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Artículo • Rev. Geol. Amér. Central (65) • July-Dec 2021 • https://doi.org/10.15517/rgac.v0i65.47002 linkcopiar

Evaluación del potencial de tsunamis locales con base en análisis sismo-tectónico en el Caribe de Costa Rica

Evaluation of local tsunami potential based on seismic-tectonic analysis in the Caribbean of Costa Rica

Autoría SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumen:

En Costa Rica, pese a su relativa baja frecuencia, los tsunamis suponen un riesgo en las comunidades costeras. La integración de información geofísica y geológica permite la interpretación de posibles áreas de ruptura para las cuales se evalúa la propagación e inundación de tsunamis a través de simulaciones numéricas en el Caribe de Costa Rica y zonas adyacentes al sismo tsunamigénico ocurrido en 1991 (Mw 7,7). Los resultados muestran que el peligro de inundación por tsunamis en el Caribe de Costa Rica devenga particularmente de sismos generados en el Cinturón Deformado del Norte de Panamá. Además, se muestra que sismos de mediana magnitud (Mw~7) en fallas de alto ángulo, pueden provocar tsunamis locales. Este trabajo puede ser usado como base para la generación de mapas de evacuación y concientización del peligro de tsunamis en la zona.

Palabras clave: escenario sísmico máximo; deslizamiento cosísmico; simulación numérica de tsunami; Caribe; Costa Rica

Autoría

Natalia Zamora

Centro de Supercomputadores de Barcelona (BSC) - Centro Nacional de Supercomputadores , Barcelona, EspañaCentro de Supercomputadores de Barcelona (BSC)EspañaEspañaCentro de Supercomputadores de Barcelona (BSC) - Centro Nacional de Supercomputadores , Barcelona, España

Fundación Tropos (FunTropos), Heredia, Costa RicaFundación Tropos Costa RicaCosta RicaFundación Tropos (FunTropos), Heredia, Costa Rica

Mario Arroyo-Solórzano

Universidad de Costa Rica (UCR), Escuela Centroamericana de Geología (ECG) y Red Sismológica Nacional (RSN), San José, Costa RicaUniversidad de Costa RicaCosta RicaCosta RicaUniversidad de Costa Rica (UCR), Escuela Centroamericana de Geología (ECG) y Red Sismológica Nacional (RSN), San José, Costa Rica

Hernán Porras

Sistema Nacional de Monitoreo de Tsunamis (Sinamot-UNA), Heredia, Costa Rica *Autora para contacto: natalia.zamora@bsc.esSistema Nacional de Monitoreo de TsunamisCosta RicaCosta RicaSistema Nacional de Monitoreo de Tsunamis (Sinamot-UNA), Heredia, Costa Rica *Autora para contacto: natalia.zamora@bsc.es

Silvia Chacón

Fabio Rivera

Anthony Murillo

SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Fundación Tropos (FunTropos), Heredia, Costa RicaFundación Tropos Costa RicaCosta RicaFundación Tropos (FunTropos), Heredia, Costa Rica

Figuras | Tablas

Figuras (10)
Tablas (1)

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Fig. 1
>: A) Contexto tectónico del Caribe de Costa Rica y noroeste de Panamá. Círculos rojos muestran los sismos Mw a 6.0 solo para el Caribe. El mecanismo focal del sismo 1991 (Mw 7.7) es obtenido de Goes et al. (1993). Estructuras color rojo según Denyer et al. (2009). Círculos y números grises muestran sismos entre Mw 6-6.9 en la zona Caribe (Arroyo, 2019). Círculos rojos muestran los sismos Mw a 6.0 solo para el Caribe. Estructuras color rojo según Denyer et al. (2009). El recuadro color cyan indica la zona analizada por Protti y Schwartz (1994) mostrada en Fig. 6. B) Mapa tectónico regional en el que se enmarca la zona de estudio. NAM: placa Norteamericana; CO: placa Coco; CA: placa Caribe; PA: microplaca de Panamá; BA: Bloque Andino; SAM: placa Suramericana; He: Escarpe de Hess; CDNP: Cinturón Deformado del Norte de Panamá; CDCCR: Cinturón Deformado Centro de Costa Rica; SPDB: Zona de Deformación del Sur de Panamá; SCDB: Cinturón Deformado del Caribe Sur. Círculos rojos: sismicidad mayor a Mw 6.5 (Alvarado et al., 2017).

