La ingeniería como principal predicción de terremotos

Investigadores de la Universidad de Brown descubrieron que la geometría de las fallas, incluidas las dislocaciones y las estructuras complejas dentro de las zonas de fallas, desempeña un papel fundamental a la hora de determinar la probabilidad y la fuerza de un terremoto. Este hallazgo, basado en estudios de fallas en California, desafía las opiniones tradicionales que se centran principalmente en la fricción.

Al observar más de cerca la composición geométrica de las rocas que originan los terremotos, los investigadores de la Universidad de Brown están añadiendo un nuevo matiz a la creencia arraigada sobre las causas de los terremotos en primer lugar.

Revisión de la dinámica de los terremotos

La investigación, descrita en un artículo publicado recientemente en la revista naturalezaRevela que la forma en que se alinean las redes de fallas juega un papel crucial a la hora de determinar dónde ocurre un terremoto y qué tan fuerte es. Estos hallazgos desafían la idea tradicional de que es el tipo de fricción que ocurre en estas fallas lo que determina principalmente 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 Victor Tsai, geofísico de la Universidad de Brown y uno de los autores principales del artículo. «Esto tiene implicaciones muy importantes sobre dónde se puede esperar que ocurran terremotos versus dónde no se pueden esperar, y también para predecir dónde los terremotos serán más dañinos».

Puntos de vista tradicionales sobre la mecánica de terremotos.

Las líneas de falla son los límites visibles en la superficie del planeta donde las placas sólidas que forman la litosfera de la Tierra chocan entre sí. Durante décadas, los geofísicos han interpretado que los terremotos ocurren cuando la tensión se acumula en las fallas hasta el punto en que las fallas se deslizan o rompen rápidamente una sobre otra, liberando la tensión acumulada en una acción conocida como comportamiento de deslizamiento, dice Tsai.

Los investigadores plantearon la hipótesis de 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 lentamente entre sí sin que se produzca un terremoto. Este movimiento constante y suave también se conoce como gatear.

Nuevas perspectivas sobre el comportamiento de las líneas de falla

«La gente intenta medir estas propiedades de fricción, como si una zona de falla tiene fricción inestable o fricción estable, y luego, basándose en mediciones de laboratorio, intentan predecir si habrá o no un terremoto allí», dijo Cai. Él dijo. «Nuestros hallazgos sugieren que puede ser más importante observar 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 complejidades en 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 del Servicio Geológico de California.

Ejemplos detallados e investigaciones previas.

El equipo de investigación, que también incluye al estudiante graduado de la Universidad de Brown, Jaesuk Lee, y al geofísico Greg Hirth, proporciona un ejemplo más detallado para ilustrar cómo ocurren los terremotos. Dicen que hay que imaginar defectos que chocan entre sí como si tuvieran dientes dentados como el filo de una sierra.

Cuando hay menos dientes o dientes desafilados, las rocas se deslizan unas sobre otras con más suavidad, lo que permite gatear. Pero cuando las estructuras rocosas en estas fallas son más complejas y rugosas, estas estructuras se pegan y se pegan. Cuando esto sucede, aumentan la presión y, finalmente, a medida que tiran y empujan con más fuerza, se rompen, se separan y provocan terremotos.

Efectos de la complejidad geométrica.

El nuevo estudio se basa en Trabajo anterior Considere por qué algunos terremotos generan un mayor movimiento del suelo en comparación con otros terremotos en diferentes partes del mundo y, a veces, incluso con aquellos de la misma magnitud. 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 planteó la idea de que quizás la complejidad geométrica del subsuelo también juega un papel en dónde y por qué ocurren los terremotos.

Desequilibrio 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 fallas que tenían una geometría compleja debajo, es decir, las estructuras no eran paralelas, resultaron tener movimientos del suelo más fuertes que los movimientos menos geométricos. complejo. Zonas de error. Esto también significa que algunas de estas áreas tendrán terremotos más fuertes, otras tendrán terremotos más débiles y algunas no tendrán terremotos.

Los investigadores determinaron esto basándose en el desequilibrio promedio de los errores que analizaron. Esta relación de desalineación mide qué tan cerca están las fallas en un área determinada y todas van en la misma dirección en lugar de ir en direcciones diferentes. El análisis reveló que las zonas de fallas donde las fallas son más oblicuas provocan 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 sugiere que la complejidad de la arquitectura de la red de errores es el factor clave y crea 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 trabajar más para validar completamente el modelo, pero este trabajo preliminar sugiere que la idea es prometedora, especialmente porque la desalineación o desalineación es más fácil de medir que las propiedades de desalineación. Si este trabajo es válido, algún día podría incorporarse a los modelos de predicción de terremotos.

Esto todavía está muy lejos por el momento, a medida que los investigadores comienzan a determinar cómo desarrollar el estudio.

“Lo más 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 Jaesuk 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. Además de Li, Tsai y Hirth, el equipo también incluía a Avighyan Chatterjee y Daniel T. Trugman de la Universidad de Nevada, Reno.