La geometría como predictor innovador de terremotos

Investigadores de la Universidad de Brown han descubierto que la geometría de las fallas, incluidas las desalineaciones y las estructuras complejas dentro de las zonas de fallas, juega un papel crucial en la determinación de la probabilidad y la fuerza de los terremotos. Este descubrimiento, basado en estudios de las fallas de California, desafía las opiniones tradicionales que se centran principalmente en la fricción.

Al observar de cerca la composición geométrica de las rocas donde se originan los terremotos, los investigadores de la Universidad de Brown están añadiendo un nuevo matiz a una creencia arraigada sobre las causas de los terremotos sísmicos.

Repensar la dinámica de los terremotos

La investigación, descrita en un artículo recién publicado en la revista Naturaleza, revela que la forma en que se alinean las redes de fallas juega un papel crítico a la hora de determinar dónde ocurrirá un terremoto y su fuerza. Los hallazgos desafían la idea más 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 presenta una imagen muy diferente de por qué ocurren los terremotos», dijo el geofísico de Brown Victor Tsai, uno de los autores principales del artículo. «Y esto tiene implicaciones muy importantes sobre dónde esperar terremotos y dónde no esperarlos, así como para predecir dónde se producirán los terremotos más dañinos».

Opiniones tradicionales sobre la mecánica de terremotos.

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

Los investigadores teorizaron que el rápido deslizamiento y los intensos movimientos del suelo resultantes son el resultado de la fricción inestable que puede ocurrir en las fallas. En cambio, la idea es que cuando la fricción es estable, las placas se deslizan lentamente unas contra otras sin que se produzca un terremoto. Este movimiento fluido y constante también se conoce como deslizamiento.

Nuevas perspectivas sobre el comportamiento de las líneas de falla

«La gente ha tratado de medir estas propiedades de fricción, por ejemplo, si la zona de la falla tiene fricción inestable o fricción estable y luego, basándose en mediciones de laboratorio, intenta predecir si habrá un terremoto allí o no», dijo Tsai. «Nuestros resultados sugieren que puede ser más relevante examinar 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 las complejidades de las estructuras rocosas subyacentes, como curvas, huecos y escalones. El estudio se basa en el modelado matemático y el estudio de zonas de fallas en California utilizando datos de la Base de datos de fallas cuaternarias del Servicio Geológico de EE. UU. y el Servicio Geológico de California.

Ejemplos detallados e investigaciones previas.

El equipo de investigación, que también incluye al estudiante graduado de Brown, Jaeseok Lee, y al geofísico de Brown, Greg Hirth, ofrece un ejemplo más detallado para ilustrar cómo ocurren los terremotos. Dicen que imaginan los defectos tocándose como si tuvieran dientes aserrados como el filo de una sierra.

Cuando hay menos dientes o no son tan afilados, las rocas se deslizan entre sí con mayor suavidad, lo que permite el deslizamiento. Pero cuando las estructuras rocosas en estas fallas son más complejas y dentadas, estas estructuras se unen y quedan atascadas. Cuando esto sucede, aumentan la presión y eventualmente, a medida que tiran y empujan cada vez más fuerte, se rompen, se alejan unos de otros y provocan terremotos.

Implicaciones de la complejidad geométrica

El nuevo estudio se basa en Trabajo anterior tratando de entender por qué algunos terremotos generan más movimiento del suelo que otros terremotos en diferentes partes del mundo, a veces incluso aquellos de magnitud similar. El estudio demostró que la colisión de bloques dentro de una zona de falla durante un terremoto contribuye significativamente a la generación de vibraciones de alta frecuencia y generó la idea de que tal vez la complejidad geométrica debajo de la superficie también juega un papel en el dónde y por qué ocurren los terremotos.

Desalineación e intensidad del terremoto

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

Los investigadores determinaron esto basándose en la desalineación promedio de los defectos analizados. Esta relación de desalineación mide cuánto están alineadas las fallas en una región determinada y todas van en la misma dirección versus cuánto van en muchas direcciones diferentes. El análisis reveló que las zonas de fallas donde las fallas están más desalineadas dan como resultado episodios de deslizamiento en forma de terremotos. Las zonas de falla donde la geometría de la falla estaba más alineada facilitaron un deslizamiento suave de la falla sin terremotos.

«Comprender cómo se comportan las fallas como sistema es esencial para comprender por qué y cómo ocurren los terremotos», dijo Lee, el estudiante graduado que dirigió el trabajo. «Nuestra investigación indica que la complejidad de la geometría de la red de fallas es el factor clave y establece conexiones significativas entre conjuntos de observaciones independientes y las integra en un nuevo marco».

Direcciones futuras en la investigación de terremotos

Los investigadores dicen que es necesario realizar más trabajo para validar completamente el modelo, pero este trabajo inicial sugiere que la idea es prometedora, especialmente porque la alineación o desalineación de las fallas es más fácil de medir que las propiedades de fricción de la falla. Si es válido, el trabajo algún día podría integrarse en modelos de predicción de terremotos.

Eso sigue siendo lejano por ahora, mientras los investigadores comienzan a delinear cómo desarrollar el estudio.

“Lo obvio que viene a continuación es intentar ir más allá de California y ver cómo se mantiene este modelo”, dijo Tsai. «Esta es potencialmente una nueva forma de entender cómo ocurren los terremotos».

Referencia: “La geometría de la red de fallas influye en el comportamiento de fricción de los terremotos” por Jaeseok Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee y Daniel T. Trugman, 5 de junio de 2024. Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07518-6

La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias. Junto con Lee, Tsai y Hirth, el equipo también incluía a Avigyan Chatterjee y Daniel T. Trugman de la Universidad de Nevada Reno.