Los terremotos pueden ser ráfagas abruptas de energía que destruye el hogar y hace que el suelo se pandee cuando las rebanadas de la corteza del planeta mantenidas durante mucho tiempo en su lugar por fricción se deslizan y se tambalean repentinamente.
"Normalmente pensamos en las placas a ambos lados de una falla moviéndose, deformando, acumulando tensiones y luego: boom, ocurre un terremoto", dijo el geofísico de la Universidad de Stanford Eric Dunham.
Pero más abajo, estos bloques de roca pueden deslizarse de manera constante unos junto a otros, arrastrándose a lo largo de las grietas de la corteza terrestre aproximadamente a la velocidad a la que crecen las uñas.
Existe un límite entre la parte inferior y progresiva de la falla y la parte superior que puede permanecer bloqueada durante siglos. Durante décadas, los científicos se han preguntado qué controla este límite, sus movimientos y su relación con los grandes terremotos.La principal de las incógnitas es cómo el fluido y la presión migran a lo largo de las fallas, y cómo eso hace que las fallas se deslicen.
Un nuevo simulador de fallas basado en la física desarrollado por Dunham y sus colegas proporciona algunas respuestas. El modelo muestra cómo los fluidos que ascienden por intervalos y comienzan a debilitar gradualmente la falla. En las décadas previas a los grandes terremotos, parecen impulsar el límite, oprofundidad de bloqueo, una milla o dos hacia arriba.
Enjambres migratorios
La investigación, publicada el 24 de septiembre en Comunicaciones de la naturaleza , también sugiere que a medida que los pulsos de fluidos a alta presión se acercan a la superficie, pueden desencadenar enjambres de terremotos, cadenas de terremotos agrupados en un área local, generalmente durante una semana más o menos. Los temblores de estos enjambres sísmicos suelen ser demasiadosutil para que la gente lo note, pero no siempre: un enjambre cerca del extremo sur de la falla de San Andrés en California en agosto de 2020, por ejemplo, produjo un terremoto de magnitud 4.6 lo suficientemente fuerte como para sacudir las ciudades circundantes.
Cada uno de los terremotos en un enjambre tiene su propia secuencia de réplicas, a diferencia de un gran terremoto seguido de muchas réplicas. "Un enjambre de terremotos a menudo implica la migración de estos eventos a lo largo de una falla en alguna dirección, horizontal o verticalmente", explicó Dunham, autor principal del artículo y profesor asociado de geofísica en la Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford Stanford Earth.
El simulador mapea cómo funciona esta migración. Mientras que gran parte del modelado avanzado de terremotos de los últimos 20 años se ha centrado en el papel de la fricción en el desbloqueo de fallas, el nuevo trabajo da cuenta de las interacciones entre el fluido y la presión en la zona de la falla utilizandomodelo bidimensional simplificado de una falla que corta verticalmente a través de toda la corteza terrestre, similar a la falla de San Andrés en California.
"A través del modelado computacional, pudimos descubrir algunas de las causas fundamentales del comportamiento de las fallas", dijo el autor principal Weiqiang Zhu, un estudiante graduado en geofísica en Stanford. "Descubrimos que el flujo y reflujo de presión alrededor de una falla puedejuegan un papel aún más importante que la fricción a la hora de dictar su fuerza ".
válvulas subterráneas
Las fallas en la corteza terrestre siempre están saturadas de fluidos, principalmente agua, pero agua en un estado que difumina las distinciones entre líquido y gas. Algunos de estos fluidos se originan en el vientre de la Tierra y migran hacia arriba; algunos provienen de arriba cuando la lluvia se filtra en olos desarrolladores de energía inyectan fluidos como parte de proyectos de petróleo, gas o geotermia. "Los aumentos en la presión de ese fluido pueden empujar las paredes de la falla y hacer que sea más fácil que la falla se deslice", dijo Dunham. "O, sila presión disminuye, lo que crea una succión que junta las paredes e inhibe el deslizamiento ".
Durante décadas, los estudios de rocas desenterrados de las zonas de falla han revelado grietas reveladores, venas con cargas minerales y otros signos de que la presión puede fluctuar mucho durante y entre las grandes terremotos, lo que lleva geólogos a teorizar que el agua y otros líquidos juegan un papel importante en el desencadenamientoterremotos e influir en cuándo ocurren los temblores más grandes. "Las rocas mismas nos dicen que este es un proceso importante", dijo Dunham.
