Nuevos descubrimientos desafían las creencias tradicionales sobre la causa de los terremotos

5 de junio de 2024

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Por la Universidad de Brown

Al analizar detenidamente la composición geométrica de las rocas donde se originan los terremotos, los investigadores de la Universidad de Brown están añadiendo una nueva característica a la creencia de largo plazo sobre lo que causa los terremotos en primer lugar.

El trabajo, descrito en la revista Nature, revela que la forma en que se alinean las redes de fallas juega un papel crítico en determinar dónde ocurrirá un terremoto y su intensidad.

Los hallazgos desafían la noción tradicional de que es principalmente el tipo de fricción que ocurre en estas fallas lo que determina si los terremotos ocurren o no, y podrían mejorar la comprensión actual de cómo funcionan los terremotos.

'Nuestro artículo muestra una imagen muy diferente sobre por qué ocurren los terremotos', dijo Victor Tsai, geofísico de Brown y uno de los autores principales del artículo. 'Y esto tiene implicaciones muy importantes para dónde esperar los terremotos y dónde no esperarlos, así como para predecir dónde se producirán los terremotos más dañinos'.

Las líneas de falla son los límites visibles en la superficie del planeta donde las placas rígidas que componen la litosfera de la Tierra se rozan entre sí. Tsai dice que durante décadas, los geofísicos han explicado los terremotos como eventos que ocurren cuando la tensión en las fallas se acumula hasta el punto en que las fallas se deslizan o rompen rápidamente una contra otra, liberando la presión acumulada en una acción conocida como comportamiento de adherencia-deslizamiento.

Los investigadores teorizaron que el deslizamiento rápido y los intensos movimientos del suelo que le siguen son el resultado de una fricción inestable que puede ocurrir en las fallas. En contraste, se piensa que cuando la fricción es estable, las placas se deslizan lentamente una contra la otra sin un terremoto. Este movimiento constante y suave también se conoce como movimiento lento.

'La gente ha estado tratando de medir estas propiedades de fricción, como si la zona de falla tiene fricción inestable o fricción estable y luego, basándose en mediciones de laboratorio de eso, intentan predecir si se producirá un terremoto allí o no', dijo Tsai.

'Nuestros hallazgos sugieren que podría ser más relevante observar la geometría de las fallas en estas redes de fallas, porque puede ser la geometría compleja de las estructuras alrededor de esos límites la que crea este comportamiento inestable versus estable'.

La geometría a considerar incluye complejidades en las estructuras de rocas subyacentes como curvas, brechas y saltos en escalón. El estudio se basa en la modelización matemática y el estudio de las zonas de fallas en California utilizando datos de la Base de Datos de Fallas Cuaternarias del U.S. Geological Survey y del California Geological Survey.

El equipo de investigación, que también incluye al estudiante de posgrado de Brown Jaeseok Lee y al geofísico de Brown Greg Hirth, ofrece un ejemplo más detallado para ilustrar cómo ocurren los terremotos. Dicen que debemos imaginar que las fallas que se rozan entre sí tienen dientes serrados como el borde de una sierra.

Cuando hay menos dientes o los dientes no son tan afilados, las rocas se deslizan una sobre otra con más suavidad, permitiendo el movimiento lento. Pero cuando las estructuras de roca en estas fallas son más complejas y dentadas, estas estructuras se enganchan entre sí y se quedan atascadas. Cuando eso sucede, acumulan presión y eventualmente, mientras tiran y empujan cada vez más fuerte, se rompen, alejándose bruscamente una de otra y provocando terremotos.

El nuevo estudio se basa en trabajos anteriores que examinan por qué algunos terremotos generan más movimiento del suelo en comparación con otros terremotos en diferentes partes del mundo, a veces incluso aquellos de magnitud similar.

El estudio mostró que los bloques colisionando dentro de una zona de falla cuando ocurre un terremoto contribuyen significativamente a la generación de vibraciones de alta frecuencia e introdujeron la idea de que tal vez la complejidad geométrica debajo de la superficie también estaba jugando un papel en dónde y por qué ocurren los terremotos.

Al analizar los datos de las fallas en California, que incluyen la conocida falla de San Andrés, los investigadores encontraron que las zonas de falla que tienen una geometría compleja debajo, lo que significa que las estructuras allí no estaban tan alineadas, resultaron tener movimientos del suelo más fuertes que las zonas de falla menos geométricamente complejas. Esto también significa que algunas de estas zonas tendrían terremotos más fuertes, otras tendrían terremotos más débiles y algunas no tendrían terremotos.

Los investigadores determinaron esto en base a la desalineación media de las fallas que analizaron. Esta relación de desalineación mide cuán estrechamente las fallas en una determinada región están alineadas y todas van en la misma dirección versus ir en muchas direcciones diferentes.

The analysis revealed that fault zones where the faults are more misaligned cause stick-slip episodes in the form of earthquakes. Fault zones where the geometry of the faults were more aligned facilitated smooth fault creep with no earthquakes.

'Understanding how faults behave as a system is essential to grasp why and how earthquakes happen,' said Lee, the graduate student who led the work.

'Our research indicates that the complexity of fault network geometry is the key factor and establishes meaningful connections between sets of independent observations and integrates them into a novel framework.'

The researchers say more work needs to be done to fully validate the model, but this initial work suggests the idea is promising, especially because the alignment or misalignment of faults is easier to measure than fault frictional properties. If valid, the work can one day be weaved into earthquake prediction models.

That remains far off for now as the researchers begin to outline how to build upon the study.

'The most obvious thing that comes next is trying to go beyond California and see how this model holds up,' Tsai said. 'This is potentially a new way of understanding how earthquakes happen.'

Journal information: Nature

Provided by Brown University