Matemáticas para la prevención de tsunamis

Simulación en las costas españolas de hoy en día de un tsunami cuya fuente sísmica reproduce
la del evento de 1755 en cuanto a magnitud y localización.

Tsunami, palabra japonesa empleada para designar a un maremoto (significa literalmente ‘ola en el puerto’ o ‘en la bahía’), se utiliza ya en todo el mundo para designar uno de los fenómenos naturales más devastadores que se producen en el planeta. El sur de España está considerado por los expertos como una zona vulnerable donde el riesgo de un eventual tsunami provocado por un terremoto viene determinado por el gran borde existente entre la placa euroasiática y la africana, que discurre cercano al Golfo de Cádiz, el Estrecho de Gibraltar y las Costas de Argelia.

En general, toda la costa andaluza está expuesta al riesgo de tsunamis, pero hay que distinguir dos zonas por la manera diferente de recibir este impacto, tanto en frecuencia como en intensidad. “El comportamiento de las fallas en el Mediterráneo y el Atlántico es distinta y la peligrosidad también”, explica a iDescubre Javier Benavente, director general de Investigación de la Universidad de Cádiz, que añade que “la zona del Mar de Alborán es muy activa tectónicamente, sin embargo, los tsunamis son más pequeños”. No ocurre lo mismo en el Atlántico, los maremotos son “menos frecuentes, pero mucho más fuertes debido a que se trata de fallas normales o inversas en las que los bloques se mueven verticalmente y son capaces de desplazar grandes columnas de agua”.

La velocidad de desplazamiento de un tsunami puede alcanzar cientos de kilómetros por segundo, de ahí la importancia de desarrollar sistemas de detección que alerten de su llegada a la costa. “El tiempo de respuesta en la costa andaluza va a ser corto si ocurre un terremoto en algunas de las zonas sísmicas antes mencionadas. No es como en el Pacífico. Aquí estamos más cerca”, señala Benavente.

Matemáticas para la prevención de desastres  

Los modelos matemáticos pueden ser una herramienta básica y fundamental que contribuya de manera sustancial a la mitigación de los efectos asociados a desastres naturales de diversas formas. Los modelos pueden servir para reproducir eventos ya ocurridos y aprender qué es lo que se podría haber hecho en esos casos para mitigar sus efectos. Con este objetivo el grupo de investigación EDANYA (Ecuaciones Diferenciales, Análisis Numérico y Aplicaciones) de la Universidad de Málaga ha desarrollado un modelo matemático llamado Tsunami-HySEA. Este modelo resuelve un conjunto de ecuaciones que permiten recrear la evolución de las olas de un tsunami que se mueven en mar abierto tras ser generados por un movimiento sísmico con epicentro en el mar y, finalmente, reproducir su posterior impacto y penetración en la costa.

Pero para que un modelo matemático pueda servir de forma útil a la mitigación de los efectos de un tsunami debe ser capaz de proporcionar resultados de manera muy rápida, en unos pocos minutos, y eso no es fácil. “Unas de las principales características de este código numérico que hemos desarrollado es su rapidez para generar cálculos. Se trata, por un lado, de un código muy eficiente desde un punto de vista computacional. Pero por otra parte y principalmente, está implementado para ejecutarse en GPUs (Graphics Processing Units), es decir, en las tarjetas gráficas como las de un videojuego”, explica Jorge Macías, investigador y profesor del Departamento de Análisis Matemático de la Universidad de Málaga. El grupo EDANYA ha sido pionero en esta línea de investigación y en la actualidad lidera el cálculo de la evolución de tsunamis en tiempo real. “De hecho, trabajamos en tiempos mucho más reducidos que el tiempo real, con el fin de poder anticipar los efectos del tsunami antes de que impacte en la costa. Esto en particular no es fácil en el Mediterráneo o en cualquiera de las costas españolas, ya que el tiempo de llegada de la ola desde que se produce hasta que llega a la costa suele estar por debajo de una hora”, destaca el investigador.

Este modelo, cuando se utiliza en el contexto de un Sistema de Alerta Temprana de Tsunamis, proporciona información sobre el tiempo de llegada de la onda del tsunami a la costa y una estimación de su altura. “Nos permite así determinar la intensidad del impacto y el nivel de penetración a lo largo de toda la franja costera afectada”, añade.

Investigadores del grupo de investigación EDANYA.

Si los resultados del modelo quieren utilizarse para generar mapas de peligrosidad por tsunami de mayor detalle, en tal caso se puede obtener una información más detallada, como puede ser la evolución del espesor de agua en toda la franja inundada, sus valores máximos, la velocidad que alcanza el flujo de agua que inunda, el alcance detallado de la inundación (área inundada), entre otros.

