alrededores
Igualmente los datos de TUSAGA proporcionan una ayuda importante para la pre-
diccioacuten meteoroloacutegica a corto plazo
32529 Red Geodeacutesica Nacional SIRGAS-Chile Proyecto Feacutenix
Al final del Paleozoico hace 251 millones de antildeos Chile perteneciacutea al bloque con-
tinental denominado Gondwana No era maacutes que una depresioacuten marina con sedi-
mentos acumulados que comenzoacute a levantarse a finales del Mesozoico hace
65 millones de antildeos debido al choque entre las placas de Nazca y Sudamericana
dando origen a la cordillera de los Andes El territorio seriacutea modelado por millones
de antildeos maacutes debido al plegamiento de las rocas configurando el actual relieve
3 Introduccioacuten
123
Chile es considerado uno de los paiacuteses siacutesmicamente maacutes activos debido a su ubica-
cioacuten en el Cinturoacuten de fuego del Paciacutefico Gran parte del territorio continental yace
junto a la zona de subduccioacuten de la placa de Nazca bajo la placa Sudamericana En
cambio al sur del istmo de Ofqui en la Regioacuten de Ayseacuten la subduccioacuten es produ-
cida por la placa Antaacutertica que se mueve a menor velocidad que la de Nazca y por
ende es siacutesmicamente menos activa
A lo largo de su historia diversos terremotos han azotado al paiacutes reconfigurando
su geografiacutea fiacutesica y humana siendo el tipo de cataacutestrofe natural maacutes dantildeino en
Chile Al movimiento siacutesmico en siacute y a la destruccioacuten producida se suman diversos
efectos colaterales entre los que se destacan los aludes y los tsunamis
El terremoto de Chillaacuten de 1939 ha sido el maacutes mortiacutefero en la historia de Chi-
le con una cifra oficial de 5648 muertos El terremoto de Valdivia de 1960 ha sido
el maacutes potente registrado en Chile y en la historia de la humanidad con una magni-
tud de 95 MW
Objetivos del proyecto
Muchas infraestructuras del centro sur de Chile fue dantildeada por el terremoto del 27
de febrero del 2010 el quinto maacutes grande registrado en la historia El sistema geo-
deacutesico nacional que proporciona georreferenciacioacuten de precisioacuten a los usuarios
tambieacuten ha sido afectado por los movimientos cosiacutesmicos y postsiacutesmicos asociados
a este devastador terremoto y a sus reacuteplicas posteriores La manera maacutes raacutepida de
restaurar el sistema de referencia al nivel del centiacutemetro en las aacutereas afectadas es
construir una gran cantidad de nuevas estaciones permanentes GPS lo maacutes raacutepida-
mente posible Eacuteste es el objetivo principal del proyecto y de los miembros que lo
componen
El Proyecto Feacutenix estaacute conformado por el Instituto Geograacutefico Militar (IGM) inge-
nieros y cientiacuteficos del proyecto CAP (Central Andes Project) maacutes un nuacutemero cre-
ciente de colaboradores de Chile de los EEUU Europa y otras partes El Proyec-
to CAP ha estado desarrollando trabajos en conjunto con el IGM en Chile desde
1993 El proyecto Feacutenix ha recibido ya la financiacioacuten significativa del National
Science Foundation (NSF) de los EEUU de la Universidad de Estado de Ohio
de la Universidad de Hawaii del Instituto Tecnoloacutegico de California y de UNA-
VCO (Consorcio cientiacutefico financiado por el NSF)
El Proyecto Feacutenix participa activamente con la Universidad de Chile California
Institute of Technology (USA) Escuela Normal Superior (Francia) Hamilton Co-
llege (USA) y Pacific Geoscience Center (Canada)
3 Introduccioacuten
124
En concreto las actuaciones del proyecto SIRGAS son las siguientes
- Instalacioacuten de 50 estaciones permanentes GPS para labores de monitoriza-
cioacuten cntinuo sumadas a las estaciones ya existentes
- Comunicaciones
- Determinacioacuten de las deformaciones que afectaron a la Red Geodeacutesica Na-
cional su continuidad y validez en el tiempo
- Caacutelculo de efecto co-siacutesmico
- Estimacioacuten del efecto post-siacutesmico
- Anaacutelisis cientiacutefico del terremoto del 27 de febrero del 2010
4 Estudios realizados
125
4 Estudios realizados
El sesenta por ciento de las muertes causadas por desastres naturales en la pasada
deacutecada se debieron a terremotos La monitorizacioacuten de terremotos ha cobrado gran
importancia en los recientes estudios cientiacuteficos y una de las maacutes recientes incorpo-
raciones a las numerosas teacutecnicas interdisciplinares utilizadas para estudiar los te-
rremotos son las tecnologiacuteas GNSS
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento permanente de las aacutereas
cercanas al epicentro Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes
han creado una herramienta y un marco de referencia terrestre esencial para el estu-
dio de dichos desplazamientos
En la tesis que se presenta se trata de situar y cuantificar geograacutefica y temporalmen-
te mediante teacutecnicas GNSS los desplazamientos producidos en el episodio siacutesmi-
co del terremoto de Tohoku el 11 de marzo de 2011 el episodio siacutesmico del terre-
moto de Lorca del 11 de mayo de 2011 el terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre
de 2011 el volcaacuten submarino de El Hierro que entroacute en erupcioacuten el 10 de octubre
de 2011 la subsidencia histoacuterica de la cuenca de Lorca y el movimiento relativo
entre las placas Africana y Eurasiaacutetica en la Peniacutensula Ibeacuterica
4 Estudios realizados
126
41 Desplazamiento de estaciones permanentes GNSS en funcioacuten de la
distancia al epicentro a consecuencia del terremoto de Japoacuten del 11
de marzo de 2011
411 Introduccioacuten
De acuerdo con el UNFPA (United Nations Population Fund) a fecha de 31 de
octubre de 2011 siete mil millones de personas habitan la Tierra Aproximadamen-
te una de cada dos personas vive en una ciudad y soacutelo en unos 35 antildeos dos de cada
tres En 2015 maacutes de la mitad de la poblacioacuten mundial viviraacute en zonas urbanas y en
2030 las ciudades seraacuten el hogar de casi 5000 millones de personas (United Na-
tions Population Fund 2012)
Seguacuten el CRED (Centre for Researchonthe Epidemiology of Disasters) el 60 por
ciento de las muertes causadas por los desastres naturales en los uacuteltimos diez antildeos
se han debido a los terremotos y la razoacuten es que ocho de las ciudades maacutes pobladas
del planeta estaacuten construidas sobre liacuteneas de fallas tectoacutenicamente activas Estas
ciudades son Katmanduacute Nepal Estambul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta
Indonesia Tokio Japoacuten Meacutexico DF Meacutexico Nueva Delhi India aacuterea de Nueva
York EEUU Vancouver BC Shanghai China y Los Angeles EEUU (Centre for
Research on the Epidemiology of Disasters 2012)
Por esta razoacuten el estudio de los terremotos tiene un gran intereacutes para intentar ser
capaces de predecir en queacute aacutereas la probabilidad de ocurrencia de un terremoto es
maacutes grande y en la medida de lo posible cuaacutel seraacute su intensidad Por lo tanto la
monitorizacioacuten de sismos ha adquirido gran importancia en estudios cientiacuteficos
recientes Una de las maacutes recientes adiciones a las numerosas teacutecnicas interdiscipli-
narias empleadas para el estudio de los terremotos son las teacutecnicas geodeacutesicas (Kul-
karni et al 2004)
Con la aparicioacuten de los datos GPS de alta cobertura las diferencias entre las obser-
vaciones y el modelado siacutesmicos y geodeacutesicos se han vuelto borrosas (Yue and Lay
2011) Wright TJ (2011) utiliza el posicionamiento de punto preciso en el modo
tiempo real con con correcciones de orbitales y de reloj radiodifundidas para dar la
posicioacuten de cada estacioacuten cada segundo permitiendo que los datos puedan detectar
los movimientos de la estacioacuten centraacutendose en alertas de tsunami (Wright et al 2012) La disponibilidad en tiempo real de estos desplazamientos puede ser de gran
utilidad en respuesta al terremoto y alerta de tsunami y hasta cierto punto en la
alerta temprana del terremoto (Grapenthin and Freymueller 2011) Grapenthin
propone un meacutetodo que integra desplazamientos en tiempo real en un sistema de
alarma de terremotos
En 1969 el sismoacutelogo japoneacutes Kiyoo Mogi propuso que existe un patroacuten de sismi-
cidad precursora antes de grandes terremotos (Mogi 1969) uno de estos precurso-
res son los desplazamientos de la corteza El estudio de la deformacioacuten de la corteza
4 Estudios realizados
127
es uno de los aspectos esenciales en el conocimiento de los terremotos (Sagiya
2004) Este artiacuteculo es parte de un estudio maacutes amplio dirigido a investigar la de-
formacioacuten de la corteza terrestre como precursor de los eventos siacutesmicos Las de-
formaciones superficiales detectadas mediante el sistema de posicionamiento global
han aumentado las posibilidades de mitigar futuros riesgos siacutesmicos (Chen et al
2011)
El uso del sistema GPS ha sido la teacutecnica maacutes precisa y conveniente en levanta-
mientos geodeacutesicos en los uacuteltimos 20 antildeos Debido a su alta precisioacuten en las posi-
ciones y su eficacia en una amplia gama de trabajos el GPS en la actualidad ha
superado casi en su totalidad a los meacutetodos terrestres para trabajos geodeacutesicos de
alta precisioacuten (Chang 2000)
Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes han creado una he-
rramienta y un marco de referencia terrestre muy relevante para el estudio de las
deformaciones de la corteza terrestre debidas a fuerzas tectoacutenicas Estas tecnologiacuteas
son de gran intereacutes para estudios de geodinaacutemica y deformaciones Aunque la de-
formacioacuten es un indicador maacutes objetivo que el desplazamiento debido a que no se
requiere marco de referencia (Takahashi 2011) las teacutecnicas GNSS permiten cuanti-
ficar con garantiacutea los desplazamientos de las estaciones ocurridos durante los terre-
motos como consecuencia los movimientos horizontales y verticales se pueden
medir en fallas y regiones tectoacutenicamente activas y relacionarlos con otras zonas no
afectadas El sistema GPS ha demostrado ser una herramienta muy eficaz para lle-
var a cabo estudios de deformacioacuten debido a su alta precisioacuten y exactitud (Kulkarni
et al 2006)
Es posible crear mapas de vectores de desplazamiento de estas redes dentro de los
marcos de referencia geodeacutesica que permiten medir con precisioacuten los desplaza-
mientos hasta una escala milimeacutetrica
En Espantildea tanto el Estado como las regiones o comunidades han creado redes de
estaciones permanentes GNSS con densificacioacuten suficiente para evaluar los efectos
siacutesmicos Esta teacutecnica se ha utilizado desde hace tiempo en California para el anaacuteli-
sis de la falla de San Andreacutes y otras fallas en el aacuterea de Los Aacutengeles (Hudnut
2008) Se utiliza tambieacuten en Chile donde la liberacioacuten de energiacutea siacutesmica conduce a
movimientos continuos Los estudios de desplazamiento del terremoto de Maule
(febrero de 2010) se llevaron a cabo mediante teacutecnicas GPS (Global Position Sys-
tem) (Baacuteez et al 2011) En 2007 el comportamiento cinemaacutetico y mecaacutenicas de la
Falla Chihshang a la luz del terremoto Chengkung fue estudiado tambieacuten por teacutecni-
cas GPS (Hu et al 2007)
En Japoacuten donde suceden maacutes del 20 de los terremotos con valores por encima de
magnitud 60 Mw los expertos del USGS han analizado los datos GNSS y han detectado en las estaciones GNSS maacutes cercanas al epicentro del terremoto movi-
mientos de cuatro metros hacia el este El geofiacutesico Ross Stein dice que como re-
4 Estudios realizados
128
sultado (New York Times 2011) Japoacuten es maacutes ancho de lo que era antes Seguacuten
Gross cientiacutefico del JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA la velocidad de
rotacioacuten de la Tierra tambieacuten se ha visto alterada por el terremoto (Jet Propulsion
Laboratory 2011)
No hay duda sobre el hecho de que las teacutecnicas GNSS poseen un gran intereacutes estra-
teacutegico y constituyen una poderosa herramienta en el anaacutelisis de la deformacioacuten de la
corteza terrestre
El presente estudio trata de situar y cuantificar geograacutefica y temporalmente por
medio de tecnologiacuteas geodeacutesicas concretamente teacutecnicas GNSS los desplazamien-
tos producidos en el episodio siacutesmico del terremoto de Tohoku en la Figura 41 se
muestra la secuencia del prograso del citado tsunami La escala temporal incluye
del 27 de febrero hasta el 15 de abril de 2011
El viernes del 11 de marzo del 2011 a las 144623 hora local (054623 UTC) uno
de los terremotos maacutes grandes y mortiacuteferos de los que hay constancia histoacuterica se
produjo a 130 kiloacutemetros al este de Sendai en la regioacuten de Tohoku Japoacuten La mag-
nitud del terremoto alcanzoacute 90 Mw y provocoacute un tsunami que destruyoacute la costa
oeste de la isla de Honshu provocando enormes peacuterdidas humanas y materiales
destacando la crisis producida en la central nuclear de Fukushima
El terremoto de Tohoku se produce en la zona de subduccioacuten de la placa del Paciacutefi-
co bajo la placa de Okhotsk Es una zona tectoacutenicamente compleja y muy activa en
la que la actividad siacutesmica es muy alta La velocidad de convergencia entre estas
dos placas vecinas es de unos 85 mm al antildeo (Spicak and Vanek 2011)
Figura 41 Secuencia del progreso del tsunami en la zona de Sendai NHK Televisioacuten
4 Estudios realizados
129
412 Objetivo de la investigacioacuten
Los terremotos se puede explicar baacutesicamente con la siguiente secuencia temporal
de sucesos En primer lugar la tensioacuten se almacena en estratos deformados maacutes
tarde se produce una ruptura de rocas en un punto deacutebil producieacutendose finalmente
la liberacioacuten repentina de la tensioacuten acumulada (Wang 2007)
Es de sobra conocido que uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento
de forma permanente de las aacutereas cercanas al epicentro los efectos de cada terremo-
to dependen de las caracteriacutesticas del mismo sobre todo de la intensidad y la pro-
fundidad del epicentro (Gianniou 2010)
El objetivo de este artiacuteculo consiste en la cuantificacioacuten de los movimientos tectoacute-
nicos producidos por el terremoto de Tohoku del 11 de marzo de 2011 Esta inves-
tigacioacuten se llevaraacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del Interna-
tional GNSS Service (IGS) con el objetivo de comprobar los movimientos de la
zona afectada por el terremoto en cuestioacuten en relacioacuten con el aacuterea geograacutefica cir-
cundante en principio no afectada por los citados movimientos
413 Antecedentes
La zona de arcos-isla situada al este del continente asiaacutetico conforma una de las
zonas maacutes activas del mundo desde el punto de vista siacutesmico El noreste de Japoacuten
ha sufrido muchos terremotos interplaca de magnitud 7 Mw a lo largo de esta zona
de subduccioacuten donde la placa Paciacutefica presiona y se introduce bajo la subplaca de
Okhotsk a un ritmo de entre 73 y 78 miliacutemetros por antildeo (Avouac 2011)
Seguacuten el USGS (United States Geological Survey) nueve terremotos de magnitud 7
o mayor se han observado a lo largo de la fosa de Japoacuten cerca de la costa de Hons-
hu desde 1973 (Spicak y Vanek 2011)
Sin embargo no se habiacutea registrado instrumentalmente terremotos interplaca de
magnitud superior a 75 Mw desde 1923 excepto en el aacuterea maacutes septentrional don-
de ha habido sismos de magnitud de hasta 79 Mw
No existen registros histoacutericos de movimientos siacutesmicos de 85 Mw desde el siglo
XVII Es de intereacutes resentildear que el mayor terremoto jamaacutes registrado alcanzoacute una
magnitud de 95 Mw en 1960 por la ruptura de maacutes de mil kiloacutemetros del liacutemite
entre la placa de Nazca y la Sudamericana a lo largo de la costa meridional de Chile
(Avouac 2011)
En 2002 los Responsables de Investigacioacuten de Terremotos del gobierno japoneacutes
comenzaron un estudio acerca de la evaluacioacuten a largo plazo de los terremotos en la
zona de subduccioacuten de la regioacuten de Tohoku y estimaron una probabilidad del 80-90 de que en el aacuterea se produjera un gran terremoto de magnitud 77-82 en los
4 Estudios realizados
130
siguientes 30 antildeos pero nunca mencionaron terremotos de magnitud 9 (Sagiya
2011)
414 Marco geoestructural
El archipieacutelago de Japoacuten se ubica en una de las zonas geoloacutegicamente maacutes inesta-
bles y complejas del planeta Consta de alrededor de 1042 islas y maacutes de 2000
islotes Las cuatro islas centrales son las mayores Hokkaidō Honshū Shikoku y
Kyushu que suman alrededor del 98 de la superficie total El conjunto forma un
arco de noreste a suroeste de 3700 kiloacutemetros (Barnes 2003)
Se trata de un paiacutes altamente siacutesmico debido a su ubicacioacuten en el Cinturoacuten de Fuego
del Pacifico El territorio japoneacutes es el resultado de continuos e inmensos movi-
mientos tectoacutenicos que llevan producieacutendose durante centenares de millones de
antildeos desde mediados del Periacuteodo Siluacuterico hasta el Pleistoceno Este proceso tiene su
origen en la subduccioacuten de la placa Filipina y la placa Paciacutefica debajo de las conti-
nentales placa Ojotsk (subplaca de la placa Euroasiaacutetica) y placa Amuria (subplaca
de la Norteamericana)
En su mayoriacutea el territorio estaacute asentado sobre la placa de Ojotsk ubicaacutendose el
liacutemite con la placa Euroasiaacutetica (sector tambieacuten conocido como placa Amuria) al
centro-sur de la isla de Honshū a la altura del nudo montantildeoso y valle de la Fosa
Magna El resto del territorio japoneacutes se encuentra en la segunda placa indicada
Esta compleja distribucioacuten origina profundas y extensas fosas oceaacutenicas especial-
mente en la costa paciacutefica del archipieacutelago Destaca en particular la Fosa de Japoacuten
de alrededor de 9000 metros de profundidad originada por una falla con borde
convergente por subduccioacuten
Japoacuten estuvo asociado originalmente a la costa este del continente eurasiaacutetico Los
procesos de subduccioacuten movieron Japoacuten hacia el este originando la apertura del
Mar del Japoacuten hace alrededor 15 millones de antildeos y dando lugar a una cuenca sub-
marina El Estrecho de Tartaria y el Estrecho de Corea fueron abiertos mucho maacutes
adelante
Las colisiones entre estas placas y su posterior hundimiento generaron los arcos de
islas de las Kuriles y de Sajalin-Hokkaidocirc (al norte) el arco de Honshucirc que conecta
Kyūshū Shikoku Honshucirc y la porcioacuten oeste de Hokkaidocirc (en el centro) y los arcos
de las Ryucirckyucirc e Izu-Ogasawara (en el sur)
Los bordes entre la placa de Okhotsk y la placa Euroasiaacutetica se situacutean en el centro
de Honshucirc a lo largo de la Fossa Magna un valle que divide a Japoacuten en dos zonas
geoloacutegicas la nororiental y la suroccidental al oeste aparece bordeado por la liacutenea
tectoacutenica de Itoigawa-Shizuoka una falla que se extiende desde la ciudad de Itoi-
gawa (Niigata) hasta la ciudad de Shizuoka pasando por el lago Suwa y por las
montantildeas que conforman la frontera occidental de la Regioacuten de Kantō
4 Estudios realizados
131
En Japoacuten los temblores de tierra son frecuentes (con una intensidad reducida a mo-
derada) Tienen lugar maacutes de 5000 movimientos siacutesmicos al antildeo de los cuales
1000 son percibidos por la poblacioacuten y de ellos soacutelo unos cuantos son terremotos
violentos en la Figura 42 se muestran las intensidades del terremoto de Tohoku
Figura 42- Intensidades del terremoto de Tohoku Este mapa muestra el movimiento del terreno
y la intensidad de las sacudidas en docenas de puntos en todo Japoacuten Cada ciacuterculo representa una
estimacioacuten del movimiento seguacuten los registros del USGS El color amarillo paacutelido representa baja
intensidad y el rojo oscuro alta intensidad Estos datos se superponen a un mapa de densidad de
poblacioacuten proporcionado por Oak Ridge del National Laboratory Tohoku Earthquake Shaking
Intensity NASA Earth Observatory Cartografiacutea realizada por Jesse Allen y Robert Simmon con
datos del USGS Earthquakes Hazard Program y del Oak Ridge National Laboratory Geographic
Information Science and Technology
Gran cantidad de fallas tectoacutenicas locales recorren la superficie originando sismos
de regular intensidad Las maacutes grandes son dos fallas transversales al sur de Hons-
hū la Liacutenea Tectoacutenica de Itoigawa-Shizuoka y la Liacutenea Tectoacutenica Media Japonesa
ambas fallas transformantes que se encuentran en el liacutemite de las placas de Okhotsk
y Euroasiaacutetica a lo largo del sistema montantildeoso de la isla
En ocasiones los terremotos resultan sumamente destructivos originando tsunamis
devastadores con una frecuencia de varias veces en un siglo Los terremotos prin-
4 Estudios realizados
132
cipales maacutes recientes incluyen el Gran terremoto de Hanshin-Awaji en 1995 el
Terremoto de la costa de Chūetsu de 2007 y el Terremoto y tsunami de Japoacuten de
2011 descrito en el presente artiacuteculo
415 Metodologiacutea
La ciencia de los terremotos ha entrado en una nueva era con el desarrollo de tecno-
logiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten de la superficie en las zonas tectoacutenica-
mente activas y en este sentido Japoacuten estaacute a la vanguardia en la puesta en marcha
de estas tecnologiacuteas en concreto con el desarrollo hace unos 15 antildeos de GeoNet
una extensa red de estaciones GPS que toma datos continuamente
Las estaciones de referencia que operan de forma continua pueden ser una forma
muy potente de monitorizar las deformaciones (Oumlzyasar y Oumlzluumldemir 2011)
Sin embargo y dado que el objetivo de este trabajo es contextualizar los movimien-
tos producidos por el terremoto en un marco de referencia maacutes amplio se optoacute por
la utilizacioacuten de los datos proporcionados por el IGS para conseguir una mayor
homogeneidad y amplitud geograacutefica de la informacioacuten
4151 Datos de partida
Todas las estaciones permanentes GPS utilizadas pertenecen al IGS (International
GPS Service) por lo que los resultados obtenidos estaraacuten en el ITRF (International
Terrestrial Reference Frame) (Promthong 2006)
Se tomaron una serie de estaciones maacutes o menos cercanas al epicentro del terremoto
que son MIZU (Mizusawa Iwate Japoacuten) USUD (Usuda Usuda Japoacuten) MTKA
(Mitaka Tokio Japoacuten) KGNI (Koganei Tokio Japoacuten) TSK2 (Tsukuba Ibaraki
Japoacuten) y KSMV (Kashima Ibaraki Japoacuten) De la misma forma se tomaron una
serie de estaciones maacutes alejadas previsiblemente no afectadas por el terremoto
para poder ser utilizadas como marco de referencia estable estas son CHAN (Cha-
gchun Jilin China) SHAO (Shanghai Sheshan China) PETS (Petropavlovsk
Kamchatka Federacioacuten rusa) CCJ2 (Chichijima Ojeasawara Tokio Japoacuten)
KHAJ (Khabarovsk Khabarovsk Federacioacuten rusa) BJFS (Beijing Fangshan
Fangshan Beijing China) STK2 (Shintotsukawa Hokkaido Japoacuten) y AIRA (Aira
Kagoshima Japoacuten)
Del mismo modo se incluyeron en el anaacutelisis una serie de estaciones internaciona-
les del IGS ubicadas maacutes lejos y que probablemente no se ven afectadas por el
terremoto Se eligieron para ser utilizadas como marco estable esto se hace para
establecer una solucioacuten de referencia no deformada (Satirapod 2007) estas esta-
ciones son CHAN (Chagchun Jilin China) SHAO (Shanghai Sheshan China) PETS (Petropavlovsk Kamchatka Russian Federation) CCJ2 (Chichijima
Ojeasawara Tokyo Japan) KHAJ (Khabarovsk Khabarovsk Russian Federation)
4 Estudios realizados
133
BJFS (Beijing Fangshan Fangshan Beijing China) STK2 (Shintotsukawa Hok-
kaido Japan) and AIRA (Aira Kagoshima Japan) La Figura 43 muestra la red
geodeacutesica disentildeada
El IGS nos proporciona datos de observacioacuten GPS de todas las estaciones elegidas
Se tomaron de este organismo los citados datos en forma de archivos RINEX cada
30 segundos asiacute como las coordenadas aproximadas de las estaciones
