Nuove scoperte mettono in discussione le credenze tradizionali sulle cause dei terremoti

5 giugno 2024

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da Brown University

Esaminando da vicino la composizione geometrica delle rocce dove si originano i terremoti, i ricercatori della Brown University stanno aggiungendo un nuovo elemento a una credenza di lunga data su cosa provochi in primo luogo le scosse sismiche.

L'opera, descritta sulla rivista Nature, rivela che il modo in cui sono allineate le reti di faglia gioca un ruolo critico nel determinare dove si verificherà un terremoto e la sua forza.

Questi risultati mettono in discussione l'idea più tradizionale che sia principalmente il tipo di attrito che si verifica in queste faglie a governare se i terremoti avvengono o meno, e potrebbero migliorare l'attuale comprensione di come funzionano i terremoti.

'Il nostro articolo presenta un quadro molto diverso del perché avvengono i terremoti,' ha detto il geofisico della Brown, Victor Tsai, uno dei principali autori dell'articolo. 'E ciò ha implicazioni molto importanti su dove aspettarsi i terremoti e dove non aspettarsi i terremoti, così come per prevedere dove si verificheranno i terremoti più dannosi.'

Le linee di faglia sono i confini visibili sulla superficie del pianeta dove le rigide placche che compongono la litosfera terrestre si sfregano l'una contro l'altra. Tsai afferma che per decenni, i geofisici hanno spiegato i terremoti come eventi che avvengono quando lo stress nelle faglie si accumula fino al punto in cui le faglie scivolano rapidamente o si rompono l'una dall'altra, rilasciando la pressione accumulata in un'azione conosciuta come comportamento stick-slip.

Secondo le teorie dei ricercatori, lo scivolamento rapido e i movimenti intensi del terreno che seguono sono il risultato di un attrito instabile che può verificarsi nelle faglie. In contrasto, si pensa che quando l'attrito è stabile, le placche allora scivolano l'una contro l'altra lentamente senza un terremoto. Questo movimento costante e fluido è anche noto come creep.

'Le persone stanno cercando di misurare queste proprietà di attrito, come se la zona di faglia ha un attrito instabile o stabile e poi, in base alle misurazioni di laboratorio di quello, cercano di prevedere se avrai un terremoto lì o no,' ha detto Tsai.

'I nostri risultati suggeriscono che potrebbe essere più rilevante guardare la geometria delle faglie in queste reti di faglie, perché potrebbe essere la complessa geometria delle strutture intorno a quei confini a creare questo comportamento instabile rispetto a quello stabile.'

La geometria da considerare include complessità nelle strutture di roccia sottostanti come curve, lacune e scalini. Lo studio si basa sulla modellazione matematica e sullo studio delle zone di faglia in California utilizzando dati dal Quaternary Fault Database dell'U.S. Geological Survey e dal California Geological Survey.

Il team di ricerca, che include anche lo studente di dottorato della Brown, Jaeseok Lee e il geofisico della Brown, Greg Hirth, offre un esempio più dettagliato per illustrare come avvengono i terremoti. Dicono di immaginare le faglie che si sfregano l'una contro l'altra come se avessero denti seghettati come il bordo di una sega.

Quando ci sono meno denti o denti che non sono così affilati, le rocce scivolano l'una sull'altra più facilmente, permettendo il creep. Ma quando le strutture di roccia in queste faglie sono più complesse e dentate, queste strutture si aggrappano l'una all'altra e si inceppano. Quando ciò accade, accumulano pressione e infine, quando tirano e spingono sempre più forte, si rompono, si staccano l'una dall'altra e provocano terremoti.

Il nuovo studio si basa su lavori precedenti che esaminavano perché alcuni terremoti generano più movimenti del terreno rispetto ad altri terremoti in diverse parti del mondo, a volte anche di magnitudo simile.

Lo studio ha mostrato che i blocchi che si scontrano all'interno di una zona di faglia durante un terremoto contribuiscono significativamente alla generazione di vibrazioni ad alta frequenza e ha fatto nascere l'idea che forse anche la complessità geometrica sotto la superficie stava giocando un ruolo nel dove e perché avvengono i terremoti.

Analizzando i dati delle faglie in California, che includono la ben nota faglia di San Andreas, i ricercatori hanno scoperto che le zone di faglia che hanno una geometria complessa al di sotto, nel senso che le strutture lì non erano allineate, risultavano avere movimenti del terreno più forti rispetto a zone di faglia meno geometricamente complesse. Questo significa anche che alcune di queste zone avrebbero terremoti più forti, altre avrebbero terremoti più deboli, e alcune non avrebbero terremoti.

I ricercatori hanno stabilito ciò in base alla media del disallineamento delle faglie che hanno analizzato. Questo rapporto di disallineamento misura quanto le faglie di una certa regione siano allineate e tutte vanno nella stessa direzione rispetto a direzioni diverse.

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