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EARTH EXPLAINED · GUÍA DE LA LECCIÓN

El día en que Japón se movió

El terremoto y el tsunami de Tōhoku de 2011, empezando por las placas

Video 9:27Nivel Grados 6–12 · Geología universitaria introductoriaEstándares MS-ESS2-2, MS-ESS3-2, HS-ESS2-1, HS-ESS3-1, HS-PS4-1
Idioma Español

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¿Por qué uno de los países mejor preparados de la Tierra sufrió tanto el 11 de marzo de 2011, si las señales de advertencia estaban escritas en su historia y enterradas en su suelo desde hacía más de mil años?

El 11 de marzo de 2011, la placa del Pacífico se deslizó hasta 50 metros bajo el norte de Japón a lo largo de la fosa de Japón, en un terremoto de magnitud 9,0–9,1, el más fuerte jamás medido en Japón. Esta lección sigue el evento empezando por las placas: la falla de subducción bloqueada que acumuló deformación durante siglos, el tsunami de Jōgan del año 869, cuya arena todavía yace bajo la llanura de Sendai, los primeros minutos de alertas, un tsunami que alcanzó unos 40 metros de altura en tierra y cruzó el Pacífico, las consecuencias humanas y físicas, y los cambios que Japón hizo después. Termina con la fosa de Nankai, la próxima falla que Japón vigila.

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Objetivos de aprendizaje Después de esta lección, los estudiantes podrán:

  1. Identificar las cuatro placas que se encuentran en Japón y explicar cómo la subducción de la placa del Pacífico en la fosa de Japón acumula deformación en una falla bloqueada y la libera en grandes terremotos.
  2. Explicar cómo un levantamiento repentino del fondo marino genera un tsunami, y por qué un tsunami viaja rápido y bajo en el océano profundo, pero se frena y crece al llegar a la costa.
  3. Usar registros históricos y capas de arena de tsunami para explicar cómo el tsunami de Jōgan de 869 reveló el peligro, y por qué los pronósticos que esperaban un terremoto de alrededor de magnitud 8 aun así lo subestimaron.
  4. Describir cómo funcionaron la alerta temprana de terremotos y las alertas de tsunami el 11 de marzo de 2011, incluido por qué la primera estimación de magnitud, 7,9, fue demasiado pequeña y cómo las observaciones en el mar corrigieron las alertas.
  5. Interpretar mediciones de los efectos físicos del evento: la longitud de la ruptura y el deslizamiento, la cota máxima de inundación, el desplazamiento medido por GPS y el hundimiento de la costa, y el cambio calculado en la duración del día.
  6. Evaluar qué protegió a las personas y qué falló, usando la piedra de tsunami de Aneyoshi, los simulacros escolares de Kamaishi, los muros de contención superados y la central nuclear de Fukushima Daiichi.
  7. Explicar cómo Japón cambió sus alertas y su monitoreo después de 2011, e interpretar una probabilidad a largo plazo, como el pronóstico a 30 años para la fosa de Nankai.

Antes de ver

Vocabulario clave ★ términos de ampliación para estudiantes mayores

Placa tectónica
Un gran bloque de la capa exterior rígida de la Tierra, comúnmente de unos 100 km de espesor, que se mueve lentamente sobre el manto más caliente y más blando que está debajo. Japón se encuentra donde se unen cuatro placas: la del Pacífico, la del Mar de Filipinas, la Norteamericana y la Euroasiática.
Subducción
El proceso en el que una placa se dobla y se hunde bajo otra, de regreso al manto. Frente al noreste de Japón, la placa del Pacífico se hunde bajo Japón.
Fosa oceánica
El valle largo y profundo del fondo marino donde una placa se dobla hacia abajo, bajo otra. La fosa de Japón, donde la placa del Pacífico comienza su descenso, tiene unos 8 km de profundidad.
Falla bloqueada
Una parte del límite entre placas donde la fricción mantiene unidas las dos placas, de modo que su movimiento se almacena como deformación elástica en la roca, como un resorte que se va tensando, hasta que la falla se desliza de golpe en un terremoto.
Tsunami
Una serie de olas oceánicas que se forman cuando una gran masa de agua es empujada de repente, en este caso por el fondo marino al levantarse bruscamente. La primera ola a menudo no es la más grande.
Magnitud
Una medida del tamaño de un terremoto. Cada paso entero libera unas 32 veces más energía. El terremoto de 2011 fue de magnitud 9,0 según la Japan Meteorological Agency (agencia meteorológica de Japón) y de 9,1 según el U.S. Geological Survey (servicio geológico de Estados Unidos).
Depósito de tsunami
Una capa de arena que un tsunami arrastra tierra adentro desde la playa y el fondo marino y deja sobre el suelo o sobre el lodo de un pantano. Los microfósiles marinos de la arena muestran que vino del mar.
Cota máxima de inundación (run-up)
La altura sobre el nivel del mar del punto más alto en tierra que alcanza el agua. Puede ser mucho mayor que la altura de la ola en la orilla, sobre todo al fondo de bahías estrechas y de laderas empinadas.
Alerta temprana de terremotos
Un sistema que detecta las primeras ondas sísmicas, las más rápidas, cerca de la fuente de un terremoto que ya está en curso y envía una alerta antes de que la sacudida más lenta y más fuerte llegue a lugares más lejanos. Da desde segundos hasta alrededor de un minuto de aviso, no horas.
Subsidencia
El hundimiento de la superficie del terreno. En 2011, la península de Oshika se hundió alrededor de 1,2 m en minutos, y partes de la costa quedaron permanentemente más bajas y más expuestas al mar.
Piedra de tsunami
Un monumento de piedra en la costa de Japón que registra un tsunami pasado y advierte a las generaciones futuras, como la piedra de Aneyoshi: no construyan sus casas por debajo de este punto.
Duración del día
El tiempo que tarda la Tierra en dar una vuelta, unos 86.400 segundos. Acercar masa al eje de la Tierra hace que el planeta gire un poco más rápido, como hace una patinadora al recoger los brazos.
Terremoto de megacabalgamiento★
Un terremoto en la falla de poca inclinación entre una placa en subducción y la placa que está encima. Todos los terremotos de magnitud 9 o más, incluido el terremoto de Tōhoku de 2011, han sido de megacabalgamiento.
Momento sísmico★
El tamaño físico de un terremoto: la rigidez de la roca × el área de la falla que se deslizó × el deslizamiento promedio. A partir de él se calcula la magnitud de momento.
Paleosismología★
El estudio de terremotos y tsunamis ocurridos antes de que existieran instrumentos, usando evidencias como capas de arena enterradas, cambios repentinos en el nivel del terreno y material vegetal fechado.
Base de diseño★
El mayor peligro, como un terremoto, una inundación o un tsunami, que una estructura está diseñada para resistir. En Fukushima Daiichi, el tsunami la superó con creces.

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0:00El momento

A las 2:46 p. m. del viernes 11 de marzo de 2011, el fondo marino a unos 70 km de la costa noreste de Japón cedió. El suelo se sacudió durante varios minutos, y en muchos lugares de la costa la gente tuvo aproximadamente media hora antes de que llegara el mar.