Otros datos necesarios para los caacutelculos geodeacutesicos realizados se obtuvieron del
Center forOrbitDetermination in Europe (CODE) correcciones ionosfeacutericas oacuterbitas
precisas de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las
estaciones
Los datos acerca de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del OnsalaSpaceObservatory
Figura 43 Cartografiacutea de la red geodeacutesica disentildeada y marco geoestructural del aacuterea que abarca
4152 Marco temporal
Una vez elegidas las estaciones que forman parte del estudio se definioacute el marco
temporal
4 Estudios realizados
134
Se decidioacute realizar los caacutelculos la semana GPS anterior al terremoto concretamente
desde el diacutea 27 de febrero al 5 de marzo asumiendo que se trata de un periodo de
relativa calma para poder estudiar el comportamiento de las coordenadas de las
estaciones los diacuteas previos al terremoto
Una vez obtenidas esas coordenadas se procedioacute a obtener las posiciones diarias de
cada estacioacuten desde dos diacuteas antes del terremoto esto es el 9 de marzo hasta 10
diacuteas despueacutes el 21 de marzo no hay datos del diacutea del terremoto A partir de enton-
ces se calcularon las coordenadas de cada estacioacuten cada 5 diacuteas para el seguimiento
de las posibles reacuteplicas hasta un mes despueacutes el 15 de abril
4153 Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda del programa informaacutetico Bernese de
la Universidad de Berna que nos permite compensar redes geodeacutesicas observadas
mediante teacutecnicas GNSS con una gran precisioacuten y control de las mismas (Dach et
al 2007)
Todos los datos GPS disponibles fueron procesados sesioacuten a sesioacuten para obtener
soluciones diarias En una primera etapa las ambiguumledades se estimaron y se fija-
ron a un entero utilizando la estrategia QIF (QuasiIonosphere Free) Los caacutelculos se
realizaron utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes
tarde las coordenadas de las estaciones maacutes alejadas fueron constrentildeidas para defi-
nir un marco de referencia El retraso troposfeacuterico se corrigioacute aplicando el modelo
de Saastamoinen con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2(z) sien-
do z la distancia cenital La correccioacuten troposfeacuterica seca se aplicoacute a intervalos de
una hora para estimar el retardo de ceacutenit de las sentildeales GPS Por otra parte la de-
mora ionosfeacuterica se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de las frecuencias
L1 y L2 Los errores del reloj del sateacutelite se eliminaron mediante el uso de efemeacuteri-
des precisas proporcionadas por el IGS en formato sp3 Los modelos ionosfeacutericos
velocidades de placas y correcciones Code-Bias se tomaron del CODE (Center for
Orbit Determination in Europe) Por uacuteltimo las correcciones de carga oceaacutenica se
obtuvieron del OnsalaSpaceOrganisation
Como resultado de todo el proceso se obtuvieron coordenadas en el marco de refe-
rencia geodeacutesico WGS84 y en el sistema de coordenadas UTM de cada uno de los
diacuteas calculados
416 Resultados obtenidos
Una vez realizados los caacutelculos se observaron considerables desplazamientos en las
estaciones permanentes situadas cerca del epicentro Este hecho se hace patente de
forma especial en la estacioacuten MIZU situada en la localidad de Mizusawa a 37441 km del epicentro como muestran las Figuras 44 y 45
4 Estudios realizados
135
Figura 44- Graacutefica en la que se muestra el desplazamiento de la estacioacuten de referencia MIZU en
las coordenadas X e Y
Figura 45 Desplazamientos horizontales en la estacioacuten MIZU Se observa la falta de datos desde
el diacutea del terremoto (11 marzo) hasta el diacutea 16 de marzo debido a que la estacioacuten quedoacute tempo-
ralmente dantildeada
4 Estudios realizados
136
Estos desplazamientos se van haciendo menores a medida que nos alejamos del
epicentro aunque resultan apreciables todaviacutea como muestran las Figuras 46 y
47 que hacen referencia a la estacioacuten de Tsukuba
Figura 46- Graacuteficas en las que se muestra el desplazamiento de la estacioacuten de referencia TSK2
en las coordenadas X e Y
Figura 47 Desplazamientos horizontales en la estacioacuten TSK2
4 Estudios realizados
137
Y al elegir la estacioacuten BJFS (Beijing China) situada a maacutes de 2000 km del epicen-
tro vemos como el sismo no produce ninguacuten desplazamiento como muestran las
figuras 48 y 49 De hecho despueacutes de comparar varias soluciones diarias no se
encontraron cambios significativos en la posicioacuten por lo que se puede calificar de
posicioacuten praacutecticamente estable (Kuo et al 2002)
Figura 48- Graacuteficas de la
estacioacuten de referencia BJFS en
la que no se observa desplaza-
mientos horizontales
Figura 49 Desplazamientos horizontales
en la estacioacuten BJFS
4 Estudios realizados
138
El desplazamiento basado en las coordenadas estaacuteticas diarias se ve afectado por los
eventos que se producen en un diacutea sin embargo tiene la ventaja de la precisioacuten
(Nishimura et al 2011)
De acuerdo con el presente estudio el mayor desplazamiento se puede apreciar en
la estacioacuten de MIZU a 37441 kilometros del epicentro
Tambieacuten se deduce del estudio de los desplazamientos en cada una de las estacio-
nes que como cabiacutea esperar los mayores desplazamientos se producen en las esta-
ciones maacutes cercanas al epicentro disminuyendo eacutestos a medida que nos alejamos de
eacuteste como muestran la Tabla 41 y la Figura 410 En la estacioacuten STK2 situada a
579 km del epicentro ya no se detectan desplazamientos
Estacioacuten Distancia epicentral (km) Desplazamiento (m)
MIZU 1403616664 271
KSMV 3034331656 083
TSK2 3185424475 065
MTKA 3851859108 030
KGNI 3868428153 030
USUD 4305464129 028
STK2 5797006672 000
CCJ2 1246230605 000
KHAJ 1275402377 000
AIRA 1289163824 000
CHAN 1539536775 000
PETS 2049470607 000
SHAO 2082604379 000
BJFS 2278574053 000
Tabla 41 Desplazamiento y distancia al epicentro de cada una de las estaciones
4 Estudios realizados
139
Figura 410 Graacutefica en la que se muestra el desplazamiento en funcioacuten de la distancia al epicen-
tro
417 Conclusiones
Del estudio de las coordenadas obtenidas para cada una de las estaciones a lo largo
del periodo calculado se pueden destacar las siguientes conclusiones
- El terremoto Tohoku-Oki ocurrioacute en una de las zonas en las que la Placa
Paciacutefica se desplaza por debajo de Japoacuten a una media de 8 u 85 cm al antildeo
(Simona et al 2011) En el breve periodo del evento siacutesmico la zona proacute-
xima al epicentro de la isla del Honshū se desplazoacute al menos 275 metros
en direccioacuten sureste hacia la placa Paciacutefica (ver Figura 45)
- A medida que nos alejamos del epicentro el desplazamiento decrece consi-
derablemente siguiendo la expresioacuten
donde y es el desplazamiento en metros y x es la distancia al epicentro en
kiloacutemetros La Figura 410 presenta el desplazamiento en funcioacuten de la
distancia al epicentro de acuerdo con esta ecuacioacuten
- El desplazamiento coseismico causado por el terremoto de Tohoku de 2011
se estimoacute en base al anaacutelisis rutinario de GEONET diferenciando las coor-
denadas diarias desde el 10 al 12 de marzo y el desplazamiento horizontal
alcanzoacute 53 m en la Peniacutensula Oshika cerca del epicentro (Nishimura et al
4 Estudios realizados
140
2011) El desplazamiento teoacuterico en la estacioacuten de Oshika GEONET colo-
cada en la Peniacutensula Oshika a 5077 Km del epicentro seriacutea seguacuten nuestra
ecuacioacuten 475 m que es una muy buena aproximacioacuten no teniendo datos
precisos sobre la distancia al epicentro considerada en el anaacutelisis citado
- El terremoto rompioacute maacutes de 400 km de la corteza a lo largo de la zona de
subduccioacuten de Japoacuten (Normil 2011) El equipo de ARIA en el JPL y Cal-
tech determinoacute el desplazamiento del campo coseismic en el arco de Japoacuten
- regioacuten insular que mostroacute desplazamientos significativos hacia el este en
la regioacuten norte de Japoacuten como se muestra en la Figura 411 con despla-
zamientos maacuteximos de aproximadamente 53 m en horizontal y 11 m
(Wang et al 2011) de subsidencia Los resultados de este estudio corrobo-
ran el estudio llevado a cabo por la NASA con soluciones de oacuterbitas raacutepi-
das y usando soacutelo los datos de las estaciones de referencia GEONET
GNSS
Figura 411 Graacutefico en el que se muestra el desplazamiento en las estaciones de referencia
GEONET
- En las estaciones maacutes alejadas como se esperaba no se detecta ninguacuten desplazamiento horizontal el diacutea del terremoto
4 Estudios realizados
141
- En el caso de la componente vertical el terremoto no parece generar nin-
guacuten movimiento vertical detectable en Japoacuten
Como se ha dicho este artiacuteculo es parte de un estudio maacutes amplio dirigido a la in-
vestigacioacuten de la deformacioacuten del terreno como precursor del movimiento siacutesmico
se estaacuten estudiando diferentes eventos siacutesmicos en diferentes lugares para detectar
los patrones de comportamiento
4 Estudios realizados
142
42 Estudio de los desplazamientos producidos por el terremoto de Lorca
del 11 de mayo de 2011
421 Introduccioacuten
La costa mediterraacutenea es un aacuterea de gran desarrollo turiacutestico motor econoacutemico de
la zona y cuya poblacioacuten se incrementa de forma notable a lo largo de los antildeos
Incluso eventos siacutesmicos moderados pueden producir desplazamientos del terreno o
bien olas marinas con la suficiente intensidad como para producir importantes da-
ntildeos tanto humanos como econoacutemicos (Aacutelvarez-Goacutemez et al 2011)
La zona sureste de la cordillera Beacutetica es el aacuterea con mayor actividad siacutesmica de la
peniacutensula Ibeacuterica Existen varias fallas cuaternarias de longitud superior a 50 km
que hacen de eacutesta un aacuterea de particular intereacutes para estudios paleosiacutesmicos y de
riesgo siacutesmico (Martiacutenez-Diacuteaz et al 2003)
Terremotos causantes de importantes dantildeos han tenido lugar en la provincia de
Murcia varias veces en los uacuteltimos 500 antildeos Aparte del terremoto que estamos
estudiando tres eventos significativos han tenido lugar en un periodo de soacutelo seis
antildeos Mula (1999) Bullas (2002) y La Paca (2005) (Garciacutea-Mayordomo et al 2007)
El mieacutercoles 11 de mayo de 2011 a las 064725 hora local (164725 UTC) se pro-
dujo a 58 Km al WSW de Murcia un terremoto de 1 km de profundidad [USG11]
La magnitud del sismo alcanzoacute los 51 Mw El terremoto de Lorca tuvo lugar en la
regioacuten que marca el liacutemite entre las placas de Eurasia y Aacutefrica (Nubia) donde esta
uacuteltima se mueve hacia el NO (United States Geological Survey 2011)
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento de forma permanente de
las aacutereas cercanas al epicentro los efectos de cada terremoto dependen de las carac-
teriacutesticas del mismo sobre todo de la intensidad y la profundidad del epicentro
(Gianniou 2010)
Las redes geodeacutesicas se usan como base de todo tipo de trabajos geodeacutesicos uno de
los cuales son los estudios geodinaacutemicos que utilizan los cambios en la posicioacuten de
las estaciones de control de una red en un determinado periodo de tiempo para en-
tender las caracteriacutesticas de los movimientos tectoacutenicos (Oumlzyasar y Oumlzluumldemir
2011)
El objetivo de este trabajo es el estudio de los efectos tectoacutenicos producidos por el
terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011
Esta investigacioacuten se llevaraacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) que se consideraraacuten en princi-
pio no afectadas por el sismo y que conformaraacuten el marco de referencia ademaacutes se
4 Estudios realizados
143
integraraacuten estaciones dependientes de otros organismos con el fin de densificar la
informacioacuten
Las deformaciones de la superficie detectadas mediante teacutecnicas GNSS se han de-
mostrado potentes para mitigar futuros riesgos siacutesmicos (Chen et al 2011) es por lo
que este estudio se engloba dentro de un proyecto que pretende estudiar la deforma-
cioacuten del terreno como precursor de fenoacutemenos siacutesmicos
422 Antecedentes
La peniacutensula Ibeacuterica estaacute considerada como una zona de sismicidad moderada den-
tro de esta la regioacuten de Murcia presenta una sismicidad media-alta (Atlas global de
la regioacuten de Murcia 2011)
La sismicidad en el sur de Espantildea estaacute provocada por la convergencia entre la placa
africana y la placa euroasiaacutetica caracterizada por terremotos de baja a moderada
magnitud La velocidad relativa entre las placas se estima entre 4 mm y 9 mm por
antildeo (Santoyo y Luzoacuten 2008)
La sismicidad de la regioacuten de Murcia ha sido estudiada por numerosos autores
seguacuten Ibarguumlen y Rodriacuteguez Estrella (Ibarguumlen y Rodriacuteguez 1996) en la regioacuten de
Murcia existen noticias sobre destrucciones concretas causadas por terremotos des-
de 1579
Figura 412Sismos maacutes importantes en la regioacuten de murcia y alrededores (Sismimur 2011)
4 Estudios realizados
144
El Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) desarrolla una labor continua de revisioacuten de
los cataacutelogos histoacutericos existentes con el fin de introducir modificaciones al cataacutelo-
go siacutesmico oficial La uacuteltima de estas revisiones ha dado lugar a la publicacioacuten del
Cataacutelogo Siacutesmico de la Peniacutensula Ibeacuterica (880 aC-1900) que sustituye a la ante-
rior revisioacuten de 1983 En el nuevo cataacutelogo se ha ampliado el nuacutemero de terremotos
identificados y se ha mejorado su localizacioacuten epicentral asiacute como la asignacioacuten de
la intensidad macrosiacutesmica (Sismimur 2011) De acuerdo con este cataacutelogo en el
interior de la Regioacuten de Murcia consta la ocurrencia de unos 123 terremotos princi-
pales hasta el antildeo 1920 cuyos epicentros aparecen representados en la Figura 412
Estos terremotos corresponden al periodo conocido como de sismicidad histoacuterica
ya que no existiacutea todaviacutea una infraestructura instrumental suficiente
En la Figura 412 se puede observar la distribucioacuten de la sismicidad histoacuterica en la
Regioacuten de Murcia y provincias limiacutetrofes (Sismimur 2011)
La mayoriacutea de los epicentros se localizan en este periodo a lo largo de una franja
central que coincide con la alineacioacuten NE-SW que conforma los valles del Guada-
lentiacuten Sangonera y la vega del Segura Asimismo a lo largo del curso medio del
Riacuteo Segura se distingue otra concentracioacuten de epicentros de direccioacuten NNE-SSW
En contraste destaca la escasa sismicidad localizada en los maacutergenes norte y sur de
la regioacuten lo que debe interpretarse con precaucioacuten ya que puede no responder a la
realidad Conviene tener en cuenta que la identificacioacuten de terremotos histoacutericos
depende de la existencia de suficientes pruebas documentales y evidentemente
eacutestas son maacutes faacuteciles de encontrar en el caso de terremotos ocurridos cerca de po-
blaciones principales (Sismimur 2011)
Seguacuten informacioacuten de la Direccioacuten General de Seguridad Ciudadana y Emergencias
dependiente de la Consejeriacutea de Presidencia de la Regioacuten de Murcia los mayores
sismos ocurridos en la regioacuten hasta 1920 son los que se muestran en la tabla 1 Soacutelo
se muestran aquellos con intensidad mayor de VII con anterioridad a 1920 A partir
de este grado de intensidad comienzan a registrarse dantildeos de importancia en algu-
nas edificaciones
Como puede apreciarse en la tabla en la localidad de Lorca ya se registraron terre-
motos de cierta intensidad en enero de 1579 y agosto de 1674
A partir de 1920 empieza ya a funcionar la primera red siacutesmica espantildeola pasando
asiacute ya al periodo instrumental En la Regioacuten de Murcia se encuentra la estacioacuten
denominada ldquoLa Murtardquo En este punto dado que ya se dispone del instrumental
necesario para ello se pasa a caracterizar a los terremotos por su magnitud en lugar
de por su intensidad lo que supone una forma maacutes objetiva
Desde el antildeo 1920 hasta aproximadamente mediados del antildeo 2005 se han registrado
en el interior de la Regioacuten de Murcia unos 1600 terremotos Entre ellos destacan 19
eventos principales con magnitud superior a 40 junto con dos de magnitud menor
4 Estudios realizados
145
que produjeron importantes dantildeos (Sismimur 2011) Tras la serie siacutesmica que con-
forman los terremotos de 1911 no se conoce actividad siacutesmica hasta 1948 cuando
se produjo el 23 de junio un terremoto de magnitud 53 A partir de entonces des-
tacan los de Mula (1999) Bullas (2002) y La Paca (2005)
Tabla 42 Terremotos y su intensidad Tomado de Sismimur 2011
Podemos observar en la Figura 413 que se producen terremotos por toda la Regioacuten
de Murcia aunque se aprecia una mayor sismicidad en el tercio central y la franja
limiacutetrofe con la Provincia de Alicante
Se pueden sentildealar varias agrupaciones de epicentros destacando las situadas si-
guiendo la alineacioacuten NE-SO de los valles del Guadalentiacuten Sangonera y Segura a
lo largo del curso alto del Riacuteo Segura y en la Cuenca de Fortuna y tambieacuten en el
aacuterea de Caravaca de la Cruz Jumilla y al Norte de Lorca El 97 de la sismicidad
se corresponde con terremotos de magnitudes inferiores a 40 De hecho en la zona
no se ha registrado auacuten un terremoto de gran magnitud (M gt 6) que pudiera tener
consecuencias catastroacuteficas Estudios recientes de paleosismicidad estiman que la
ocurrencia de un terremoto de estas caracteriacutesticas puede tener lugar cada varios
miles de antildeos Sin embargo se puede estimar que la ocurrencia de terremotos mo-
derados (M= 4-5) tiene lugar cada 4-5 antildeos como media Algunos de ellos han pro-
vocado dantildeos significativos (Sismimur 2011) En la Figura 413 podemos observar
la distribucioacuten de la sismicidad instrumental en el periodo de 1920 a 2005 en la Regioacuten de Murcia y zonas adyacentes
4 Estudios realizados
146
Figura 413 Distribucioacuten de la sismicidad instrumental en el periodo de 1920 a 2005 en la Regioacuten
de Murcia y zonas adyacentes (Sismimur 2011)
423 Marco geoestructural
La Regioacuten de Murcia se encuentra en el interior del Oroacutegeno Beacutetico que forma
parte de la zona de contacto de las placas tectoacutenicas de Aacutefrica y Eurasia al no exis-
tir en esta zona de contacto ninguacuten accidente geograacutefico capaz de absorber los es-
fuerzos producidos por el citado contacto los efectos se distribuyen a lo largo de
una zona de orientacioacuten E-W de alrededor de 400 km de ancho Mediante interfe-
rometriacutea espacial se ha calculado una velocidad de movimiento relativo en el centro
de la Peniacutensula Ibeacuterica entre las citadas placas de 02 mmantildeo con una direccioacuten
NO-SE (Sismimur 2011)
El nivel de peligrosidad siacutesmica de la Regioacuten de Murcia viene determinado por la
reparticioacuten de la deformacioacuten producida por la convergencia entre las placas Afri-
4 Estudios realizados
147
cana y Euroasiaacutetica en un aacuterea tan extensa unido a la relativamente baja velocidad
de acercamiento entre las placas ya que la liberacioacuten de energiacutea siacutesmica producto
de la convergencia Aacutefrica-Iberia tiene lugar preferentemente a traveacutes de pequentildeos
terremotos dispersos en lugar de a traveacutes de grandes terremotos singulares La dis-
tribucioacuten difusa de la sismicidad dificulta enormemente la identificacioacuten de fuentes
asociadas a accidentes tectoacutenicos concretos y la definicioacuten de zonas sismogeneacuteticas
resulta muy subjetiva
En la Figura 414 vemos un encuadre geoloacutegico regional de la Regioacuten de Murcia
El recuadro interno identifica la parte oriental de las Cordilleras Beacuteticas
Figura 414 Encuadre geoloacutegico regional de la Regioacuten de Murcia (Sismimur 2011)
Desde el punto de vista sismotectoacutenico la Regioacuten de Murcia presenta gran intereacutes
en lo que se refiere a la obtencioacuten de datos uacutetiles para el caacutelculo de la peligrosidad
siacutesmica Esto es asiacute debido a que las fallas con actividad neotectoacutenica en este sector
de la Cordillera Beacutetica presentan una gran longitud Este hecho hace que las super-
ficies potenciales de ruptura sean muy grandes y por ello las magnitudes maacuteximas
teoacutericas tambieacuten lo sean (Sismimur 2011)
En la Figura 415 se muestra un mapa de sismicidad del Sur de la Peniacutensula Ibeacuterica
y Norte de Aacutefrica (periodo 1980-2003) para magnitudes mayores de 35 Los datos son del Instituto Geograacutefico Nacional Los terremotos profundos se muestran en
4 Estudios realizados
148
negro Los intermedios en gris oscuro y los superficiales en gris claro Se muestran
ademaacutes los vectores de convergencia entre las placas Euroasiaacutetica y Africana
Figura 415 Mapa de sismicidad del Sur de la Peniacutensula Ibeacuterica y Norte de Aacutefrica (periodo 1980-
2003) para magnitudes mayores de 35 (Sismimur 2011)
En los uacuteltimos antildeos existe una tendencia hacia una mayor incorporacioacuten de datos
geoloacutegico-estructurales en los estudios sismotectoacutenicos con el fin de relacionar en
mayor medida el efecto siacutesmico (terremoto) con la fuente generadora (falla activa)
Es una manera de integrar observaciones de tipo geodinaacutemico y tectoacutenico a la hora
de interpretar la sismicidad (Sismimur 2011)
En la Figura 416 se muestra el mapa de sismicidad de intensidad MSK gt IV al este
de las Cordilleras Beacuteticas (periodo 1000-2005)
En este arco sismotectoacutenico la zona de la Regioacuten de Murcia es una zona de activi-
dad siacutesmica actual moderada caracterizada por terremotos de magnitud igual o
inferior a 50 Sin embargo tanto en el registro histoacuterico como en el paleosiacutesmico
se identifican eventos de magnitudes superiores a 60 A esto hay que antildeadir que en
los uacuteltimos 5 antildeos se han producido tres series siacutesmicas en el entorno de la Falla de
Crevillente con magnitudes superiores a 45 que han generado cuantiosos dantildeos
materiales y gran alarma social (Sismimur 2011)
Toda la zona que se describe presenta una alta densidad de fracturacioacuten con orienta-
ciones praacutecticamente en la totalidad de las direcciones Concretamente se pueden
reconocer 4 sistemas de fallas de orientacioacuten general NW-SE N-S (de NNW-SSE a NNE-SSW) NE-SW a ENE-WSW y WSW-ESE La longitud en superficie de estas
fallas no sobrepasa por lo general los 10 km
4 Estudios realizados
149
Se han identificado asociaciones con la sismicidad en todos los sistemas de orienta-
ciones ya sea por la ocurrencia de series siacutesmicas o por alineaciones de epicentros
bien localizados Esta situacioacuten sugiere que todos los sistemas de fallas indepen-
dientemente de su orientacioacuten son siacutesmicamente activos De este modo se explica
la distribucioacuten difusa de la sismicidad en la Regioacuten de Murcia Las fallas con mayor
grado de actividad reciente son las fallas de Alhama de Murcia y Carrascoy
Figura 416 Mapa de sismicidad de intensidad MSK gt IV al este de las Cordilleras Beacuteticas (pe-
riodo 1000-2005) (Sismimur 2011)
En la Figura 417 vemos las grandes Fallas del sureste de Espantildea Se indican los
diferentes segmentos tectoacutenicos que componen cada gran falla asiacute como su grado
de actividad tectoacutenica reciente La falla de Alhama de Murcia es la falla activa de
mayor longitud del sur de la Peniacutensula Ibeacuterica y se encuentra acompantildeada por nu-
merosas fallas secundarias de dimensiones que van desde 2 km hasta 15 oacute 20 km
muchas de las cuales pueden ser siacutesmicamente activas (Martiacutenez-Diacuteaz 1999)
4 Estudios realizados
150
Figura 417 Principales Fallas del sureste de Espantildea Fuente [SIS11]
Las fallas maacutes importantes son las siguientes 1 Pozohondo-Tobarra 2 Socovos-