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Fig. 2
: Bloques esquemáticos que muestran las principales estructuras en el Caribe de Costa Rica, usados para definir planos de ruptura (p.ej. rumbo y buzamiento). A) Zona de San Juan. B) Zona de Parismina C) Zona de Cahuita. D) Los polígonos blancos muestran la extensión de los bloques del panel izquierdo. Modificado de Brandes et al. (2007a). Los números blancos hacen referencia a los planos de ruptura seleccionados en este trabajo.

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Fig. 3
: Flujo de la integración de datos para generar escenarios sísmicos. A) Sismicidad y áreas fuente. Los polígonos verdes muestran las fuentes corticales y el amarillo la de subducción interplaca, propuestas por Alvarado et al. (2017). B) Estructuras tectónicas principales y mecanismos focales de sismos seleccionados (NEIC, 2020; RSN-UCR, 2020) muestran en naranja las líneas sísmicas de Brandes et al. (2007a; 2008). C) Profundidad de eventos y perfil de línea sísmica. El panel superior muestra un corte de la profundidad de la sismicidad del nido de Parismina (RSN-UCR, 2020). En el panel inferior las estructuras asociadas a dicho nido (líneas sísmicas l: 3-4 mostradas en panel b (Brandes et al., 2007a; Brandes et al., 2008). D) Densidad de sismos y subsegmentos asociados. Se muestra en verde, amarillo, anaranjado y rojo de menos a más densidad de eventos, respectivamente. Los polígonos verde, magenta y azul representan algunos segmentos definidos en este trabajo. Las líneas rojas representan los límites de la microplaca de Panamá y placa Caribe (Fan, Beck y Wallace, 1993; Goes et al., 1993). CDCCR: Cinturón Deformado del Centro de Costa Rica. He: Escarpe de Hess.

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Fig. 4
: Mallas topo-batimétricas (anidadas) usadas en la simulación numérica de tsunamis. Los recuadros se refieren a la extensión de anidamiento de cada malla con las siguientes resoluciones: A) Malla 1 con 64 segundos de arco. NR: Nicaragua rise. I.SA: isla San Andrés. B) Malla 2 con 16 segundos de arco. C) Malla 3 con 4 segundos de arco. D) Malla 4 tiene un 1 segundo de arco. En la malla 1 se muestra la ubicación de boyas virtuales en las que se registran las series de tiempo.

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Fig. 5:
Extensión de las principales fuentes analizadas. Los nombres corresponden a los polígonos que se diferencian por sus características estructurales. Los números se refieren a los planos de los polígonos (ver Cuadro 1). La sismicidad está mostrada solo para zona Caribe. Mecanismo focal de sismo (Mw 5,3) del catálogo GCMT (https://www.globalcmt.org). Mecanismos focales (en rojo) de Protti y Schwartz (1994). Mecanismos focales (verde) con base en sismos de RSN-UCR (2020) y NEIC (2020).

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Fig. 6
: Perfil esquemático que muestra una interpretación de las estructuras (rojo) asociadas al sismo de Limón 1991 (Mw 7,7). Simplificado de Protti y Schwartz (1994).

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Fig. 7
: Mapa de deformación cosísmica que resulta de cada fuente (falla uniforme). A) Escenario Hess. B) Escenario SJU1. C) Escenario SJU2. D) Escenario PAR3. E) Escenario PAR4. F) Escenario LIM6. G) Escenario LIM7. H) Escenario LIM8. I) Escenario PAN9. J) Escenario PAN10. Los valores mínimos y máximos de la deformación (en metros) se muestran en la esquina inferior derecha.

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Fig. 8
: Alturas máximas de la propagación de tsunamis que resulta de la simulación numérica de cada fuente sísmica. A) Escenario Hess. B) Escenario SJU1. C) Escenario SJU2. D) Escenario PAR3. E) Escenario PAR4. F) Escenario LIM6. G) Escenario LIM7. H) Escenario LIM8. I) Escenario PAN9. J) Escenario PAN10. El nombre del escenario se muestra en la esquina superior derecha de cada panel.

