Desde la década de 1980, los investigadores han observado períodos significativos de agitación en una región de la Sierra Nevada oriental de California caracterizada por enjambres de terremotos, así como por la inflación y el aumento del suelo de casi media pulgada por año durante estos períodos. La actividad es preocupante porque el área, llamada Caldera del Valle Largo, se encuentra sobre un enorme supervolcán inactivo.
por Lori Dajose, Instituto de Tecnología de California
Hace setecientos sesenta mil años, la Caldera de Long Valley se formó en una violenta erupción que lanzó 650 kilómetros cúbicos de ceniza al aire, un volumen que podría cubrir toda el área de Los Ángeles con una capa de sedimento de 1 kilómetro de espesor.
¿Qué hay detrás del aumento de la actividad en las últimas décadas? ¿Será que la zona se está preparando para hacer erupción nuevamente? ¿O podría el repunte de la actividad ser en realidad una señal de que el riesgo de una erupción masiva está disminuyendo?
Para responder a estas preguntas, los investigadores de Caltech han creado las imágenes subterráneas más detalladas hasta la fecha de la Caldera de Long Valley, alcanzando profundidades de hasta 10 kilómetros dentro de la corteza terrestre. Estas imágenes de alta resolución revelan la estructura de la tierra debajo de la caldera y muestran que la reciente actividad sísmica es el resultado de la liberación de fluidos y gases a medida que el área se enfría y se asienta.
El trabajo se realizó en el laboratorio de Zhongwen Zhan, profesor de geofísica. Un artículo que describe la investigación aparece en la revista Science Advances el 18 de octubre.
«No creemos que la región se esté preparando para otra erupción supervolcánica , pero el proceso de enfriamiento puede liberar suficiente gas y líquido como para provocar terremotos y pequeñas erupciones», afirma Zhan. «Por ejemplo, en mayo de 1980 se produjeron cuatro terremotos de magnitud 6 sólo en la región».
La imagen de alta resolución muestra que la cámara de magma del volcán está cubierta por una tapa endurecida de roca cristalizada, formada a medida que el magma líquido se enfría y solidifica.
Para crear imágenes subterráneas, los investigadores infieren cómo es el entorno del subsuelo midiendo las ondas sísmicas de los terremotos. Los terremotos generan dos tipos de ondas sísmicas: primarias (ondas P) y secundarias (ondas S). Ambos tipos de ondas viajan a diferentes velocidades a través de diferentes materiales: las ondas son ralentizadas por materiales elásticos como los líquidos, pero viajan rápidamente a través de materiales muy rígidos como las rocas.
El uso de sismómetros en varios lugares permite medir discrepancias en la sincronización de las ondas y determinar las características de los materiales (qué tan elásticos o rígidos) atravesaron. De esta manera, los investigadores pueden crear imágenes del entorno del subsuelo.
Aunque hay varias docenas de sismómetros colocados en toda la región de la Sierra Oriental, la técnica de Zhan utiliza cables de fibra óptica (como los que proporcionan Internet) para realizar mediciones sísmicas en un proceso llamado detección acústica distribuida (DAS).
El tramo de cable de 100 kilómetros utilizado para tomar imágenes de la Caldera de Long Valley era comparable a un tramo de 10.000 sismómetros de un solo componente. Durante un año y medio, el equipo utilizó el cable para medir más de 2.000 eventos sísmicos, la mayoría demasiado pequeños para que los humanos los sintieran. Un algoritmo de aprendizaje automático procesó esas mediciones y desarrolló la imagen resultante.
Este estudio es la primera vez que se crean imágenes tan profundas y de alta resolución con DAS. Las imágenes anteriores de estudios de tomografía local se han limitado sólo al entorno del subsuelo poco profundo a profundidades de unos 5 kilómetros, o han cubierto un área más grande con menor resolución.
«Ésta es una de las primeras demostraciones de cómo DAS puede cambiar nuestra comprensión de la dinámica de la corteza terrestre», afirma Ettore Biondi, científico de DAS en Caltech y primer autor del artículo. «Estamos entusiasmados de aplicar tecnología similar a otras regiones donde tenemos curiosidad sobre el entorno del subsuelo».
A continuación, el equipo planea utilizar un cable de 200 kilómetros de longitud para obtener imágenes aún más profundas de la corteza terrestre, a unos 15 o 20 kilómetros de profundidad, donde la cámara de magma de la caldera, su «corazón palpitante», se está enfriando.
Además de Biondi y Zhan, los coautores son el ex becario postdoctoral de Caltech Weiqiang Zhu, ahora de UC Berkeley; El becario postdoctoral de Caltech Jiaxuan Li; y el ex estudiante graduado de Caltech Ethan Williams, Ph.D., ahora de la Universidad de Washington.
Más información: Ettore Biondi et al, Una tapa de la corteza superior sobre la cámara de magma de Long Valley, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adi9878