Calasparra 3 Tiacutescar 4 Crevillente (sector Murcia) 5 Crevillente (sector Alican-
te) 6 Alhama de Murcia 7 Jumilla 8 Carrascoy 9 Bajo Segura 10 Torrevieja
11 San Miguel de Salinas 12 Palomares 13 Corredor de Las Alpujarras 14 Al-
hamilla 15 Carboneras 16 Las Moreras-Escarpe de Mazarroacuten
El segmento Lorca-Totana (b) de la falla de Alhama de Murcia es una estructura de
16 km de longitud compuesta por dos brazos de falla principales NE-SW (1) Una
falla inversa con inclinacioacuten NW con un fuerte buzamiento al NW y (2) una falla
inversa con inclinacioacuten SE buzando al SE con deslizamiento oblicuo (Massana et
al 2004)
La citada falla se desdobla generando un corredor de hasta 2 km de anchura en el sector comprendido entre Lorca y Totana donde se aprecia una complejidad tectoacute-
nica debida al caraacutecter polifaacutesico de este accidente y a los diferentes movimientos
4 Estudios realizados
151
que presenta tanto de caraacutecter inverso como de caraacutecter direccional que responden
seguacuten diversos autores a rotaciones del esfuerzo principal desde tiempos messinien-
ses hasta la actualidad (Martiacutenez-Diacuteaz y Hernaacutendez 1991)
En general todas estas fallas descritas presentan actividad que afecta a materiales
del Mioceno Superior Plioceno o Cuaternario por tanto tienen actividad bajo el
campo de esfuerzos actual Ello hace que sean fallas potencialmente activas capaces
de generar terremotos en cualquier momento de magnitudes superiores a 55 Cono-
ciendo la geometriacutea de una falla es posible estimar la magnitud maacutexima que genera-
riacutea un terremoto que rompiera toda la extensioacuten del plano de falla Por otra parte si
se conoce la edad de las uacuteltimas deformaciones asociadas a la falla o la tasa de
deslizamiento se puede inferir el periodo de recurrencia medio del evento maacuteximo
Los sistemas de fracturacioacuten secundaria que suelen ir asociados a distribuciones
difusas de la sismicidad tienden a incluirse en el caacutelculo de la peligrosidad forman-
do parte de zonas sismogeneacuteticas cualquier evento puede ocurrir con igual probabi-
lidad en cualquier lugar dentro de la zona
424 Metodologiacutea utilizada
Como muchos otros aspectos de la vida la ciencia de los terremotos ha entrado en
una nueva era con el desarrollo de tecnologiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten
de la superficie en las zonas tectoacutenicamente activas
En el presente artiacuteculo se utilizaraacuten teacutecnicas GNSS para cuantificar el desplaza-
miento si lo hubiera de las estaciones permanentes GNSS de la zona objeto del
terremoto tomando como referencia estaciones permanentes GNSS situadas en
zonas que se consideraraacuten no afectadas por el seiacutesmo
4241 Datos de partida
Se procesoacute la informacioacuten proporcionada por cuatro organismos que ofrecen datos
GNSS de sus estaciones permanentes de forma continua estos son
- Red REGAM (Cartomur ndash Infraestructura de datos espaciales de referencia
de la Regioacuten de Murcia) de donde se tomaron datos de las estaciones ALCA (Los
Alcaacutezares Murcia) CARA (Caravaca Murcia) JUMI (Jumilla Murcia) MAZA
(Mazarroacuten Murcia) MORA (Moratalla Murcia) y MULA (Mula Murcia)
- Red MERISTEMUM (Direccioacuten General del Medio Natural Consejeriacutea de
Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia) De la que se tomaron las
estaciones CRVC (Caravaca Murcia) LORC (Lorca Murcia) MURC (Murcia
Murcia)
4 Estudios realizados
152
- Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) De la que se tomoacute informacioacuten
de las estaciones CAAL (Calar Alto Gergal Almeriacutea HUOV (Huercal-Overa
Almeriacutea) PALC (Pozo Alcoacuten Jaeacuten) y VIAR (Villanueva del Arzobispo Jaeacuten)
- Red de estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional (IGN)
De donde se utilizaron los datos de las estaciones ALAC (Alicante Alicante)
ALME(Almeriacutea Almeriacutea) COBA (Coacuterdoba Coacuterdoba) MALA (Malaga Maacutelaga)
SONS (Sonseca Toledo) TERU (Teruel Teruel) Y VALE (Valencia Valencia)
De todas las estaciones citadas se tomaron como marco de referencia las pertene-
cientes al IGN excepto ALME y ALAC en la Figura 418 se muestra la distribucioacuten
de las estaciones permanentes utilizadas Todos los organismos mencionados pro-
porcionan datos de observacioacuten GPS en forma de archivos RINEX cada 30 segun-
dos asiacute como las coordenadas aproximadas de las estaciones datos que se utiliza-
ron para el estudio
Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red se obtuvieron del
Center forOrbitDetermination in Europe (CODE) estos datos son correcciones
ionosfeacutericas oacuterbitas precisas de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra
y velocidades de las estaciones
Los datos acerca de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del OnsalaSpaceObservatory
Figura 418 Estaciones permanentes utilizadas
4 Estudios realizados
153
4242 Marco temporal
Con el objetivo de estudiar el comportamiento de las estaciones antes del terremoto
se tomaron datos desde el 1 de mayo de 2011 hasta el diacutea del terremoto (11 de ma-
yo) considerando eacuteste como un periodo de calma A partir de entonces se procesa-
ron datos diarios hasta el 20 de mayo y desde ese diacutea se procesoacute un diacutea cada cinco
4243 Procesamiento de los datos
Todo el proceso de caacutelculo se llevoacute a cabo con la ayuda del programa informaacutetico
Bernese de la Universidad de Berna que nos permite compensar redes GNSS con
una gran precisioacuten y control de las mismas
Se realizoacute una primera compensacioacuten como red libre con el fin de detectar errores
groseros para posteriormente constrentildeir las coordenadas de las estaciones que
como ya se indicoacute se consideroacute que formariacutean el marco de referencia
Se eligioacute la combinacioacuten de libre ionosfera y el modelo troposfeacuterico de Hopfield
En el proceso de caacutelculo se utilizaron oacuterbitas precisas paraacutemetros ionosfeacutericos
correcciones Code-Bias y correcciones por cargas oceaacutenicas
Se obtuvieron coordenadas en el marco de referencia geodeacutesico ETRS89 y en el
sistema de coordenadas UTM de las estaciones en cada uno de los diacuteas calculados
425 Resultados obtenidos
Cuando se comparan varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calcula-
das en diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se
pueden utilizar para cuantificar los desplazamientos de la superficie terrestre y su
velocidad (Chang 2000)
En la Figura 419 se muestran las graacuteficas de la posicioacuten en funcioacuten del tiempo de
la estacioacuten de Lorca (LORC) Esta estacioacuten es la maacutes cercana al epicentro y en
principio deberiacutea registrar los mayores desplazamientos en el caso de existir
Una vez realizados todos los caacutelculos se observa que no se han producido despla-
zamientos significativos en ninguna de las estaciones estudiadas como consecuencia
del evento siacutesmico del 11 de mayo
4 Estudios realizados
154
Figura 419 Graacuteficas de la posicioacuten en funcioacuten del tiempo de la estacioacuten LORC
426 Conclusiones y recomendaciones
Del estudio de las coordenadas obtenidas para cada una de las estaciones a lo largo
del periodo calculado se pueden destacar las siguientes conclusiones
El terremoto de Lorca del 11 de mayo de 2011 no produjo desplazamientos detecta-
bles en la estacioacuten de referencia (LORC) como se puede ver en la Figura 419 ni
en ninguna de las otras utilizadas para el estudio
En el periodo temporal estudiado se ha detectado una tendencia hacia la subsiden-
cia del terreno reflejada en la altura elipsoidal h de la estacioacuten de Lorca Concreta-mente se ha detectado un hundimiento de maacutes de dos centiacutemetros en los dos meses
4 Estudios realizados
155
y medio estudiados La expresioacuten empiacuterica que se ha calculado para la variacioacuten
temporal de dicha variable en el tiempo es la siguiente
h = -2 E-06 t2 + 01896 t - 34859 Eq (1)
Este resultado apoya la hipoacutetesis basada en un hundimiento del terreno en la zona
cercana a Lorca Este fenoacutemeno podriacutea haber tenido su origen en el descenso del
nivel freaacutetico del acuiacutefero del Valle del Guadalentiacuten hecho que produciriacutea a su vez
una compactacioacuten lenta del aacuterea no saturada desde los antildeos sesenta del siglo pasa-
do (Rodriacuteguez Estrella 2012)
La tasa de hundimiento detectada en este estudio es de 101 cmantildeo tasa que coin-
cide con los valores calculados mediante teacutecnicas de interferometriacutea radar diferen-
cial en los trabajos de Gonzaacutelez PJ y Fernaacutendez J (Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2011)
A pesar de no haber detectado movimientos directamente achacables al terremoto
estudiado pensamos que es uacutetil seguir con la monitorizacioacuten de la zona por dos
motivos
- Estudiar y detectar futuras deformaciones en el terreno que nos puedan llevar a
relacionar a priori estos movimientos con futuros eventos siacutesmicos
- Hacer un seguimiento del proceso de subsidencia detectado en la estacioacuten de refe-
rencia de Lorca aunque en este caso se hariacutea necesario densificar la red en la zona
4 Estudios realizados
156
43 Estudio de los desplazamientos permanentes de placas mediante teacutec-
nicas GNSS debidos al terremoto de Turquiacutea del 23 de octubre de
2011
431 Introduccioacuten
Desde la antiguedad los desastres naturales han supuesto la causa de muerte maacutes
importante el sesenta por ciento de las muertes causadas por desastres naturales en
la pasada deacutecada se debieron a terremotos seguacuten el Centro de investigaciones epi-
demioloacutegicas y desastres (Centre for Research on the Epidemiology of Disasters
CRED) Estos desastres son el resultado del hecho de que ocho de las ciudades maacutes
pobladas de la Tierra estaacuten construidas sobre fallas tectoacutenicas Estas ciudades son
Kathmandu Nepal Estanbul Turquiacutea Manila Filipinas Jakarta Indonesia Tokio
Japoacuten Ciudad de Meacutexico Meacutexico Delhi India Nueva York US Vancouver
BC Shanghai China y Los Aacutengeles California US (Centre for Research on the
Epidemiology of Disasters 2010) Ademaacutes aproximadamente una de cada dos
personas vive en una ciudad y en soacutelo 35 antildeos este nuacutemero se incrementaraacute hasta
dos de cada tres seguacuten la Fundacioacuten para la poblacioacuten de Naciones Unidas (UN-
FPA United Nations Population Fund) En 2011 maacutes de la mitad de la poblacioacuten
viviacutea en aacutereas urbanas y en 2030 las ciudades seraacuten el hogar de casi cinco billones
de personas (United Nations Population Fund 2011)
Por lo tanto el estudio de los terremotos es gran intereacutes en cuanto que puede ayu-
dar a predecir doacutende existe la mayor probabilidad de ocurrencia de un terremoto y
en la medida de lo posible determinar su intensidad Asiacute la monitorizacioacuten de te-
rremotos ha cobrado gran importancia en los recientes estudios cientiacuteficos Una de
las teacutecnicas que maacutes recientemente se ha sumado a las numerosas teacutecnicas interdis-
ciplinares utilizadas en el estudio de terremotos es la Geodesia espacial (N Kul-
karni et al 2001)
La ciencia de los terremotos ha entrado en una nueva era con el desarrollo de las
tecnologiacuteas espaciales para medir las deformaciones de la superficie de la Tierra en
zonas tectoacutenicamente activas Las esta ciones de referencia que operan contiacutenua-
mente pueden ser una herramienta muy potente para monitorizar las deformaciones
(Oumlzyasar y Oumlzluumldemir 2011) Esta cantidad tan elevada de datos GPS disponibles
hace que la distinction entre observaciones geodeacutesicas y seiacutesmicas y modelado no
esteacute clara (Yue y Lay 2011)
Por lo tanto los grandes terremotos son claves importantes para la comprensioacuten de
los fenoacutemenos de deformacioacuten de la corteza incluidos los efectos coseismicos (la
ruptura principal y los primeros temblores) y postseismicos (que incluyen un corto
plazo despueacutes de la fase de deslizamiento y una fase de relajacioacuten viscoelaacutestica a
largo plazo) (USGS (Encuesta geoloacutegica de EEUU) 2011)
4 Estudios realizados
157
Uno de los efectos de los terremotos es el desplazamiento permanente de las aacutereas
cercanas al epicentro y por consiguiente de las estaciones de referencia Las coor-
denadas geodeacutesicas de los puntos en la superficie de las placas tectoacutenicas cambian
con el tiempo debido al movimiento de las placas y por lo tanto dependen de la
eacutepoca en que se obtuvieron las coordenadas Si se conocen estos elementos (direc-
cioacuten y magnitud) es posible determinar la variacioacuten de las coordenadas del punto
en funcioacuten del tiempo (Peacuterez et al 2003) Ademaacutes los resultados geodeacutesicos pue-
den ser una valiosa informacioacuten para gestionar los sistemas en cuanto a la toma de
decisiones basadas en las caracteriacutesticas geoloacutegicas de la zona de estudio (Rangin et
al 2002)
Seguacuten Meade (2002) la mayoriacutea de los desplazamientos geoloacutegicos se producen a
lo largo de las fallas y el desplazamiento de las fallas generalmente tiene lugar du-
rante los terremotos (MEADE et al 2002)
Sin embargo los efectos de cada terremoto dependen de sus caracteriacutesticas y espe-
cialmente de la intensidad y la profundidad del epicentro (Gianniou 2002 y Wright
et al 2011) utilizan posicionamiento de punto preciso en modo tiempo real con
estados de reloj radiodifundios y correcciones orbitales para dar la posicioacuten de las
estaciones cada segundo permitiendo que los datos detecten los movimientos de la
estacioacuten centraacutendose en las alertas de tsunami (Wright et al 2011) La disponibili-
dad en tiempo real de los citados desplazamientos puede ser de gran utilidad en la
capacidad de accioacuten frente al terremoto y la alerta de tsunamis y hasta cierto punto
en la predicioacuten de terremotos (Grapenthin y Freymueller 2011) Grapenthin propo-
ne un meacutetodo que integra desplazamientos en tiempo real en un sistema de alarma
de terremotos
Sin embargo las anteriores teacutecnicas estudian los desplazamientos cerca del epicen-
tro mientras que el objetivo de este estudio era determinar si los terremotos produ-
cen desplazamientos de permanentes de placas suficientemente representativos para
ser detectados mediante teacutecnicas GNSS Para este fin el terremoto en Van se estu-
dioacute en el marco general definido por las estaciones permanentes del Servicio Inter-
nacional GNSS (International GNSS Service IGS)
Tanto las investigaciones sismoloacutegicas como las geodinaacutemicas ponen de manifiesto
que la Regioacuten del Egeo que comprende el Arco Heleacutenico la Grecia continental y
Turquiacutea occidental es la regioacuten maacutes seiacuteosmicamente activa de Eurasia occidental
La convergencia de las placas litosfeacutericas de Eurasia y Aacutefrica obliga a un movi-
miento hacia el oeste de la placa de Anatolia con respecto a la Euroasiaacutetica (Hali-
cioglu y Ozener 2008)
La sismicidad de la regioacuten de Turquiacutea se controla por la interaccioacuten compleja de
varias placas tectoacutenicas la placa africana la placa aacuterabe y la placa eurasiaacutetica (pla-ca de Anatolia y placa del mar Egeo) Como consecuencia de la dinaacutemica de este
4 Estudios realizados
158
ambiente geotectoacutenico complejo la historia de terremotos de grandes magnitudes es
larga sobre todo en la regioacuten nor-occidental de Turquiacutea
La falla tectoacutenica del norte de Anatolia constituye el liacutemite de las placas Anatolia-
Egea y Eurasiaacutetica al norte Esta falla es responsable de una secuencia de terremo-
tos de magnitudes superiores a 67 desde 1939 (Hammer y Mosquera Machado
2002)
Turquiacutea es un paiacutes tectoacutenicamente activo que experimenta terremotos destructivos
frecuentes Este terremoto es un recordatorio de los muchos eventos siacutesmicos mor-
tales que Turquiacutea ha sufrido en el pasado reciente
- En 1999 un devastador terremoto de magnitud 76 cerca de Izmit rompioacute una
seccioacuten de la falla de Anatolia del Norte (aproximadamente 1000 kiloacutemetros al
oeste del terremoto que acontecioacute el 23 de octubre de 2011) matando a 17000
personas hiriendo a 50000 y dejando sin hogar a 500000
- En 1976 ocurrioacute un terremoto de magnitud 73 cerca de la frontera entre Turquiacutea e
Iraacuten (aproximadamente a 65 kiloacutemetros del terremoto que tuvo lugar el 23 de octu-
bre de 2011) destruyendo varias aldeas y matando a entre 3000 y 5000 personas
- En 1939 hubo un terremoto de magnitud 78 cerca de Erzincan matando a unas
33000 personas (Ergintav et al 2002)
Figura 420 Situacioacuten de la localidad de Van al Este de Turquiacutea
4 Estudios realizados
159
La red de estaciones permanentes de Turquiacutea se puede ver en la seccioacuten ldquo32528
Turquiacutea Programas del grupo de trabajo en Geodinaacutemica Unioacuten nacional de Geo-
desia y Geofiacutesica de Turquiacuteardquo
El domingo 23 de octubre de 2011 a las 014121 PM hora local (104121 UTC)
hubo un terremoto en el este de Turquiacutea y en concreto en la ciudad de Van La
magnitud del terremoto alcanzoacute 72 Mw (Servicio Geoloacutegico de los EEUU 2011)
Su hipocentro se ubicoacute a 16 km de profundidad y su epicentro como se muestra en
la Figura 420 se encontraba en la ciudad de Van en el este de Turquiacutea
Las zonas maacutes afectadas fueron la regioacuten central y parte de la zona este de Turquiacutea
relacionadas con la colisioacuten continental entre la Placa Araacutebiga y la placa Euroasiaacuteti-
ca Todo este sector estaacute afectado por la convergencia entre las dos placas manifes-
taacutendose fundamentalmente a lo largo del pliegue Bitlis-Zagros
Seguacuten el USGS (United States Geological Survey) se alcanzoacute el grado IX en la
escala de Intensidad Estimada Modificada de Mercalli (Estimated Modified Mecalli
Intensity) Tambieacuten se detectaron movimientos que llegaron a la magnitud V y III
especiacuteficamente en los paiacuteses vecinos como Armenia Azerbaiyaacuten Georgia Iraacuten
Irak y Siria Seguacuten el Instituto Geofiacutesico de Israel el sismo fue sentido en zonas tan
alejadas como Tel Aviv
432 Marco geoestructural
En el aacuterea en la que se produjo el terremoto la Placa Araacutebica estaacute colisionando con
la Placa Euroasiaacutetica y ha creado un mosaico complejo de montantildeas como conse-
cuencia del fallado lateral e inverso La colisioacuten entre ambas placas tiene lugar en la
parte oriental de Turquiacutea
Largos sistemas de fallas traslacionales se extienden a traveacutes de la mayor parte del
centro-oeste de Turquiacutea y facilita el movimiento hacia el oeste del Bloque de Ana-
tolia mientras se compresa por la convergencia de las Placas Araacutebicas y Asiaacuteticas
Como puede verse en la Figura 421 en el aacuterea de Van y en la parte maacutes al este la
tectoacutenica es dominada por la zona de sutura de Bitlis (al este de Turquiacutea) y el cintu-
roacuten plegado de los Zagros (cercaniacuteas de Iraacuten)
En cuanto al movimiento relativo en esta zona como se aprecia en la Figura 421
las porciones del norte de Arabia se desplazan con un giro de 40 grados Noroeste
aproximadamente consistente con el modelo global NUVEL-1a del movimiento de
placa El Este de Turquiacutea muestra una deformacioacuten distribuida mientras que Tur-
quiacutea occidental y la placa Egea rotan como la placa de Anatolia alrededor de un
polo cerca de la peniacutensula del Sinaiacute causando un movimiento de fuerte desliza-
miento a lo largo de la falla del Norte de Anatolia
4 Estudios realizados
160
Figura 421 Sistema de fallas de Turquiacutea de Rangin et al 2002 (Hammer and mosquera macha-
do 2002)
433 Metodologiacutea
Dado que el objetivo de este trabajo era estudiar movimientos permanentes de las
placas producidos por el terremoto se utilizaron datos GNSS de estaciones perma-
nentes proporcionados por el IGS Las estaciones elegidas se encuentran en diferen-
tes placas
Por otro lado la metodologiacutea fundamental de deteccioacuten de las tendencias de movi-
miento se basa en la utilizacioacuten de las redes permanentes GNSS de monitorizacioacuten
continentales (Pospisil et al 2012)
Se seleccionaron un total de doce estaciones permanentes algunas de las cuales
estaban relativamente cerca del epicentro y otros que a priori estaban completa-
mente fuera del aacuterea de accioacuten del terremoto
El criterio para seleccionar las estaciones fue formar una red lo maacutes homogeacutenea
posible y la distribucioacuten de las estaciones entre las diferentes placas tectoacutenicas que
presumiblemente podriacutean estar relacionados con el evento siacutesmico estudiado Por
otra parte teniendo en cuenta que hay una relacioacuten entre la distancia al epicentro y los desplazamientos de la estacioacuten (Garrido-Villen et al 2011) las estaciones ele-
gidas deben estar a diferentes distancias del epicentro
4 Estudios realizados
161
Concretamente como se muestra en la Figura 422 y la Tabla 43 se utilizaron las
siguientes estaciones
- Placa Eurasiaacutetica
o ANKR (Ankara Turquiacutea) ARTU (Arti Ekaterinburg Rusia)
MOBJ (Obninsk Rusia) NOT1 (Noto Italia) PENC (Penc Hun-
griacutea) POL2 (Bishkek Kyrgyzstan) TEHN (Tehran Iraacuten) y ZECK
(Zelenchukskaya Rusia)
- Placa Africana
o ADIS (Addis Abeba Etiopiacutea) ndash subplaca Nubia DRAG (Metzoki
dragot Israel) y NICO (Nicosia Chipre)
- Placa Arabiga
o ISER (Erbil Iraq)
o
Figura 422 Cartografiacutea de la red geodesic disentildeada Modificada de Terrametrics 2013
4 Estudios realizados
162
Permanent station Epicentre distance
ISER 277338
ZECK 542987
TEHN 767209
ANKR 932560
NICO 975290
DRAG 107149
MOBJ 190419
PENC 219594
ARTU 226819
NOT1 250050
POL2 265419
ADIS 332070
Tabla 43 Distance in kilometers from the epicentre of the stations
El IGS proporciona datos de observacioacuten GPS de cada estacioacuten elegida Estos datos
se toman como archivos RINEX cada 30 segundos y registran las coordenadas
aproximadas de las estaciones Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensa-
cioacuten de la red se obtuvieron del Centro Europeo de Determinacioacuten de Oacuterbitas (CO-
DE) estos datos son correcciones ionosfeacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la
Tierra correcciones instrumentales Code-Bias y velocidades de las estaciones Las oacuterbitas precisas de los sateacutelites se obtuvieron del IGS Los datos de cargas oceaacuteni-
cas se obtuvieron del Observatorio Espacial Onsala
4 Estudios realizados
163
Marco temporal
Una vez seleccionadas las estaciones a estudiar se definioacute el calendario
En primer lugar se decidioacute realizar los caacutelculos de la red geodeacutesica diacutea a diacutea diez
diacuteas antes del terremoto asumiendo que se trata de un periodo de relativa calma y
diez diacuteas despueacutes Posteriormente a los diez primeros diacuteas se tomaron datos ya cada
5 diacuteas
Las posiciones calculadas los diacuteas previos al terremoto se usaron como coordenadas
patroacuten a comparar con las obtenidas los diacuteas posteriores al evento siacutesmico
Definicioacuten del Datum
El datum geodeacutesico se puede definir constrintildeendo las coordenadas de las estaciones
de referencia a sus valores a priori
Las estaciones permanentes GNSS lejanas al epicentro se utilizaron para definir el
marco de referencia constrintildeeacutendolas Estas estaciones son ARTU POL2 ADIS
NOT1 PENC y MOBJ
Todas las estaciones son estaciones permanentes GNSS del IGS y por lo tanto los
resultados geodeacutesicos se dan en el Marco Global de Referencia Terrestre Interna-
cional (ITRF)
Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda de software Bernese Bernese es un
software cientiacutefico desarrollado por la Universidad de Berna que permite compen-
sar redes geodeacutesicas GNSS con alta precisioacuten con un alto control del proceso(Dach
et al 2007)
Los datos GPS disponibles fueron procesados sesioacuten a sesioacuten para obtener las solu-