“Los modelos matemáticos –indica Jorge Macías- pueden servir también para simular escenarios posibles pero que no han tenido lugar, es decir, se trataría de evaluar riesgos potenciales. En este contexto, la información que nos suministran puede servir para diseñar planes de actuación, emergencia o evacuación ante un determinado riesgo natural, que es el que se está reproduciendo mediante una simulación en el ordenador, como la rotura de una presa, el alcance de una inundación o el desbordamiento de un río por fuertes lluvias, el movimiento de un vertido tóxico en el mar, la evolución de una tormenta o un huracán, o el impacto de un tsunami en la costa”.

Estudiar el pasado para estar preparados en el futuro

Andalucía ha registrado maremotos en el pasado y los sufrirá en el futuro, de ahí la importancia de estar preparados y tener en cuenta la detallada y rigurosa información que está aportando la investigación científica en este campo.

Junto al de Cádiz, el segundo maremoto más importante en España, aunque más modesto y reciente, es el de Argelia en 2003, generado por el terremoto de Boumerdès, de magnitud 6.8. Afectó a todo el Mediterráneo occidental y produjo olas de más de un metro en las Islas Baleares y cuantiosas pérdidas en puertos y en embarcaciones principalmente.

“Para determinar mediante modelos matemáticos cuál va a ser su impacto en la costa, el ingrediente fundamental es quién lo produce, es decir, cuál es la fuente tsunamigénica, dónde está situada y cuál es la magnitud del terremoto que genera. Y aquí es donde reside la mayor dificultad y la mayor incertidumbre”, destaca Macías. “Una vez que esto es conocido, los modelos de propagación de la onda del tsunami suelen hacer un buen trabajo y proporcionan una adecuada reproducción del impacto. La idea básica es que, para un tsunami, una vez que conocemos la fuente sísmica que lo genera, es posible predecir su impacto en costa, pero lo que no es predecible es dónde y cuándo va a tener lugar el próximo terremoto”, añade.

En este contexto, Málaga ha sido escenario de unas jornadas donde se han dado cita expertos nacionales e internacionales para compartir conocimientos y experiencias sobre la situación actual respecto a la investigación de los tsunamis y las posibilidades de detección, predicción y prevención de este fenómeno natural. Organizadas por el grupo de investigación EDANYA y el área de riesgos del Instituto Geológico y Minero de España, su principal objetivo es doble. Por un lado, trasmitir al gran público de un modo divulgativo cuál es la situación a día de hoy en España en materia de tsunamis: cuál es el marco legal, qué se hace para su detección, su predicción en los sistemas de alerta temprana en nuestro país, el papel de los modelos matemáticos y la simulación numérica en todas estas tareas, etc.

Por otro, elaborar un catálogo de fuentes sísmicas (y también sedimentarias y deslizamientos) tsunamigénicas con potencial impacto en las costas españolas. Es decir, determinar dónde se pueden producir terremotos submarinos con suficiente magnitud como para poder generar tsunamis con impacto y potencial destructor, por pequeño que sea, en las costas españolas. “¿Por qué estamos interesados en elaborar este catálogo? La razón es sencilla –explica Jorge Macías-  las fuentes que resulten de este estudio serán utilizadas como datos de entrada en los modelos numéricos de los que disponemos, y los resultados de estos modelo nos servirán para poder determinar el potencial poder destructor de estos tsunamis en nuestras costas  qué zonas se verán más afectadas y cuáles menos, afectará a colegios, hospitales, carreteras, zonas industriales, núcleos de población…”.

El resultado de estos estudios numéricos podrá servir para elaborar Planes de Actuación de detalle ante el riesgo de tsunamis de forma precisa y detallada por localidades y municipios.

“Todo este trabajo queda aún por hacer en nuestro país y nuestra recomendación es que deberíamos ponernos a trabajar en ello a la mayor brevedad posible”, advierte Macías. “Si vivimos en una zona en riesgo de tsunamis, lo importante es la prevención -aporta en este sentido Javier Benavente-. En Japón o en Hawai, por ejemplo, todo el mundo sabe lo que tiene hacer”.

“Aunque fenómenos naturales infrecuentes, en particular en nuestras costas, los tsunamis se sitúan entre los fenómenos naturales más destructivos y devastadores a los que nos podemos enfrentar”, destaca el investigador de la UMA, que concluye señalando que, “aunque probablemente nunca viviremos uno en primera persona, debemos estar preparados por si el azar nos señala un día. Podría ser unas Navidades con el Gordo de la Lotería o un día de playa con una ola inesperada”.