0:34Cuatro placas

Japón se encuentra donde se unen las placas del Pacífico, del Mar de Filipinas, Norteamericana y Euroasiática. La placa del Pacífico avanza hacia Japón a unos 8 cm por año y se hunde en la fosa de Japón; donde las placas se traban, la deformación se acumula hasta que la falla se desliza y el fondo marino se levanta bruscamente. Por eso Japón tiene alrededor de uno de cada cinco terremotos fuertes del mundo y más de cien volcanes activos.

2:00Advertencias del pasado

El tsunami de Jōgan de 869 inundó la llanura de Sendai y ahogó a unas 1.000 personas, y a partir de alrededor de 1990 los geólogos encontraron su arena, con capas más antiguas debajo, muy tierra adentro; aun así, los pronósticos oficiales esperaban un terremoto de alrededor de magnitud 8, no 9. En la costa de Sanriku, los tsunamis de 1896 y 1933 mataron a unas 22.000 y 3.000 personas, y la aldea de Aneyoshi grabó una advertencia en piedra.

3:192:46 p. m.

La ruptura comenzó a unos 70 km de la península de Oshika, a unos 30 km de profundidad, se propagó unos 400 km a lo largo de la fosa y se deslizó hasta unos 50 m. La alerta temprana le dio a Tokio alrededor de un minuto; la primera alerta de tsunami, emitida tres minutos después del terremoto, se basó en una magnitud de 7,9 y pronosticó de 3 a 6 m, y se elevó a más de 10 m cuando los sensores en el mar detectaron la ola real.

4:38La ola

Por qué un tsunami cruza el océano profundo a la velocidad de un avión a reacción y se acumula cerca de la costa. El agua alcanzó una cota de unos 40 m cerca de Miyako, superó los muros de contención, arrasó el aeropuerto de Sendai e inundó más de 500 km², mientras que Aneyoshi, construida por encima de su piedra, se salvó. En Fukushima Daiichi, una ola de unos 14 m de altura inundó unas instalaciones diseñadas para unos 6 m, y tres reactores se fundieron; el tsunami llegó a Hawái en unas 7 horas, a California en unas 10 y a Chile en alrededor de un día.

6:16Las secuelas

Más de 18.000 personas murieron o nunca fueron encontradas, la mayoría ahogadas, y unos 122.000 edificios fueron destruidos; el Banco Mundial estimó los daños en hasta 235.000 millones de dólares. El GPS mostró que la península de Oshika se desplazó 5,3 m y se hundió 1,2 m, y un cálculo de la NASA sugiere que el día se acortó unas 1,8 millonésimas de segundo. En Kamaishi, años de simulacros hicieron que casi todos los cerca de 3.000 escolares de la ciudad sobrevivieran.

7:22Lo que cambió Japón

Desde 2013, cuando un terremoto es demasiado grande para medirlo rápidamente, la primera alerta de tsunami dice que el tsunami será 'enorme' en lugar de adivinar una cifra. Una red de 150 estaciones en el fondo marino conectadas por cable vigila ahora las fosas de Japón y de las Kuriles, y más de 400 km de nuevos muros de contención, algunos de más de 12 m de altura, bordean la costa.

7:57Todavía en movimiento

Japón todavía siente unos 2.000 terremotos al año. En 2025, el gobierno estimó la probabilidad de un gran terremoto en la fosa de Nankai en los próximos 30 años en 60–90% o más según un método, y en 20–50% según otro. El resumen: tres cosas para recordar y la lección de la piedra de Aneyoshi.

Ideas erróneas comunes Para el docente

Idea erróneaUn tsunami es una única pared gigante de agua que es igual de alta en mar abierto que en la costa.

Lo que muestra la evidenciaEn el océano profundo, un tsunami puede tener apenas un metro de altura, aunque se mueve a unos 800 km/h. Solo crece cuando se frena en aguas poco profundas, y llega como una serie de olas. En 2011, las primeras mediciones pequeñas en la costa llevaron a algunas personas a creer que el tsunami sería menor, y por esa razón la Japan Meteorological Agency (agencia meteorológica de Japón) cambió después la forma en que anuncia las primeras observaciones.

Idea erróneaLa primera alerta de tsunami te dice qué tan grande será la ola, así que si el pronóstico es más bajo que el muro de contención local, estás a salvo.

Lo que muestra la evidenciaEl primer pronóstico de 2011, de 3 a 6 m, se basó en una estimación de magnitud de 7,9 que era demasiado pequeña, y la agencia meteorológica de Japón concluyó que pudo haber retrasado algunas evacuaciones. Lo seguro ante una sacudida fuerte y larga en la costa es ir a terreno alto de inmediato, diga lo que diga la primera cifra.

Idea erróneaLos científicos no tenían forma de saber que un tsunami tan grande podía golpear esta costa.

Lo que muestra la evidenciaEl tsunami de Jōgan de 869 estaba descrito en los registros históricos de Japón, y a partir de alrededor de 1990 los geólogos encontraron su arena, y capas más antiguas, a kilómetros tierra adentro en la llanura de Sendai. La evidencia existía; aun así, los pronósticos oficiales esperaban un terremoto de alrededor de magnitud 8, porque el registro instrumental era corto y el trabajo geológico todavía se estaba incorporando a las evaluaciones de peligro.

Idea erróneaLa alerta temprana de terremotos predice los terremotos antes de que ocurran.

Lo que muestra la evidenciaLa alerta temprana detecta un terremoto que ya comenzó y le gana la carrera a las ondas más lentas y más dañinas. Puede dar desde decenas de segundos hasta alrededor de un minuto lejos de la fuente, como en Tokio en 2011, pero los lugares más cercanos a la ruptura pueden sentir una sacudida fuerte antes de que llegue cualquier alerta.

Idea erróneaEl terremoto de 2011 sacó a la Tierra de su eje y cambió de forma notable la duración del día.

Lo que muestra la evidenciaSegún un cálculo de la NASA, el día se acortó unas 1,8 millonésimas de segundo, y el eje alrededor del cual se equilibra la masa de la Tierra se desplazó unos 17 cm; el eje de la Tierra en el espacio no se movió. El cambio se calculó, no se sintió, y es mucho menor que las variaciones naturales de la duración del día causadas por los vientos, las corrientes oceánicas y el núcleo de la Tierra.

Preguntas de discusión

  1. Los geólogos habían encontrado la arena del tsunami de Jōgan en la llanura de Sendai más de veinte años antes de 2011, pero los pronósticos oficiales esperaban un terremoto de alrededor de magnitud 8. ¿Por qué la nueva evidencia geológica puede tardar mucho en cambiar los planes oficiales? ¿Cómo debería actuar una sociedad ante una evidencia que es sólida pero todavía no es segura?
  2. En Aneyoshi, una piedra grabada después de 1933 mantuvo todas las casas fuera del alcance del tsunami de 2011. En otros lugares, los muros de contención construidos para tsunamis anteriores fueron superados. Compara los dos tipos de protección: ¿cuáles son las fortalezas y las debilidades de una regla que se recuerda y de un muro construido por ingenieros?
  3. Los escolares de Kamaishi habían practicado durante años una sola regla: después de un gran terremoto, corran de inmediato a terreno alto y no esperen a nadie. ¿Por qué una regla sencilla como esta podría salvar más vidas que esperar una alerta oficial? ¿Se te ocurren situaciones en las que sería difícil seguirla?
  4. La primera alerta de tsunami de 2011 dio una cifra que resultó ser demasiado baja. Desde 2013, cuando el tamaño es incierto, la primera alerta simplemente dice que el tsunami será 'enorme'. ¿Es mejor o peor una alerta sin cifra que un pronóstico preciso pero posiblemente equivocado? Explica tu razonamiento.
  5. En Fukushima Daiichi, una ola de unos 14 m de altura golpeó unas instalaciones diseñadas para unos 6 m. ¿Cómo deberían decidir los ingenieros y los gobiernos qué tan grande es el peligro que una central nuclear, un hospital o una escuela debe poder resistir, cuando los eventos más grandes ocurren solo cada pocos cientos o miles de años?
  6. Para la fosa de Nankai, el gobierno de Japón dio dos probabilidades a 30 años: 60–90% o más según un método y 20–50% según otro. ¿Qué significa cada cifra para una familia, una ciudad y un gobierno nacional? ¿Cuál destacarías en los mensajes al público, y por qué?

