Modelización de la deformación vertical de la corteza en respuesta a procesos de carga

Abstract

La medición de cualquier señal que cambia en el tiempo lleva implíci- ta la necesidad de considerar un sistema de referencia invariante. En el caso de la Geodesia, ese sistema de referencia debe materializarse sobre la superficie del planeta, que se halla en cambio permanente como consecuencia de numerosos procesos geofísicos. Para estudiar los fenómenos de cambio global es imprescindible que la Geodesia proporcione un marco de referencia de alcance global, preciso a nivel milimétrico y estable a lo largo de décadas. Para realizar ese marco de referencia es necesario modelar y reducir minuciosamente todos los cambios de las coordenadas que lo materializan, incluyendo, en- tre ellos, la deriva de las placas tectónicas, los movimientos causados por episodios sísmicos y volcánicos, los fenómenos de subsidencia y levantamiento, las mareas terrestres, las deformaciones causadas por las cargas hidrológica, atmosférica, oceánica, criosférica, etcétera. La presente Tesis de Doctorado en Geofísica tiene como objetivo principal mejorar los modelos de respuesta cortical de la Tierra a es- cala regional. La consecuencia más importante de lograr una mejor determinación del comportamiento cortical es reducir los efectos geo- físicos que motivaron esta respuesta observada. Para esto, es impera- tivo mejorar la estimación de las propiedades reológicas del material que compone la corteza terrestre, esto es, valores regionales del mó- dulo de Young E y de la relación de Poisson ν. El trabajo de esta Tesis se desarrolló utilizando datos de la red SIRGAS-CON y datos de la misión satelital GRACE para la estimación de las variaciones de las cargas superficiales en las regiones cercanas a cada estación GPS. Se analizarán los diferentes productos que brinda la red SIRGAS- CON, esto es, las soluciones semanales semilibres, las coordenadas semanales ajustadas al marco ITRF4 y las soluciones multianuales, se analizará la potencialidad de cada una y sus errores y se verá por qué conviene para la presente Tesis trabajar con coordenadas ajustadas semanalmente y la precisión que se puede lograr con ellas. En el caso de las cargas, se analizará cada nivel de dato ofrecido por la misión GRACE, se verá cómo transformar variaciones temporales de los coeficientes del desarrollo en armónicos esféricos del potencial gravitatorio en variaciones de las presiones superficiales; se analizará los errores de la señal haciendo enfásis en el más discutido y ana- lizado en la actualidad: los stripes norte-sur. Para reducir este error se aplicará primero una rutina propia para remover un patrón de co- 4 Siglas en inglés de International Terrestrial Reference Frame. rrelación sistemático de los coeficientes y luego se aplicará un filtro gaussiano para suavizar los efectos remanentes de dichos stripes. La segunda parte de la Tesis se aboca específicamente al modela- do de la respuesta cortical. Se analizan tres modelos diferentes que surgen a partir de resolver la ecuación de equilibrio elástico de un cuerpo sometido a un estado de tensión, suponiendo diferentes mo- delos de carga y del medio: (1) el modelo clásico o de Farrell que utiliza los números de Love de carga según modelos de Tierra SNREI5 , las funciones de Green y valores estimados globales de densidad superfi- cial de masa; (2) un modelo empírico en el cual se reemplaza la función de Green por otra con comportamiento similar pero dependiente del sitio en donde se evalúa la deformación; y (3) un modelo analítico o regional considerando que para deformaciones de escala regional es posible considerar a la corteza como un semiespacio elástico lo que permite encontrar una expresión de las deformaciones en función de los parámetros elásticos regionales. Los tres modelos analizados logran representan bien los principales rasgos de las deformaciones verticales como son las variaciones anua- les, variaciones semianuales y alteraciones en las amplitudes anuales por cambios en los patrones climáticos como la Oscilación del Sur El Niño (ENSO). El modelo regional modela mejor desviaciones del comportamiento armónico así como también representa mejor las va- riaciones para estaciones que se alejan de las fuentes de carga impor- tantes. A partir del modelo analítico, se estimaron por primera vez valores del Módulo de Young a partir de datos GPS en 40 estaciones GPS en América del Sur. La comparación con el único valor determi- nado para una estación (11) muestra una gran consistencia y apoya la validez del modelo presentado en la presente Tesis.