Más recientemente, los científicos han documentado que la inyección de fluidos relacionada con las operaciones de energía puede provocar enjambres de terremotos. Los sismólogos han vinculado los pozos de eliminación de aguas residuales de petróleo y gas, por ejemplo, con un aumento dramático de terremotos en partes de Oklahoma a partir de 2009. Y ellosDescubrí que los enjambres de terremotos migran a lo largo de las fallas más rápido o más lento en diferentes entornos, ya sea debajo de un volcán, alrededor de una operación geotérmica o dentro de los reservorios de petróleo y gas, posiblemente debido a la amplia variación en las tasas de producción de fluidos, explicó Dunham.para desenredar la red de mecanismos físicos detrás de los patrones observados.
El trabajo de Dunham y Zhu se basa en un concepto de fallas como válvulas, que los geólogos propusieron por primera vez en la década de 1990. "La idea es que los fluidos asciendan a lo largo de las fallas de manera intermitente, incluso si esos fluidos se liberan o inyectan a un ritmo constante y constante", Explicó Dunham. En las décadas a miles de años transcurridos entre los grandes terremotos, la deposición de minerales y otros procesos químicos sellan la zona de la falla.
Con la válvula de falla cerrada, el líquido se acumula y la presión se acumula, debilitando la falla y forzándola a deslizarse. A veces este movimiento es demasiado leve para generar temblores en el suelo, pero es suficiente para fracturar la roca y abrir la válvula, permitiendo que los fluidos se reanuden.su ascenso.
El nuevo modelo muestra por primera vez que a medida que estos pulsos viajan hacia arriba a lo largo de la falla, pueden crear enjambres de terremotos. "El concepto de una válvula de falla y la liberación intermitente de fluidos es una idea antigua", dijo Dunham.Pero la ocurrencia de enjambres de terremotos en nuestras simulaciones de válvulas de falla fue completamente inesperada ".
Predicciones y sus límites
El modelo hace predicciones cuantitativas sobre la rapidez con la que un pulso de fluidos a alta presión migra a lo largo de la falla, abre los poros, hace que la falla se deslice y desencadena ciertos fenómenos: cambios en la profundidad de bloqueo, en algunos casos, y falla imperceptiblemente lentamovimientos o grupos de pequeños terremotos en otros. Esas predicciones se pueden comparar con la sismicidad real a lo largo de una falla, en otras palabras, cuándo y dónde terminan ocurriendo terremotos pequeños o de cámara lenta.
Por ejemplo, un conjunto de simulaciones, en las que se configuró la falla para sellar y detener la migración de fluidos en tres o cuatro meses, predijo un poco más de una pulgada de deslizamiento a lo largo de la falla alrededor de la profundidad de bloqueo en el transcurso deun año, y el ciclo se repite cada pocos años. Esta simulación en particular coincide estrechamente con los patrones de los llamados eventos de deslizamiento lento observados en Nueva Zelanda y Japón, una señal de que los procesos subyacentes y las relaciones matemáticas integradas en el algoritmo están en el objetivo.Mientras tanto, las simulaciones con el sellado prolongadas durante años hicieron que la profundidad de bloqueo aumentara a medida que los pulsos de presión aumentaban.
Los cambios en la profundidad de bloqueo se pueden estimar a partir de mediciones GPS de la deformación de la superficie de la Tierra. Sin embargo, la tecnología no es un predictor de terremotos, dijo Dunham. Eso requeriría un conocimiento más completo de los procesos que influyen en el deslizamiento de fallas, así como informaciónsobre la geometría, el estrés, la composición de la roca y la presión del fluido de la falla en particular, explicó, "a un nivel de detalle que es simplemente imposible, dado que la mayor parte de la acción ocurre a muchas millas bajo tierra".
Más bien, el modelo ofrece una forma de comprender los procesos: cómo los cambios en la presión del fluido hacen que las fallas se deslicen; cómo el deslizamiento y deslizamiento de una falla rompe la roca y la hace más permeable; y cómo esa mayor porosidad permite que los fluidos fluyan más.fácilmente.
En el futuro, esta comprensión podría ayudar a informar las evaluaciones del riesgo relacionado con la inyección de fluidos en la Tierra. Según Dunham, "las lecciones que aprendemos sobre cómo el flujo de fluidos se acopla con el deslizamiento por fricción son aplicables a terremotos que ocurren naturalmente, así como aterremotos inducidos que están ocurriendo en depósitos de petróleo y gas ".
Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation y el Southern California Earthquake Center.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Josie Garthwaite. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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