Cuestionario Elige una respuesta; se corrige sola

1.¿Qué ocurre donde la placa del Pacífico se encuentra con el norte de Japón, en la fosa de Japón?

2.¿Por qué una falla de subducción produce grandes terremotos repentinos en lugar de deslizarse suavemente todo el tiempo?

3.¿Qué evidencia mostró que tsunamis gigantes habían golpeado la llanura de Sendai mucho antes de 2011?

4.Tres minutos después del terremoto, la primera alerta de tsunami pronosticó olas de 3 a 6 metros. ¿Por qué este pronóstico fue demasiado bajo?

5.En el océano profundo, un tsunami puede tener apenas un metro de altura, pero viaja a unos 800 km/h. ¿Qué pasa cuando llega a aguas poco profundas cerca de la costa?

6.¿Qué causó el desastre en la central nuclear de Fukushima Daiichi?

7.El GPS mostró que la península de Oshika se desplazó unos 5,3 metros hacia el mar y se hundió unos 1,2 metros. ¿Qué nos dice esto?

8.Casi todos los cerca de 3.000 escolares de Kamaishi sobrevivieron al tsunami. ¿Qué marcó la mayor diferencia?

9.Desde 2013, si un terremoto es demasiado grande para medirlo rápidamente, ¿qué hace la primera alerta de tsunami de la agencia meteorológica de Japón?

10.En 2025, el gobierno de Japón estimó la probabilidad de un gran terremoto en la fosa de Nankai en los próximos 30 años en 60–90% o más según un método, y en 20–50% según otro. ¿Cuál es la mejor interpretación?

Respuesta escrita

1. Explica, paso a paso, cómo el terremoto de 2011 produjo un tsunami que llegó a la costa de Japón en aproximadamente media hora y cruzó todo el Pacífico. Usa los términos subducción, falla bloqueada, deformación, levantamiento del fondo marino y aguas poco profundas.

Qué incluye una buena respuesta

La placa del Pacífico converge con Japón a unos 8 cm por año y se subduce en la fosa de Japón. Donde las placas se tocan, la falla está bloqueada, así que el borde de Japón es arrastrado hacia abajo y comprimido, y se acumula deformación elástica. En 2011, la deformación venció la fricción: la falla se deslizó hasta unos 50 m en una zona de unos 400 km de largo, el borde comprimido rebotó y el fondo marino se levantó bruscamente, elevando toda la columna de agua que tenía encima. La gravedad hizo bajar esa agua elevada y envió olas en todas direcciones. En el océano profundo viajaron a unos 800 km/h con apenas un metro de altura; en las aguas poco profundas cerca de la costa se frenaron y crecieron, llegaron a las costas cercanas en aproximadamente media hora y alcanzaron cotas de unos 40 m en algunos lugares. A través del Pacífico abierto llegaron a Hawái en unas 7 horas y a Chile en alrededor de un día.

2. Usando como ejemplo el tsunami de Jōgan de 869, explica cómo la geología puede revelar un peligro que el registro instrumental no capta, y por qué el terremoto de 2011 aun así fue más grande de lo que esperaban los pronósticos oficiales.

Qué incluye una buena respuesta

Los sismógrafos han registrado terremotos en Japón durante solo alrededor de un siglo, mucho menos que el tiempo entre los eventos más grandes. Los registros históricos de Japón describían cómo el tsunami de 869 inundó la llanura de Sendai y ahogó a unas 1.000 personas. A partir de alrededor de 1990, los geólogos encontraron su arena, traída desde el mar, a kilómetros tierra adentro, con capas de arena más antiguas debajo, lo que mostraba que tsunamis gigantes habían golpeado una y otra vez, con siglos de diferencia. Sin embargo, los pronósticos oficiales se basaban sobre todo en los terremotos recientes mejor conocidos y esperaban un evento de alrededor de magnitud 8. El trabajo geológico todavía estaba estimando qué tan grande había sido el terremoto de Jōgan, y su lección completa, que una sección mucho más grande de la falla podía romperse de una sola vez, aún no se había incorporado a los planes contra el peligro cuando ocurrió el terremoto de magnitud 9.

3. Compara tres tipos de protección descritos en el episodio: la piedra de Aneyoshi, los simulacros escolares de Kamaishi, y los muros de contención junto con la central de Fukushima Daiichi. ¿Cuáles protegieron a las personas, cuáles fallaron y por qué?

Qué incluye una buena respuesta

La piedra de Aneyoshi funcionó porque su regla no dependía de predecir el tamaño de la próxima ola: todas las casas se construyeron por encima de ella, y la ola de 2011 se detuvo unos 90 m cuesta abajo. Los simulacros de Kamaishi funcionaron porque una regla sencilla y practicada, correr de inmediato a terreno alto y no esperar, no dependía de alertas ni de estimaciones; alrededor del 99,8% de los estudiantes de la ciudad sobrevivieron. Los muros de contención construidos para tsunamis anteriores, y las instalaciones de Fukushima Daiichi, diseñadas para una ola de unos 6 m, fallaron porque se diseñaron para una altura fija que el tsunami de 2011, de unos 14 m en la central, superó. La lección es que las defensas dimensionadas según eventos pasados pueden ser superadas, mientras que las reglas que alejan a las personas del alcance del agua funcionan sea cual sea el tamaño de la ola; los mejores planes usan ambas.

Para profundizar Universidad y bachillerato avanzado

¿Qué tan rápido cruza un tsunami el Pacífico, y por qué crece?

La longitud de onda de un tsunami (cientos de kilómetros) es mucho mayor que la profundidad del océano, así que se comporta como una onda de aguas someras cuya velocidad depende solo de la profundidad d: c = √(g·d), con g = 9,81 m/s². Al avanzar hacia aguas menos profundas, la conservación del flujo de energía hace que su altura crezca aproximadamente en proporción a 1 ÷ ⁴√d, la raíz cuarta inversa de la profundidad (ley de Green), antes de romper o de inundar la tierra.

ProblemaCalcula la velocidad para una profundidad típica de 5.000 m, en m/s y en km/h. La distancia por círculo máximo desde el epicentro de 2011 hasta Honolulu es de unos 5.960 km: predice el tiempo de viaje y compáralo con las aproximadamente siete horas del episodio. Luego estima cuánto crecería una ola de 1 m de altura sobre 4.000 m de agua al llegar a agua de 10 m de profundidad, y cuál sería allí su velocidad. ¿Por qué la cota máxima de inundación en tierra, de unos 40 m en 2011, puede ser mucho mayor todavía?

