Vulnerabilidad Sísmica de Moscú: Análisis Geológico y Tectónico

SOBRE LA VULNERABILIDAD SÍSMICA DE LA CIUDAD DE MOSCÚ EN LA PLATAFORMA EUROPEA DEL ESTE
Introducción
La gran mayoría de los ciudadanos nacidos en Moscú, Rusia y que residen actualmente tanto en esta metrópolis como en los
pueblos que la circundan, nunca han percibido los efectos de un terremoto como se perciben en otras regiones del planeta,
debido a que la región de Moscú se encuentra aislado de los límites tectónicos (Fig. 1) y de que se trata de una zona con una
tasa de sismicidad extremadamente baja.
Fig. 1 Mapa de las placas tectónicas (Caballero 2021)
La ciudad de Moscú, como todas las ciudades del mundo, continuamente se encuentra sometida a los microsismos inducidos
por la actividad humana como es el transporte terrestre y subterráneo, explosiones en minas y trabajos de construcción, entre
otros, así como el registro de vibraciones sísmicas producidas por telesismos (Fig. 2).
Fig. 2 Señal sísmica en su componente vertical del terremoto M7.0 ocurrido en la costa de Guerrero, México, el 08/09/2021, registrada por la estación
sísmica OBN_II ubicada en Obninsk, a 95 km SW de Moscú, Rusia (IRIS).
Según los registros sismológicos actuales, Moscú pertenece a una zona sísmicamente segura. Durante el período escrito de
la historia de Rusia desde el siglo X hasta el presente, no se ha registrado en Moscú ni en crónicas ni en ninguna otra fuente
literaria un solo terremoto local fuerte.
Sin embargo, existen documentos, desde tiempos remotos, de terremotos de gran magnitud originados en la zona de los
Cárpatos Orientales que se percibieron con una intensidad considerable en la ciudad de Moscú.
Profesionales de las ciencias de la Tierra e ingenieros civiles especialistas en el área de las estructuras e ingeniería de sismos
han realizado diversos estudios para intentar determinar el nivel de peligrosidad y vulnerabilidad sísmica de la ciudad de
Moscú, considerando la respuesta dinámica de sus edificios durante terremotos registrados en las estaciones sísmicas de la
ciudad, la geología regional y local, y las fuentes sísmicas cercanas a esta metrópolis (Fig. 3).
Fig. 3 Los Cárpatos Orientales son una importante fuente sismo-genética cercana a Moscú (Ulomov 2008)
Geología y tectónica estructural de la Ciudad de Moscú
En general, la ciudad de Moscú se encuentra asentada sobre un suelo intermedio (suelo tipo II de acuerdo a la norma СНиП
П-7-81 para la construcción sismorresistente). En el suelo de la región de Moscú, el sistema neógeno se compone de arenas
y arcillas (1). En el sistema cretácico se encuentran depositadas trípoli, arcillas, arenas y areniscas para la sección superior
(2), y arenas con fosforitas, areniscas y arcillas para la sección inferior (3). En el sistema jurásico se encuentran depositadas
arcillas negras y arenas con fosforitas para la sección superior (4), y Arcillas, arenas, areniscas para la división media superior
(5). En el sistema pérmico se encuentran depositadas arcillas, dolomitas y calizas (6). En el sistema carbonífero se
encuentran depositadas calizas, dolomitas, arcillas y margas para la sección superior (7), calizas y dolomitas con capas
intermedias de arcillas y margas para la sección central (8) y calizas, arcillas, arenas para la sección inferior (9) (Fig. 4).
La región de Moscú está ubicada casi en el centro de la plataforma rusa (Europa del Este), una estructura rígida estable de la
corteza terrestre que ocupa la parte occidental de la placa litosférica euroasiática. La capital rusa se encuentra situada en la
denominada Sineclisa de Moscú, la cual es una vasta depresión en forma de cuenco del basamento precámbrico de la
plataforma, de aproximadamente 1000 x 450 km, orientada con un eje alargado al este-noreste. El basamento está
compuesto por gneises de granito altamente deformados y esquistos cristalinos de la era Arcaica y Proterozoica. Los
depósitos modernos (holocenos) están representados en la región de Moscú por depósitos sedimentarios aluviales (arenas,
margas arenosas, margas), pantanos (turberas de hasta 5 m de espesor) y barrancos diluviales (margas). Estos depósitos se
encuentran muy extendidos en toda el área metropolitana. La figura 5 muestra los depósitos en la región de Moscú de las
distintas eras geológicas en la parte superior de la corteza terrestre.