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Fig. 9
:Mapa de inundación de tsunamis que resulta de 10 fuentes en la malla 3. Estos mapas representan solo una referencia preliminar de la inundación desde Cahuita a Puerto Viejo. La línea de costa está marcada en negro. Líneas gris claro marcan isobatas cada 50 m. A) Escenario Hess. B) Escenario SJU1. C) Escenario SJU2. D) Escenario PAR3. E) Escenario PAR4. F) Escenario LIM6. G) Escenario LIM7. H) Escenario LIM8. I) Escenario PAN9. J) Escenario PAN10.

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Fig. 10:
Series de tiempo de cada escenario registradas en 4 boyas virtuales. La ubicación de las boyas virtuales (b5, b10, b15, b20) se indica en Fig. 4. A) Escenario Hess. B) Escenario SJU1. C) Escenario SJU2. D) Escenario PAR3. E) Escenario PAR4. F) Escenario LIM6. G) Escenario LIM7. H) Escenario LIM8. I) Escenario PAN9. J) Escenario PAN10. El nombre del escenario se muestra en la esquina inferior derecha.

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Cuadro 1
Parámetros que caracterizan las rupturas uniformes. *Escenarios modificados de CATSAM.

imageFig. 1 >: A) Contexto tectónico del Caribe de Costa Rica y noroeste de Panamá. Círculos rojos muestran los sismos Mw a 6.0 solo para el Caribe. El mecanismo focal del sismo 1991 (Mw 7.7) es obtenido de Goes et al. (1993). Estructuras color rojo según Denyer et al. (2009). Círculos y números grises muestran sismos entre Mw 6-6.9 en la zona Caribe (Arroyo, 2019). Círculos rojos muestran los sismos Mw a 6.0 solo para el Caribe. Estructuras color rojo según Denyer et al. (2009). El recuadro color cyan indica la zona analizada por Protti y Schwartz (1994) mostrada en Fig. 6. B) Mapa tectónico regional en el que se enmarca la zona de estudio. NAM: placa Norteamericana; CO: placa Coco; CA: placa Caribe; PA: microplaca de Panamá; BA: Bloque Andino; SAM: placa Suramericana; He: Escarpe de Hess; CDNP: Cinturón Deformado del Norte de Panamá; CDCCR: Cinturón Deformado Centro de Costa Rica; SPDB: Zona de Deformación del Sur de Panamá; SCDB: Cinturón Deformado del Caribe Sur. Círculos rojos: sismicidad mayor a Mw 6.5 (Alvarado et al., 2017). open_in_new

image Fig. 2 : Bloques esquemáticos que muestran las principales estructuras en el Caribe de Costa Rica, usados para definir planos de ruptura (p.ej. rumbo y buzamiento). A) Zona de San Juan. B) Zona de Parismina C) Zona de Cahuita. D) Los polígonos blancos muestran la extensión de los bloques del panel izquierdo. Modificado de Brandes et al. (2007a). Los números blancos hacen referencia a los planos de ruptura seleccionados en este trabajo. open_in_new

image Fig. 3 : Flujo de la integración de datos para generar escenarios sísmicos. A) Sismicidad y áreas fuente. Los polígonos verdes muestran las fuentes corticales y el amarillo la de subducción interplaca, propuestas por Alvarado et al. (2017). B) Estructuras tectónicas principales y mecanismos focales de sismos seleccionados (NEIC, 2020; RSN-UCR, 2020) muestran en naranja las líneas sísmicas de Brandes et al. (2007a; 2008). C) Profundidad de eventos y perfil de línea sísmica. El panel superior muestra un corte de la profundidad de la sismicidad del nido de Parismina (RSN-UCR, 2020). En el panel inferior las estructuras asociadas a dicho nido (líneas sísmicas l: 3-4 mostradas en panel b (Brandes et al., 2007a; Brandes et al., 2008). D) Densidad de sismos y subsegmentos asociados. Se muestra en verde, amarillo, anaranjado y rojo de menos a más densidad de eventos, respectivamente. Los polígonos verde, magenta y azul representan algunos segmentos definidos en este trabajo. Las líneas rojas representan los límites de la microplaca de Panamá y placa Caribe (Fan, Beck y Wallace, 1993; Goes et al., 1993). CDCCR: Cinturón Deformado del Centro de Costa Rica. He: Escarpe de Hess. open_in_new