Solución desarrollada

c = √(9,81 × 5.000) ≈ 221 m/s ≈ 800 km/h, la velocidad del episodio. 5.960 km ÷ 800 km/h ≈ 7,5 horas, cerca de la llegada observada de unas siete horas (la ola real sigue el fondo marino real, que en parte es más profundo que 5.000 m). Crecimiento: ⁴√(4.000 ÷ 10) = ⁴√400 ≈ 4,5, así que la ola de 1 m llega a medir unos 4,5 m de altura y se mueve a √(9,81 × 10) ≈ 10 m/s, o unos 36 km/h, más rápido de lo que la mayoría de las personas puede correr. La cota máxima de inundación es la altura que el agua sube en tierra, no la altura de la ola mar adentro: en la costa de Sanriku, las bahías estrechas en forma de V canalizan el flujo y el agua en movimiento lleva su impulso cuesta arriba, así que allí la cota llegó a unos 40 m.

Magnitud, energía y deslizamiento

La energía radiada aumenta en un factor de alrededor de 101.5 ≈ 32 por cada paso entero de magnitud. La magnitud de momento se define a partir del momento sísmico M₀ (en newton-metros) mediante M₀ = 101.5·Mw + 9.1, y M₀ = μ·A·D, donde μ es la rigidez de la roca, A el área que se deslizó y D el deslizamiento promedio. El USGS modela la ruptura de 2011 con unos 400 km de largo y 150 km de ancho, y un deslizamiento máximo de 50 a 60 m.

Problema¿Cuántas veces más energía representó la magnitud final, 9,1 (USGS), que la primera estimación de 7,9? ¿Cuánto importa la diferencia entre el 9,0 de la JMA y el 9,1 del USGS? Usando μ = 4 × 1010 Pa, calcula el deslizamiento promedio para Mw 9,0 y Mw 9,1 y compáralo con el deslizamiento máximo.

Solución desarrollada

101.5 × 1.2 = 101.8 ≈ 63 veces más energía que la primera estimación; por eso el primer pronóstico de tsunami fue tan bajo. 101.5 × 0.1 = 100.15 ≈ 1,4: los valores de las dos agencias difieren en alrededor de un 40% en energía, poco al lado del primer error. Para Mw 9,0, M₀ = 1022.6 ≈ 4,0 × 1022 N·m, así que D = 4,0 × 1022 ÷ (4 × 1010 × 4 × 105 m × 1,5 × 105 m) ≈ 17 m; para Mw 9,1, M₀ ≈ 5,6 × 1022 N·m y D ≈ 23 m. El deslizamiento promedio, de aproximadamente 17 a 23 m, es menos de la mitad del máximo de 50 a 60 m, que se concentró cerca de la fosa, donde levantó más el fondo marino y generó el mayor tsunami.

¿Cuánto aviso puede dar la alerta temprana?

Las ondas P viajan por la corteza a aproximadamente 6 a 7 km/s, y las ondas S, que transportan la mayor parte de la sacudida fuerte, a aproximadamente 3,5 a 4 km/s. Un sistema de alerta temprana detecta las ondas P en estaciones cercanas a la fuente, estima el terremoto y envía una alerta, que luego viaja a la velocidad de las comunicaciones electrónicas. La ruptura de 2011 comenzó a unos 30 km de profundidad; Tokio está a unos 376 km del epicentro, y la punta de la península de Oshika, a unos 76 km.

ProblemaSupón que la alerta se emite 30 segundos después de que comienza la ruptura. Estima cuánto tiempo tuvo Tokio antes de que llegaran las primeras ondas S. Luego estima el radio de la 'zona ciega', el área donde las ondas S llegan antes que la alerta, y decide si la península de Oshika estaba dentro de ella. ¿Por qué la sacudida más fuerte de un gran terremoto podría llegar más tarde de lo que sugiere este cálculo sencillo?

Solución desarrollada

Tiempo de viaje de las ondas S hasta Tokio ≈ 376 km ÷ 3,5 a 4 km/s ≈ 94 a 107 s, así que el tiempo de aviso es de unos 64 a 77 s, alrededor de un minuto, como en el episodio. En 30 s las ondas S recorren unos 105 a 120 km desde el hipocentro; a 30 km de profundidad, eso alcanza la superficie hasta √(105² − 30²) ≈ 100 km a √(120² − 30²) ≈ 116 km del epicentro. La península de Oshika, a unos 82 km del hipocentro, sintió las ondas S a los apenas 20 a 23 s, antes de una alerta así. En un gran terremoto, la propia ruptura sigue creciendo durante minutos y emite ondas fuertes desde partes de la falla que se rompen más tarde y están más cerca de ciudades lejanas, así que los tiempos de aviso reales dependen de toda la ruptura, no solo de su punto de partida.

El balance de deformación y la recurrencia de los tsunamis de tipo Jōgan

La placa del Pacífico converge con el norte de Japón a unos 83 mm por año (USGS). Minoura y sus colegas (2001) encontraron tres capas de arena de tsunami en la llanura de Sendai y estimaron que los tsunamis más grandes ocurrieron aproximadamente cada 1.000 años; Sawai y sus colegas (2012), usando edades de radiocarbono de muchos sitios, sugirieron intervalos de 500 a 800 años. Una forma sencilla de convertir un intervalo de recurrencia T en una probabilidad es suponer que los eventos ocurren al azar: P = 1 − exp(−t/T) para un periodo de t años.

Problema¿Cuántos años de convergencia de placas representa un deslizamiento de 50 m? ¿Y un deslizamiento promedio de unos 20 m? ¿Cuánta convergencia se acumuló entre 869 y 2011? Luego calcula la probabilidad de un tsunami de tipo Jōgan en 30 años y en 50 años para T = 1.000 años y T = 500 años. ¿Qué sugieren estas cifras sobre diseñar centrales o pueblos costeros para un evento 'de una vez cada mil años'?

Solución desarrollada

50 m ÷ 0,083 m/año ≈ 600 años; 20 m ÷ 0,083 m/año ≈ 240 años. De 869 a 2011 (1.142 años) se acumularon unos 95 m de convergencia, más que el deslizamiento de 2011, así que no toda la convergencia se almacena como deformación en la zona bloqueada: parte se libera mediante deslizamiento lento y silencioso y mediante los muchos terremotos más pequeños de este límite de placas. Ozawa y sus colegas (2011) señalan el otro lado del balance: antes de 2011, el GPS mostraba que la deformación se acumulaba frente a Tōhoku mucho más rápido de lo que, en promedio, la habían liberado los terremotos anteriores en el límite de placas, lo que planteaba la pregunta de cómo se liberaría finalmente esa deformación. Probabilidades: para T = 1.000 años, 1 − exp(−0,03) ≈ 3% en 30 años y 1 − exp(−0,05) ≈ 5% en 50 años; para T = 500 años, alrededor de 6% y 10%. Unos pocos puntos porcentuales a lo largo de la vida útil de una central eléctrica o de un pueblo están lejos de ser despreciables cuando las consecuencias son catastróficas; por eso los eventos raros deben formar parte del diseño, no quedar fuera de él.

¿De verdad el terremoto cambió la duración del día?