Fig. 4 Plano geológico de la región de Moscú (Wagner y Manucharyants 2003)
Fig. 5 Sección ilustrada de la parte superior de la corteza terrestre en el territorio de Moscú (Osipova y Medvedev 1997)
La sineclisa de Moscú se encuentra fragmentada en toda su extensión por fallas geológicas de origen tectónico (Fig. 6). La
línea continua (1) en la figura 6 representa las fallas cuya existencia se determinó mediante sondeos microsísmicos.
Fig. 6 Plano de fallas geológicas para la sineclisa de Moscú (Wagner y Manucharyants 2003)
En la Fig. 7 se muestra un plano de fallas geológicas para el área metropolitana de Moscú, el cual fue elaborado mediante la
yuxtaposición de diferentes mapas obtenidos en distintos estudios geológicos cuyo objetivo ha sido identificar zonas de
fractura. Siete de estas fallas se consideran de origen tectónico, mientras que el resto de las fallas aparecieron por el
abatimiento de los mantos acuíferos y la extracción de petróleo, entre otros minerales.
Fig. 7 Plano de fallas geológicas en Moscú. (Andreeva 2022)
Las fallas geológicas consideradas de origen tectónico, son:
Ia. Falla de Pavlovo – Posadsky (rama norte)
Ib. Falla de Pavlovo – Posadsky (rama media)
Ic. Falla de Pavlovo – Posadsky (rama sur)
II. Falla de Butovsky
III. Falla de Moskvoretsky
IV. Falla de Solnsevski
V. Falla de Ostankino – Khoroshevsky
Las fallas de Pavlovo-Posasky (rama norte) y Butovsky delimitan al denominado Graben de Teplostansky (Fig. 8)
Fig. 8 Sección geológica de los depósitos del Proterozoico Superior (Osipova y Medvedev 1997)
El peligro cárstico de esta metrópolis en general se considera intermedio. En Moscú se distinguen dos tipos de procesos
cársticos: meteorización de rocas solubles y de rocas insolubles. La forma cárstica en rocas insolubles origina los
hundimientos en la superficie de Moscú. En el centro de la ciudad se considera que existe un alto peligro cárstico (Fig. 9). En
la ciudad de Moscú existe un fenómeno de inundación subterránea (Fig. 10) (donde el nivel freático se mantiene a menos de 3
metros de profundidad en el 40% del área de la ciudad).
Fig. 9 Mapa de peligro cárstico para Moscú, donde: 1 y 4 muy peligroso, 2 y 5 peligroso, 3 y 6 ligeramente peligroso (Osipova y Medvedev 1997)
Fig. 10 Distribución de la sub-inundación de Moscú, donde: 1 – permanente inundado, 2 – potencialmente inundado, 3 – ausencia de inundación
(Nikonov 2003)
El suelo de la ciudad de Moscú está sometido continuamente a hundimientos generados por procesos tectónicos y
tecnogénicos o antropogénicos (como la carga adicional ocasionada por las construcciones y por bombeo de aguas
subterráneas, entre otros). La construcción de edificios de gran altura, especialmente en el centro, ha sido participe de un
hundimiento acelerado del suelo de Moscú. Cada edificio genera un embudo de hundimiento con una influencia de hasta 200
m de radio. Por causa de la construcción masiva de edificios de varios pisos, los embudos individuales se fusionaron, de
modo que el centro de la ciudad de Moscú se ha convertido en un gran embudo de hundimiento con una tasa aproximada de
2 mm/año. Actualmente, la tasa de subsidencia de origen natural-tecnogénico para el territorio de Moscú es de 3 mm/año en
promedio. La figura 11 muestra únicamente la diferenciación "geodésica" del territorio de Moscú, que aparentemente tiene un
carácter tectónico. Según estos datos, aquí se distinguen cinco bloques:
I - Central,
II - Sur (Teplostansky),
III - Noroeste (Dedovsky),
IV - Norte (Lobnensky),
V - Noreste (Abramtsevsky).
