Ciencias Terrestres, Geología y Puerto Rico

por Daniel A. Laó Dávila, Ph.D.

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La secuencia sísmica de Guánica ha causado por lo menos una muerte, heridos y daños a la infraestructura del suroeste de Puerto Rico. La magnitud de 6.4 en el terremoto del 7 de enero es la más alta registrada en el suroeste de Puerto Rico por sismómetros de la Red Sísmica de Puerto Rico. Esta secuencia sísmica sorprende porque la mayor atención a riesgos sísmicos en Puerto Rico se le ha dado al terremoto de magnitud 7.1 del 1918 y a otros de magnitud 6 al norte de Puerto Rico, porque la región norte del país ha producido los terremotos de mayor magnitud en el último siglo. Sin embargo, los terremotos recientes reafirman que otras zonas sísmicas en la región de Puerto Rico también pueden ser peligrosas.

Estudios previos reconocen que el área del suroeste de Puerto Rico es riesgosa sísmicamente. Se han encontrado fallas activas en Lajas y Guánica, pero también hay fallas activas en el suelo marino. El suelo marino al sur de Puerto Rico forma una pendiente empinada y montañosa hasta llegar a la Fosa de Muertos y a la planicie del suelo oceánico del Caribe. Un estudio de batimetría refleja que esta pendiente marina contiene fallas con rumbo de este a oeste y noreste a suroeste. Las fallas más cercanas al fondo marino del Caribe muestran que la corteza está siendo apretada. Mientras que las fallas más cercanas a la costa sur de la isla son formadas por extensión de la corteza. En general, sabemos que la convergencia de las placas de Norteamérica y del Caribe causan deformación en las rocas que se reflejan como fallas.

Este mapa muestra el relieve al sur de Puerto Rico (Granja Bruña et al., 2015). Los epicentros están presentados en anaranjado.

Este mapa de la misma área demuestra las fallas encontradas en tierra y en el suelo marino (Granja Bruña et al., 2015). Note las fallas normales (violetas y con etiquetas) cerca de los epicentros. Pero no todas las fallas han sido localizadas. Hay más trabajo por hacer en esta área.

¿Por qué se forman estas fallas? Una posibilidad es que el proceso de formación de fallas al sur de Puerto Rico es similar a la deformación de arena al ser empujada por un bulldozer. El empuje hace que las capas de arena en la parte baja se monten una sobre otra. Mientras la arena se acumula formando una loma de arena en la parte de atrás. Cuando la loma de arena crece demasiado en tamaño, la arena al tope se colapsa por la gravedad. Este colapso, en rocas en vez de en arena, formaría las fallas que están causando los sismos cerca de la costa. Sin embargo, la zona de deformación pudiera ser más compleja ya que pudieran haber fallas laterales que acompañen las fallas de extensión.

Un bulldozer empuja arena. La arena se amontona mientras más se acumule (U.S. Navy).

Modelo para explicar la deformación al sur de Puerto Rico. La convergencia entre placas tectónicas hace como un bulldozer que empuja arena. Fallas de convergencia ocurren al pie de la arena, mientras que fallas de extensión ocurren por el colapso de la loma de arena. Los terremotos al sur de Guánica pudieran haberse formado por el colapso y formación de fallas de extensión (Imagen modificada de Fossen, 2016).

La secuencia sísmica de Guánica no ha terminado. Si el terremoto de magnitud 6.4 es el mayor de la secuencia, entonces seguirán réplicas de menor magnitud por semanas. Por el contrario, si ese terremoto no fuera el mayor de la secuencia, entonces un terremoto de mayor magnitud pudiera ocurrir y sería seguido por réplicas. Esta incertidumbre existe porque no tenemos la capacidad de predecir los terremotos. De cualquier manera, el riesgo continúa para las viviendas y edificaciones de pobre construcción o las ya afectadas en la región del suroeste de la isla hasta que vuelva el estado de estrés de las rocas a su normalidad. También existe la posibilidad de que un sismo cauce un deslizamiento de tierra submarino que engendre un maremoto o tsunami en la costa del suroeste. Por lo que se recomienda a los habitantes de que sigan los consejos de las organizaciones de emergencias sobre evacuar las residencias o áreas costeras de ser necesario y de educarse con la información de la Red Sísmica de Puerto Rico.

por Daniel A. Laó Dávila

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Mapa mostrando la Placa del Caribe sus bordes y las placas adyacentes (Base topográfica y batimétrica de GeoMapApp, 2018).