ciones diarias En un primer paso se estimaron las ambiguumledades y se fijaron a un
entero utilizando la estrategia de Quasi Libre Ionosfera (QIF) Los caacutelculos se reali-
zaron utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes
tarde las coordenadas de las estaciones que definen el Datum se constrintildeeron El
retardo troposfeacuterico se corrigioacute usando el modelo Saastamoinen con una pondera-
cioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2 (z) donde z es la distancia cenital La
correccioacuten troposfeacuterica huacutemeda se aplica en intervalos de una hora para estimar el
Retardo Troposfeacuterico del Zenith de las sentildeales GPS Por otra parte el retardo ionos-
feacuterico se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de datos GPS en las frecuen-
cia L1 y L2 los errores del reloj de los sateacutelites se eliminaron mediante el uso de
efemeacuterides precisas proporcionadas por el IGS sp3
Las coordenadas se obtuvieron en el Marco de Referencia Geodeacutesico ITRF y en el sistema de coordenadas UTM para cada diacutea calculado
4 Estudios realizados
164
434 Resultados
Despueacutes ajustada la red geodeacutesica las coordenadas calculadas de cada estacioacuten para
cada diacutea se obtuvieron con desviaciones planimeacutetricas que oscilan entre 08 y 11
mm
Basaacutendose en los caacutelculos no existen desplazamientos relativos detectables entre
las diferentes estaciones seleccionadas comparando las posiciones calculadas antes
y despueacutes del terremoto
Figura 423 Graacutefica que muestra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten de referencia ISER (Erbil Iraq ndash Placa Arabiga)
Las figuras 4 5 y 6 muestran la variacioacuten de las posiciones de las estaciones Erbil
(Iraq) Ankara (Turquiacutea) y Metzoki Dragot (Israel) localizadas en la placa Araacutebiga Placa Euroasiaacutetica y la placa Africana respectivamente
4 Estudios realizados
165
Como se muestra en la Figura 423 a pesar de ser la maacutes cercana al terremoto los
movimientos de la estacioacuten permanente ISER en las coordenadas X e Y durante el
periacuteodo estudiado fueron menores de 2 centiacutemetros incluso teniendo en cuenta los
diacuteas anteriores y posteriores al terremoto lo que no es suficiente para demostrar la
existencia de un desplazamiento permanente de la placa Araacutebiga debido al terremo-
to estudiado
Figura424 Graacutefica que muestra el desplazamiento en las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten permanente de referencia ANKR (Ankara Turquiacutea ndash Placa Eurasiaacutetica)
Como puede verse en la Figura 424 los desplazamientos de la estacioacuten permanen-
te ANKR en las coordenadas X e Y durante el periacuteodo estudiado fueron menores de
2 centiacutemetros lo cual es consistente con los resultados obtenidos por la estacioacuten
ISER teniendo en cuenta que a pesar de que la estcioacuten ANKR pertenece al mismo
paiacutes estaacute bastante lejos del epicentro del terremoto Estos desplazamientos tambieacuten
son insuficientes para demostrar la existencia de un desplazamiento de la placa de Eurasia causado por el terremoto en Turquiacutea
4 Estudios realizados
166
Figura 425 Graacutefica que muestra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm en la esta-
cioacuten de referencia DRAG (Metzoki dragot Israel ndash Subplaca Nubia)
Finalmente la Figura 425 presenta los resultados para la estacioacuten permanente
DRAG situada en Metzoki Dragot Israel Esta figura como las figuras anteriores
muestra movimientos de menos de 2 centiacutemetros que no permiten llegar a la con-
clusioacuten de que hubo un desplazamiento de la placa africana debido al terremoto
4 Estudios realizados
167
Figura 426 Graacutefica que muestra el desplazamiento en coordenadas Xutm e Yutm de la estacioacuten
de referencia TEHN (Teheraacuten Iraacuten ndash Placa Eurasiaacutetica)
Las Figuras 426 y 427 muestran la variacioacuten de las posiciones de las estaciones
de Teheraacuten (Iraacuten) y Zelenchukskaya (Rusia) localizadas en la placa de Eurasiaacutetica
Como se muestra en la Figura 426 los movimientos de las coordenadas X e Y de la
estacioacuten permanente TEHN en en el periodo estudiado fueron menos de 1 centiacuteme-
tro incluso teniendo en cuenta los diacuteas anteriores y posteriores al terremoto
Como se puede ver en la Figura 427 los desplazamientos de las coordenadas X e
Y de la estacioacuten permanente ZECK en durante el periodo de estudio fueron de me-
nos de 2 centiacutemetros Estos desplazamientos tambieacuten fueron insuficientes para de-
mostrar la existencia de un desplazamiento de la placa de Eurasiaacutetica a causa del
terremoto de Turquiacutea
El desplazamiento general de estaciones permanentes durante todo el periodo de estudio se muestra en la Tabla 44
4 Estudios realizados
168
Figura 427 Graacutefica que muetra el desplazamiento de las coordenadas Xutm e Yutm de la esta-
cioacuten de referencia ZECK (Zelenchukskaya Rusia ndash Placa Eurasiaacutetica)
Station Vx (mm) Vy (mm) Vx
(mmantildeo)
Vy
(mmantildeo)
ISER (Iraq) ndash Arabian plate 15 60 79 317
ANKR (Turkey) ndash Eurasian plate 18 11 95 58
DRAG (Israel) ndash Nubian subplate) 25 18 132 95
TEHN (Iran) ndash Eurasian plate 30 25 155 132
ZECK (Russia) ndash Eurasian plate 50 31 409 254
Tabla 44 Velocidades de las estaciones permanents a lo largo del periodo estudiado y extrapo-
lando los datos para el periodo de un antildeo
4 Estudios realizados
169
435 Conclusiones
Debido a la precisioacuten de las coordenadas obtenidas a partir del ajuste de red disentildea-
da se puede afirmar que este meacutetodo es capaz de detectar desplazamientos perma-
nentes de orden milimeacutetrico
Como se muestra en las figuras 423 424 425 426 y 427 no se observa nin-
guacuten desplazamiento permanente en las estaciones elegidas en las placas Africana
Araacutebiga o Eursiaacutetica ocasionado por el terremoto estudiado el diacutea del terremoto ni
en los diacuteas siguientes Sin embargo se pugraveede apreciar un movimiento bastante regu-
lar independiente del evento siacutesmico que se corresponde con el desplazamiento
general de las placas estudiadas
Varios investigadores han comentado en sus estudios tras antildeos de observacioacuten que
la placa de Anatolia tiene una tasa de deslizamiento de 24mmyear (Westaway
2003 y Turgut et al 2010) Otros autores como Vigny (Vigny et al 2006) reducen
la tasa de deslizamiento a Vx = 131 mm antildeo y Vy = 22 mm antildeo para la estacioacuten
ANKR sin embargo los valores obtenidos en este estudio son Vx = 9 5 mm antildeo
y Vy = 58 mm
Los valores obtenidos en este estudio para la estacioacuten DRAG situada en la placa
Nubia estaacuten maacutes cerca de los resultados obtenidos por C Vigny (Vigny et al
2006) Vx = 193 mm antildeo y Vy = 244 mm antildeo como se muestra en la Tabla
44 Lo mismo ocurre con la estacioacuten de TEHN situada en la placa de Eurasiaacutetica
que se mueve de acuerdo con CVigni Vx = 165 mm antildeo y Vy = 324 mm antildeo
Todos los movimientos descritos anteriormente han ocurrido temporalmente de
manera uniforme En el presente estudio se buscoacute una ruptura en las graacuteficas que
indicara un cambio repentino Sin embargo no se encontroacute ninguacuten cambio detecta-
ble el diacutea del terremoto ya sea en las estaciones maacutes cercanas tales como ISER o
ZECK que se encuentran en la placa de Eurasiaacutetica o en el resto de la red de esta-
ciones que se distribuyen a lo largo de la placa Africana y la placa Araacutebiga
Es probable que el terremoto no haya sido de la magnitud suficiente para producir
un movimiento permanente en placas vecinas Esa es la razoacuten por la cual creemos
que seriacutea interesante seguir estudiando el fenoacutemeno con terremotos de mayor mag-
nitud o terremotos localizados en otras aacutereas que puedan desempentildear un papel maacutes
activo en los movimientos relativos entre las placas tectoacutenicas
4 Estudios realizados
170
44 Estudio de los desplazamientos del terreno producidos por la erup-
cioacuten submarina de El Hierro de octubre de 2011 mediante teacutecnicas
GNSS
441 Introduccioacuten
Se estima que maacutes de 500 millones de personas viven en zonas expuestas a riesgos
volcaacutenicos En los uacuteltimos 500 antildeos maacutes de 200 000 personas han perdido la vida
debido a las erupciones volcaacutenicas Un promedio de 845 personas murieron cada
antildeo entre 1900 y 1986 a consecuencia de fenoacutemenos volcaacutenicos
El nuacutemero de muertes es considerablemente mayor que en los siglos pasados Este
aumento no se debe a una actividad volcaacutenica maacutes alta sino a que maacutes personas
viven en laderas de volcanes activos y en valles cercanos a ellos (Tilling et al
1993)
En la madrugada del 10 de octubre 2011 cesaron repentinamente los terremotos
que se registraban en El Hierro desde mediados de julio Este fenoacutemeno fue detec-
tado con gran precisioacuten por el Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) Los temblores
siacutesmicos fueron reemplazados por temblores volcaacutenicos caracteriacutesticos del paso del
magma en el interior de la chimenea volcaacutenica
Figura 428 Gases y erupcioacuten piroclaacutestica submarina A) Vista de la erupcioacuten submarina Modifi-
cado del Observatorio de la Tierra de 2012 NASA Advanced Tierra Imager (ALI) a bordo del
4 Estudios realizados
171
Earth Observing-1 satellite (EO-1) B) Muestra evidente del caraacutecter fisural de la erupcioacuten subma-
rina (fotografiacutea realizada por helicoacuteptero de la Guardia Civil el 4 de noviembre de 2011)
A media mantildeana comenzaron a difundirse noticias sobre una posible erupcioacuten sub-
marina a 8-10 km al sur de la isla y a unos 300 m de profundidad
La erupcioacuten submarina ha sido la culminacioacuten de un proceso de casi tres meses
cuando una bolsa de magma se situoacute en la base de la corteza oceaacutenica Desde en-
tonces el hipocentro emigroacute hacia el sur en busca de un aacuterea propicia para abrirse
paso a la superficie
Esta cordillera submarina o grieta donde se han localizado muchas de las recientes
erupciones de El Hierro es un aacuterea de la corteza de alta debilidad debido a la inyec-
cioacuten de magma asociada a erupciones anteriores y posiblemente la permanencia de
una memoria teacutermica que habriacutea permitido finalmente la relativamente raacutepida
salida del magma a la superficie en este caso en el lado de la grieta submarina (Ca-
rracedo et al 2012) como se muestra en la Figura 428 (Peacuterez-Torrado et al
2012)
Las erupciones volcaacutenicas se pueden explicar mediante los siguientes procesos Las
rocas al fundirse en el interior de la Tierra aumentan su volumen aunque su masa
sigue siendo la misma producieacutendose rocas menos densas que las circundantes
Este magma maacutes ligero se eleva hacia la superficie en virtud de su flotabilidad Si la
densidad del magma entre la zona de su generacioacuten y la superficie es menor que la
de las rocas circundantes y que recubre el magma llega a la superficie y entra en
erupcioacuten (Kilinc 2008)
En los uacuteltimos antildeos con la erupcioacuten del Monte St Helens y El Monte Pinatubo se
ha avanzado mucho en el estudio de los volcanes en particular en la prediccioacuten de
las erupciones volcaacutenicas Los volcanes son difiacuteciles de estudiar debido a que a
pesar de sus similitudes cada volcaacuten se comporta de manera diferente y tiene una
peligrosidad caracteriacutestica Por lo tanto es de gran importancia el estudio y monito-
rizacioacuten individualizados de los volcanes Muchos volcanes activos cerca de zonas
pobladas no se han estudiado lo suficiente como para evaluar su riesgo potencial
El estudio de los riesgos asociados a los volcanes es una tarea multidisciplinar
Cartografiacutea histoacuterica de los depoacutesitos volcaacutenicos vigilancia por sateacutelite de manifes-
taciones volcaacutenicas como nubes de cenizas y gases mediciones geodeacutesicas de de-
formaciones del terreno controles siacutesmicos geomagneacuteticos gravimeacutetricos activi-
dad geoeleacutectrica y teacutermica control de la temperatura flujo transporte de
sedimentos control del nivel del agua de riacuteos y lagos cercanos al volcaacuten etc
El estudio de un volcaacuten durante largos periacuteodos de tiempo puede ayudar a predecir
cuaacutendo es maacutes probable que se produzca una erupcioacuten La interaccioacuten entre los cientiacuteficos los funcionarios del gobierno local y el desarrollo de un plan de emer-
gencia puede salvar vidas y promover una ordenacioacuten del territorio maacutes segura
4 Estudios realizados
172
Figura 429 Situacioacuten de la isla de El Hierro y vista de la mancha verde producida por la erupcioacuten
submarina 14-10-2011 Modificado de PlanetaGea
Los terremotos de pequentildea magnitud y las deformaciones del terreno son precurso-
res de la actividad volcaacutenica (Kilburn C 2012) Este artiacuteculo es parte de un estudio
maacutes amplio dirigido a la investigacioacuten de la deformacioacuten del terreno como precur-
sor de erupciones volcaacutenicas
Las teacutecnicas GNSS han sido las maacutes precisas y convenientes en levantamientos
geodeacutesicos en los uacuteltimos 20 antildeos Debido a su alta precisioacuten en la determinacioacuten
de posiciones y su eficacia en la metodologiacutea de trabajo las teacutecnicas GNSS han
superado casi por completo a otros meacutetodos geodeacutesicos terrestres de alta precisioacuten
(Chang 2000)
Las tecnologiacuteas GNSS y las redes de estaciones permanentes constituyen un marco
de referencia terrestre esencial y una potente herramienta para el estudio de defor-
maciones de la corteza terrestre causadas por la actividad volcaacutenica y las fuerzas de
la gravedad Estas tecnologiacuteas son de gran intereacutes para el estudio de fenoacutemenos
geodinaacutemicos Aunque la tensioacuten es un indicador maacutes objetivo que el desplaza-
miento debido a que se no requiere un marco de referencia (Takahashi 2011) las
teacutecnicas GNSS hacen posible calcular con precisioacuten el desplazamiento de una esta-
cioacuten antes y durante las erupciones volcaacutenicas En este sentido los movimientos
horizontales y verticales pueden ser medidos en regiones activas volcaacuten y sus mo-
vimientos a continuacioacuten pueden relacionarse con otras aacutereas no afectadas Las
4 Estudios realizados
173
teacutecnicas GNSS han demostrado ser una herramienta muy eficaz para el estudio de la
deformacioacuten del suelo debido a su alta precisioacuten y exactitud (Kulkarni et al 2006)
La tecnologiacutea GNSS permite la creacioacuten de mapas de vectores de desplazamiento
del terreno dentro de los marcos de referencia geodeacutesicos Las bases de datos y
series temporales de observaciones permiten realizar mediciones con precisiones
milimeacutetricas
En Espantildea tanto de la Administracioacuten central como las autoridades autonoacutemicas
han creado una serie de redes de estaciones permanentes GNSS que permite estu-
diar efectos volcaacutenicos
Por lo tanto no hay duda de que las teacutecnicas GNSS son de intereacutes estrateacutegico cons-
tituyendo una poderosa herramienta para el anaacutelisis de deformacioacuten de la corteza
terrestre El objetivo de este estudio consiste en situar y cuantificar temporal y geo-
graacuteficamente los desplazamientos causados por la erupcioacuten del volcaacuten submarino de
El Hierro (ver Figura 429) mediante el uso de teacutecnicas geodeacutesicas GNSS El estu-
dio se llevoacute a cabo en el marco global definido por las estaciones del International
GNSS Service (IGS) y tiene como objetivo medir los movimientos de la zona afec-
tada por la erupcioacuten en relacioacuten con el aacuterea geograacutefica circundante que no se consi-
dera afectada por estos movimientos El periacuteodo de tiempo bajo estudio comprende
desde el 27 de junio hasta el 15 de diciembre de 2011
442 Marco geoestructural
Hay varias teoriacuteas que tratan de explicar el origen de las Islas Canarias Es conocido
que las islas no se formaron simultaacuteneamente sino que lo hicieron de forma progre-
siva empezando por las islas orientales (Lanzarote y Fuerteventura) hace unos 20
millones de antildeos y continuando hacia el oeste (La Palma y El Hierro) hace 2 mi-
llones de antildeos como se muestra en la Figura 430
Las principales teoriacuteas propuestas para explicar la geacutenesis de las Islas Canarias (en
las que se basan otras) son las del punto caliente una fractura litosfeacuterica probable-
mente vinculada con el tectonismo del sistema del Atlas y un bloque elevado La
primera de ellas parece ser la que maacutes adeptos aglutina con la incorporacioacuten de
datos tomograacuteficos y de dataciones de isoacutetopos contenidos en las rocas volcaacutenicas
que refuerzan la hipoacutetesis de la circulacioacuten de material de la pluma astenosfeacuterica
canaria a lo largo de un corredor litosfeacuterico que se extiende hacia el continente afri-
cano (Grupo de investigacioacuten en ingenieriacutea siacutesmica 2012)
El Hierro con poco maacutes de un milloacuten de antildeos es la isla maacutes joven de las Islas Ca-
narias Situado junto a la vecina isla de La Palma en el extremo occidental del ar-
chipieacutelago se eleva del fondo del oceacuteano Atlaacutentico desde una profundidad de entre
3500 y 4000 metros
4 Estudios realizados
174
Figura 430 Edad de las rocas volcaacutenicas en las distintas islas (datadas por el meacutetodo K-Ar)
mostrando un aumento en las edades de oeste a este (Guillou et al 2004)
Las islas de La Palma y El Hierro son las primeras islas del archipieacutelago que se han
formado de forma simultaacutenea con una posible alternancia de actividad eruptiva por
lo menos en el periacuteodo maacutes reciente Esta separacioacuten en una doble liacutenea de las
islas y la mayor profundidad de su basamento oceaacutenico explica que hayan tardado
maacutes que sus islas vecinas para emerger Aunque ambas islas se formaron maacutes tarde
que el resto de las islas eacutestas no siguieron la misma evolucioacuten y mientras se produ-
ciacutea actividad volcaacutenica en una isla la otra permaneciacutea inactiva En el Holoceno la
fase maacutes activa parece corresponder a La Palma lo que explica las numerosas erup-
ciones volcaacutenicas que se produjeron en este periodo 6 de ellas histoacutericas (hace
menos de 500 antildeos) mientras que la erupcioacuten fechada por radiocarbono en El Hie-
rro ubicada en el rift NE cerca del pueblo de San Andreacutes presenta una edad de
2500 plusmn 70 antildeos probablemente seguido por el volcaacuten Tanganasoga situado al no-
roeste de la falla con menos de 4000 antildeos de antiguumledad
Imaacutegenes de sonar del edificio Insular de El Hierro (Figura 431) muestran que las
erupciones submarinas son maacutes abundantes que la actividad volcaacutenica subaeacuterea lo
que indica que alrededor del 90 de la isla estaacute bajo el agua El ejemplo maacutes claro
es el volcaacuten El Golfo en el lado norte de la isla con un gran escarpe de 1500 metros
y menos de 100000 antildeos de antiguumledad (Peacuterez-Torrado 2012)
4 Estudios realizados
175
Figura 431 Batimetriacutea de la zona de la erupcioacuten submarina realizada mediante ecosondas por
distintos buques oceanograacuteficos (imaacutegenes tomadas del IEO) A) Imagen 3D de la batimetriacutea
anterior a la erupcioacuten realizada por el buque oceanograacutefico Hespeacuterides (CSIC) en 1998 B) Iacutedem
por el buque oceanograacutefico Ramoacuten Margalef despueacutes de iniciada la erupcioacuten submarina el 24 de
octubre de 2011 C) Mapa en relieve de la zona de la erupcioacuten realizado por el buque oceanograacute-
fico Ramoacuten Margalef el 24 de octubre de 2011 Modificado de Peacuterez-Torrado F J et al 2012
La configuracioacuten de El Hierro se completa con tres dorsales o rifts que forman las
aristas de la piraacutemide donde se ha concentrado ndashy se concentraraacuten previsiblemente
en el futurondash la mayor parte de las erupciones subaeacutereas El rift sur se prolonga maacutes
de 40 km como estructura submarina lo que evidencia que es en eacutesta donde se han
agrupado buena parte de las erupciones submarinas recientes de la isla En la Figura
432 se muestra un esquema de la reciente erupcioacuten
La erupcioacuten submarina de El Hierro ha supuesto la uacuteltima manifestacioacuten volcaacutenica
en Canarias despueacutes de 40 antildeos de inactividad desde la erupcioacuten del Teneguiacutea en la
isla de La Palma en 1971 Supone asimismo la decimocuarta erupcioacuten histoacuterica
(uacuteltimos 520 antildeos) en Canarias y la primera en la isla de El Hierro con registro
fidedigno
4 Estudios realizados
176
Figura 432 Seccioacuten E-O de El Hierro mostrando la sismicidad precursora asociada a la erupcioacuten
de 2011-12 desde el 19 de julio de 2011hasta el comienzo de la erupcioacuten el 10 de octubre (con
datos del IGN) Obseacutervese la disposicioacuten de los hipocentros en la base de la corteza forzando su
abombamiento y su migracioacuten N-S hasta alcanzar el rift S en su flanco sumergido Los hipocen-
tros emigraron a zonas someras muy raacutepidamente los diacuteas anteriores a la erupcioacuten indicando una
fractura hidraacuteulica en camino a la superficie La erupcioacuten fue tiacutepicamente fisural al abrirse ca-
mino el magma entre la malla de diques del rift (modificado de Carracedo et al 2011)
443 Meacutetodos
El sistema global de navegacioacuten por sateacutelite (GNSS) proporciona una de las teacutecni-
cas maacutes comunes que se utilizan para controlar deformaciones del terreno en volca-
nes Ademaacutes de tasas de desplazamiento lentas (varios centiacutemetros por antildeo) las
teacutecnicas GNSS se pueden utilizar para estudiar erupciones y episodios volcaacutenicos
violentos que dan como resultado movimientos mucho mayores y maacutes raacutepidos (de-
cenas de centiacutemetros o maacutes en intervalos de horas o diacuteas) Las comparaciones con
mediciones proporcionadas por inclinoacutemetros muestran que el GNSS puede deter-
minar con mayor precisioacuten el tiempo de evolucioacuten de cualquier actividad volcaacutenica
(Larson et al 2010)
Aunque existen estaciones de referencia funcionando continuamente que se pueden
utilizar para monitorizar deformaciones del terreno (Oumlzyasar and Oumlzluumldemir 2011)
ya que el objetivo de este artiacuteculo es contextualizar los movimientos del terreno producidos por la erupcioacuten del volcaacuten de El Hierro en un marco geograacutefico maacutes
4 Estudios realizados
177
amplio se utilizaron datos del IGS para garantizar una mayor homogeneidad de los
resultados obtenidos
Datos de red geodeacutesica
La red geodeacutesica disentildeada como se puede ver en la Figura 433 estaacute formada por
once estaciones permanentes GNSS de dos tipos Las que conformaraacuten el marco de
referencia estable pertenecientes al IGS y las que se utilizaraacuten para la deteccioacuten de
los posibles movimientos dependientes del Gobierno de Canarias
Se tratoacute de disentildear la red con una configuracioacuten geomeacutetrica lo maacutes homogeacutenea
posible Las cuatro estaciones maacutes alejadas del Hierro son estaciones permanentes
del International GNSS Service (IGS) pertenecientes al Global International Te-
rrestrial Reference Frame (ITRF) (Promthong 2006) usadas para enmarcar el estu-
dio en este estable marco de referencia (Satirapod 2007) Estas cuatro estaciones
fueron MORP (Morpeth Reino Unido) NOT1 (Noto Italia) BJCO (Cotonou
Benin) and FLRS (Santa Cruz das Flores Portugal)
Las estaciones locales usadas en las Islas Canarias fueron FRON (Hierro) SNMG
(Tenerife) GRAF (Tenerife) ARGU (Gran Canaria) MORJ (Fuerteventura) y
HRIA (Lanzarote)
Figura 433 Red geodeacutesica disentildeada para detectar los movimientos asociados a la erupcioacuten Las
estaciones situadas en Gran Bretantildea Italia Portugal (islas Azores) y Benin se consideran fijas en
el proceso de caacutelculo Las estaciones situadas en las Islas Canarias por el contrario se dejan
libres
4 Estudios realizados
178
Las estaciones del Gobierno regional de las Islas Canarias facilitan los datos de
