L’ingegneria come principale previsione dei terremoti

I ricercatori della Brown University hanno scoperto che la geometria della faglia, comprese le dislocazioni e le strutture complesse all’interno delle zone di faglia, svolge un ruolo fondamentale nel determinare la probabilità e la forza di un terremoto. Questa scoperta, basata su studi sulle linee di faglia in California, sfida le visioni tradizionali che si concentrano principalmente sull’attrito.

Osservando più da vicino la composizione geometrica delle rocce da cui hanno origine i terremoti, i ricercatori della Brown University stanno aggiungendo una nuova piega alla credenza di lunga data su ciò che provoca i terremoti.

La dinamica del terremoto rivisitata

La ricerca, descritta in un articolo recentemente pubblicato sulla rivista naturaRivela che il modo in cui le reti di faglie sono allineate gioca un ruolo cruciale nel determinare dove si verifica un terremoto e quanto è forte. Questi risultati mettono in discussione l’idea tradizionale secondo cui è il tipo di attrito che si verifica in queste faglie a determinare principalmente il verificarsi o meno dei terremoti e potrebbero migliorare l’attuale comprensione di come funzionano i terremoti.

“Il nostro articolo dipinge un quadro molto diverso del perché si verificano i terremoti”, ha affermato Victor Tsai, geofisico della Brown University e uno degli autori principali dell’articolo. “Ciò ha implicazioni molto importanti su dove è probabile che si verifichino i terremoti rispetto a dove non è possibile prevederli, e anche per prevedere dove i terremoti saranno più dannosi”.

Viste tradizionali sulla meccanica dei terremoti

Le linee di faglia sono i confini visibili sulla superficie del pianeta dove le placche solide che compongono la litosfera terrestre si scontrano tra loro. Per decenni, i geofisici hanno interpretato i terremoti come se si verificassero quando lo stress si accumula sulle faglie fino al punto in cui queste scivolano o si rompono rapidamente l’una sull’altra, rilasciando lo stress represso in un’azione nota come comportamento di scivolamento, dice Tsai.

I ricercatori hanno ipotizzato che il rapido scivolamento e gli intensi movimenti del terreno che ne conseguono siano il risultato dell’attrito instabile che può verificarsi in corrispondenza delle faglie. Al contrario, l’idea è che quando l’attrito è stabile, le placche scivolano l’una contro l’altra lentamente senza che si verifichi un terremoto. Questo movimento costante e fluido è noto anche come gattonare.

Nuove prospettive sul comportamento della linea di faglia

“Le persone cercano di misurare queste proprietà di attrito, ad esempio se una zona di faglia ha un attrito instabile o un attrito stabile, e poi, sulla base di misurazioni di laboratorio, cercano di prevedere se lì si avrà o meno un terremoto”, ha detto Cai. Egli ha detto. “I nostri risultati suggeriscono che potrebbe essere più importante esaminare la geometria delle faglie in queste reti di faglie, perché potrebbe essere la complessa geometria delle strutture attorno a quei confini a creare questo comportamento instabile rispetto a quello stabile”.

La geometria da considerare include le complessità delle strutture rocciose sottostanti come curve, spazi vuoti e gradini. Lo studio si basa sulla modellazione matematica e sullo studio delle zone di faglia in California utilizzando i dati del Quaternary Faults Database dell’US Geological Survey e del California Geological Survey.

Esempi dettagliati e ricerche precedenti

Il gruppo di ricerca, che comprende anche lo studente laureato della Brown University Jaesuk Lee e il geofisico Greg Hirth, fornisce un esempio più dettagliato per illustrare come si verificano i terremoti. Dicono di immaginare i difetti che si scontrano tra loro come se avessero denti seghettati come il bordo di una sega.

Quando ci sono meno denti o denti smussati, le rocce scivolano l’una sull’altra più agevolmente, permettendo loro di strisciare. Ma quando le strutture rocciose in queste faglie sono più complesse e ruvide, queste strutture si uniscono e si attaccano. Quando ciò accade, aumentano la pressione e, alla fine, mentre tirano e spingono più forte, si rompono, si separano e provocano terremoti.

Effetti della complessità geometrica

Il nuovo studio si basa su lavoro precedente Considera perché alcuni terremoti generano un movimento del suolo maggiore rispetto ad altri terremoti in diverse parti del mondo, e talvolta anche quelli della stessa magnitudo. Lo studio ha dimostrato che la collisione di blocchi all’interno di una zona di faglia durante un terremoto contribuisce in modo significativo alla generazione di vibrazioni ad alta frequenza e ha sollevato l’idea che anche la complessità geometrica del sottosuolo possa svolgere un ruolo nel dove e perché si verificano i terremoti.

Squilibrio e intensità del terremoto

Analizzando i dati delle faglie in California, che includono la famosa faglia di San Andreas, i ricercatori hanno scoperto che le zone di faglia che avevano una geometria complessa al di sotto, il che significa che le strutture non erano coerenti, si sono rivelate avere movimenti del terreno più forti rispetto a movimenti meno geometricamente coerenti. complesso. Zone di errore. Ciò significa anche che alcune di queste aree avranno terremoti più forti, altre avranno terremoti più deboli e alcune non avranno terremoti.

I ricercatori lo hanno determinato in base allo squilibrio medio degli errori analizzati. Questo rapporto di disallineamento misura quanto sono vicine le faglie in una data area e vanno tutte nella stessa direzione invece che andare in direzioni diverse. L’analisi ha rivelato che le zone di faglia in cui le faglie sono più oblique causano episodi di scivolamento sotto forma di terremoti. Le zone di faglia in cui la geometria della faglia era più allineata facilitavano lo scorrimento graduale della faglia senza terremoti.

“Capire come si comportano le faglie come sistema è essenziale per capire perché e come si verificano i terremoti”, ha affermato Lee, lo studente laureato che ha guidato il lavoro. “La nostra ricerca suggerisce che la complessità dell’architettura della rete di errori è il fattore chiave e crea connessioni significative tra serie di osservazioni indipendenti e le integra in un nuovo quadro”.

Direzioni future nella ricerca sui terremoti

I ricercatori affermano che è necessario fare più lavoro per convalidare pienamente il modello, ma questo lavoro preliminare suggerisce che l’idea è promettente, soprattutto perché il disallineamento o il disallineamento sono più facili da misurare rispetto alle proprietà di disallineamento. Se questo lavoro sarà valido, un giorno potrebbe essere incorporato nei modelli di previsione dei terremoti.

Ciò rimane ancora molto lontano al momento, poiché i ricercatori iniziano a determinare come sviluppare lo studio.

“La cosa più ovvia da fare dopo è cercare di andare oltre la California e vedere come regge questo modello”, ha detto Tsai. “Questo è potenzialmente un nuovo modo per capire come si verificano i terremoti”.

Riferimento: “La geometria della rete di faglie influenza il comportamento di attrito dei terremoti” di Jaesuk Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee e Daniel T. Trugman, 5 giugno 2024, natura.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

La ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation. Oltre a Li, Tsai e Hirth, il team comprendeva anche Avighyan Chatterjee e Daniel Trugman dell’Università del Nevada, Reno.