Fig. 11 Isohundimientos en la ciudad de Moscú. Cotas en mm/año (Osipova y Medvedev 1997)
La ciudad de Moscú en promedio presenta un peligro geológico en el 48% del área metropolitana, peligro geológico potencial
en el 12% y el 40% se considera geológicamente segura.
Peligro sísmico para la Ciudad de Moscú
La fuente sismogenética más cercana a la Ciudad de Moscú es la región de los Cárpatos Orientales, los cuales tienen
influencia en el sureste de Polonia, este de Eslovaquia, Ucrania y Rumania. Los sismos que ocurren en esta zona son
generados por mecanismos focales de falla inversa y pueden alcanzar una magnitud de 8. Estas fallas tienen un área de
influencia de 70 km de largo por 30 km de ancho, y presentan profundidades de entre 60 km y 200 km (Fig. 12).
Fig. 12 Mapa geológico de la región de los Montes Cárpatos ( Koulakov et al. 2010)
La Tabla 1 muestra un catálogo de sismos de magnitud Mw ≥ 6.6 percibidos con intensidades I ≥ 3 puntos MSK en la ciudad
de Moscú, generados por las fallas de los Cárpatos Orientales (a 1400 km SO de Moscú) con profundidades h ≥ 70 km. En el
terremoto de 1471, en Moscú se registró una intensidad de 6 puntos, el sismo de 1802 presentó una intensidad de 5 puntos a
nivel del suelo, y en el sismo de 1977 se registró una intensidad de 4 puntos a nivel del suelo de Moscú.
El último sismo percibido en Moscú ocurrió el 24 de mayo de 2013 a las 05:44:48 hora UTC, de magnitud 8.3 Mw, con
epicentro en el Mar de Okhotsk e hipocentro a una profundidad de 598.1 km (Fig. 13). Este evento telúrico es un caso
extraordinario, debido a que en Moscú (el cual se localiza aproximadamente a 6400 km del epicentro) se registró una
intensidad de hasta 2 puntos MSK-64 a nivel del suelo y fue percibido por a población en distintas áreas de la ciudad. En esta
ciudad se han registrado intensidades de hasta 3 puntos MSK a nivel del suelo durante fuertes terremotos originados en el
occidente de Asia Central, en el Cáucaso Norte y en Crimea.
Tabla 1. Sismos generados en la zona de los Cárpatos Orientales percibidos en Moscú, Rusia (Ulomov et al. 2004)
Fig. 13 Registro del sismo M8.3 Mar de Okhotsk 2013 (USGS)
En la figura 14 se muestra un plano de isosistas para el terremoto del 4 de marzo 1977 con epicentro en Vrancea, Rumania.
Las cotas indican las intensidades registradas en la escala MSK. Los triángulos simbolizan dos estaciones sísmicas, las
cuales registraron el evento sísmico citado.
En la figura 15 se muestran las funciones de ajuste para las intensidades sísmicas esperadas en la Ciudad de Moscú con
períodos de retorno de 500, 1000, 5000 y 10000 años de terremotos con magnitudes 6.8 ≤ Mw ≤ 7.7 generados en los
Cárpatos Orientales. En esta zona de los Montes Cárpatos se espera la ocurrencia de un sismo de magnitud 7.0 Mw en el
intervalo 2006 – 2066 y un sismo de magnitud 7.5 Mw en el intervalo 2158 –2288. Los mapas OSR–97 de la zonificación
sísmica de Rusia, se muestran en la figura 15.
Como se puede observar, en Moscú se esperan 5 puntos de intensidad no más de una vez cada 10000 años con una
probabilidad de no excedencia del 99.5 % (Pexc = 0.5 %). El mapa OSR-97-D, calculado para 10 mil años, está destinado a
evaluar principalmente el peligro sísmico durante la construcción de centrales nucleares y otras instalaciones críticas del
complejo nuclear y de radiación. En la figura 17 se muestra una amplificación del mapa OSR-97-C para la parte europea de
Rusia.