La litósfera es la capa rocosa exterior de la Tierra. Es una capa quebradiza con un espesor promedio de 100 kilómetros que está compuesta por la corteza y parte del manto de la Tierra. También está dividida en muchas placas que se mueven chocando, separándose y deslizándose unas con otras en sus bordes. Una de las placas más pequeñas de la Tierra, la Placa del Caribe, está rodeada por las placas de Norteamérica, Suramérica, Cocos y Nazca. El Mar Caribe está en su centro y yace sobre una corteza gruesa de basalto y gabro. La parte de tierra firme y los bordes de esta placa están compuestos por las Antillas Mayores (excepto Cuba), las Antillas Menores y Centroamérica, desde Panamá hasta el sur de Guatemala. Los terremotos y volcanes que ocurren en sus bordes son una muestra del dinamismo de la Placa del Caribe.

La Placa del Caribe tiene sus orígenes en la región que hoy día es el Océano Pacífico. Allí comenzó el volcanismo y la sedimentación que formaron las rocas más antiguas de la placa. La separación entre las placas de Norteamérica y Suramérica durante el rompimiento de Pangea (hace más de 170 millones de años atrás) y sus movimientos generales hacia el oeste creó un espacio que fue ocupado por la Placa del Caribe. La entrada de la placa a ese espacio produjo muchos eventos de deformación de las rocas, especialmente en las Antillas Mayores, en el norte de Suramérica y en Centroamérica. Se sospecha que el fondo oceánico caribeño se formó por un evento masivo de erupción de lava hace más de 90 millones de años atrás.

Las Antillas Mayores representan la historia geológica y tectónica entre las placas de Norteamérica y del Caribe. Puerto Rico, La Española y Jamaica están en una zona de deformación entre las dos placas. Sin embargo, Cuba es parte de la Placa de Norteamérica y solo su costa del sureste está en el borde con la Placa del Caribe. Por otro lado, Puerto Rico y La Española están pilladas entre las dos placas y están siendo comprimidas mientras la Placa de Norteamérica se desliza en dirección suroeste debajo de la Placa del Caribe. La Española está sufriendo más esta deformación como se puede ver por sus montañas más altas y las numerosas fallas geológicas que la atraviesan. Las velocidades de movimiento tectónico de Puerto Rico y La Española son distintas haciendo que la corteza se desgarre entre medio de ellas en el Pasaje de la Mona.

Las Antillas Menores, cerca del borde oriental de la Placa del Caribe, son en su mayoría producto del volcanismo. Las placas de Norteamérica y Suramérica son más densas que la Placa del Caribe, lo que causa que se hundan debajo de la Placa del Caribe en los bordes de placas convergentes. Las altas temperaturas a profundidad hacen que se libere agua de las placas que están hundiéndose.  El agua liberada, en forma de vapor, baja la temperatura de derretimiento de las rocas sobre ellas en el manto. Este cambio produce el derretimiento de las rocas del manto formando magma que luego sube a través de la corteza y llega a la superficie como lava y cenizas formando los volcanes. Gracias a este proceso, hay por lo menos 9 volcanes recientemente activos en estas islas.

El volcanismo ocurre de la misma manera en el borde occidental de la Placa del Caribe en Centroamérica. En este caso la Placa de Cocos se hunde debajo de la Placa del Caribe. Históricamente, al menos 24 volcanes han estado activos en este borde de placa.

El borde sur de la Placa del Caribe atraviesa el norte del continente Suramericano. El movimiento entre las dos placas es lateral (el Caribe moviéndose hacia el este) y, al igual que en las Antillas Mayores, no crea volcanismo. Pero sí crea fallas geológicas y cadenas montañosas en esta región.

El dinamismo de la Placa del Caribe levanta islas sobre el mar, forma montañas y valles fértiles. A la misma vez crea terremotos y volcanes. Estos dos fenómenos representan dos de los peligros geológicos más importantes en la región. Solo estudiando el marco tectónico del Caribe podremos apreciar la formación de nuestras tierras y entender por qué y dónde ocurren terremotos y volcanes que ponen en peligro nuestras vidas y propiedades.

por Daniel A. Laó Dávila

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Para apreciar la historia natural de Puerto Rico hay que empezar por la geología. ¿Cómo podemos aprender del origen de Puerto Rico, su formación y sus cambios a través del tiempo? Hay que visitar afloramientos de rocas en las montañas, ríos y costas para encontrar claves de su pasado. Por esta razón, hicimos un recorrido de la geología de Puerto Rico en un día.