Sin un torque externo, el momento angular de la Tierra L = I·ω se conserva, donde I es el momento de inercia y ω la velocidad de rotación. Si un terremoto acerca un poco de masa al eje, I disminuye, ω aumenta y el día T = 2π/ω se acorta: ΔT/T = ΔI/I. Richard Gross, de la NASA, calculó que el terremoto de 2011 acortó el día en unos 1,8 microsegundos. A largo plazo, la fricción de las mareas causada por la Luna alarga el día; las mediciones a partir de eclipses antiguos muestran un aumento promedio de alrededor de 1,8 milisegundos por siglo (Stephenson y sus colegas, 2016).

ProblemaCalcula el cambio relativo del momento de inercia de la Tierra que implica un día 1,8 µs más corto. ¿Cuántos días de la tendencia de alargamiento a largo plazo lo compensarían? Si el cambio fuera permanente, ¿cuánto se adelantaría en un año un reloj basado en la rotación de la Tierra respecto de un reloj atómico?

Solución desarrollada

ΔI/I = ΔT/T = −1,8 × 10−6 s ÷ 86.400 s ≈ −2,1 × 10−11. La tendencia de 1,8 ms por siglo equivale a 1,8 × 10−3 s ÷ 36.525 días ≈ 4,9 × 10−8 s por día cada día, así que compensaría el cambio en unos 1,8 × 10−6 ÷ 4,9 × 10−8 ≈ 37 días. En un año, 365 × 1,8 µs ≈ 0,66 ms. El efecto es real pero diminuto, mucho menor que las fluctuaciones naturales de la duración del día causadas por los vientos, las corrientes oceánicas y el núcleo de la Tierra; por eso se calculó en lugar de medirse.

Alineación con estándares

Next Generation Science Standards (NGSS, Estados Unidos)

MS-ESS2-2

Construir una explicación basada en evidencia de cómo los procesos geocientíficos han cambiado la superficie de la Tierra a diversas escalas de tiempo y de espacio.

En este episodio: La lenta convergencia de placas, de unos 8 cm por año, frente a los minutos de deslizamiento, el levantamiento del fondo marino y el hundimiento de la costa.

MS-ESS3-2

Analizar e interpretar datos sobre peligros naturales para pronosticar futuros eventos catastróficos e informar el desarrollo de tecnologías para mitigar sus efectos.

En este episodio: Las capas de arena de tsunami y la recurrencia, la alerta temprana, las alertas de tsunami, los cables en el fondo marino, los muros de contención y el pronóstico para la fosa de Nankai.

HS-ESS2-1

Desarrollar un modelo para ilustrar cómo los procesos internos y superficiales de la Tierra operan a diferentes escalas espaciales y temporales para formar rasgos continentales y del fondo oceánico.

En este episodio: El modelo de zona de subducción: fosa, falla bloqueada, acumulación de deformación y rebote elástico de la placa superior.

HS-ESS3-1

Construir una explicación basada en evidencia de cómo la disponibilidad de recursos naturales, la ocurrencia de peligros naturales y los cambios en el clima han influido en la actividad humana.

En este episodio: La piedra de Aneyoshi, los simulacros de Kamaishi, la reconstrucción costera y los nuevos muros de contención, y la ubicación y el diseño de Fukushima Daiichi.

HS-PS4-1

Usar representaciones matemáticas para respaldar una afirmación sobre las relaciones entre la frecuencia, la longitud de onda y la velocidad de las ondas que viajan en distintos medios.

En este episodio: La velocidad de un tsunami, c = √(g·d), en aguas de distintas profundidades, y por qué la ola se frena, se acorta y crece al llegar a la costa.

Advanced Placement (AP, Estados Unidos)

Cursos universitarios

Geología física

Límites de placas y microplacas alrededor de Japón; zonas de subducción y fosas; el ciclo sísmico y el rebote elástico

Riesgos naturales

Terremotos de megacabalgamiento; generación, propagación, asomeramiento y cota máxima de inundación de los tsunamis; paleosismología y depósitos de tsunami; recurrencia y probabilidad a largo plazo; sistemas de alerta y evacuación

Geofísica

Momento sísmico y magnitud de momento; saturación de la magnitud; alerta temprana de terremotos; geodesia GPS y desplazamiento cosísmico; los terremotos y la rotación de la Tierra

Gestión del riesgo de desastres

Base de diseño y eventos raros en ingeniería; comunicación del riesgo y redacción de las alertas; simulacros comunitarios y memoria de desastres pasados

Transcripción La narración en español, como en los subtítulos

0:00El momento

El 11 de marzo de 2011, a las 2:46 de la tarde de un viernes, el fondo marino a 70 kilómetros de la costa noreste de Japón cedió de repente.

0:10El suelo tembló durante varios minutos, y en muchos lugares de la costa la gente tuvo aproximadamente media hora antes de que llegara el mar.

0:18Esta es la historia del terremoto más fuerte jamás medido en Japón. Veremos por qué ocurrió, por qué sus advertencias ya tenían 1.000 años y qué cambió Japón después.

0:34Cuatro placas

Para entender ese día, tenemos que empezar bajo tierra, porque Japón está donde se unen cuatro de las placas tectónicas de la Tierra.

0:41Esas cuatro son la placa del Pacífico, la placa del Mar de Filipinas, la placa Norteamericana y la placa Euroasiática. Cada una es una losa de roca de unos 100 kilómetros de espesor, que se desplaza lentamente por el planeta.

0:54Ninguna deja nunca de moverse. La placa del Pacífico avanza hacia Japón a unos 8 centímetros por año, aproximadamente el doble de rápido de lo que crecen las uñas.

1:05Frente a la costa noreste, la placa del Pacífico se encuentra con el norte de Japón en la fosa de Japón, una hendidura en el fondo marino de unos 8 kilómetros de profundidad.

1:14En la fosa, la placa del Pacífico se dobla y se hunde bajo Japón, descendiendo lentamente hacia el manto caliente que hay debajo.

1:22Sin embargo, no se desliza suavemente. Donde las dos placas se tocan, se traban, así que año tras año el borde de Japón es arrastrado hacia abajo y comprimido, como un resorte que se tensa cada vez más.

1:34Con el tiempo, la tensión vence a la fricción. En pocos minutos la falla se desliza, el borde comprimido de la placa rebota y el fondo marino se levanta de golpe, elevando todo el océano que tiene encima.

1:47Ese proceso explica por qué Japón sufre alrededor de uno de cada cinco terremotos fuertes del mundo, y por qué el país tiene más de 100 volcanes activos.

2:00Advertencias del pasado

Japón tiene registros escritos de terremotos de hace más de 1.000 años, y uno de ellos describe una noche del año 869.

2:09Esa noche, un gran terremoto sacudió la zona cercana a lo que hoy es la ciudad de Sendai, y el mar penetró tierra adentro a través de la llanura costera. Unas 1.000 personas se ahogaron.

2:19A partir de alrededor de 1990, geólogos que excavaban en esa misma llanura encontraron la huella del tsunami. Era una capa de arena marina, a kilómetros de la costa, con capas de arena más antiguas debajo, dejadas por olas gigantes aún anteriores.

2:35La evidencia mostró que tsunamis gigantes habían golpeado esta costa una y otra vez, con siglos de diferencia. Los pronósticos oficiales sí esperaban un gran terremoto aquí, pero de alrededor de magnitud 8, no de nueve.

2:49Más al norte, en la escarpada costa de Sanriku, los recuerdos eran más recientes. En 1896, un tsunami alcanzó allí hasta 38 metros de altura y mató a unas 22.000 personas.