observacioacuten GNSS de cada estacioacuten Los datos se obtuvieron en formato RINEX
cada 30 segundos registraacutendose las coordenadas aproximadas de las estaciones
Fecha Diacutea del antildeo Semana GPS Diacutea de la semana
01062011 152 1638 3
16062011 167 1640 4
01072011 182 1642 5
16072011 197 1644 6
01082011 213 1647 1
16082011 228 1649 2
01092011 244 1651 4
16092011 259 1653 5
01102011 274 1655 6
16102011 289 1658 0
01112011 305 1660 2
16112011 320 1662 3
01122011 335 1664 4
16122011 350 1666 5
31122011 365 1668 6
Tabla 45 Calendario de las observaciones
4 Estudios realizados
179
Otros datos necesarios para los caacutelculos geodeacutesicos realizados se obtuvieron del
Centro para la determinacioacuten de la oacuterbita de Europa (CODE) correcciones ionosfeacute-
ricas determinacioacuten de la oacuterbita precisa de los sateacutelites paraacutemetros de orientacioacuten
de la Tierra y velocidades de las estaciones
Las correcciones por cargas de mareas oceaacutenicas para cada estacioacuten se obtuvieron
del Onsala Space Observatory
Marco temporal
Tras la seleccioacuten de las estaciones se definioacute el marco de referencia temporal
Se eligioacute un periodo de tiempo de 15 diacuteas para seguir la evolucioacuten del proceso vol-
caacutenico El intervalo de tiempo estudiado como se detalla en la Tabla 45 com-
prende desde el 1 de Junio al 31 de Diciembre del 2011
Procesamiento de los datos
Los caacutelculos se realizaron con la ayuda del software Bernese programa cientiacutefico
desarrollado por la Universidad de Berna que realiza con un alto grado de control el
caacutelculo y compensacioacuten de redes geodeacutesicas GNSS (Dach et al 2007)
Los datos GPS se procesaron sesioacuten a sesioacuten para obtener soluciones diarias En un
primer momento se estimaron las ambiguumledades y se fijaron en valores enteros
utilizando la estrategia Quasi Ionosphere Free (QIF) Los caacutelculos se realizaron
utilizando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Las coordena-
das de las estaciones maacutes alejadas se ajustaron al marco de referencia El modelo
Saastamoinen se utilizoacute para corregir los errores producidos por el retardo troposfeacute-
rico con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten con la expresioacuten cos2 (z)
donde z es la distancia cenital La parte huacutemeda de la correccioacuten troposfeacuterica se
aplica en intervalos de una hora para estimar el retardo troposfeacuterico del zeacutenit de las
sentildeales GPS Los errores provocados por el retardo ionosfeacuterico se corrigieron usan-
do una combinacioacuten de GPS de doble frecuencia de datos L1 y L2 Y los errores del
reloj del sateacutelite se corrigieron utilizando efemeacuterides precisas proporcionadas por el
International GNSS Service (IGS) Modelos ionosfeacutericos velocidades de las placas
tectoacutenicas y correcciones Code-Bias se obtuvieron del CODE (Center for Orbit
Determination in Europe) y las correcciones de carga oceaacutenica de Onsala Space
Organisation
Las coordenadas se obtuvieron en el marco geodeacutesico de referencia WGS84 y en el
sistema de coordenadas UTM para cada diacutea calculado
Resultados
Los datos muestran cambios significativos en la posicioacuten de la estacioacuten permanente situada cerca del epicentro Fron en el municipio de La Frontera en la isla de El
Hierro a una distancia de 162 km del epicentro como se muestra en la Figura 434
4 Estudios realizados
180
Figura 434 Ortoimagen de la isla de Hierro donde se aprecia la ubicacioacuten de la estacioacuten perma-
nente FRON y el punto de la erupcioacuten submarina La distancia que los separa es de 1623 km
Modificado de GRAFCAN Gobierno de Canarias 2012
Figura 435 Graacuteficas que muestran el desplazamiento en las coordenadas X e Y de la estacioacuten de
referencia FRON
4 Estudios realizados
181
Figura 436 Graacutefica que muestra el desplazamiento de la altura elipsoidal h de la estacioacuten de
referencia FRON
Figura 437 Desplazamiento horizontal de la estacioacuten FRON
h
308240
308250
308260
308270
308280
308290
308300
308310
17-Apr 6-Jun 26-Jul 14-Sep 3-Nov 23-Dec 11-Feb
4 Estudios realizados
182
Figura 438 Evolucioacuten temporal de la altura elipsoidal en la estacioacuten FRON en valor absoluto
durante el periodo estudiado
Figura 439 Evolucioacuten del desplazamiento en 3D en valor absoluto de la estacioacuten FRON a lo
largo del periodo de estudio
Figure 440 Evolucioacuten de la velocidad de la estacioacuten FRON durante el periodo estudiado
4 Estudios realizados
183
En el resto de las estaciones no se detectoacute desplazamiento lo que indica que sus
coordenadas no fueron afectadas por la erupcioacuten del volcaacuten De hecho despueacutes de
comparar los resultados diarios no se encontraron cambios significativos pudieacuten-
dose usar como un marco praacutecticamente estable (Kuo et al 2002)
Los desplazamientos basados en datos tomados a lo largo de un diacutea estaacuten afectados
por todos los eventos que ocurren en ese diacutea sin embargo tiene la ventaja de la alta
precisioacuten alcanzada (Kuo et al 2002)
444 Discusioacuten y conclusiones
Del estudio de las coordenadas de la estacioacuten FRON durante el periacuteodo estudiado
se pueden extraer las siguientes conclusiones
- La erupcioacuten volcaacutenica de El Hierro provocoacute desplazamientos del terreno
que pudieron ser detectados por teacutecnicas GNSS
- El desplazamiento horizontal de la estacioacuten permanente durante el periacuteodo
de estudio como se muestra en las Figuras 435 y 437 muestra un movi-
miento del terreno discontinuo con avances y retrocesos en direccioacuten no-
reste siguiendo un azimut medio de 47 deg 50 El avance total con el final
de este periacuteodo fue de 5 cm Sin embargo el desplazamiento de la estacioacuten
alcanzoacute 7 cm el 1 de octubre Estos resultados son coherentes en magnitud
y direccioacuten con los obtenidos por Berrocoso (Berrocoso et al 2012)
- La evolucioacuten del desplazamiento vertical de la estacioacuten permanente mos-
trado en las Figuras 436 y 438 nos indica que el terreno muestra una
tendencia a la elevacioacuten como consecuencia de la erupcioacuten volcaacutenica sin
embargo este abombamiento no es ni uniforme ni continuo ya que a lo lar-
go del estudio se producen elevaciones y descensos La diferencia de ele-
vacioacuten entre el inicio del estudio y el final es de 2 cm aunque la amplitud
maacutexima detectada es de 6 cm Los resultados de este estudio corroboran el
estudio llevado a cabo por IGN (Instituto Geograacutefico Nacional) a traveacutes de
soluciones raacutepidas de oacuterbita y el uso de datos de estaciones de referencia
GNSS de servicios internacionales
- El proceso para entender el abombamiento detectado puede ser el siguiente
La bolsa de magma situada en el Manto y maacutes ligera que el material cir-
cundante asciende y choca con la base de la corteza oceaacutenica donde se
acumula y expande en forma de cabeza de champintildeoacuten en un fenoacutemeno que
se conoce como ldquounderplatingrdquo Este fenoacutemeno puede ser debido al con-
traste de densidad existente entre el Manto y la corteza de forma que el
magma surgido en el Manto queda atrapado en la base de la corteza oceaacute-
nica (discontinuidad de Mohorovičić) ya que eacutesta presenta una densidad
similar o ligeramente inferior a la suya (Carracedo et al 2012) La subsi-
guiente presioacuten ascendente del magma abomba la corteza generando los
sismos y provocando la hinchazoacuten en la superficie de la isla ver Figura
4 Estudios realizados
184
432 medida en el presente estudio Sin embargo estudiando los datos ob-
tenidos se deduce que este abombamiento no es uniforme ya que hay pe-
riodos de tiempo en los que se detectan subsidencias para posteriormente
volver a incrementar la cota todo ello a diferentes velocidades como se
puede apreciar en las figuras 436 y 438
- La deformacioacuten del terreno debido a la intrusioacuten de magma volcaacutenico es
una sentildeal importante de la inminencia de actividad eruptiva del volcaacuten Las
teacutecnicas GNSS son adecuadas para este propoacutesito ya que permiten medir
cambios en el tiempo de coordenadas tridimensionales en los puntos de
monitorizacioacuten (Janssen 1997) Del diacutea 16 de julio hasta el momento de la
erupcioacuten que se produce el 10 de octubre se observa un aumento ininte-
rrumpido de 45 cm en la altura de la estacioacuten de referencia FRON Desde
ese momento y probablemente debido a la liberacioacuten de la presioacuten acumu-
lada no se producen aumentos en la altura de la estacioacuten Este hecho co-
rrobora que la deteccioacuten temprana de los abombamientos de zonas volcaacuteni-
cas puede ser considerada como un soacutelido precursor de una inminente
erupcioacuten volcaacutenica y las teacutecnicas de GNSS son una herramienta uacutetil para
este propoacutesito
En la actualidad este proceso estaacute siendo estudiado en profundidad y esto llevoacute al
IGN a implantar en julio de 2001 cuatro nuevas estaciones permanentes para moni-
torizar el fenoacutemeno HI01 (en el aacuterea de La Cumbre) y HI02 HI03 and HI04 (en el
aacuterea de El Golfo) Y cinco maacutes en septiembre de 2011 HI00 (Valverde) HI05
(Orchilla) HI08 (El Pinar) HI09 (La Restinga) y HI10 (Tacoron) (Berrocoso et al 2012)
4 Estudios realizados
185
45 Estudio de la subsidencia en Lorca Murcia (Espantildea) mediante teacutec-
nicas GNSS
451 Introduccioacuten
La subsidencia del terreno es un fenoacutemeno geoloacutegico que implica el asentamiento
de la superficie terrestre Las causas pueden ser naturales o relacionadas con activi-
dades humanas Este fenoacutemeno no suele ocasionar viacutectimas mortales sin embargo
los dantildeos materiales producidos pueden llegar a ser enormes sobre todo en zonas
urbanas afectando especialmente a todo tipo de construcciones apoyadas sobre el
terreno que se deforma (Tomaacutes et al 2009)
Con el fin de evitar posibles dantildeos el conocimiento de las aacutereas afectadas por sub-
sidencia es de gran importancia pero tambieacuten lo es la determinacioacuten de las causas
de esa subsidencia
Estudios recientes como los realizados por Gonzaacutelez et al en 2012 con el uso de
teacutecnicas de Radar de apertura sinteacutetica interferomeacutetrico (Interpherometric Synthetic
Aperture Radar InSAR) demuestran que un aacuterea especiacutefica en Lorca tiene una tasa
de hundimiento de unos 10 cm por antildeo (Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2011)
El aacuterea de estudio se situacutea en el sudeste de la peniacutensula Ibeacuterica en el entorno de la
ciudad de Lorca Murcia (ver Figura 441) Es una vega muy feacutertil y durante las
uacuteltimas deacutecadas ha desarrollado un potente sector agrario haciendo que la demanda
de agua para sostener las explotaciones agriacutecolas haya crecido enormemente desde
mediados de los antildeos 60
Figura 441 Situacioacuten de la zona estudiada Mapa base de Google maps
Estudios como el mencionado anteriormente de Gonzaacutelez et al atribuyen este fe-
noacutemeno a la sobreexplotacioacuten del acuiacutefero del Guadalentiacuten Sin embargo ninguno
de estos estudios analiza en profundidad la hidrogeologiacutea de la zona con sus varia-
ciones piezomeacutetricas ni la estacionalidad en la velocidad de la tasa de subsidencia
4 Estudios realizados
186
observada elementos que a priori podriacutean apoyar o descartar que la sobreexplota-
cioacuten hiacutedrica sea la causa de la subsidencia observada Aunque el objetivo de este
trabajo es el estudio de los movimientos verticales del terreno en los alrededores de
la localidad de Lorca mediante teacutecnicas GNSS desde septiembre del 2009 hasta
septiembre del 2012 se estudia tambieacuten su posible relacioacuten con la extraccioacuten de
agua para riego del acuiacutefero del Guadalentiacuten
452 Antecedentes
La subsidencia del terreno es el asentamiento de la superficie terrestre se trata de
un peligro natural que afecta a amplias zonas y que causa importantes dantildeos eco-
noacutemicos y alarma social La subsidencia puede deberse a varias causas tales como
la disolucioacuten de materiales en profundidad la excavacioacuten de tuacuteneles o galeriacuteas de
minas la erosioacuten profunda la fluencia lateral del terreno la compactacioacuten de los
materiales del suelo o la actividad tectoacutenica Todas las causas mencionadas ante-
riormente se evidencian en el terreno como deformaciones verticales que pueden
variar desde unos pocos miliacutemetros a varios metros durante periacuteodos que van desde
minutos hasta antildeos (Tomaacutes et al 2009) Seguacuten Tomaacutes et al 2009 desde un punto
de vista geneacutetico se pueden describir dos tipos de subsidencia endoacutegena y exoacutege-
na La primera se refiere a los movimientos de la superficie de la tierra asociados a
los procesos geoloacutegicos internos como pliegues fallas volcanes etc La segunda
se refiere a los procesos de deformacioacuten de superficie relacionados con la compac-
tacioacuten natural o antropogeacutenica del suelo La subsidencia tambieacuten se puede clasificar
seguacuten los mecanismos de activacioacuten
En un marco geodinaacutemico global la regioacuten de Murcia se encuentra dentro de la
orogenia Beacutetica (Cordilleras Beacuteticas) que incluye el aacuterea espantildeola continental de
contacto entre las placas tectoacutenicas africana e ibeacuterica Esta zona no tiene ninguacuten
gran accidente capaz de absorber la presioacuten de las dos placas En cambio la defor-
macioacuten producida por la convergencia de las placas se distribuye en una banda cuya
direccioacuten principal es EW y que tiene unos 400 kiloacutemetros de ancho Las medidas
de los movimientos relativos entre las placas indican una velocidad de movimiento
relativo en el centro de la Peniacutensula Ibeacuterica entre la placa Ibeacuterica y la placa africana
de 02 mm antildeo NO-SE (SISMIMUR 2011) Esto sugiere que el 95 de la tasa de
4 mm antildeo de movimiento entre la placa ibeacuterica y la placa africana es absorbida por
la deformacioacuten de las Cordilleras Beacuteticas Mar de Alboraacuten Rif and Tell (SISMI-
MUR 2011)
La cuenca del Lorca se encuentra al suroeste de la Regioacuten de Murcia en la zona de
contacto entre las zonas externas e internas de las Cordilleras Beacuteticas Se compone
de doce formaciones neoacutegenas marinas y continentales agrupadas en cinco unida-
des tectoacutenicas sedimentarias (STU) Las condiciones climaacuteticas semiaacuteridas se carac-terizan por pequentildeas cantidades de precipitacioacuten (180-400mmantildeo) y una tempera-
tura media de entre 12 y 18 ordm C (Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura 1998) El
4 Estudios realizados
187
riacuteo Guadalentiacuten drena la parte occidental de la gran depresioacuten que se caracteriza por
un fondo de valle casi plano con una serie de abanicos aluviales bien desarrollados
Los bordes de cuenca se controlan principalmente por las grandes fallas de desgarre
y tienen asociada actividad hidrotermal (Gonzaacutelez et al 2011)
El acuiacutefero del Valle de Guadalentiacuten se extiende sobre un aacuterea de 740km2 entre la
Cordillera de Enmedio y su confluencia con el riacuteo Segura Hidro-geoloacutegicamente el
basamento del acuiacutefero se compone de varios complejos metamoacuterficos paleozoicos
relativamente impermeables cubiertos por conglomerados permeables del Mioceno
yo series de calcarenitas La parte superior de la sucesioacuten comprende conglomera-
dos de compresioacuten arenas limos y arcillas Plioceno-Cuaternarios de baja permea-
bilidad (Ceroacuten et al 1996)
En la actualidad la Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura considera que el acuiacutefe-
ro Guadalentiacuten consiste en dos acuiacuteferos principales el acuiacutefero del Alto Guadalen-
tiacuten y el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten La Confederacioacuten considera actualmente la
liacutenea liacutemite noreste maacutes al norte que la definida en 1975 por el Instituto Geoloacutegico y
Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Ambas liacuteneas se
muestran en la Figura 442 La Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura ha elaborado
una serie de informes titulados Caracterizacioacuten adicional de las masas de agua
subterraacutenea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales en 2015 (Con-
federacioacuten Hidrograacutefica del Segura de 2013 (1)) En el informe sobre el acuiacutefero
Alto Guadalentiacuten afirman que la frontera norte con el acuiacutefero multicapa del Bajo
Guadalentiacuten es cerrada lo que obviamente significa que no puede haber una
transferencia de agua entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y del Bajo Guadalen-
tiacuten
En el documento Anexo B Fichas de los temas importantes la mencionada Con-
federacioacuten Hidrograacutefica del Segura afirma que los dos acuiacuteferos estaacuten sobreexplo-
tados (Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura de 2013 (2)) teniendo en cuenta el
liacutemite que se trasladoacute en 1975 como se muestra en la Figura 442
Los estudios realizados por Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 muestran una subsidencia
de aproximadamente 15 m en 15 antildeos con tasas de hundimiento que alcanzan
valores maacuteximos que van de 6 a 15 centiacutemetros por antildeo como se puede observar en
las Figuras 442 y 452 Esto hace que sea una de las zonas con la tasa de hundi-
miento maacutes raacutepido del mundo por no mencionar que es el aacuterea maacutes grande de Eu-
ropa con una tasa tan alta (aproximadamente 690 kiloacutemetros cuadrados)
En base a estas consideraciones generales se hace necesario un estudio hidrogeoloacute-
gico de la zona para determinar la causa de la subsidencia observada
4 Estudios realizados
188
453 Datos y metodologiacutea
4531 Datos de acuiacuteferos
Seguacuten el informe denominado Investigacioacuten Hidrogeoloacutegica de la Cuenca Baja del
Segura (Instituto Geoloacutegico y Minero de 1975) el acuiacutefero del Valle de Guadalen-
tiacuten en realidad consta de cuatro acuiacuteferos independientes incluyendo un acuiacutefero
kaacuterstico calizo-dolomiacutetico con presencia frecuente de gases (con una elevacioacuten de
aproximadamente 250 m) situado fuera de la zona en la que se ha detectado la sub-
sidencia y que no se muestra en la Figura 443 La Figura 443 muestra los tres
acuiacuteferos independientes ubicados en el aacuterea de estudio
Figura 442 Situacioacuten de las liacuteneas liacutemite entre el acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten y el acuiacutefero del
Bajo Guadalentiacuten liacutenea liacutemite actual y liacutenea liacutemite definida en 1975 por el Instituto Geoloacutegico y
Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Situacioacuten de los piezoacutemetros
estudiados El curvado representa la tasa de hundimiento anual en centiacutemetros detectada por
Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 usando teacutecnicas de interferometriacutea de radar de sateacutelite multitempora-
les Bases imagen espacial CNES Spot Image Digital Globe Geo Eye Instituto Andaluz de
Cartografiacutea 2013
4 Estudios realizados
189
Figura 443 Perfil hidrogeoloacutegico longitudinal del Valle del Guadalentiacuten entre Lorca y Puerto
Lumbreras seguacuten los estudios geofiacutesicos realizados en los antildeos 70 por el IGME (Instituto Geoloacute-
gico y Minero de Espantildea) Estos estudios han sido confirmados por recientes sondeos profundos
45311 Acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten
En el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten se pueden encontrar varias secciones permea-
bles con niveles de agua subterraacutenea independientes
El acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten conocido como acuiacutefero multicapa del Valle del
Guadalentiacuten se extiende desde Lorca a Murcia la liacutenea divisoria entre el Bajo Gua-
dalentiacuten y el Alto Guadalentiacuten se considera casi coincidente con la carretera Lorca-
Vado (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea 1975) Las Figuras 444 445 446
y 447 ilustran la evolucioacuten de los niveles de agua subterraacutenea del acuiacutefero en los
uacuteltimos antildeos
Figura 444 Graacutefica de la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Sat La Casilla Corto localizado 35
km al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4 Estudios realizados
190
Figura 445 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Plantones de Mata ubicado
41 kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura
Alimentacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
Figura 446 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Purias El Gallego ubicado a
7 kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Ali-
mentacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4 Estudios realizados
191
Figura 447 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo El Gallego ubicado a 7
kiloacutemetros al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimen-
tacioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
45312 Acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten
El acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten en el aacuterea de estudio es como sigue Una barrera
natural de arcillas margosas que separa la cuenca sedimentaria de Puerto Lumbre-
ras Hasta llegar a una profundidad de 200-250m la parte superior de la cuenca se
compone principalmente de grava y arena gruesa posiblemente transportada desde
las ramblas del norte en Torrecilla Beacutejar y Nogalte Histoacutericamente la produccioacuten
de agua en la base ha sido alta Los primeros pozos fueron perforados a finales de
los antildeos 50 dando caudales superiores a 100 litros por segundo a poca profundidad
Sin embargo debido a la impermeabilidad de los bordes laterales la recarga y la
conexioacuten con el resto del valle era imposible La sobreexplotacioacuten se hizo inevitable
y el nuacutemero de pozos en el aacuterea crecioacute en las deacutecadas siguientes lo que llevoacute a que
la extraccioacuten de agua superoacute la recarga del acuiacutefero
A partir de los niveles de agua subterraacutenea estudiados se puede decir que el del
Alto Guadalentiacuten es el uacutenico acuiacutefero sobreexplotado Consiste en una pequentildea
cuenca detriacutetica que ocupa soacutelo el 15 del valle situado al lado de Puerto Lumbre-
ras Los graacuteficos de evolucioacuten piezomeacutetrica como se muestra en las Figuras 448 y
449 indican que el acuiacutefero estaacute sobreexplotado
4 Estudios realizados
192
Figura 448 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Los Valencianos ubicado a
3 km al suroeste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimenta-
cioacuten y Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
Figura 449 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Los Jarros ubicado a 3 km
al suroeste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
45313 Acuiacutefero profundo del Valle del Guadalentiacuten
El acuiacutefero Profundo del Valle del Guadalentiacuten se encuentra por debajo de los anteriores a una altitud de alrededor de 50-60m Varios sondeos realizados por la
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura evidencian la existencia de este acuiacutefero
4 Estudios realizados
193
profundo como los estudios realizados por Joseacute Mariacutea Montes y Francisco Turrioacuten
Pelaacuteez (Turrioacuten Pelaacuteez 2012) Como se muestra en la Figura 450 no se trata de un
acuiacutefero sobreexplotado y sus niveles incluso muestran una tendencia creciente
Figura 450 Graacutefica que muestra la evolucioacuten piezomeacutetrica del pozo Torrecilla situado a 25km
al sureste de Lorca Elaborada a partir de datos del Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y
Medio Ambiente Gobierno de Espantildea
4532 GNSS
Al igual que en el caso de muchas otras aacutereas la ciencia del control de deformacio-
nes ha entrado en una nueva era debido al desarrollo de las tecnologiacuteas espaciales