Fig. 14 Isosistas para el terremoto M7.0 Vrancea 1977 (Ulomov 2009)
Fig. 15 Intensidades esperadas en Moscú, Rusia para sismos originados en los Cárpatos Orientales (Ulomov et al. 2004)
Fig 16 Mapas de intensidades máximas esperadas en Rusia para 500, 1000, 5000 y 10000 años de recurrencia
(https://geographyofrussia.com/sejsmichnost-rossii y http://seismos-u.ifz.ru/personal/ocp-97d_big.htm)
Fig. 17 Intensidades máximas en la escala MSK esperadas en la parte europea de territorio ruso para un período de retorno de 5000 años y
probabilidad de excedencia del 1% (Ulomov et al. 2004)
A partir de los registros obtenidos por la estación sísmica de Moscú “ЧСС” (Fig. 19) de sismos originados en la región de los
Cárpatos Orientales con magnitudes 5.0 ≤ Mw ≤ 7.4, Ulomov et al. 2009 determinó que la máxima aceleración esperada a 4
metros bajo la estación mencionada es de 2.3 cm/s^2 en la componente E-W para un posible sismo de Mw = 8 proveniente de
la región citada (Fig. 18). Para esta componente, la intensidad es equivalente a 4.6 en la escala MSK y a VII en la escala de
Mercalli Modificada.
Fig. 18 Acelerogramas sintéticos de los desplazamientos del suelo a 4 metros de profundidad de la estación sísmica “Moscú” para un posible terremoto
de Mw = 8 proveniente de los Cárpatos Orientales (Ulomov et al. 2009)
Fig. 19 Ubicación en Moscú de estaciones sísmicas diseñadas para estudiar la estructura profunda y la posible sismicidad local (Николаевна 2007)
Un evento sísmico reciente con epicentro dentro de la sineclisa de Moscú es el sismo de Kirov del 18 de enero de 2000, el
cual presentó una magnitud de 3.5 Mw (Fig. 20). Kirov se encuentra a aproximadamente 785 km NE de Moscú. El 23 de junio
de 2016 se registró otro sismo dentro de la sineclisa de Moscú en la región de Vologda, de magnitud 3.6 Mw con epicentro –
59.214N, 42.821E e hipocentro a una profundidad de 5 km (Fig. 21) Vologda se encuentra a 400 km NO de Moscú.
Fig. 20 Registro del sismo de Kirov Mw 3.5 del 18/01/2000 (GS RAS)
Fig. 21 Registro del sismo de Vologda Mw 3.6 del 23/06/2016 (Noskova 2016)
Vulnerabilidad sísmica de la ciudad de Moscú
La vulnerabilidad sísmica de la ciudad de Moscú se ve incrementada por diversos factores, entre ellos, el hundimiento del
suelo por procesos tectónicos y antropogénicos, fenómenos cársticos, niveles freáticos relativamente altos, construcción de
transporte subterráneo y de edificios de gran altura (Fig. 22).
Fig. 22 Complejo de rascacielos en la Ciudad de Moscú (Nikonov 2019)
El gran contenido de humedad en el suelo de la Ciudad de Moscú ha generado una pérdida gradual de la capacidad portante
ante las cargas impuestas por las edificaciones. En el centro de la ciudad, cada rascacielo ha generado un embudo de
hundimiento con áreas de influencia de hasta 200 metros de radio. Estos embudos individuales se han fusionado, hasta
ocasionar un hundimiento general en el área mencionada. La construcción de un complejo comercial subterráneo, ocasionó el
colapso gradual de cavidades en el subsuelo en un radio de hasta 1.5 kilómetros. Los colapsos parciales ocurridos por este
fenómeno fueron registrados instrumentalmente mediante vibraciones sísmicas. En los edificios del Museo Estatal de Historia
y en los hoteles Moscú y Nacional, las grietas por asentamiento del suelo se pueden observar a simple vista (Fig. 23).
Fig. 23 Agrietamientos por hundimiento del suelo en el Museo Estatal de Moscú (Realiste lab 2021)
Otro factor que influye en la vulnerabilidad sísmica es la baja frecuencia, débil atenuación y direccionalidad con que las ondas
sísmicas provenientes de los Cárpatos Orientales arriban a la ciudad de Moscú. En el año de 2009, el Instituto de Geología de
la Academia de Ciencias de Rusia elaboró un mapa de microzonificación sísmica para la construcción de rascacielos en
Moscú con base en la investigación de las propiedades dinámicas de los suelos de la ciudad, las condiciones geológicoestructurales y el impacto sísmico observado en edificios de gran altura (Fig. 24). En el mapa se muestran las máximas
intensidades esperadas para un terremoto de magnitud 8 Mw proveniente de los Cárpatos Orientales.