3:02En 1933, otro tsunami mató a unas 3.000 más. Después, los habitantes de una pequeña aldea llamada Aneyoshi grabaron una advertencia en piedra.

3:12La inscripción dice: No construyan sus casas por debajo de este punto.

3:192:46 p. m.

El 11 de marzo de 2011, a las 2:46 de la tarde, la falla finalmente cedió. La ruptura comenzó a unos 70 kilómetros de la península de Oshika, a unos 30 kilómetros de profundidad.

3:32Desde allí, se propagó a lo largo de la fosa unos 400 kilómetros, y en algunos lugares las dos placas se desplazaron hasta 50 metros una respecto de la otra.

3:41El sistema de alerta temprana de terremotos de Japón cumplió su función principal. Sus sensores detectaron las primeras ondas, las más rápidas, y las alertas salieron antes de que llegara la sacudida más fuerte.

3:53Tokio, a unos 370 kilómetros, recibió la alerta cerca de un minuto antes, aunque subestimó mucho la sacudida allí.

4:02Tres minutos después del terremoto, la agencia meteorológica de Japón emitió su nivel más alto de alerta de tsunami. Sin embargo, la primera estimación del tamaño del terremoto fue demasiado baja, de magnitud 7,9, así que los primeros pronósticos de olas también fueron bajos, de 3 a 6 metros.

4:21Luego, sensores en alta mar detectaron la ola real, y las alertas se elevaron a más de 10 metros. La magnitud final fue de 9 según Japón, y de 9,1 según el Servicio Geológico de Estados Unidos.

4:38La ola

En aguas profundas, un tsunami se mueve casi tan rápido como un avión a reacción, a unos 800 kilómetros por hora, aunque apenas tenga un metro de altura.

4:50A medida que el agua se vuelve menos profunda cerca de la costa, la ola se frena, y como el agua que viene detrás sigue llegando, no tiene más remedio que crecer hacia arriba.

4:59Este tsunami se extendió en todas direcciones, por todo el Pacífico.

5:04Cerca de Miyako, el agua subió por una ladera hasta 40 metros sobre el nivel del mar, y los muros de contención construidos para tsunamis anteriores simplemente fueron superados.

5:14Los barcos fueron arrastrados tierra adentro. Este ferry de Miyako quedó varado entre las casas.

5:21En la llanura de Sendai, el mismo terreno que se había inundado en 869, el mar arrasó el aeropuerto de Sendai y siguió kilómetros tierra adentro.

5:30En total, más de 500 kilómetros cuadrados de Japón quedaron bajo el agua, y pueblos pesqueros enteros a lo largo de la costa fueron destruidos.

5:39En Aneyoshi, la ola se detuvo a unos 90 metros cuesta abajo de la vieja piedra. Todas las casas de la aldea se habían construido por encima de ella, y todas se salvaron.

5:49En la central nuclear de Fukushima Daiichi, una ola de unos 14 metros de altura inundó unas instalaciones diseñadas para unos seis. La central se quedó sin electricidad, tres reactores se fundieron y se convirtió en el peor accidente nuclear desde Chernóbil.

6:04Mientras tanto, el tsunami siguió avanzando. Llegó a Hawái unas siete horas después y a California unas diez, destrozando barcos en sus puertos, y aproximadamente un día después del terremoto llegó a Chile.

6:16Las secuelas

Más de 18.000 personas murieron o nunca fueron encontradas, la mayoría ahogadas, y más de 120.000 edificios fueron destruidos.

6:25El Banco Mundial estimó los daños en hasta 235.000 millones de dólares, lo que en ese momento lo convirtió en el desastre natural más costoso jamás registrado.

6:36El terremoto incluso modificó el propio terreno. La península de Oshika se desplazó más de 5 metros hacia el mar y se hundió más de un metro.

6:46También desplazó tanta masa de la Tierra que, según un cálculo de la NASA, el planeta ahora gira un poquito más rápido. Cada día se acortó en unas 1,8 millonésimas de segundo, demasiado poco como para que alguien lo note.

7:01También hay historias de supervivencia. En la ciudad de Kamaishi, los escolares habían practicado durante años una regla sencilla: después de un gran terremoto, corran de inmediato a terreno alto y no esperen a nadie.

7:14Casi todos los cerca de 3.000 estudiantes de la ciudad sobrevivieron.

7:22Lo que cambió Japón

Japón rehízo sus alertas de tsunami. Ahora, cuando un terremoto es demasiado grande para medirlo con rapidez, la primera alerta ya no intenta adivinar una cifra. Simplemente dice a la gente que el tsunami será enorme.

7:35A lo largo de las fosas de Japón y de las Kuriles, 150 estaciones en el fondo marino vigilan ahora terremotos y tsunamis, conectadas a tierra por unos 5.500 kilómetros de cable.

7:47Más de 400 kilómetros de nuevos muros de contención bordean ahora la costa, y algunos superan los 12 metros de altura.

7:57Todavía en movimiento

Las placas no han dejado de moverse. En un año típico, Japón siente unos 2.000 terremotos, es decir, entre cinco y seis cada día. La mayoría son tan leves que solo los notan quienes están quietos en interiores, pero cada uno es una señal de las mismas placas, que siguen moviéndose.

8:13Los científicos también vigilan otra falla, la fosa de Nankai, frente al suroeste de Japón. En 2025, el gobierno de Japón estimó la probabilidad de un gran terremoto allí en los próximos 30 años. Según un método, es del 60 al 90% o más; según otro, del 20 al 50%.

8:32Entonces, tres cosas para recordar. Primero, el terremoto de 2011 se produjo cuando la placa del Pacífico se deslizó hasta 50 metros bajo el norte de Japón, en la fosa de Japón. Eso lo convirtió en un terremoto de magnitud 9, el más fuerte jamás medido en Japón. Segundo, el tsunami causó la mayor parte del daño: alcanzó hasta 40 metros de altura, y más de 18.000 personas murieron o nunca fueron encontradas. Y tercero, las advertencias ya estaban ahí, en la inundación del año 869 y en piedras como la de Aneyoshi.

9:05La piedra de Aneyoshi sigue en pie, y su mensaje es la lección de toda esta historia. La Tierra lleva su propio calendario, y recuerda lo que nosotros olvidamos. Gracias por ver Earth Explained. Suscríbete para la próxima historia y mira el planeta en vivo, a todas horas, en EarthWatch 24-7.