para medir el movimiento de la superficie de la corteza terrestre
Las redes geodeacutesicas se utilizan para diferentes tipos de trabajos topograacuteficos y
geodeacutesicos Un ejemplo de ello son los estudios geodinaacutemicos que utilizan los
cambios en la posicioacuten de las estaciones permanentes GNSS en un periacuteodo determi-
nado de tiempo para entender las caracteriacutesticas de los movimientos producidos
(Oumlzyasar et al 2011) En lo referente a este estudio las teacutecnicas de GNSS se han
utilizado para cuantificar el desplazamiento vertical en su caso de la zona afectada
por el proceso de subsidencia La fiabilidad de la deteccioacuten de movimiento de las
estaciones permanentes depende fundamentalmente de la realizacioacuten de una red de
monitoreo estable en torno a las estaciones (Dogani et al 2013) Por lo tanto para
este estudio se constrintildeeron las coordenadas de las estaciones permanentes del
Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) ya que no se consideran afectadas
por el fenoacutemeno en estudio Ademaacutes de las mencionadas estaciones se procesaron
datos de estaciones permanentes GNSS de otros organismos regionales para obtener
el resto de la maacutes informacioacuten
4533 Datos de entrada
A efectos de caacutelculo se procesaron los datos de cuatro agencias que ofrecen datos
de estaciones permanentes GNSS el criterio para la seleccioacuten de las estaciones fue
la disponibilidad de datos Para que una estacioacuten permanente sea incluida en la red
4 Estudios realizados
194
de organismo oficial se deben cumplir algunos requisitos como son horizonte
despejado en los alrededores de la antena no debe haber ninguacuten objeto que pueda
interferir con las sentildeales GPS o producir multicamino Ademaacutes el sitio debe ser
geoloacutegicamente estable la antena se debe montar en una estructura riacutegida y durade-
ra y el sitio debe estar libre de interferencias electromagneacuteticas La tabla 46 mues-
tra la lista de las estaciones utilizadas y algunas de sus caracteriacutesticas
ESTACIOacuteN ORGANISMO SITUACIOacuteN INSTALACIOacuteN Y ESTRUCTURA
ALAC IGN Alicante Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
ALME IGN Almeriacutea Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
COBA IGN Coacuterdoba Bloque de hormigoacuten armado sobre edificio
MALA IGN Maacutelaga Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
SONS IGN Sonseca Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
TERU IGN Teruel Pilar de hormigoacuten armado de 3 m de altura
YEBE IGN Yebes Pilar de hormigoacuten armado de 12 m de
altura sobre edificio
VALE IGN Valencia Hexaedro de hormigoacuten armado sobre edifi-
cio torre de metal de 3 m de altura
ALCA REGAM Los Alcaacutezares Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
CARA REGAM Caravaca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
LORC REGAM Lorca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
MAZA REGAM Mazarroacuten Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
MORA REGAM Moratalla Reinforced concrete cube on building
metal tower 2 m height
4 Estudios realizados
195
MULA REGAM Mula Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 2 m de altura
CRVC MERISTE-
MUM Caravaca
Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 15 m de altura
LORC MERISTE-
MUM Lorca Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
MURC MERISTE-
MUM Murcia
Cubo de hormigoacuten armado sobre edificio
torre de metal de 1 m de altura
CAAL RAP Calar Alto
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 180 m de
altura y 009 m de diaacutemetro en pilar geodeacute-
sico construido sobre roca
HUOV RAP Huercal-
Overa
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 05 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado a un
pilar del edificio en la terraza
PALC RAP Pozo Alcoacuten
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 12 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado por
abrazaderas y soportes a una columna y
una viga de la terraza del edificio
VIAR RAP Villanueva
Arzobispo
Soporte metaacutelico ciliacutendrico de 05 m de
altura y 009 m de diaacutemetro y fijado a un
pilar del edificio en la terraza
Tabla 46 Lista de las estaciones utilizadas
La distribucioacuten de las estaciones utilizadas se puede ver en la Figura 451 De las
estaciones anteriores las que pertenecen a IGN fueron tomadas como referencia
excluyendo ALME y ALAC
Las agencias mencionadas proporcionaron datos de observacioacuten GPS cada 30 se-
gundos para este estudio se utilizaron los archivos RINEX y las coordenadas apro-
ximadas de las estaciones que proporcionan estos organismos
Como se ha mencionado anteriormente hay dos estaciones permanentes cerca de
Lorca la estacioacuten incluida en la red REGAM estaacute situada en el suroeste de la ciu-
dad de Lorca y la estacioacuten incluida en la red MERISTEMUM estaacute situada a 24 km
de la anterior en las afueras de la ciudad La ubicacioacuten de las estaciones se muestra
en la Figura 452
4 Estudios realizados
196
Figura 451 Estaciones permanentes GNSS utilizadas en el proceso de caacutelculo Base imagen
espacial TerraMetrics de 2013
Figura 452 Situacioacuten de las estaciones permanentes GNSS cerca de Lorca y liacutenea liacutemite entre el
acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten y el acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten El curvado representa la tasa de
hundimiento anual en cm detectada por Gonzaacutelez y Fernaacutendez 2012 usando teacutecnicas de interfe-
rometriacutea de radar de sateacutelite multitemporales
4 Estudios realizados
197
4534 Ventana temporal
La ventana temporal de los datos de la estacioacuten de Lorca REGAM utilizados se
extiende del 22 de octubre del 2009 cuando la estacioacuten comenzoacute a ser operativa
hasta febrero 10 de 2011 cuando la estacioacuten dejoacute de funcionar Los datos tomados
de la estacioacuten Lorca MERISTEMUM son desde el 21 de abril de 2011 cuando la
estacioacuten comenzoacute a ser operativo al 27 de octubre de 2012 Aunque Blewitt y La-
valleacutee recomiendan que se adopte un periodo de 25 antildeos como conjunto de datos
miacutenimos estaacutendar para que pueda haber una correcta interpretacioacuten tectoacutenica (Ble-
witt y Lavalleacutee 2002) se han utilizado todos los datos disponibles y los resultados
obtenidos para el periacuteodo elegido se considera que son correctos ya que son consis-
tentes con los resultados anteriores de Gonzaacutelez y Fernaacutendez en 2012 obtenidos
mediante el uso de teacutecnicas de interferometriacutea de radar de sateacutelite multitemporales
Se procesoacute un diacutea completo una vez por semana el nuacutemero de posiciones calcula-
das fue de 141
4535 Procesamiento de los datos
El proceso de caacutelculo se llevoacute a cabo con el software Bernese 50 desarrollado por
la Universidad de Berna que nos permite compensar las redes GNSS con gran pre-
cisioacuten y control
Ademaacutes de los archivos de observacioacuten de estaciones permanentes se obtuvieron
del Centro para la determinacioacuten de Oacuterbitas de Europa (CODE) otros datos necesa-
rios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red incluyendo los siguientes correccio-
nes ionosfeacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las esta-
ciones Las oacuterbitas precisas de los sateacutelites de se obtuvieron del Servicio GNSS
Internacional (IGS) Datos de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del Observatorio Es-
pacial de Onsala
Se realizoacute una compensacioacuten inicial como red libre para detectar errores groseros y
seguidamente se constrintildeeron las coordenadas de las estaciones que forman el mar-
co de referencia
A efectos de compensacioacuten se escogioacute la combinacioacuten libre de ionosfera y el mo-
delo troposfeacuterico de Hopfield Se consideraron las oacuterbitas precisas los paraacutemetros
ionosfeacutericos los paraacutemetros de desplazamiento del polo las correcciones de sesgos
instrumentales Code-Bias y las correcciones por mareas
Las coordenadas de las estaciones calculadas para cada diacutea una vez por semana se
obtuvieron en el marco de referencia geodeacutesico ETRS89 y en el sistema de coorde-
nadas UTM
4 Estudios realizados
198
4536 Resultados
Al comparar varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calculados en
diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se pueden
usar para cuantificar el movimiento de la superficie y la velocidad (Chang 2000)
Figura 453 Variacioacuten en altitud en la estacioacuten LORC (REGAM) durante el periacuteodo estudiado
Figura 454 Variacioacuten en altitud en la estacioacuten LORC (MERISTEMUM) durante el periacuteodo
estudiado
4 Estudios realizados
199
Las Figuras 453 y 454 muestran las variaciones en altitud en las estaciones de
Lorca
454 Observaciones de campo
En marzo de 2013 se visitoacute el aacuterea de estudio para comprobar la estabilidad de las
estaciones permanentes GNSS ademaacutes se encontraron varios casos de piping en el
aacuterea de subsidencia como se muestra en la Figura 455
Figura 455 Fenoacutemenos de piping observados en el aacuterea de subsidencia A fotografiacutea tomada
cerca de Santa Gertrudis (ver Figura 452) B fotografiacutea tomada cerca de la estacioacuten de Puerto
Lumbreras (ver Figura 452) C Fotografiacutea tomada cerca de la estacioacuten de Puerto Lumbreras
455 Discusioacuten y conclusiones
A partir del estudio de las coordenadas obtenidas para cada estacioacuten permanente
GNSS durante el periodo calculado se ha detectado una tendencia hacia la subsi-
dencia como muestra la altura de las dos estaciones de Lorca en las Figuras 453 y
454 En concreto se detectoacute una tasa de hundimiento de 080cmantildeo en la estacioacuten
de LORC (REGAM) y se calculoacute una tasa de hundimiento de 864cmantildeo para la
estacioacuten LORC (MERISTEMUM)
Las expresiones empiacutericas calculadas para las variaciones temporales de altura
respectivamente fueron las ecuaciones (1) y (2)
h = -1E-08 t2 + 01896 t + 3884 (1)
h = -2E-08 t2 + 00010 t + 3460 (2)
4 Estudios realizados
200
donde h es la altura y t es el tiempo
La tasa de subsidencia detectada es consistente en magnitud y posicioacuten con los
valores calculados utilizando teacutecnicas de interferometriacutea radar diferencial en el
estudio llevado a cabo por Gonzaacutelez y Fernaacutendez (Gonzaacutelez et al 2011) que se
muestran en las Figuras 442 y 452
Como resultado de este estudio y teniendo en consideracioacuten el estudio realizado por
Gonzaacutelez y Fernaacutendez se puede concluir que la subsidencia en Lorca es un hecho
Sin embargo la causa de esta subsidencia estaacute poco clara
De acuerdo con estudios realizados por Gonzaacutelez y Fernaacutendez la causa de la subsi-
dencia es la extraccioacuten de agua (Gonzaacutelez et al 2011) sin embargo como se ha
demostrado no hay sobreexplotacioacuten de todos los pozos en el aacuterea en la cual se
detecta subsidencia
Como se muestra en las Figuras 442 y 452 la zona de subsidencia se encuentra
entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y Bajo Guadalentiacuten seguacuten la liacutenea liacutemite
del Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (Instituto Geoloacutegico y Minero de Espa-
ntildea 1975) la liacutenea de liacutemite oficial estaacute actualmente situada maacutes al norte como se
muestra en las Figuras 442 y 452
La liacutenea liacutemite entre los acuiacuteferos del Alto Guadalentiacuten y Bajo Guadalentiacuten se colo-
coacute en 1975 como una liacutenea coacutencava que une Lorca con Vado veacutease la Figura 452
esta liacutenea liacutemite se deduce de estudios geofiacutesicos y es consistente con los estudios
piezomeacutetricos que se han mostrado Maacutes tarde en 1987 cuando se redactoacute la decla-
racioacuten de sobreexplotacioacuten de los acuiacuteferos la liacutenea liacutemite se trasladoacute hacia el norte
pero este cambio no estaacute cientiacuteficamente justificado (Instituto Geoloacutegico y Minero
de Espantildea 1987) Teniendo en cuenta la liacutenea liacutemite de 1975 y los datos piezomeacute-
tricos el acuiacutefero del Alto Guadalentiacuten es el uacutenico sobreexplotado El acuiacutefero del
Alto Guadalentiacuten ocupa soacutelo el 39 de la zona en la que se detecta la subsidencia y
el aacuterea con la mayor tasa de hundimiento no se encuentra por encima del mismo
Otra razoacuten para cuestionar la sobreexplotacioacuten como causa de la subsidencia es la
presencia de una barrera impermeable entre el acuiacutefero de Alto Guadalentiacuten y el
acuiacutefero del Bajo Guadalentiacuten lo demuestran los estudios geofiacutesicos mencionados
del Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea Esta barrera se deberiacutea reflejar en el
curvado de tasa de hundimiento sobre todo teniendo en cuenta que se trata de una
barrera entre dos zonas con diferente comportamiento hidrogeoloacutegico el acuiacutefero
del Alto Guadalentiacuten es una pequentildea cuenca detriacutetica y el acuiacutefero del Bajo Guada-
lentiacuten tiene varias secciones permeables con niveles de aguas subterraacuteneas indepen-
dientes
Por lo tanto se debe buscar otra razoacuten para justificar la subsidencia observada
4 Estudios realizados
201
Una explicacioacuten para el fenoacutemeno observado puede estar relacionada con los proce-
sos de piping asociados con el gran nuacutemero de pozos (la mayoriacutea de ellos ilegales y
abandonados) en la zona afectada por la subsidencia en los que el agua estaacute decan-
tando continuamente sedimentos de la parte superior a la inferior del acuiacutefero Este
fenoacutemeno se ha documentado en el aacuterea de estudio (veacutease la Figura 455 A
(httpwwwyoutubecomwatchv=3uBBly8LhOA)) Sin embargo teniendo en
cuenta la magnitud de la subsidencia observada el volumen de material desplazado
deberiacutea ser muy alto y por lo tanto la subsidencia no puede atribuirse uacutenicamente a
fenoacutemenos de piping Por lo tanto se deben buscar causas adicionales para explicar
la subsidencia encontrada
Otra explicacioacuten para la subsidencia observada podriacutea estar relacionada con la con-
figuracioacuten tectoacutenica del basamento metamoacuterfico paleozoico De acuerdo con los
estudios geofiacutesicos y perforaciones profundas el Alto Guadalentiacuten tiene una estruc-
tura de graben un horst tectoacutenico se puede observar dentro de la zona hundida que
estaacute delimitada por fallas N 60 E el horst estaacute interrumpido y desplazado lateral-
mente por otras fallas N 120 E que tienen un desgarro dextral predominante (el
bloque oriental se mueve al sur y el occidental al norte) Se han detectado fallas
normales con rumbo N 150-170 E cruzando el horst (Rodriacuteguez Estrella et al
1996)
Durante la visita a la zona se observoacute una grieta kilomeacutetrica absolutamente lineal
la grieta teniacutea una anchura de 05 a 3 m una profundidad de 1-5 m y una direccioacuten
de N 160 E que coincide con la falla normal descrita por Rodriacuteguez Estrella et al en el antildeo 1987 Esta grieta evidencia la existencia de distensioacuten neotectoacutenica en el
aacuterea de estudio Rodriacuteguez Estrella et al sentildealoacute que se ha producido esta actividad
distensiva desde el Mioceno Tardiacuteo
La actividad distensiva asociada con los esfuerzos orogeacutenicos de direccioacuten casi NS
podriacutea ser la causa de la subsidencia Ademaacutes este mecanismo tectoacutenico explica la
intensa actividad de piping observada en el aacuterea de estudio
Como conclusioacuten final es necesario llevar a cabo un estudio multidisciplinario maacutes
a fondo de este fenoacutemeno con el fin de determinar las causas y el alcance de la sub-
sidencia ya que podriacutea implicar un peligro potencial para el aacuterea pudieacutendose pro-
ducir derrumbes de tierra y grietas en la zona afectada (veacutease la Figura 455 B y C)
4 Estudios realizados
202
46 Estudio baacutesico de los desplazamientos de las fallas activas en la cordi-
llera Beacutetica oriental mediante teacutecnicas GNSS
461 Introduccioacuten
El uso de GNSS para monitorizar de forma continua deformaciones en la corteza
terrestre implica una infraestructura de redes fijas de receptores tomando datos
GNSS las 24 horas del diacutea (Bock 1991) Es una praacutectica habitual la realizacioacuten de
mediciones geodeacutesicas para detectar deformaciones intersiacutesmicas y cosiacutesmicas En
la mayoriacutea de los casos estos estudios se han realizado en fallas activas y poten-
cialmente activas con tasas altas o muy altas de actividad
En los uacuteltimos antildeos los estudios geofiacutesicos y geoloacutegicos de las Cordilleras Beacuteticas
se han centrado en el reconocimiento de las estructuras tectoacutenicamente activas y las
aacutereas siacutesmicas Como resultado de las investigaciones geofiacutesicas (incluyendo sismi-
cidad tomografiacutea siacutesmica perfiles siacutesmicos de reflexioacuten profunda gravedad y
magnetismo) se ha llegado a la conclusioacuten de que algunos de los elementos maacutes
activos de la zona estaacuten relacionados con la subduccioacuten de la corteza continental
del Macizo Ibeacuterico por debajo de las Cordilleras Beacuteticas (Morales et al 1999)
Ademaacutes en el sector central de la cordillera se ha detectado un contacto de des-
prendimiento de entre 10 y 15 km de profundidad (Galindo-Zaldiacutevar et al 1997
Ruano et al 2004) se considera que es la base sismogeneacutetica de la corteza (Galin-
do-Zaldiacutevar et al 2007)
La reciente y la actual convergencia NW-SE (De Mets et al 1990) produce el desa-
rrollo simultaacuteneo de grandes pliegues y fallas que continuacutea activo hasta la actuali-
dad (Galindo-Zaldiacutevar et al 2003) Uno de los sectores con maacutes intensa actividad
tectoacutenica en esta regioacuten se encuentra en zona interna de la parte central en las Cor-
dilleras Beacuteticas El levantamiento de las cordilleras se relaciona principalmente con
el desarrollo de pliegues en este contexto regional compresivo (Sanz de Galdeano y
Alfaro 2004) Sin embargo las fallas maacutes abundantes reconocidas en la superficie a
lo largo de la parte central de la Cordillera muestran un deslizamiento normal a
veces con componentes dextrales o sinistrales (Galindo-Zaldiacutevar et al 2007)
En el presente estudio se pretende determinar la dinaacutemica de las fallas activas de la
cordillera beacutetica oriental mediante la red de estaciones permanentes dependientes de
cuatro organismos puacuteblicos estatales Instituto Geograacutefico Nacional (IGN) Infraes-
tructura de datos espaciales de referencia de la Regioacuten de Murcia (REGAM) Con-
sejeriacutea de Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia (MERISTEMUM) y
Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) Se han utilizado datos desde el momento
en que se instalaron las redes en octubre de 2009 hasta octubre de 2012
4 Estudios realizados
203
462 Marco geoestructural
La Cordillera Beacutetica se situacutea en el extremo maacutes occidental del cinturoacuten orogeacutenico
alpino adosada al borde Sur de la subplaca Ibeacuterica (ver Figura 456) La evolucioacuten
geodinaacutemica de esta subplaca ha sido bastante compleja durante los uacuteltimos 200
millones de antildeos debido a su posicioacuten intermedia entre las dos grandes placas Euro-
asiaacutetica y Africana asiacute como por su relativa independencia cinemaacutetica en determi-
nadas etapas Durante el Juraacutesico y gran parte del Cretaacutecico se produjo un movi-
miento relativo de caraacutecter transcurrente entre las placas Africana y Euroasiaacutetica
asociado a los procesos de apertura primero del Atlaacutentico Sur y luego del Atlaacutentico
Norte Durante esta etapa la microplaca ibeacuterica presenta una cinemaacutetica individuali-
zada respecto a la de las dos grandes placas que separa sufriendo procesos de rota-
cioacuten (Le Pichon et al 1970 Choukroune et al 1973) Durante el Terciario este
movimiento transcurrente relativo se frena de modo que durante los uacuteltimos 9 mi-
llones de antildeos (Mioceno superior-actualidad) la subplaca Ibeacuterica ha estado sometida
al proceso de convergencia entre las placas Africana y Euroasiaacutetica (Dewey 1988)
Figura 456 Principales elementos de los liacutemites de placas y la cinemaacutetica de las placas tectoacuteni-
cas AB Cuenca del Algarve PB Margen de Portimao GB Margen del Guadalquivir CPR
Coral Patch Ridge GCIW Gulf of Cadiz Imbricate Wedge HGU Horseshoe Gravitational Unit
Modificado de Iribarren et al 2007
Como consecuencia de esta convergencia se generan las cordilleras que configuran el Oroacutegeno Alpino Mckenzie (1972) utilizando datos de los oceacuteanos circundantes
y analizando los mecanismos focales de la sismicidad describe esa convergencia
4 Estudios realizados
204
entre Eurasia y Aacutefrica deduciendo una rotacioacuten horaria en la direccioacuten de conver-
gencia y un aumento en el valor absoluto de la misma hacia el este Dicha conver-
gencia estaacute controlada por la actividad de grandes fallas transformantes de direccioacuten
proacutexima a E-O que conectan la dorsal centro-oceaacutenica con la zona de Gibraltar
fundamentalmente las fallas Gloria y Azores-Gibraltar (Argus et al 1989)
La direccioacuten de convergencia gira desde la zona de Gibraltar hacia el mediterraacuteneo
central cambiando de orientacioacuten desde NO-SE a NNO-SSE Al mismo tiempo que
se produce este proceso de convergencia se genera un proceso distensivo entre las
placas Ibeacuterica y Africana que da lugar a la formacioacuten de la cuenca de Alboraacuten y el
golfo de Valencia (Vegas 1985 y Sanz de Galdeano 1990)
Figura 457 Mapa de las principales fallas situadas en la zona analizada que son CRF falla de
Crevillente BSF Falla del Bajo Segura CF Falla Carrascoy AMF Falla de Alhama de Murcia
PF Falla de Palomares CBF Falla de Carboneras MF falla Moreras y AF Falla de Albox Mo-
dificado de Ortuntildeo et al (2012)
Las medidas de movimientos relativos entre las placas indican una velocidad de
movimiento relativo en el centro de la Peniacutensula Ibeacuterica entre la placa Ibeacuterica y la
placa Africana de 02 mmantildeo seguacuten una direccioacuten NO-SE Ello parece indicar que
el 95 de los 4 mmantildeo de la tasa de movimiento entre la placa Ibeacuterica y la placa
Africana es absorbida por la deformacioacuten en las cordilleras Beacuteticas Mar de Albo-
raacuten Rif y Tell (Sismimur 2011)
4 Estudios realizados
205
La zona analizada en el presente estudio como se puede ver en la Figura 457 se
localiza en zona oriental del Oroacutegeno Beacutetico el cual comprende la parte continental
espantildeola de la zona de contacto entre las placas tectoacutenicas de Aacutefrica e Iberia Dicha
zona se caracteriza por la ausencia de un accidente principal que absorba la defor-
macioacuten producida por el empuje de ambas placas repartieacutendose el esfuerzo a lo
largo de una amplia zona con gran cantidad de fallas activas
463 Metodologiacutea utilizada
Como muchos otros aspectos de la vida la ciencia de los terremotos ha entrado en una
nueva era con el desarrollo de tecnologiacuteas espaciales para medir la deformacioacuten de la
superficie en las zonas tectoacutenicamente activas
Las mediciones permanentes con datos GPS ofrece la posibilidad efectiva e inde-
pendiente de la monitorizacioacuten directa de los movimientos asociados a un fenoacute-
meno (Schenk et al 2009) Por lo tanto para los propoacutesitos de este estudio las
teacutecnicas de GNSS se han utilizado para cuantificar el desplazamiento vertical en el
caso de que hayan producido de la zona afectada por el proceso de subsidencia
La fiabilidad en la deteccioacuten de los movimientos del objeto estudiado depende
fundamentalmente de la realizacioacuten de una red estable en torno a esos objetos (Do-
gani et al 2013) Por lo tanto este estudio se llevaraacute a cabo en el marco definido
por estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional de Espantildea (IGN) y de
otros organismos puacuteblicos Las estaciones situadas fuera de la zona estudiada de la