image Fig. 4 : Mallas topo-batimétricas (anidadas) usadas en la simulación numérica de tsunamis. Los recuadros se refieren a la extensión de anidamiento de cada malla con las siguientes resoluciones: A) Malla 1 con 64 segundos de arco. NR: Nicaragua rise. I.SA: isla San Andrés. B) Malla 2 con 16 segundos de arco. C) Malla 3 con 4 segundos de arco. D) Malla 4 tiene un 1 segundo de arco. En la malla 1 se muestra la ubicación de boyas virtuales en las que se registran las series de tiempo. open_in_new

imageFig. 5: Extensión de las principales fuentes analizadas. Los nombres corresponden a los polígonos que se diferencian por sus características estructurales. Los números se refieren a los planos de los polígonos (ver Cuadro 1). La sismicidad está mostrada solo para zona Caribe. Mecanismo focal de sismo (Mw 5,3) del catálogo GCMT (https://www.globalcmt.org). Mecanismos focales (en rojo) de Protti y Schwartz (1994). Mecanismos focales (verde) con base en sismos de RSN-UCR (2020) y NEIC (2020). open_in_new

image Fig. 6 : Perfil esquemático que muestra una interpretación de las estructuras (rojo) asociadas al sismo de Limón 1991 (Mw 7,7). Simplificado de Protti y Schwartz (1994). open_in_new

image Fig. 7 : Mapa de deformación cosísmica que resulta de cada fuente (falla uniforme). A) Escenario Hess. B) Escenario SJU1. C) Escenario SJU2. D) Escenario PAR3. E) Escenario PAR4. F) Escenario LIM6. G) Escenario LIM7. H) Escenario LIM8. I) Escenario PAN9. J) Escenario PAN10. Los valores mínimos y máximos de la deformación (en metros) se muestran en la esquina inferior derecha. open_in_new

image Fig. 8 : Alturas máximas de la propagación de tsunamis que resulta de la simulación numérica de cada fuente sísmica. A) Escenario Hess. B) Escenario SJU1. C) Escenario SJU2. D) Escenario PAR3. E) Escenario PAR4. F) Escenario LIM6. G) Escenario LIM7. H) Escenario LIM8. I) Escenario PAN9. J) Escenario PAN10. El nombre del escenario se muestra en la esquina superior derecha de cada panel. open_in_new

imageFig. 9 :Mapa de inundación de tsunamis que resulta de 10 fuentes en la malla 3. Estos mapas representan solo una referencia preliminar de la inundación desde Cahuita a Puerto Viejo. La línea de costa está marcada en negro. Líneas gris claro marcan isobatas cada 50 m. A) Escenario Hess. B) Escenario SJU1. C) Escenario SJU2. D) Escenario PAR3. E) Escenario PAR4. F) Escenario LIM6. G) Escenario LIM7. H) Escenario LIM8. I) Escenario PAN9. J) Escenario PAN10. open_in_new

imageFig. 10: Series de tiempo de cada escenario registradas en 4 boyas virtuales. La ubicación de las boyas virtuales (b5, b10, b15, b20) se indica en Fig. 4. A) Escenario Hess. B) Escenario SJU1. C) Escenario SJU2. D) Escenario PAR3. E) Escenario PAR4. F) Escenario LIM6. G) Escenario LIM7. H) Escenario LIM8. I) Escenario PAN9. J) Escenario PAN10. El nombre del escenario se muestra en la esquina inferior derecha. open_in_new

table_chartCuadro 1 Parámetros que caracterizan las rupturas uniformes. *Escenarios modificados de CATSAM.

ID	Long	Lat	Prof (km)	L (km)	W (km)	Rumbo	Buz.	Rake	Desliz. (m)	Mw
HESS	-83.00	11.14	16	110	40	50	45	-50	2.5	7.6
SJU1	-83.772	11.048	12	40	25	345	40	-40	1.5	7.0
SJU2	-83.65	10.95	10	40	25	345	22	-65	1.5	7.0
PAR3	-83.401	10.569	12	70	40	318	35	25	1.7	7.4
PAR4	-83.13	10.688	12	55	30	140	40	-35	1.6	7.2
LIM6	-82.00	9.25	18	130	65	120	30	100	4	8.0
LIM7*	-82.438	9.5335	12	150	45	122	25	90	4.2	7.9
LIM8	-82.40	9.538	18	165	60	125	20	70	4.2	8.0
PAN9*	-80.192	9.5715	22.5	166	70	63	30	65	6	8.2
PAN10	-80.30	9.35	25	200	70	75	30	90	8	8.3

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