Fuentes

  1. U.S. Geological Survey. M 9.1 – 2011 Great Tohoku Earthquake, Japan. Earthquake Hazards Program event page, with tectonic summary. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/official20110311054624120_30/executiveUsada para: Magnitud 9,1, ubicación y profundidad, movimiento de placas de 83 mm por año, tamaño de la ruptura y deslizamiento
  2. Japan Meteorological Agency. (2013). Lessons learned from the tsunami disaster caused by the 2011 Great East Japan Earthquake and improvements in JMA's tsunami warning system. www.data.jma.go.jp/eqev/data/en/tsunami/LessonsLearned_Improvements_brochure.pdfUsada para: La primera alerta a las 14:49 (M7,9, de 3 a 6 m), las elevaciones a más de 10 m, la magnitud final de 9,0 y las alertas de tsunami 'enorme' de 2013
  3. National Police Agency of Japan. (2021). Police countermeasures and damage situation associated with 2011 Tohoku district – off the Pacific Ocean Earthquake (March 10, 2021). www.npa.go.jp/news/other/earthquake2011/pdf/higaijokyo_e.pdfUsada para: Muertos, desaparecidos y edificios destruidos
  4. Ozawa, S., Nishimura, T., Suito, H., Kobayashi, T., Tobita, M., & Imakiire, T. (2011). Coseismic and postseismic slip of the 2011 magnitude-9 Tohoku-Oki earthquake. Nature, 475, 373–376. doi.org/10.1038/nature10227Usada para: Mediciones GPS (GEONET) de cuánto se movió el terreno, y el deslizamiento en la falla a lo largo de unos 400 km de la fosa
  5. The 2011 Tohoku Earthquake Tsunami Joint Survey Group. 現地調査結果 (Field survey results). In Japanese. coastal.jp/ttjt/index.php?%E7%8F%BE%E5%9C%B0%E8%AA%BF%E6%9F%BB%E7%B5%90%E6%9E%9CUsada para: Alturas del tsunami y cota máxima de inundación de unos 40 m
  6. Minoura, K., Imamura, F., Sugawara, D., Kono, Y., & Iwashita, T. (2001). The 869 Jōgan tsunami deposit and recurrence interval of large-scale tsunami on the Pacific coast of northeast Japan. Journal of Natural Disaster Science, 23(2), 83–88. www.jsnds.org/jnds/23_2_3.pdfUsada para: El tsunami de Jōgan, su arena a unos 3 a 4 km tierra adentro, unas 1.000 muertes y una recurrencia de alrededor de 1.000 años
  7. Sawai, Y., Namegaya, Y., Okamura, Y., Satake, K., & Shishikura, M. (2012). Challenges of anticipating the 2011 Tohoku earthquake and tsunami using coastal geology. Geophysical Research Letters, 39, L21309. doi.org/10.1029/2012GL053692Usada para: Los depósitos de Jōgan a lo largo de la costa, su recurrencia y por qué la evidencia no anticipó un terremoto de magnitud 9
  8. Fackler, M. (2011, April 20). Tsunami warnings, written in stone. The New York Times (reprinted by NBC News). www.nbcnews.com/id/wbna42688590Usada para: La piedra de Aneyoshi y el lugar donde se detuvo la ola de 2011
  9. International Atomic Energy Agency. (2015). The Fukushima Daiichi Accident: Report by the Director General. IAEA, Vienna. www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1710-ReportByTheDG-Web.pdfUsada para: La ola de 14 a 15 m, los supuestos de diseño de la central y la pérdida de electricidad y de refrigeración
  10. NASA Jet Propulsion Laboratory. (2011, March 14). Japan quake may have shortened Earth days, moved axis. News release (Richard Gross), as reprinted by Geology.com. geology.com/nasa/japan-earthquakeUsada para: El cambio de 1,8 microsegundos en la duración del día y el desplazamiento de 17 cm del eje de figura
  11. Stephenson, F. R., Morrison, L. V., & Hohenkerk, C. Y. (2016). Measurement of the Earth's rotation: 720 BC to AD 2015. Proceedings of the Royal Society A, 472, 20160404. doi.org/10.1098/rspa.2016.0404Usada para: El alargamiento del día a largo plazo, de alrededor de 1,8 ms por siglo
  12. Japan Science and Technology Agency. Educational activities for disaster prevention backed by scientific evidence behind a 'miracle' (Toshitaka Katada, Kamaishi). www.jst.go.jp/EN/achievements/research/toshitaka_katada2016.htmlUsada para: Kamaishi: sobrevivió el 99,8% de unos 3.000 estudiantes
  13. Cabinet Office, Government of Japan. (2013). 平成25年版 防災白書 (White Paper on Disaster Management 2013), Part 1, Introduction. In Japanese. www.bousai.go.jp/kaigirep/hakusho/h25/honbun/1b_0s_01_00.htmUsada para: Alrededor del 20% de los terremotos de magnitud 6 o mayor del mundo ocurren alrededor de Japón
  14. Headquarters for Earthquake Research Promotion, Earthquake Research Committee. (2025). 南海トラフの地震活動の長期評価（第二版一部改訂） (Long-term evaluation of the Nankai Trough, second edition, partial revision). In Japanese. jishin.go.jp/evaluation/long_term_evaluation/subduction_fault/summary_nankaiUsada para: Las probabilidades a 30 años de 60–90% o más y de 20–50%

Imágenes del episodio: USGS, NOAA y NASA (dominio público), con mapas de NASA/USGS Landsat a través de NASA GIBS; animaciones de EarthWatch 24-7. Créditos completos: earthwatch247.com/credits.html.

Cita esta lección

EarthWatch 24-7. (2026). El día en que Japón se movió: El terremoto y el tsunami de Tōhoku de 2011, empezando por las placas [Lección en video]. Earth Explained, episodio 1. https://earthwatch247.com/learn/japan-2011/es/

Respuestas

  1. C. Esto es la subducción: la placa del Pacífico, que avanza hacia Japón a unos 8 cm por año, se dobla hacia abajo en la fosa de Japón y se hunde bajo Japón.
  2. A. Las placas siguen convergiendo, pero el contacto trabado arrastra y comprime el borde de Japón como un resorte que se tensa. Cuando la deformación vence la fricción, la falla se desliza y el borde comprimido rebota.
  3. D. Los registros históricos de Japón describen el tsunami de 869, y los geólogos que excavaron a partir de alrededor de 1990 encontraron su arena muy tierra adentro, con capas de arena más antiguas debajo, dejadas por olas gigantes aún anteriores.
  4. B. El método rápido de magnitud subestima los terremotos muy grandes, así que la primera estimación fue de 7,9 en lugar de 9,0. Cuando los sensores en el mar detectaron la ola real, las alertas se elevaron a más de 10 metros.
  5. A. La velocidad de un tsunami depende de la profundidad del agua. Cuando el frente se frena en aguas poco profundas, el agua de atrás lo alcanza y no tiene otro lugar adonde ir más que hacia arriba.
  6. C. La inundación dejó a la central sin electricidad, un apagón total de la central, así que los reactores no pudieron enfriarse. Se convirtió en el peor accidente nuclear desde Chernóbil.
  7. B. La falla bloqueada había arrastrado la costa hacia tierra y hacia abajo; cuando se deslizó, la placa superior rebotó hacia la fosa, y la costa cercana a la ruptura se hundió.
  8. D. La regla era sencilla y se practicó durante años: después de un gran terremoto, corran de inmediato a terreno alto y no esperen. Alrededor del 99,8% de los estudiantes de la ciudad sobrevivieron.
  9. C. Japón cambió sus alertas para que una primera cifra subestimada ya no pueda hacer creer a la gente que está a salvo. Las cifras se añaden una vez que se conoce el tamaño del terremoto.
  10. A. Una probabilidad no es una fecha ni una certeza. Ambos valores son altos para un periodo de 30 años, y el gobierno pide a las personas y a las autoridades locales que se preparen teniendo en cuenta el más alto.