Fig. 24 Microzonificación sísmica de la Ciudad de Moscú a escala 1:50000 con valores en la escala de intensidad MSK (Sevostyanov et al. 2010)
Los edificios de gran altura en la ciudad de Moscú son los más vulnerables ante carga sísmica por la proximidad de sus
periodos fundamentales a los períodos de las vibraciones sísmicas generadas originadas en Cárpatos Orientales (Fig 25). Los
rascacielos presentan períodos fundamentales de vibración 1s ≤ T ≤ 8s y los períodos de vibración de las ondas sísmicas
esperados en la región de Moscú presentan valores 0.4s ≤ T ≤ 10s, con aceleraciones máximas en el intervalo de períodos
0.3s ≤ T ≤ 4s que corresponden a frecuencias de entre 0.3 Hz y 2.5 Hz (Fig. 26).
Durante los terremotos de 1977 y 1986 con epicentro en Vrancea, Rumania, la intensidad de los sismos en los niveles 14 -18
de los edificios tipo torre fue de hasta 6 MSK y, en algunos casos, de 7 MSK, acompañados de daños estructurales en forma
de grietas en las juntas de los muros y plafones. Los terremotos de Vrancea menos significativos, durante los cuales la
intensidad de las oscilaciones en los pisos superiores de los edificios altos de Moscú no superó los 3-4MSK, fueron los
terremotos del 30 y 31 de mayo de 1990.
Fig. 25 Componente horizontal de las aceleraciones registradas en Moscú durante el sismo Mw 7.7 Vrancea 1977 (curva azul) y una componente
intensiva de baja frecuencia mediante filtrado (curva roja) con períodos predominantes 2.0s ≤ T ≤ 2.5s (IPS RAS 2004)
Fig. 26 Densidad espectral de las aceleraciones del movimiento del suelo en ondas P en el territorio de Moscú para terremotos provenientes de la
región de Vrancea, Rumania (Ulomov 2009)
En el terremoto Mw 8.3 Mar de Okhotsk 2013, la ciudad de Moscú registró una intensidad máxima de 4 puntos en los últimos
pisos de sus edificios de más de 15 metros de altura, 3 y 4 puntos en edificios con alturas 5m ≤ h ≤ 9m, y hasta 6 puntos en
edificios de viviendas que presentan aparentemente baja resistencia por antigüedad. En la figura 27 se muestra el plano de
microzonificación sísmica para la construcción de rascacielos con la localización de los distintos puntos en que se manifestó el
sismo mencionado. Se observa que la mayor concentración de manifestaciones sísmicas se localiza en la zona de 5 puntos
MSK-64.
Fig. 27 Localización de las manifestación del sismo Mw8.3 Mar de Okhotsk 2013 en Moscú sobre el plano de microzonificación sísmica para la
construcción de rascacielos
Conclusión
La ciudad de Moscú presenta un peligro geológico relativamente alto y un hundimiento del suelo, con una tasa de hasta 2
mm/año en el centro y 3 mm/año en promedio para toda la extensión de la ciudad, ocasionado por procesos tectónicos,
cársticos y antropogénicos. Para la región de Moscú, no existen registros de terremotos locales fuertes en la sineclisa sobre la
cual se sitúa la citada región ni evidencia de actividad sísmica en las fallas geológicas presentes en el área metropolitana. En
la región de Moscú, se espera un sismo con intensidad de hasta 5 puntos MSK-64 en un tiempo de recurrencia de 10000 años
con probabilidad de excedencia de 0.5% y en el área metropolitana se espera una intensidad de 5.5 puntos MSK-64 para un
sismo de magnitud 8 Mw proveniente de la región de Vrancea, Rumania. Las ondas sísmicas provenientes de la zona de los
Cárpatos Orientales presentan una baja atenuación en su tránsito hasta Moscú, con períodos de vibración del suelo similares
a los periodos fundamentales de los edificios de varios pisos. Las intensidades sísmicas máximas en Moscú se registran en
los últimos pisos de los edificios de gran altura debido a la proximidad de sus períodos fundamentales a los períodos de la
excitación sísmica en su base por movimientos telúricos originados a más de 1000 km.
Redacción: Elí Daniel Almanza Arévalo
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