cordillera beacutetica en zonas tectoacutenicamente poco activas se consideraraacuten en principio
no afectadas por el fenoacutemeno estudiado y fijaraacuten el marco de referencia Ademaacutes se
procesaraacuten las estaciones permanentes GNSS de otros organismos regionales para
obtener la informacioacuten buscada
464 Datos de partida
Se procesoacute la informacioacuten proporcionada por cuatro organismos que ofrecen datos
GNSS de sus estaciones permanentes de forma continua estos son
- Red de estaciones permanentes del Instituto Geograacutefico Nacional (IGN)
De donde se utilizaron los datos de las estaciones ALAC (Alicante Ali-
cante) ALME (Almeriacutea Almeriacutea) COBA (Coacuterdoba Coacuterdoba) MALA
(Maacutelaga Maacutelaga) SONS (Sonseca Toledo) TERU (Teruel Teruel) YE-
BE (Yebes Guadalajara) y VALE (Valencia Valencia)
- Red REGAM (Cartomur ndash Infraestructura de datos espaciales de referencia
de la Regioacuten de Murcia) de donde se tomaron datos de las estaciones
ALCA (Los Alcaacutezares) CARA (Caravaca) JUMI (Jumilla) LORC (Lor-
ca) MAZA (Mazarroacuten) MORA (Moratalla) y MULA (Mula)
4 Estudios realizados
206
- Red MERISTEMUM (Direccioacuten General del Medio Natural Consejeriacutea de
Industria y Medio Ambiente de la Regioacuten de Murcia) De la que se toma-
ron las estaciones CRVC (Caravaca) LORC (Lorca) MURC (Murcia)
- Red Andaluza de Posicionamiento (RAP) De la que se tomoacute informacioacuten
de las estaciones CAAL (Calar Alto Gergal Almeriacutea HUOV (Huercal-
Overa Almeriacutea) PALC (Pozo Alcoacuten Jaeacuten) y VIAR (Villanueva del Arzo-
bispo Jaeacuten)
La distribucioacuten de las estaciones utilizadas se puede observar en la Figura 458 De
todas las estaciones citadas se tomaron como marco de referencia las pertenecien-
tes al IGN excepto ALME y ALAC
Figura 458 Estaciones permanentes GNSS utilizadas en el proceso de caacutelculo Imagen espacial
base TerraMetrics 2013
Las agencias mencionadas proporcionaron los datos de observacioacuten GPS cada 30
segundos los archivos RINEX y las coordenadas aproximadas de las estaciones
utilizadas
Otros datos necesarios para el caacutelculo y compensacioacuten de la red se obtuvieron del
Centre for Orbit Determination in Europe (CODE) incluyendo correcciones ionos-feacutericas paraacutemetros de orientacioacuten de la Tierra y velocidades de las estaciones Las
4 Estudios realizados
207
oacuterbitas precisas de los sateacutelites se obtuvieron del Internacional GNSS Service
(IGS) Los datos de cargas oceaacutenicas se obtuvieron del Onsala Space Observatory
465 Marco temporal
La ventana temporal de los datos utilizados se extiende del 22 de octubre de 2009
cuando comenzaron a ser operativas las estaciones al 27 de octubre de 2012 Se
procesaron los datos de un diacutea entero una vez por semana siendo el nuacutemero de
posiciones calculadas de 141
466 Procesamiento de los datos
Todos los caacutelculos se realizaron con la ayuda del programa informaacutetico Bernese de
la Universidad de Berna que nos permite compensar redes geodeacutesicas observadas
mediante teacutecnicas GNSS con una gran precisioacuten y control de las mismas (Dach et
al 2007)
En una primera etapa las ambiguumledades se estimaron y se fijaron a un entero utili-
zando la estrategia QIF (Quasi Ionosphere Free) Los caacutelculos se realizaron utili-
zando la metodologiacutea de red libre para detectar errores groseros Maacutes tarde las
coordenadas de las estaciones definidas para conformar el marco de referencia fue-
ron constrentildeidas El retraso troposfeacuterico se corrigioacute aplicando el modelo de Saasta-
moinen con una ponderacioacuten dependiente de la elevacioacuten de cos2(z) siendo z la
distancia cenital La correccioacuten troposfeacuterica seca se aplicoacute a intervalos de una hora
para estimar el retardo de ceacutenit de las sentildeales GPS Por otra parte el retardo ionos-
feacuterico se eliminoacute mediante el uso de una combinacioacuten de las frecuencias L1 y L2
Los errores del reloj del sateacutelite se eliminaron mediante el uso de efemeacuterides preci-
sas proporcionadas por el IGS en formato sp3 Los modelos ionosfeacutericos velocida-
des de placas y correcciones Code-Bias se tomaron del CODE (Center for Orbit
Determination in Europe) Por uacuteltimo las correcciones de carga oceaacutenica se obtuvie-
ron del Onsala Space Observatory
Como resultado de todo el proceso se obtuvieron coordenadas en el marco de refe-
rencia geodeacutesico ETRS89 y en el sistema de coordenadas UTM de cada uno de los
diacuteas calculados
467 Resultados obtenidos
Cuando se comparan varios grupos de coordenadas de la misma estacioacuten calcula-
das en diferentes momentos los cambios en estas coordenadas tridimensionales se
pueden utilizar para cuantificar los desplazamientos de la superficie terrestre y su
velocidad (Chang 2000)
Despueacutes de calcular y compensar la red geodeacutesica para cada uno de los diacuteas proce-
sados las desviaciones tiacutepicas de las coordenadas oscilaron entre 08 y 11 mm
4 Estudios realizados
208
En la Figura 459 se reflejan los vectores obtenidos a partir del estudio realizado y
su situacioacuten en relacioacuten a las fallas activas maacutes importantes de la zona
Figura 459 Mapa de las principales fallas activas de la zona analizada estaciones permanentes
vectores obtenidos y velocidades en mmantildeo (NA Movimiento no apreciable) La nomenclatura
de las fallas es la siguiente BSF Falla del Bajo Segura CF Falla de Carrascoy CRF Falla de
Crevillente AMF Falla de Alhama de Murcia PF Falla de Palomares CBF Falla de Carbone-
ras AF Falla de Albox CAF Falla de Campo de las Alpujarras EF Falla de Estancias NF
Falla Norbeacutetica SF Falla de Socobos MF Falla de Moreras y SMF Falla de San Miguel Ima-
gen espacial tomada como base TerraMetrics 2013
Dos de las fallas maacutes importantes en la zona de estudio desde el punto de vista de
actividad tectoacutenica son las de Alhama de Murcia y Carboneras Las estaciones
permanentes de LORC Y HUOV se encuentran relativamente cerca de dichas fallas
Oeste de la falla de Alhama de Murcia (AMF) y este de la falla de Albox (AF)
La falla de Alhama de Murcia es una falla de desgarre sinistrorsa con componente
inversa que cruza la cordillera Beacutetica oriental con una direccioacuten NE_SW como se
puede apreciar en la Figura 460 La AMF acomoda ~ 01 - 06 mm antildeo de los
4 Estudios realizados
209
aproximadamente 5 mm antildeo de convergencia entre la placa Nubia y la euroasiaacuteti-
ca siendo una de las mayores fallas de la zona de cizalla del este de las Beacuteticas
Muchos de los grandes sismos histoacutericos dantildeinos que ocurrieron en esta aacuterea tienen
que ver con esta estructura (Martiacutenez Diacuteaz et al 2012a)
Estacioacuten Velocidad (mmantildeo) Acimut Falla
ALAC 15 8143ordm CRF
ALCA 19 4873ordm SMF
ALME 20 25175ordm CF
CAAL No apreciable - CAF y AF
CRVC 21 33847ordm CRF y SF
HUOV 17 4758ordm AMF y AF
LORC (MERISTEMUM) 129 12943ordm AMF
LORC (REGAM) 71 12943ordm AMF
MAZA 25 1741ordm MF
MULA 14 1924ordm NF
MURC 15 8318ordm AMF
PALC No apreciable - CRF
Tabla 47 Resultados obtenidos para cada una de las estaciones permanentes estudiadas y su
relacioacuten geograacutefica con las fallas activas maacutes cercanas
Varias fallas convergen hacia el este fusionaacutendose con la falla NEndashSW de Alhama
de Murcia cerca de la localidad de Goacutentildear Hacia el oeste el relieve suave controla-
do por estas fallas inversas desaparece gradualmente despueacutes de algunos kiloacuteme-
tros La falla de Albox cruza la cuenca de Huercal-Overa al sur de Goacutentildear Esta falla
normal neoacutegena se ha reactivado en la actualidad como falla inversa probablemente
controlada por la actividad de la falla de Alhama de Murcia (Masana et al 2005)
4 Estudios realizados
210
Figura 460 Mapa en relieve de la zona de las fallas de Alhama de Murcia y de Albox (ilumina-
cioacuten del NO) en el que se muestran las estaciones analizadas y las principales fallas Sistema de
coordenadas UTM en metros Modificado de E Masana et al 2005
Como se puede ver en la Figura 460 la estacioacuten HUOV estaacute situada al este de la
AF y al oeste de la AMF En el presente estudio como se puede comprobar en las
Figuras 461 462 y 463 se detecta un movimiento de 17 mmantildeo con un azimut
de 4758ordm direccioacuten coincidente con la direccioacuten de la AMF
4 Estudios realizados
211
Figura 461 Posiciones de la estacioacuten permanente HUOV durante el periodo estudiado
Figura 462 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Xutm para la estacioacuten
permanente HUOV
4 Estudios realizados
212
Figura 463 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente HUOV
En cuanto a las estaciones situadas en Lorca LORC (REGAM) y LORC (MERIS-
TEMUM) situadas a menos de un kiloacutemetro y dos kiloacutemetros respectivamente al
sur de la AMF se detectan los mayores desplazamientos del estudio con 71 y 129
mmantildeo respectivamente y un azimut para las dos estaciones de 12943ordm ver Tabla
47 y Figuras 464 y 465 La direccioacuten como se puede apreciar en la Figura 459
es perpendicular a la alineacioacuten de la AMF lo que se explica por el hecho de que el
buzamiento de las principales fallas de la AMF es considerablemente uniforme a lo
largo de los segmentos de 60ordm a 70ordm NW Una clave para entender la estructura del
sistema de fallas es que estas fallas se han formado recientemente y no estaacuten conec-
tadas en profundidad con la AMF o por el contrario son estructuras que amortiguan
el movimiento en profundidad NW de las fallas de buzamiento (Martiacutenez Diacuteaz et al 2012)
Es de resentildear que el 11 de mayo de 2011 se produjo un terremoto de magnitud 51
Mw en la localidad de Lorca Los datos procesados en este estudio de las dos esta-
ciones de Lorca corresponden temporalmente a las siguientes fechas
- Estacioacuten LORC (REGAM) Observaciones desde el 19112009 hasta el
27012011 (deja de ser operativa)
- Estacioacuten LORC (MERISTEMUM) Observaciones desde el 26052011
(inicio de operatividad) hasta el 13092012
Es decir el terremoto sucedioacute entre los dos periodos de observaciones
4 Estudios realizados
213
Figura 464 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia la coordenada Xutm para la estacioacuten perma-
nente LORC (MERISTEMUM)
Figura 465 Evolucioacuten temporal y liacutenea de tendencia de la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente LORC (MERISTEMUM)
La falla de Carboneras es una de las tres principales fallas de desgarre cenozoicas
de la Cordillera Beacutetica La historia del deslizamiento de la falla de Carboneras du-
rante los uacuteltimos 100 ka en el periodo cuaternario parece que se responde a una de
elevacioacuten vertical en lugar de un movimiento de desgarre si atendemos a los meca-nismos focales actuales (Bell et al 1997) Constituye una parte importante de la
zona de cizallaTrans-Alboraacuten del Cenozoico La CBF separa el bloque del Cabo de
4 Estudios realizados
214
Gata (Rocas volcaacutenicas neoacutegenas) de los sedimentos de la cuenca Neoacutegena y el
basamento (Reicherter y Reiss 2001) como se puede observar en la Figura 466
Figure 466 Mapa geoloacutegico generalizado de la regioacuten de la falla de Carboneras Modificado de
Fortuin and Krijgsman (2003)
Como se puede ver en las Figuras 459 y 466 la estacioacuten ALME (Almeriacutea) estaacute
situada al norte de la CBF En el presente estudio se detecta un movimiento de 20
mmantildeo con un azimut de 25175ordm direccioacuten coincidente con la direccioacuten de la fa-
lla como se puede ver en las Figuras 467 468 y 469
4 Estudios realizados
215
Figura 467 Posiciones de la estacioacuten permanente ALME durante el periodo estudiado
Figura 468 Evolucioacuten temporal y linea de tendenciade la coordenada Xutm para la estacioacuten
permanente ALME
4 Estudios realizados
216
Figura 469 Evolucioacuten temporal y linea de tendenciade la coordenada Yutm para la estacioacuten
permanente ALME
En lo que se refiere a la estacioacuten de MAZA cercana a la falla NS situada por Mar-
tinez and Hernaacutendez entre la falla Carrascoy y la falla de Moreras como se muestra
en la Figura 459 en este estudio se ha detectado un movimiento de 25 mmantildeo
con un acimut de 1741ordm la direccioacuten coincide con la direccioacuten de la falla
En lo que a la estacioacuten CRVC se refiere estando esta falla situada cerca de la falla
de Socobos como muestra la Figura 459 se ha detectado en este estudio preliminar
un movimiento de 21 mmantildeo con un acimut de 33847ordm la direccioacuten coincide de
nuevo con la direccioacuten de la falla
En lo que se refiere a la estacioacuten MURC se ha detectado un movimiento de 15
mmantildeo con un acimut de 8318 ordm lo que coincide con el movimiento general de la
falla de Alhama de Murcia
Por uacuteltimo en lo que se refiere a la estacioacuten MULA se ha detectado un movimiento
de 14 mmantildeo con un acimut de 1924ordm lo que no coincide con el movimiento de
ninguna falla ni siquiera de la falla Norbeacutetica que es la maacutes cercana
468 Conclusiones y recomendaciones
Como resultado del estudio realizado se puede afirmar que la metodologiacutea utilizada
para cuantificar de forma grosera la dinaacutemica de zonas tectoacutenicamente activas es
relativamente barata y de sencilla aplicacioacuten Utilizando la infraestructura geodeacutesica
puacuteblica que es de acceso faacutecil y gratuito se pueden llevar a cabo estudios previos
para determinar queacute aacutereas son las maacutes activas y las maacutes interesantes para llevar a
4 Estudios realizados
217
cabo estudios maacutes detallados como los que se estaacuten realizando con la red GPS
CuaTeNeo para estudiar la tectoacutenica del este de la peniacutensula ibeacuterica (Gil de la Igle-
sia 2008)
Basaacutendonos en la precisioacuten de las coordenadas obtenidas a partir del ajuste de red
geodeacutesica disentildeada se puede afirmar que este meacutetodo es capaz de detectar despla-
zamientos permanentes de orden milimeacutetrico
Por otro lado atendiendo a las graacuteficas de desplazamiento obtenidas se ha compro-
bado que los movimientos descritos anteriormente tienen lugar temporalmente de
forma sin saltos bruscos en las posiciones diarias con la excepcioacuten de las estacio-
nes de Lorca
En las dos estaciones de Lorca se produce un cambio brusco en la velocidad del
desplazamiento calculado Este cambio coincide temporalmente con el terremoto
del diacutea 11 de mayo de 2011 de magnitud 51 Mw cuyo epicentro se situoacute a 2 y 3
km de las estaciones de referencia Antes del terremoto la velocidad del desplaza-
miento calculada es de 71 mmantildeo y despueacutes del evento siacutesmico de 129 mmantildeo
El azimut del vector desplazamiento no cambia con un valor en ambos casos de
12943ordm lo que es consistente con los estudios de Martiacutenez-Diacuteaz et al (Martiacutenez-
Diacuteaz et al 2012b)
5 Conclusiones
218
5 Conclusiones
219
5 Conclusiones
A pesar de que ya se han expuesto las conclusiones de forma individual para cada
una de las investigaciones realizadas a continuacioacuten se indicaraacuten las conclusiones
generales maacutes destacadas aplicables al conjunto del trabajo realizado
En esta tesis doctoral se ha comprobado mediante seis estudios geodeacutesicos de alta
precisioacuten la capacidad de los sistemas GNSS para monitorizar movimientos del
terreno de forma perioacutedica asiacute como para detectar precursores de ciertos fenoacutemenos
geodinaacutemicos
La metodologiacutea utilizada en todos los casos praacutecticos analizados ha sido la solucioacuten
de redes geodeacutesicas mediante posicionamiento relativo con medidas de fase Este
meacutetodo ha permitido obtener a posteriori precisiones milimeacutetricas al utilizar soft-
ware cientiacutefico eliminando la mayoriacutea de los errores sistemaacuteticos
Sin embargo se ha de indicar que el meacutetodo aplicado a pesar de su alta precisioacuten
posee una serie de limitaciones
La influencia del marco de referencia utilizado en el caacutelculo de los desplazamientos
especialmente cuando estos son muy pequentildeos Es decir que el movimiento de las
estaciones elegidas para fijar el marco de referencia de la red no se puede conside-
rar despreciable en relacioacuten al movimiento que queremos detectar
El hecho de realizar los caacutelculos con observaciones de 24 horas hace imposible
detectar los movimientos no permanentes que se producen en los episodios siacutesmicos
y volcaacutenicos que suelen ser de corta duracioacuten Movimientos que son de gran impor-
tancia en el estudio de precursores de riesgo
En cuanto a la buacutesqueda de precursores se pueden extraer dos conclusiones en
funcioacuten del fenoacutemeno estudiado
En vulcanologiacutea la deformacioacuten del terreno debido a la intrusioacuten de magma volcaacute-
nico es una sentildeal importante de la inminencia de actividad eruptiva del volcaacuten Las
teacutecnicas GNSS son adecuadas para este propoacutesito ya que permiten medir cambios
en el tiempo de coordenadas tridimensionales en los puntos de monitorizacioacuten El
estudio realizado en la erupcioacuten submarina de la isla del Hierro corrobora que la
deteccioacuten temprana de los abombamientos de zonas volcaacutenicas puede ser conside-
rada como un soacutelido precursor de una inminente erupcioacuten volcaacutenica y las teacutecnicas
de GNSS son una herramienta uacutetil para este propoacutesito
En sismologiacutea en cambio las cosas son diferentes y queda mucho camino por
recorrer para poder predecir geograacutefica y temporalmente terremotos potencialmente
destructivos Desafortunadamente en los estudios realizados no se ha podido en-contrar ninguacuten precursor al respecto
6 Liacuteneas futuras
220
6 Liacuteneas futuras
221
6 Liacuteneas futuras
Vista la potencia de la metodologiacutea utilizada en la deteccioacuten de desplazamientos del
terreno en zonas geodinaacutemicamente activas los futuros trabajos a realizar para con-
tinuar con esta liacutenea de investigacioacuten seriacutean
Estudios de implantacioacuten de redes GNSS permanentes para la deteccioacuten de defor-
maciones en tiempo real con sistemas de alerta en zonas potencialmente peligrosas
o activas
Para solventar las limitaciones indicadas en las conclusiones ademaacutes del posicio-
namiento relativo con medidas de fase en postproceso se aplicariacutea el meacutetodo de
posicionamiento absoluto ldquoPrecise point positioningrdquo (PPP) que nos permitiriacutea
solventar las limitaciones impuestas por el marco de referencia aunque sacrificando
precisioacuten para detectar los desplazamientos de corta duracioacuten no permanentes Para
zonas en las que el fenoacutemeno a estudiar presente tasas de desplazamiento elevadas
no comparables al movimiento general del marco de referencia se podriacutea emplear
la solucioacuten de red mediante enviacuteo de correcciones diferenciales
En esta investigacioacuten se han analizado dos aacutereas especialmente sensibles en este
sentido
- La cuenca de Lorca constituye una zona de especial intereacutes Por una parte
se encuentra al lado de la falla Alhama de Murcia una de las mayores fa-
llas de la zona de cizalla del este de las Beacuteticas responsable de muchos de
los grandes sismos histoacutericos dantildeinos que han sucedido en este sector Por
otro lado parte de la cuenca estaacute en estos momentos afectada por un proce-
so de hundimiento con una de las tasas maacutes altas de Europa superaacutendose
en ciertos puntos los 10 cm anuales
- La isla de El Hierro en las Islas Canarias La erupcioacuten submarina que tuvo
lugar en octubre de 2011 constituye la uacuteltima manifestacioacuten volcaacutenica en
Canarias despueacutes de 40 antildeos de inactividad pero nos recuerda que la isla
es todaviacutea volcaacutenicamente activa Los desplazamientos y movimientos del
terreno en zonas proacuteximas a los volcanes son uno de los signos precursores
de las erupciones volcaacutenicas y en este sentido el estudio realizado pone de
manifiesto que antes de la erupcioacuten estudiada se produjeron movimientos
del terreno
La implantacioacuten de una red geodeacutesica local de alta precisioacuten podriacutea
resultar de ayuda de cara a estudiar el comportamiento volcaacutenico de la zona
y a predecir futuras erupciones volcaacutenicas potencialmente peligrosas para
la poblacioacuten
6 Liacuteneas futuras
222
Esta investigacioacuten se podriacutea aplicar
para la deteccioacuten y cuantificacioacuten de
desplazamientos del terreno en zonas
en las que se producen extracciones
de hidrocarburos mediante el proceso
de fracturacioacuten hidraacuteulica
La fracturacioacuten hidraacuteulica comuacuten-
mente conocida como ldquofrackingrdquo es
un proceso en el cual se fracturan las
rocas a traveacutes de la inyeccioacuten de
fluidos a alta presioacuten Recientemen-
te en durante una exploracioacuten de gas
de esquisto en Lancashire en el
Reino Unido la fracturacioacuten hidraacuteu-
lica ha sido asociada con temblores
de tierra causando una gran alarma
en la poblacioacuten
Se piensa que la inyeccioacuten de fluidos
para crear fracturas como se indica
en la Figura 61 permite que las
redes de fracturas se propaguen a las
zonas de fallas Consecuentemente
los fluidos inyectados pueden propa-
garse dentro de la zona de falla provocando un deslizamiento Los mecanismos
magnitud y frecuencia de la sismicidad inducida relacionada con la fracturacioacuten
hidraacuteulica no son totalmente comprendidos y hasta ahora no se ha estudiado su
lugar dentro del contexto global con otras formas de sismicidad inducida (Davies et
al 2013)
Disentildeando e implantando redes GNSS en zonas de extraccioacuten y monitorizando las
fallas afectadas se podriacutea hacer un seguimiento en tiempo real de todo el proceso
de fracking Se podriacutea obtener informacioacuten cientiacutefica baacutesica sobre la sismicidad
inducida y si fuera el caso activar las alarmas oportunas
Figura 61 Corte tridimensional simplificado de
un campo de produccioacuten de gas de esquisto Un
pozo se perfora hasta alcanzar los depoacutesitos pro-
fundos Los fluidos a alta presioacuten son inyectados
en la roca causando que eacutesta se rompa y libere el
gas atrapado Se piensa que la sismicidad induci-
da ocurre cuando esta fracturacioacuten hidraacuteulica
permite que los fluidos se muevan a la zona de la
falla (Davies et al 2013)
7 Bibliografiacutea
223
7 Bibliografiacutea
Altamimi Z Metivier L y Collilieux X (2011) ldquoITRF2008 plate motion mod-
elrdquo Journal of Geophysical Research Solid Earth (1978ndash2012) Vol 117 Issue B7
Aacutelvarez-Goacutemez J A et al Tsunami hazard at the Western Mediterranean Spanish
coast from seismic sources Natural hazards and Earth System Sciences 11 (227-
240)
Argus DF Gordon RG Demets C y Stein S (1989) ldquoClosure of the Africa-
Eurasia-North America plate motion circuit and tectonics of the Gloria faultrdquo Jour-
nal of Geophysical Research 94 5585-5602
Atlas global de la regioacuten de Murcia wwwatlasdemurciacom Visitada
28062011
Avouac J P 2011 ldquoThe lessons of Tohoku-Okirdquo Nature Vol 475 300-301
Baacuteez JC Parra H y Maturana R (2011) ldquoMonitoreamiento del efecto postsiacutesmi-
co del terremoto del Maule a partir de observaciones GNSSrdquo
httpwwwsirgasorgfileadmindocsBoletinesBol16Baez_et_al_Efecto_potsismi
co_del_Maulepdf Visitada 150512
Barnes G L (2003) ldquoOrigins of the Japanese Islands The New ldquoBig Picturerdquordquo
University of Durham
Baxter P J (2000) ldquoErupciones volcaacutenicas Impacto de los desastres en la salud
puacuteblicardquo Organizacioacuten panamericana de la salud
Bell J W Geoffrey F A y King C P (1997) ldquoPreliminary late quaternary slip
history of the Carboneras fault south-eastern Spainrdquo Journal of Geodynamics Vol
24 Nos 1-4 pp 51-66
Benciolini B Biagi L Crespi M Manzino AM y Roggero M (2008) ldquoRef-
erente frames for GNSS positioning services some problems and proponed solu-
tionsrdquo Journal of Applied Geodesy 2 pp 53-62
Berneacute Valero J L Anquela Juliaacuten A B y Garrido Villeacuten N (2013) ldquoGPS Fun-
damentos y aplicaciones en Geodesia y Topografiacuteardquo Ed Universitat Politegravecnica de
