Gli earthquake "segment-jumping" di ridgecrest esplorati in un nuovo studio.

24 maggio 2023

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presso l'Università della California - San Diego

La mattina del 4 luglio 2019, un terremoto di magnitudo 6,4 colpì la Searles Valley nel Deserto del Mojave della California, con effetti sentiti in tutta la California meridionale. Circa 34 ore dopo, il 5 luglio, la vicina città di Ridgecrest fu colpita da un terremoto di magnitudo 7,1, un'onda d'urto sentita da milioni di persone in tutto lo stato della California e nelle comunità vicine nell'Arizona, nel Nevada e persino nella Baja California, in Messico. 

Noto come i terremoti di Ridgecrest - i più grandi terremoti ad aver colpito la California in oltre 20 anni - questi eventi sismici hanno causato estesi danni strutturali, interruzioni di corrente e feriti. L'evento M6.4 a Searles Valley è stato successivamente considerato come premovimento dell'evento M7.1 a Ridgecrest, che è ora considerato il principale. Entrambi i terremoti sono stati seguiti da una moltitudine di scosse di assestamento.

I ricercatori sono rimasti perplessi dalla sequenza di attività sismica. Perché ha impiegato 34 ore per far scattare il premovimento del terremoto principale? Come hanno fatto questi terremoti a "saltare" da un segmento di un sistema di faglie geologiche ad un altro? Possono i terremoti "parlarsi" l'un l'altro in modo dinamico?

Per rispondere a queste domande, un team di sismologi dell'Istituto di Oceanografia Scripps presso l'Università della California a San Diego e dell'Università Ludwig Maximilian di Monaco (LMU) ha condotto una nuova studio incentrato sulla relazione tra i due grandi terremoti, che si sono verificati lungo un sistema di faglie multiple. Il team ha utilizzato un potente supercomputer che incorporava modelli basati sulla fisica e i dati per identificare il collegamento tra i terremoti.

Alice Gabriel, sismologa dell'Oceanografia di Scripps, che in precedenza ha lavorato presso l'LMU, ha guidato lo studio. I risultati sono stati pubblicati il 24 maggio sul giornale online Nature e appariranno nell'edizione stampata dell'8 giugno.

"Abbiamo usato i computer più grandi disponibili e forse gli algoritmi più avanzati per cercare di capire questo sequenza di terremoti davvero sorprendente che è avvenuta in California nel 2019", ha detto Gabriel, attualmente professore associato presso l'Istituto di Geofisica e Fisica Planetaria all'Oceanografia di Scripps. "L'elaborazione ad alta prestazione ci ha permesso di capire i fattori che motivano questi grandi eventi, il che può aiutare a valutare il rischio sismico e la preparazione."

Comprensione delle dinamiche delle rotture di faglie multiple è importante, ha detto Gabriel, perché questi tipi di terremoti sono tipicamente più potenti di quelli che si verificano su una singola faglia. Ad esempio, il terremoto turco-siriano che è avvenuto il 6 febbraio 2023 ha causato una significativa perdita di vite umane e danni diffusi. Questo evento è caratterizzato da due terremoti separati che si sono verificati a sole nove ore di distanza, entrambi causando rotture su diverse faglie.

Durante i terremoti di Ridgecrest del 2019, che hanno avuto origine nella zona di taglio della California orientale lungo un sistema di faglie di scorrimento, i due lati di ciascuna faglia si sono mossi principalmente in direzione orizzontale, senza alcun movimento verticale. La sequenza di terremoti è cascata attraverso faglie intersecate e precedentemente sconosciute "antitetiche", ossia faglie minori o secondarie che si muovono ad angoli alti (vicino ai 90 gradi) rispetto alla faglia principale. All'interno della comunità sismologica, rimane un dibattito in corso su quali segmenti di faglia abbiano scivolato attivamente e su quali condizioni promuovano l'occorrenza di terremoti in cascata.

Il nuovo studio presenta il primo modello di faglia multipla che unifica sismogrammi, dati tettonici, mappatura sul campo, dati satellitari e altri dati geodetici basati sullo spazio con la fisica dei terremoti, mentre i modelli precedenti su questo tipo di terremoto erano basati esclusivamente sui dati.

"Attraverso la lente della modellistica basata sui dati, arricchita dalle capacità di supercomputing, sveliamo le complessità dei terremoti di faglie coniugate multiple, gettando luce sulla fisica che governa la dinamica della rottura in cascata", ha detto Taufiqurrahman.

Utilizzando il supercomputer SuperMUC-NG presso il Centro di Supercomputing Leibniz (LRZ) in Germania, i ricercatori hanno rivelato che gli eventi di Searles Valley e Ridgecrest erano davvero collegati. I terremoti hanno interagito attraverso un sistema di faglie staticamente forte ma dinamicamente debole, guidato da complesse geometrie di faglia e basso attrito dinamico.

La simulazione di rottura 3D del team illustra come le faglie considerate forti prima di un terremoto possano diventare molto deboli non appena c'è un movimento sismico veloce e spiega la dinamica di come più faglie possono rompersi insieme.

'When fault systems are rupturing, we see unexpected interactions. For example, earthquake cascades, which can jump from segment to segment, or one earthquake causing the next one to take an unusual path. The earthquake may become much larger than what we would've expected,' said Gabriel. 'This is something that is challenging to build into seismic hazard assessments.'

According to the authors, their models have the potential to have a 'transformative impact' on the field of seismology by improving the assessment of seismic hazards in active multi-fault systems that are often underestimated.

'Our findings suggest that similar kinds of models could incorporate more physics into seismic hazard assessment and preparedness,' said Gabriel. 'With the help of supercomputers and physics, we have unraveled arguably the most detailed data set of a complex earthquake rupture pattern.'

The study was supported by the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation Program, Horizon Europe, the National Science Foundation, the German Research Foundation, and the Southern California Earthquake Center.

In addition to Gabriel and Taufiqurrahman, the study was co-authored by Duo Li, Thomas Ulrich, Bo Li, and Sara Carena of Ludwig Maximilian University of Munich, Germany; Alessandro Verdecchia with McGill University in Montreal, Canada, and Ruhr-University Bochum in Germany; and Frantisek Gallovic of Charles University in Prague, Czech Republic.

Journal information: Nature

Provided by University of California - San Diego