Comenzamos visitando las rocas más jóvenes de la isla. En la costa de Isabela vimos como la arena, movida por el viento, se depositaba en capas formando dunas, un proceso activo hoy día. También observamos unos depósitos más antiguos de dunas de unos cientos de miles de años de formación donde las capas de arena ya se habían endurecido y litificado. No muy lejano a este sitio visitamos un corte de rocas al lado de una carretera donde pudimos ver capas de roca caliza llenas de fósiles de erizos y almejas. Estas capas son de entre 5 y 20 millones de años de antigüedad y forman parte de las rocas calizas del norte de Puerto Rico que van desde Aguadilla hasta Loíza y que yacen sobre las rocas volcánicas de Puerto Rico más antiguas que forman el eje central de la isla.

Roca caliza en Isabela.

Fósil de almeja en Isabela.

Duna de arena de formación reciente en playa de Isabela.

Para ver estas rocas volcánicas, podemos visitar muchos lugares en el centro montañoso de la isla. Visitamos afloramientos de rocas sedimentarias expuestas desde la costa de Rincón hasta Ponce que están compuestas de granos de rocas ígneas. Estas rocas de 40 a 49 millones de años de edad se formaron en una cuenca marina cercana a volcanes. Las rocas de sedimentos volcánicos están deformadas exhibiendo pliegues y fallas. Esa deformación no se encuentra en las rocas calizas más jóvenes que yacen sobre ellas, lo que sugiere que la deformación de las rocas más antiguas ocurrió antes de la formación de las rocas calizas.

Rocas sedimentarias de granos volcánicos deformadas en Ponce.

Para ver la transición entre las rocas calizas e ígneas, tomamos la carretera de Arecibo hasta Utuado. Pasando los mogotes y sumideros de la región kárstica, vimos las rocas volcánicas debajo de las rocas calizas. También visitamos un afloramiento cerca del Río Grande de Arecibo en donde las rocas expuestas son ígneas intrusivas. En otras palabras, rocas que se formaron bajo la superficie cuando el magma se acumuló debajo de algún volcán hace aproximadamente 70 millones de años. Deducimos un origen intrusivo ya que los cristales en la roca ígnea son grandes y esto representa que el magma debajo de la superficie tuvo mucho tiempo para enfriarse y solidificarse. En cambio, la lava se enfría y solidifica en un tiempo corto en la superficie de la tierra. Es tan corto ese tiempo que los cristales no crecen o son muy pequeños en la lava solidificada.  Además, vimos que estas rocas intrusivas están muy deformadas. Las rocas ígneas intrusivas de esta región representan las fuentes del material ígneo que formó algunos de los volcanes de Puerto Rico del pasado.

Roca ígnea intrusiva en Utuado.

En el suroeste de Puerto Rico, vimos las rocas más viejas de la isla y del Caribe. En las montañas de Cerro Las Mesas, Monte del Estado, Sierra Bermeja, y cerca del Río Guanajibo (entre Mayagüez, Maricao, Cabo Rojo, San Germán, Sabana Grande y Lajas) hay afloramientos de serpentinita, rocas que se formaron a profundidad en el manto de la Tierra y que gracias a los movimientos en los bordes de las placas tectónicas fueron empujadas hasta llegar a la corteza y a la superficie, donde están hoy día. En el área de Sierra Bermeja, estas rocas metamórficas están mezcladas con rocas sedimentarias que se formaron en el suelo oceánico en el área de lo que hoy día es el Océano Pacífico. Estudios de fósiles indican que estas rocas se formaron de 170 a 195 millones de años atrás, antes de la formación de la Placa del Caribe.

Serpentinita: roca del manto metamorfizada.

Terminamos nuestro recorrido en las rocas calizas de la región del sur, expuestas desde el área del Faro de Cabo Rojo hacia Juana Díaz al este. Estas rocas son jóvenes y yacen sobre las rocas volcánicas y metamórficas del suroeste de la isla. Las rocas vistas en este recorrido indican que Puerto Rico está compuesto 1) de pedazos antiguos del manto y la corteza terrestre, 2) de rocas ígneas que indican que hubo volcanismo, y 3) de rocas formadas bajo el mar y en las costas. A través de su historia, las rocas fueron deformadas y levantadas ya que se formaron junto al borde de placas. Hacer este recorrido es fácil y podemos hacerlo en un día. Solo hay que salir al campo y visitar las rocas.

Roca Caliza en Cabo Rojo.