Valegravencia
Berrocoso M Fernandez-Ros A Prates G Martin M Hurtado R Pereda J y
Garcia M J Garcia-Cantildeada L Ortiz R y Garcia A (2012) Analysis of surface
deformation during the eruptive process of El Hierro Island (Canary Islands Spain)
Detection Evolution and Forecasting EGU General Assembly 2012 Geophysical
Research Abstracts Vol 14 EGU2012-4351 2012
7 Bibliografiacutea
224
Beutler G (2011) ldquoRevolucion in Geodesy and Surveyingrdquo International Associa-
tion in Geodesy (IAG)
Blewitt G y Lavalleacutee D (2002) ldquoEffect of annual signals on geodetic velocityrdquo
Journal of Geophysical Research VOL 107 NO B7 1010292001JB000570
Bock Y 1991 ldquoContinuous monitoring of crustal deformationrdquo GPS World
240-47
Calero E 2003 Historia de la Geodesia
httpecalerotripodcomsitebuildercontentsitebuilderfileshistoria_ipdf Visitada
031012
Carracedo J C Fernaacutendez-Turiel J L Peacuterez-Torrado F J Rodriacuteguez-Gonzaacutelez
A Troll V y Wiesmaier S (2012) ldquoCrisis siacutesmica de 2011 en el Hierro Croacutenica
de una erupcioacuten anunciadardquo httpwwwgiulpgcesgeovolpdfEl20Hierro-
2011pdf Visitada 131012
Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (2010)
httpwwwcredbesitesdefaultfilesADSR_2010pdf Visitada 140411
Ceroacuten J C y Pulido-Bosch A (1996) ldquoGroundwater problems resulting from
CO2 pollution and overexploitation in Alto Guadalentiacuten aquifer (Murcia Spain)rdquo
Environmental Geology 28 223-228
Chang C C 2000 ldquoEstimates of horizontal displacements associated with the
1999 Taiwan earthquakerdquo Survey Review 35 (278) 563-568
Chen CH Yeh TK Liu JY Wang CH Wen S Yen HY y Chang SH
(2011) ldquoSurface deformation and seismic rebound implications and applicationsrdquo
Survey in Geophysics 32291-313
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura (2013 - 1) ldquoCaracterizacioacuten adicional de las
masas de agua subterraacutenea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales
en 2015rdquo (Archivo 070-050 - Bajo Guadalentiacuten) (Archivo 070-057 - Alto Guada-
lentiacuten) httpwwwchseguraeschsplanificacionydmaplanificacionfichashtml
Visitada 08-10-2013
Confederacioacuten Hidrograacutefica del Segura (2013 - 2) ldquoAnexo B Fichas de los temas
importantesrdquo
httpswwwchseguraesexportdescargasplanificacionydmaplanificaciondocsdes
cargaAnexo_B_ETIpdf P 181 Visitada 10-10-2013
Dach R Hugentobler U Fridez P y Meindl M (2007) ldquoBernese GPS Software
Version 50rdquo Astronomical Institute University of Bern
7 Bibliografiacutea
225
Davies R Foulger G Bindley A and Styles P (2013) ldquoInduced seismicity and
hydraulic fracturing for the recovery of hydrocarbonsrdquo Marine and Petroleum Ge-
ology Volume 45 Pages 171ndash185
De Mets C Gordon R G Argus D y Stein S (1990) ldquoCurrent plate motionsrdquo
Geophysical Journal International 101 425-478
Dewey J F (1988) ldquoExtensional collapse of orogensrdquo Tectonics 7-6 1123-1139
Dogani U Oz D y Ergintav S (2013) ldquoKinematics of landslide estimated by
repeated GPS measurements in the Avcilar region of Istanbul Turkeyrdquo Studia
Geophysica et Geodaetica 57 217-232
Elsobeiey M y El-Rabbany A (2011) ldquoGPS Precise Point Positioning Some
Recent Developmentsrdquo Proceedings Geomatics Technologies in The City Arabia
Saudiacute
Ergintav S Buumlrgmann R McClusky S Akmak R C Reilinger R E Lenk
O Barka A y Ozener H ldquoPostseismic Deformation near the I˙zmit Earthquake
(17 August 1999 M 75) Rupture Zonerdquo Bulletin of the Seismological Society of
America 92 1 2002 pp 194ndash207
Fortuin AR y Krijgsman W ldquoThe Messinian of the Nijar Basin (SE Spain) sed-
imentation depositional environments and paleogeographic evolutionrdquo Sedimen-
tary Geology Volume 160 Issues 1ndash3 1 August 2003 Pages 213ndash242
Fuentes S (2006) ldquoDiagnoacutestico del uso de proyecciones transversales de Mercator
en escalas urbanasrdquo Tesis doctoral Universidad Tecnoloacutegica Metropolitana de
Chile
Galindo-Zaldivar J Jabaloy A Gonzaacutelez-Lodeiro F y Aldaya F (1997) ldquoCrus-
tal structure of the central sector of the Betic Cordillera (SE Spain)rdquo Tectonics 16
18-37
Galindo-Zaldiacutevar J Gil AJ Borque MJ Gonzaacutelez-Lodeiro F Jabaloy A
Mariacuten-Lechado C Ruano P y Sanz de Galdeano C (2003) ldquoActive faulting in
the internal zones of the central Betic Cordilleras (SE Spain)rdquo Journal of Geody-
namics 36 239-250
Galindo-Zaldiacutevar J Gil AJ Sanz de Galdeano C Shanov S y Stanica D
(2007) ldquoMonitoring of active tectonic structures in Central Betic Cordillera (south-
ern Spain) Acta Geodynamica et Geomaterialia Vol 4 No 1 (145) 19-29
Garciacutea de la Noceda Maacuterquez C Octavio de Toledo y Ubieto F y Pozo Goacutemez
M (1999) ldquoPrograma de actualizacioacuten del inventario hidrogeoloacutegico (PAIH)rdquo
Instituto Geominero de Espantildea
7 Bibliografiacutea
226
Garciacutea-Mayordomo J Gaspar-Escribano J M y Benito B (2007) ldquoSeismic haz-
ard assessment of the Province of Murcia (SE Spain) analysis of source contribu-
tion to hazardrdquo Journal of Seismology 11 (453-471)
Garrido-Villeacuten N Berneacute-Valero JL Antoacuten-Merino A y Huang C Q (2013)
ldquoDisplacement of GNSS permanent stations depending on the distance to the epi-
center due to Japanrsquos earthquake on 11 March 2011rdquo Survey Review Volume 45
330 pp 159-165 doi 1011791752270612Y0000000025
Gianniou M (2010) ldquoInvestigating the effects of earthquakes using HEPOS Grav-
ity Geoid end Earth Observationrdquo International Association of Geodesy Symposia
135
Gil de la Iglesia A (2008) ldquoEstudio de fallas activas en la Cordillera Beacutetica Orien-
tal entre 3ordm-0ordm O y 36ordm30rsquo-36ordm30rsquoNrdquo Universidad de Barcelona Proyecto fin de ca-
rrera httphdlhandlenet24454641 Visitada 090411
Gonzaacutelez PJ y Fernaacutendez J 2011 ldquoDrought-driven transient aquifer compaction
imaged using multi-temporal satellite radar interferometryrdquo Geology 396 551ndash
554 doi101130G319001
Gonzaacutelez P J Tiampo K F Palano M Cannavoacute F y Fernaacutendez J (2012)
ldquoThe 2011 Lorca earthquake slip distribution controlled by groundwater crustal
unloadingrdquo Nature Geoscience Vol 5 821-825
Grapenthin R y Freymueller J T (2011) ldquoThe dynamics of a seismic wave field
Animation and analysis of kinematic GPS data recorded during the 2011 Tohoku-
oki earthquake Japanrdquo Geophysical Research Letters 38 L18308
doi1010292011GL048405
Grupo de Investigacioacuten en Ingenieriacutea Siacutesmica Universidad Politeacutecnica de Madrid
httpwww2topografiaupmesgrupossismodataCONTEXTOgeologicopdf
Visitada 10102012
Gu G y Wang W (2013) Advantages of GNSS in Monitoring Crustal Defor-
mation for Detection of Precursors to Strong Earthquakes Positioning Vol 4 No
1 2013 pp 11-19 doi 104236pos201341003
Halicioglu K y Ozener H (2008) ldquoGeodetic Network Design and Optimization on
the Active Tuzla Fault (Izmir Turkey) for Disaster Managementrdquo Sensors 8(8) pp
4742-4757 doi103390s8084742 No 821393 1906
Hammer J y Mosquera Machado S (2002) ldquoMicrozonificacioacuten Siacutesmica y Orde-
namiento Territorialrdquo III Coloquio sobre Microzonificacioacuten Siacutesmica del 15 al 18
de julio de 2002 Fundacioacuten Venezolana de Investigaciones Sismoloacutegicas Ministe-rio de Ciencias y Tecnologiacutea Caracas Venezuela
7 Bibliografiacutea
227
Hatanaka Y Yamagiwa A Iwata M y Otaki S (2007) ldquoAddition of real-time
capability to the Japanese dense GPS Networkrdquo Geographical Survey Institute
Japan
Hoque M y Jakowski N (2007) ldquoHigher order ionospheric effects in precise
GNSS positioningrdquo Journal of Geodesy Vol 81 pp 259-268
Hofmann-Wellenhof B Lichtenegger H y Wasle E (2008) ldquoGNSS Global
Navigation Satellite Systemrdquo Ed Springer Wien New York
Hu JC Cheng LW Chen HY Wu YM Lee JC Chen YG Lin KC
Rau RJ Kuochen H Chen HH Yu SB y Angelier J (2007) ldquoCoseismic
deformation revealed by inversion of strong motion and GPS data the 2003
Chengkung earthquake in eastern Taiwanrdquo Geophysical Journal International 169
667ndash674
Huber K Heuberger F Abart C Karabatic A Weber R y Berglez P (2010)
ldquoPPP Precise Point Positioning ndash Constraints and Opportunitiesrdquo FIG Working
Week Sydney Australia
Hudnut K W 2008 ldquoImproving GNSS for Future Natural Disaster Reduction
Earthquakesrdquo U S Geological Survey httpwwwpntgovpublic20082008-12-
ICGhudnutpdf Visitada 250112
Ibarguumlen S y Rodriacuteguez E (2012)
wwwatlasdemurciacomindexphpsecciones13sismicidad Visitada 40612
InsideGNSS (2006) ldquoGNSS Solutions Precise Point Positioning and Its Challeng-
es Aided-GNSS and Signal Tracking What is precise point positioning (PPP) and
what are its requirements advantages and challengesrdquo
httpwwwinsidegnsscomnode282 Visitada 220913
Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (1975) ldquoInvestigacioacuten Hidrogeoloacutegica de
la Cuenca Baja del Segura Informe Teacutecnico 5rdquo El Valle del Guadalentiacuten P65
Instituto Geoloacutegico y Minero de Espantildea (1987) ldquoDeclaracioacuten provisional de acuiacutefe-
ro sobreexplotado relativa al sistema acuiacutefero del Valle del Guadalentiacuten (Murcia)rdquo
P11
Iribarren Gonzaacutelez L Vergeacutes Llahiacute J Camurri F Fullea J y Fernagravendez Ortiga
M (2007) ldquoThe structure of the AtlanticndashMediterranean transition zone from the
Alboran Sea to the Horseshoe Abyssal Plain (IberiandashAfrica plate boundary)rdquo Ma-
rine Geology Volume 243 Issues 1ndash4 Pages 97ndash119
Janssen V (1997) ldquoA Mixed-Mode GPS Network Processing Approach for Vol-
cano Deformation Monitoringrdquo University of Bonn Germany
7 Bibliografiacutea
228
Jimeacutenez-Peraacutelvarez JD (2012)rdquoMovimientos de ladera en la vertiente meridional
de Sierra Nevada (Granada Espantildea) identificacioacuten anaacutelisis y cartografiacutea de sus-
ceptibilidad y peligrosidad mediante SIGrdquo Tesis doctoral Universidad de Granada
Kilburn C (2012) ldquoPrecursory deformation and fracture before brittle rock failure
and potential application to volcanic unrestrdquo Journal of Geophysical Reseach Vol
117 B02211 12 pp
Kilinc A (2008) ldquoWhat causes a volcano to erupt and how do scientists predict
eruptionsrdquo Scientific American November 6
Kulkarni M N Likhar S Tomar V S y Pillai P (2004) ldquoPreliminary results of
GPS studies for the January 2001 Gujarat earthquakerdquo Survey Review 37 (292)
490-497
Kulkarni M N Radhakrishnan N y Rai D (2006) ldquoGlobal positioning system in
disaster monitoring of Koyna Dam western Maharashtrardquo Survey Review 38
(301) 629-636
Kuo L C Yu S B Hsu Y J Hou C S Lee Y H Tsai C S y Chen C S
(2002) ldquoImpact of a large earthquake on a GPS network the case of the 1999 Chi-
Chi Taiwan earthquakerdquo Survey Review 36 (284) 423-431
Laiacutenez Samper M D Romay Merino M M Mozo Garciacutea A Piacuteriz Nuntildeez R y
Tashi T (2011) ldquoMultisystem real time precise-point-positioningrdquo
httpmycoordinatesorgmultisystem-real-time-precise-point-positioningall1
Visitada 061013
Larson K M Poland M y Miklius A (2010) ldquoVolcano monitoring using GPS
Developing data analysis strategies based on the June 2007 Kīlauea Volcano intru-
sion and eruptionrdquo Journal of Geophysical Research VOL 115 B07406 10 PP
Le Pichon X Bonnin J y Pautot G (1970) ldquoThe Gibraltar end of the Azores-
Gibraltar Plate boundary an example of compressive tectonics (Abstract)rdquo Upper
Mantle Committee Symposium Flagstaff Arizona July 1970
Leick A (2004) ldquoGPS Satellite Surveyingrdquo Ed John Wiley amp Sons New Jersey
Liren H Yang F Wuxing D Qing M y Xin M (2003) ldquoActive tectonic
boundaries of the China mainland inferred from GPS observationsrdquo Chinese Jour-nal of Geophysics Vol46 No5 pp 874-882
Martiacuten Furones A (2011) ldquoSistema y marco de referencia terrestre Sistemas de
coordenadasrdquo Apuntes
httpwwwupvesunigeoindexdocenciaetsigctastronomiateoriaastronomiaT2p
df Visitado 110913
7 Bibliografiacutea
229
Martiacutenez Diacuteaz JJ (1998) ldquoNeotectoacutenica y tectoacutenica activa del Sector Centro-
Occidental de la Regioacuten de Murcia y Sur de Almeriacutea (Cordillera Beacutetica ndash Espantildea)rdquo
Universidad Complutense de Madrid Tesis doctoral
Martiacutenez-Diacuteaz J J ldquoSismotectoacutenica de la falla de Alhama de Murcia Implicacio-
nes sismogeneacuteticas del terremoto de Lorca de junio de 1977 (Mb42)rdquo Estudios
geoloacutegicos 55 (251-256)
Martiacutenez-Diacuteaz J J y Hernaacutendez Enrile J L ldquoReactivacioacuten de la falla de Alhama
de Murcia (sector de Lorca-Totana) Cinemaacutetica y campos de esfuerzos desde el
Messiniense hasta la actualidadrdquo Geogaceta 9 (38-42)
Martiacutenez-Diacuteaz JJ Masana E Hernaacutendez-Enrile JL y Santanach P (2003)
ldquoEffects of repeated paleoearthquakes on the Alhama de Murcia Fault (Betic Cor-
dillera Spain) on the Quaternary evolution of an alluvial fan systemrdquo Annals of Geophysics Vol 46 N 5 (775-791)
Martiacutenez Diacuteaz JJ Massana E y Ortuntildeo M (2012a) ldquoActive Tectonics of the
Alhama de Murcia fault Betic cordillera Spainrdquo Journal of Iberian Geology 38
(1) 2012 253-270
Martiacutenez Diacuteaz J J Aacutelvarez Goacutemez J A Garciacutea Mayordomo J Insua Areacutevalo J
M Martiacuten Gonzaacutelez F y Rodriacuteguez Peces M J (2012b) ldquoInterpretacioacuten tectoacutenica
de la fuente del terremoto de Lorca de 2011 (Mw 52) y sus efectos superficialesrdquo
Boletiacuten geoloacutegico y minero Vol 123 Nordm 4 441-458
Masana E Pallas R Perea H Ortuntildeo M Martiacutenez-Diacuteaz JJ Garciacutea-Melendez
E y Santanacha P (2005) ldquoLarge Holocenemorphogenic earthquakes along the
Albox fault Betic Cordillera Spainrdquo Journal of Geodynamics 40 (2005) 119ndash133
Massana E Martiacutenez-Diacuteaz JJ Hernaacutendez-Enrile JL y Santanach P (2004)
ldquoThe Alhama de Murcia fault (SE Spain) a seismogenic fault in a diffuse plate
boundary Seismotectonic implications for the Ibero-Magrebian regionrdquo Journal of
Geophysical Reseach B Solid Earth 109 (1-17)
McKenzie D P (1970) ldquoPlate tectonics of the Mediterranean regionrdquo Nature
226 239
McKenzie D P (1972) ldquoActive tectonics of the mediterranean regionrdquo Geophys-ical Journal of the Royal Astronomical Society 30 109-185
Meade B J Hager B H McClusky S C Reilinger R E Ergintav S Lenk
O Barka A y Ozener H (2002) ldquoEstimates of Seismic Potential in the Marmara
Sea Region from Block Models of Secular Deformation Constrained by Global
Positioning System Measurementsrdquo Bulletin of the Seismological Society of Ameri-ca 92 1 pp 208ndash215
7 Bibliografiacutea
230
Mendoza L Kehm A Koppert A Martiacuten Daacutevila J Gaacuterate J y Becker M
(2012) ldquoThe Lorca Earthquake observed by GPS a Test Case for GPS Seismolo-
gyrdquo Fiacutesica de la Tierra Vol 24 (2012) 129-150
Millaacuten Gamboa J M (2006) Geodesia y Topografiacutea JM Ediciones Caacutediz
Ministerio de Agricultura Alimentacioacuten y Medio Ambiente Sistema de informa-
cioacuten de recursos subterraacuteneos (Spanish) httpsigmagramaesrecursossub Visita-
da 05032013
Mogi K (1969) ldquoSome features of recent Seismic activity in and near Japan (2)
Activity before and after great earthquakesrdquo Bulletin of the Earthquake Research Institute University of Tokyo 47 395ndash417
Morales J Serrano I Jabaloy A Galindo-Zaldiacutevar J Zhao D Torcal F Vi-
dal F y Gonzaacutelez-Lodeiro F (1999) ldquoActive continental subduction beneath the
Betic Cordillera and the Alboran Seardquo Geology 27 735-738
NASA Jet Propulsion Laboratory California Institute of Technology
httpwwwjplnasagovnewsnewscfmrelease=2011-080 Visitada 090211
Navipedia httpwwwnavipedianetindexphpPrecise_Point_Positioning Visita-
da 050913
Normile D (2011) ldquoDevastating earthquake defied expectationsrdquo Science Vol
331 1375
Ortuntildeo M Masana E Garcia-Melendez E Martinez-Diaz J Stepancikova P
Cunha PP Sohbati R Canora C Buylaert J-P y Murray AS (2012) ldquoAn
exceptionally long paleoseismic record of a slow-moving fault The Alhama de
Murcia fault (Eastern Betic shear zone Spain)rdquo Geological Society of America Bul-
letin 124 910 1474
Oumlzyasar M y Oumlzluumldemir M T (2011) ldquoThe contribution of engineering surveys
by means of GPS to the determination of crustal movements in Istanbulrdquo Natural
Hazards and Earth system Sciences 11 1705-1713
Peacuterez J Monico J y Chaves J (2003) Velocity Field Estimation Using GPS
Precise Point Positioning The South American Plate Case Positioning Vol 1 No
5
Perez-Torrado F J Carracedo J C Rodriacuteguez-Gonzaacutelez A Soler V Troll V
R y Wiesmaier S (2012) ldquoLa erupcioacuten submarina de La Restinga en la isla de El
Hierro Canarias Octubre 2011-Marzo 2012rdquo Estudios Geoloacutegicos 68(1) enero-
junio 5-27
7 Bibliografiacutea
231
Pospiacutesil L Hefty J y Hipmanovaacute L (2012) ldquoRisk and geodynamically active
areas of the carpathian lithosphere on the base of geodetical and geophysical datardquo
Acta Geodaetica et Geophisica Hungarica Vol 47(3) pp 287ndash309
Promthong C (2006) ldquoDeformation of geodetic network in Thailand due to crustal
movementrdquo Royal Thai Survey Department Seventeenth United Nations Regional
Cartographic Conference for Asia and the Pacific Bangkok
Ramiacuterez M y Ortiz D (2003) ldquoEstimacioacuten de los paraacutemetros de transformacioacuten
entre los sistemas de referencia WGS84 y PSAD-56 para una zona de Calamardquo 124
p Universidad de Santiago de Chile
Rangin C Bader AG Pascal G Ecevitoglu B y Goumlruumlr N (2002) ldquoDeep struc-
ture of the Mid Black Sea High (offshore Turkey) imaged by multi-channel seismic
survey (BLACKSIS cruise)12rdquo Marine Geology 182 pp 265-278
Ray J Dong D y Altamimi Z (2004) ldquoIGS reference frame status and future
improvements dentro de Proceedings of IGS Celebrating a decade of the Interna-
tional GPS Service Berna 1-5 de marzo de 2004
Reicherter KR y Reiss S (2001) ldquoThe Carboneras Fault Zone (southeastern
Spain) revisited with Ground Penetrating Radar ndash Quaternary structural styles from
high-resolution imagesrdquo Netherlands Journal of Geosciences Geologie en
Mijnbouw 80 (3-4) 129-138
Rizos C Janssen V Roberts C y Grinter T (2012) ldquoPrecise Point Positioning
Is the Era of Differential GNSS Positioning Drawing to an Endrdquo FIG Working
Week 2012 Knowing to manage the territory protect the environment evaluate the
cultural heritage Rome Italy
Rodriacuteguez Estrella T Hernaacutendez Peacuterez F F y Navarro Hewaacutes F (1996) ldquoPosi-
ble relacioacuten de la tectoacutenica actual distensiva con el alargamiento de los piping en el
saladar de La Mata-Los Ventorrillos (Valle del Guadalentiacuten Murcia)rdquo Papeles de
Geografiacutea N 23-24 263-281
Rodriacuteguez Estrella T (2012) httpnuestra-
tierralaverdadesnaturalezageologia2730-la-sobreexplotacion-del-acuifero-del-
guadalentin-no-causo-el-terremoto Visitada 40612
Ruano P Galindo-Zaldiacutevar J y Jabaloy A (2004) ldquoRecent Tectonic Structures in
a Transect of the Central Betic Cordillerardquo Pageoph 161 541-563
Sagiya T (2004) ldquoA decade of GEONET 1994ndash2003 The continuous GPS obser-
vation in Japan and its impactrdquo Earth Planets Space 56 xxixndashxli
Sagiya T (2011) ldquoRebuilding seismologyrdquo Nature Vol 473 146-148
7 Bibliografiacutea
232
Sansograve Fernando A (2003) ldquoWindow on the Future of Geodesyrdquo International
Assotiation of Geodesy Symposia Volume 128 Springer
Santoyo M A y Luzoacuten F (2008) ldquoStress relations in three recent seismic series in
the Murcia Region southeastern SpainrdquoTectonophysics 457 (86-95)
Sanz de Galdeano C (1990) ldquoGeologic evolution of the Betic cordilleras in the
Western Mediterranean Miocene to presentrdquo Tectonophysics 172 107-109
Sanz de Galdeano C y Alfaro P (2004) ldquoTectonic significance of the present
relief of the Betic Cordillerardquo Geomorphology 63 178-190
Satirapod C 2007 ldquoDeformation of Thailand as detected by GPS Measurements
due to the december 26th 2004 megathrust Earthquakerdquo Survey Review 39 (304)
109-115
Schenk V Kadlečiacutek P Wegmuumlller U Schenkovaacute Z y Seidlovaacute Z (2009)
ldquoSurface deformation of Prague and Ostrava-Karvinaacute areas determined by PS and
Differential Interferometry Products 5th User Workshop 25th-26th March 2009
ESAESRIN Frascati Italy Final Programme amp Abstract Book 16ndash-17
httpwwwterrafirmaeucom
Seeber G (2003) ldquoSatellite Geodesyrdquo Ed Walter de Gruyter bull Berlin bull New York
Sevilla de Lerma Miguel J (2001) ldquoIntroduccioacuten histoacuterica a la Geodesiardquo Univer-
sidad Complutense de Madrid
Simons M Minson SE Sladen A Ortega F Jiang J Owen SE Meng L
Ampuero JP Wei S Chu R Helmberger DV Kanamori H Hetland E
Moore AW y Webb FH (2011) ldquoThe 2011 Magnitude 90 Tohoku-Oki
Earthquake Mosaicking the Megathrust from Seconds to Centuriesrdquo Science Vol
332 1421-1425
SISMIMUR (2011) httpwww112rmcomdgsceplanessismimursis_4_1html
Visitada 04112011
Spicak A y Vanek J (2011) ldquoThe MW 90 Tohoku Earthquake Japan March 11
2011rdquo Studia Geophysica et Geodaetica 55 389-395
Takahashi H (2011) ldquoStatic strain and stress changes in eastern Japan due to 2011
off the Pacific coast of Tohoku Earthquake as derived from GPS datardquo Earth Planets and Space 63(7) 741-744
Takuya Nishimura Hiroshi Munekane y Hiroshi Yarai (2011) ldquoThe 2011 off the
Pacific coast of Tohoku Earthquake and its aftershocks observed by GEONETrdquo
Earth Planets Space Vol 63 (No 7) pp 631-636
Tarbuck Edward J y Lutgens Frederick K (2005) ldquoCiencias de la Tierra una
introduccion a la Geologiacutea Fiacutesicardquo Ed Pearson Educacioacuten
7 Bibliografiacutea
233
Tilling RI y PW Lipman (1993) ldquoLessons in reducing volcano riskrdquo Nature
364 p 277-280
Tomaacutes R Herrera G Delgado J y Pentildea F (2009) ldquoSubsidencia del terrenordquo
Ensentildeanza de las Ciencias de la Tierra (173) 295-302 ISSN 1132-9157
Turgut U Kamil E y Ahmet A (2010) ldquoMonitoring Plate Tectonic and Subsid-
ence in Turkey by CORS-TR and InSARrdquo FIG Congress 2010
Turrioacuten Pelaacuteez F (2012) ldquoNuevas aportaciones al conocimiento hidrogeoloacutegico
del valle del Guadalentiacuten y su evolucioacuten en los uacuteltimos 30 antildeosrdquo
httpwwwfranciscoturrioncom201212el-acuifero-de-lorca-no-estahtml Visita-
da 16052012
United Nations Population Fund
httpwwwunfpaorgpublichomepublicationspid8726 Visitada 05062011
USGS (United States Geological Survey) (2011)
httpearthquakeusgsgovearthquakeseqarchiveslast_eventworldworld_spainph
p Visitada 03112011
USGS (United States Geological Survey) 2011 Science Features Categories Fea-
tured Natural Hazards
Vegas R (1985) ldquoTectoacutenica del aacuterea Iacutebero-Magrebiacute Mecanismo de los Terremo-
tos y Tectoacutenicardquo Ed Univ Complutense Madrid 197-215
Vigny C Huchon P Ruegg J Khanbari K y Asfaw L M (2006) ldquoConfirma-
tion of Arabia plate slow motion by new GPS data in Yemenrdquo Journal of Geophys-
ical Research VOL 111 B02402 doi1010292004JB003229
Wang F Shen ZK Wang YZ y Wang M (2011) ldquoInfluence of the March 11
2011 Mw 90 Tohoku-Oki earthquake on regional volcanic activitiesrdquo Chinese
Science Bulletin Vol 56 2077-2081
Wang K (2007) ldquoElastic and viscoelastic models of crustal deformation in sub-
duction earthquake cyclesrdquo Earth Science Series Columbia Univ press New York
USA 545ndash575
Westaway R (2003) ldquoKinematics of the Middle East and Eastern Mediterranean
Updatedldquo Turkish Journal of Earth Sciences Vol 12 pp 5-46
Wright T J N Houlieacute M Hildyard y T Iwabuchi (2012) ldquoReal-time reliable
magnitudes for large earthquakes from 1 Hz GPS precise point positioning The
2011 Tohoku-Oki (Japan) earthquakerdquo Geophysical Research Letters 39 pp 47-
63 L12302 doi1010292012GL051894
7 Bibliografiacutea
234
Yue H y T Lay (2011) ldquoInversion of high-rate (1 sps) GPS data for rupture pro-
cess of the 11 March 2011 Tohoku earthquake (Mw 91)rdquo Geophysical Research
Letters 38 pp 66-79 L00G09 doi1010292011GL048700
Zusheng Z First Crustal Deformation Monitoring Center China Seismological
Bureau Tianjin 300180 China