Respuesta escrita

  1. La placa del Pacífico converge con Japón a unos 8 cm por año y se subduce en la fosa de Japón. Donde las placas se tocan, la falla está bloqueada, así que el borde de Japón es arrastrado hacia abajo y comprimido, y se acumula deformación elástica. En 2011, la deformación venció la fricción: la falla se deslizó hasta unos 50 m en una zona de unos 400 km de largo, el borde comprimido rebotó y el fondo marino se levantó bruscamente, elevando toda la columna de agua que tenía encima. La gravedad hizo bajar esa agua elevada y envió olas en todas direcciones. En el océano profundo viajaron a unos 800 km/h con apenas un metro de altura; en las aguas poco profundas cerca de la costa se frenaron y crecieron, llegaron a las costas cercanas en aproximadamente media hora y alcanzaron cotas de unos 40 m en algunos lugares. A través del Pacífico abierto llegaron a Hawái en unas 7 horas y a Chile en alrededor de un día.
  2. Los sismógrafos han registrado terremotos en Japón durante solo alrededor de un siglo, mucho menos que el tiempo entre los eventos más grandes. Los registros históricos de Japón describían cómo el tsunami de 869 inundó la llanura de Sendai y ahogó a unas 1.000 personas. A partir de alrededor de 1990, los geólogos encontraron su arena, traída desde el mar, a kilómetros tierra adentro, con capas de arena más antiguas debajo, lo que mostraba que tsunamis gigantes habían golpeado una y otra vez, con siglos de diferencia. Sin embargo, los pronósticos oficiales se basaban sobre todo en los terremotos recientes mejor conocidos y esperaban un evento de alrededor de magnitud 8. El trabajo geológico todavía estaba estimando qué tan grande había sido el terremoto de Jōgan, y su lección completa, que una sección mucho más grande de la falla podía romperse de una sola vez, aún no se había incorporado a los planes contra el peligro cuando ocurrió el terremoto de magnitud 9.
  3. La piedra de Aneyoshi funcionó porque su regla no dependía de predecir el tamaño de la próxima ola: todas las casas se construyeron por encima de ella, y la ola de 2011 se detuvo unos 90 m cuesta abajo. Los simulacros de Kamaishi funcionaron porque una regla sencilla y practicada, correr de inmediato a terreno alto y no esperar, no dependía de alertas ni de estimaciones; alrededor del 99,8% de los estudiantes de la ciudad sobrevivieron. Los muros de contención construidos para tsunamis anteriores, y las instalaciones de Fukushima Daiichi, diseñadas para una ola de unos 6 m, fallaron porque se diseñaron para una altura fija que el tsunami de 2011, de unos 14 m en la central, superó. La lección es que las defensas dimensionadas según eventos pasados pueden ser superadas, mientras que las reglas que alejan a las personas del alcance del agua funcionan sea cual sea el tamaño de la ola; los mejores planes usan ambas.

Para profundizar

  1. ¿Qué tan rápido cruza un tsunami el Pacífico, y por qué crece?: c = √(9,81 × 5.000) ≈ 221 m/s ≈ 800 km/h, la velocidad del episodio. 5.960 km ÷ 800 km/h ≈ 7,5 horas, cerca de la llegada observada de unas siete horas (la ola real sigue el fondo marino real, que en parte es más profundo que 5.000 m). Crecimiento: ⁴√(4.000 ÷ 10) = ⁴√400 ≈ 4,5, así que la ola de 1 m llega a medir unos 4,5 m de altura y se mueve a √(9,81 × 10) ≈ 10 m/s, o unos 36 km/h, más rápido de lo que la mayoría de las personas puede correr. La cota máxima de inundación es la altura que el agua sube en tierra, no la altura de la ola mar adentro: en la costa de Sanriku, las bahías estrechas en forma de V canalizan el flujo y el agua en movimiento lleva su impulso cuesta arriba, así que allí la cota llegó a unos 40 m.
  2. Magnitud, energía y deslizamiento: 101.5 × 1.2 = 101.8 ≈ 63 veces más energía que la primera estimación; por eso el primer pronóstico de tsunami fue tan bajo. 101.5 × 0.1 = 100.15 ≈ 1,4: los valores de las dos agencias difieren en alrededor de un 40% en energía, poco al lado del primer error. Para Mw 9,0, M₀ = 1022.6 ≈ 4,0 × 1022 N·m, así que D = 4,0 × 1022 ÷ (4 × 1010 × 4 × 105 m × 1,5 × 105 m) ≈ 17 m; para Mw 9,1, M₀ ≈ 5,6 × 1022 N·m y D ≈ 23 m. El deslizamiento promedio, de aproximadamente 17 a 23 m, es menos de la mitad del máximo de 50 a 60 m, que se concentró cerca de la fosa, donde levantó más el fondo marino y generó el mayor tsunami.
  3. ¿Cuánto aviso puede dar la alerta temprana?: Tiempo de viaje de las ondas S hasta Tokio ≈ 376 km ÷ 3,5 a 4 km/s ≈ 94 a 107 s, así que el tiempo de aviso es de unos 64 a 77 s, alrededor de un minuto, como en el episodio. En 30 s las ondas S recorren unos 105 a 120 km desde el hipocentro; a 30 km de profundidad, eso alcanza la superficie hasta √(105² − 30²) ≈ 100 km a √(120² − 30²) ≈ 116 km del epicentro. La península de Oshika, a unos 82 km del hipocentro, sintió las ondas S a los apenas 20 a 23 s, antes de una alerta así. En un gran terremoto, la propia ruptura sigue creciendo durante minutos y emite ondas fuertes desde partes de la falla que se rompen más tarde y están más cerca de ciudades lejanas, así que los tiempos de aviso reales dependen de toda la ruptura, no solo de su punto de partida.
  4. El balance de deformación y la recurrencia de los tsunamis de tipo Jōgan: 50 m ÷ 0,083 m/año ≈ 600 años; 20 m ÷ 0,083 m/año ≈ 240 años. De 869 a 2011 (1.142 años) se acumularon unos 95 m de convergencia, más que el deslizamiento de 2011, así que no toda la convergencia se almacena como deformación en la zona bloqueada: parte se libera mediante deslizamiento lento y silencioso y mediante los muchos terremotos más pequeños de este límite de placas. Ozawa y sus colegas (2011) señalan el otro lado del balance: antes de 2011, el GPS mostraba que la deformación se acumulaba frente a Tōhoku mucho más rápido de lo que, en promedio, la habían liberado los terremotos anteriores en el límite de placas, lo que planteaba la pregunta de cómo se liberaría finalmente esa deformación. Probabilidades: para T = 1.000 años, 1 − exp(−0,03) ≈ 3% en 30 años y 1 − exp(−0,05) ≈ 5% en 50 años; para T = 500 años, alrededor de 6% y 10%. Unos pocos puntos porcentuales a lo largo de la vida útil de una central eléctrica o de un pueblo están lejos de ser despreciables cuando las consecuencias son catastróficas; por eso los eventos raros deben formar parte del diseño, no quedar fuera de él.
  5. ¿De verdad el terremoto cambió la duración del día?: ΔI/I = ΔT/T = −1,8 × 10−6 s ÷ 86.400 s ≈ −2,1 × 10−11. La tendencia de 1,8 ms por siglo equivale a 1,8 × 10−3 s ÷ 36.525 días ≈ 4,9 × 10−8 s por día cada día, así que compensaría el cambio en unos 1,8 × 10−6 ÷ 4,9 × 10−8 ≈ 37 días. En un año, 365 × 1,8 µs ≈ 0,66 ms. El efecto es real pero diminuto, mucho menor que las fluctuaciones naturales de la duración del día causadas por los vientos, las corrientes oceánicas y el núcleo de la Tierra; por eso se calculó en lugar de medirse.