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 giro a una creencia arraigada sobre las causas de los terremotos en primer lugar.

Repensar la dinámica de los terremotos

La investigación, descrita en un artículo publicado recientemente 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 intensidad. Los hallazgos desafían la noción 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 acerca 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 ocurrirán los terremotos más dañinos».

Puntos de vista tradicionales sobre la mecánica de los 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 frotan 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 rápidamente o se rompen, liberando la presión reprimida en una acción conocida como comportamiento de deslizamiento.

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

Nuevas perspectivas sobre el comportamiento de las líneas de falla

«La gente ha estado tratando de medir estas propiedades de fricción, como si la zona de la falla tiene fricción inestable o fricción estable, y luego, basándose en mediciones de laboratorio, intentan predecir si habrá un terremoto allí o no», dijo Tsai. él dijo. «Nuestros hallazgos sugieren que puede 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 estos límites la que crea este comportamiento inestable versus estable».

La geometría a considerar incluye complejidades en las estructuras rocosas subyacentes, como curvas, huecos y escalones. El estudio se basa en modelos matemáticos y el estudio de zonas de fallas en California utilizando datos de las bases de datos de fallas cuaternarias del Servicio Geológico de EE. UU. y del Servicio Geológico de California.

Ejemplos detallados e investigaciones anteriores.

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 deberíamos imaginar los defectos tocándose como si tuvieran dientes dentados, como el filo de una sierra.

Cuando hay menos dientes o dientes que no son tan afilados, las rocas se deslizan entre sí con mayor suavidad, lo que permite el deslizamiento. Pero cuando las estructuras rocosas de estas fallas son más complejas e irregulares, estas estructuras se enganchan entre sí y quedan atrapadas. Cuando esto sucede, aumentan la presión y, finalmente, a medida que tiran y empujan cada vez más fuerte, se rompen, separándose unos de otros y provocando terremotos.

Implicaciones de la complejidad geométrica

El nuevo estudio se basa trabajo prioritario analizando 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 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 influye en dónde y por qué ocurren los terremotos.

Desalineación e intensidad del terremoto

Al analizar datos de fallas en California, que incluyen la conocida falla de San Andrés, los investigadores encontraron que las zonas de falla con una geometría subyacente compleja, lo que significa que las estructuras no estaban tan alineadas, resultaron tener movimientos del suelo más fuertes que las zonas de falla menos complejas geométricamente. zonas de falla. 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 basándose en la desalineación promedio de las fallas analizadas. Esta tasa de desalineación mide qué tan estrechamente están alineadas las fallas en una región determinada y si todas van en la misma dirección en lugar de ir en muchas direcciones diferentes. El análisis reveló que las zonas de fallas donde las fallas están más desalineadas causan episodios de deslizamiento en forma de terremotos. Las zonas de falla donde la geometría de la falla estaba más alineada facilitaron el 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 las fallas. 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 más obvio 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 del terremoto” 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 incluyó a Avigyan Chatterjee y Daniel T. Trugman de la Universidad de Nevada Reno.