Una nuova storia di origine per la pericolosa faglia di Seattle

6 febbraio 2024

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di Rebecca Dzombak, American Geophysical Union

La zona della faglia di Seattle è una rete di faglie superficiali che si estende attraverso le pianure di Puget Sound, minacciando di provocare terremoti dannosi per i più di quattro milioni di persone che vi abitano.

Una nuova storia delle origini, proposta in uno nuovo studio, potrebbe spiegare la storia più antica del sistema di faglie e aiutare gli scienziati a migliorare la modellazione del rischio per la regione densamente popolata. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Tectonics.

La faglia di Seattle è attiva oggi a causa delle forze esercitate sulla regione dalla deformazione tettonica in corso sia a ovest che a sud, ma non è sempre stato così. Lo Stato di Washington nel periodo dell'Eocene era diverso da oggi, con una linea costiera ben ad est rispetto a dove si trova Seattle oggi e una catena di isole vulcaniche che punteggiavano l'orizzonte al largo.

Lo studio suggerisce che circa 55 milioni di anni fa, quella catena di isole si stava avvicinando al continente. Mentre si scontrava con la placca nordamericana, una parte andò oltre la crosta mentre il resto fu aspirato sotto di essa. La crosta sarebbe stata sottoposta a una notevole tensione e divisa tra queste due parti. Questa antica zona di lacerazione ha creato le basi geologiche per la moderna faglia di Seattle, sostengono gli autori dello studio.

"È stata una sorpresa totale", ha detto Megan Anderson, geofisica dello Washington Geological Survey e autrice principale dello studio. "Non era qualcosa a cui puntavamo inizialmente, ma i nostri risultati prevedono una grande faglia antica dove si trova oggi la faglia di Seattle".

Il Pacific Northwest si trova poco distante dalla zona di subduzione di Cascadia, dove la crosta oceanica densa viene trascinata sotto il continente. Nel 1700, una rottura di circa 1000 chilometri (620 miglia) della zona di subduzione ha generato un terremoto massiccio con una magnitudo compresa tra 8,7 e 9,2; terremoti di minor entità hanno scosso la regione durante il XX secolo e, più recentemente, durante il terremoto di Nisqually nel 2001.

La faglia di Seattle si è rotta in modo significativo nell'anno 923-924 d.C., secondo la tradizione orale indigena locale ed evidenze geologiche lungo la costa di Puget Sound.

Nonostante l'attività sismica della regione, gli scienziati non hanno iniziato a studiare seriamente la zona della faglia di Seattle fino agli anni '90.

"C'è molta più incertezza sulla faglia di Seattle rispetto, ad esempio, alla faglia di San Andreas", ha detto Anderson. "La faglia di Seattle potrebbe generare un terremoto di circa magnitudo 7,2 e vogliamo essere pronti. C'è ancora molto da imparare affinché i geologi ingegneri possano effettuare simulazioni sismiche migliori e comprendere i potenziali rischi per le nostre comunità".

Lavori precedenti per determinare la geometria della faglia di Seattle in profondità si basavano principalmente su dati sismici, ovvero onde sonore che viaggiano attraverso e vengono riflesse dai strati rocciosi sotterranei. I dati hanno rivelato faglie e strutture geologiche che i sismologi e i geologi interpretavano in modo diverso. Sapevano che la regione ospitava una grande zona di faglia, ma gli scienziati avevano proposto diverse modalità con cui parti della faglia sono connesse, quanto in profondità si estende e con quale inclinazione taglia la roccia madre.

Anderson e i suoi coautori hanno deciso di testare le ipotesi esistenti sulla geometria della zona di faglia mappando la roccia madre situata a chilometri di profondità in tutto il Washington occidentale e creando una visione più completa della struttura geologica della regione. La gravità e i campi magnetici variano sulla superficie terrestre in base alla densità e alla composizione delle rocce, quindi Anderson ha raccolto questi dati per il Washington occidentale e li ha abbinati ai dati sismici.

La ricerca ha anche permesso di raccogliere campioni di rocce da formazioni geologiche corrispondenti a diverse parti dell'antica faglia e al sistema montuoso.

Gli studiosi hanno utilizzato modelli informatici per verificare quali, se ce ne fossero, delle ipotesi combaciassero con i dati di gravità, magnetismo e sismicità. I dati di gravità non hanno mostrato un pattern complesso, ma i dati magnetici hanno rivelato un segreto chiave che era sfuggito ai dati sismici: a grande profondità, la roccia madre alterna costantemente tra essere più o meno magnetica, suggerendo strati inclinati di roccia che cambiano tipo.

Nella vista mappa, le caratteristiche ai lati della zona della faglia di Seattle divergono l'una dall'altra; a nord della zona della faglia di Seattle, le strutture hanno un'inclinazione nord-nordovest, mentre a sud, sono orientate nord-nordest.

Queste inclinazioni anomale hanno indotto Anderson a riflettere; suggerivano l'esistenza di una catena montuosa antica, ma per verificare ciò, Anderson doveva mettere in relazione i dati della vista mappa con le rocce più profonde. Per collegare la vista mappa con la conosciuta geologia delle rocce madri a profondità maggiori, Anderson ha costruito un profilo verticale delle rocce sotterranee e ha scoperto che alcune di queste strutture si inclinano a diverse profondità sotterranee.

'These are all very different orientations,' Anderson said. 'It's very hard to do that unless there's a place where the structures get disconnected from each other and then restart.'

Anderson had stumbled upon a new possible explanation for the Seattle fault zone's early history and why it's reactivated today.

The data suggested that about 55 million years ago, as the subduction zone pulled in a string of oceanic islands, the northern half of the island chain was subducted, but the southern half was added to the top of the crust, or obducted. Over a couple million years, as the islands were obducted, they crumpled into a fold-and-thrust mountain belt with topography similar to the Blue Ridge Mountains of Appalachia today.

The zone where the islands switched from being subducted to being accreted would have been under incredible strain and been ripped apart.

'It would have been this slow, ongoing tear, almost like the crust unzipping itself,' Anderson said. 'As this progressed, the tear fault got longer and longer.'

And that 'torn' region overlaps perfectly with the modern Seattle fault zone.

The intense tearing would have stopped after the islands were crunched into the continent, but the damage was done. The zone of intense tearing created a fragmented, weakened crust, setting the geologic stage for the modern Seattle fault zone.

Beyond explaining why the fault zone exists, the study's results about the geometry of Washington's more ancient faults and geologic structures provide valuable details about the bedrock under and within the Seattle basin. This basin is filled with kilometers of looser sedimentary rock, which makes seismic ground shaking stronger, and the new data can help scientists make more accurate models of future ground shaking in the area.

Anderson is excited to use her findings to study western Washington's active faults next.

'This buried tectonic story was so much fun to discover, and now it will provide a great basis for getting back to answering our original questions about active fault geometry for the Seattle fault and other faults in western Washington,' Anderson said.

Provided by American Geophysical Union