Las rocas que alguna vez estuvieron enterradas profundamente en antiguas zonas de subducción, donde chocan placas tectónicas, podrían ayudar a los científicos a hacer mejores predicciones sobre cómo se comportan estas zonas durante los años entre grandes terremotos, según un equipo de investigación de Penn State y la Universidad de Brown.
por Matthew Carroll, Universidad Estatal de Pensilvania
Las pistas de formaciones rocosas en Alaska y Japón permitieron a los científicos desarrollar un nuevo modelo para predecir la actividad de la solución de presión en las zonas de subducción, informaron los investigadores en la revista Science Advances .
Las rocas sedimentarias están formadas por granos rodeados de poros que contienen agua. Cuando las rocas se comprimen bajo gran presión, los granos se disuelven en sus límites en el agua presente en los poros, formando una solución a presión. Esto permite que las rocas se deformen o cambien de forma, lo que influye en cómo las placas tectónicas se deslizan unas sobre otras.
«Es como cuando vas a patinar sobre hielo: la cuchilla en la superficie termina derritiendo el hielo, lo que te permite deslizarte», dijo el autor correspondiente Donald Fisher, profesor de geociencias en Penn State. «En las rocas, lo que sucede es que los granos de cuarzo se disuelven en los contactos estresados y el material disuelto se mueve hacia las grietas donde precipita».
Los terremotos más poderosos del mundo ocurren en zonas de subducción, donde una placa tectónica se desliza debajo de la otra. Cuando estas placas se pegan entre sí, se acumula tensión en la corteza terrestre, como si se estirara una banda elástica. Cuando se acumula suficiente tensión para superar la fricción que mantiene unidas las placas, como si se rompiera una banda elástica, se produce un terremoto.
«Hemos demostrado que la solución de presión es un proceso fundamental durante el período intersísmico en las zonas de subducción», dijo Fisher. «La aparición de esta solución de presión realmente puede afectar la cantidad de tensión elástica que se acumula en diferentes partes de la zona sismogénica».
La solución de presión es difícil de explorar en el laboratorio porque normalmente ocurre muy lentamente durante miles o millones de años, dijo Fisher. Acelerar el proceso en el laboratorio requiere temperaturas más altas, lo que produce otros cambios en las rocas que impactan los experimentos.
En cambio, los científicos recurrieron a rocas que alguna vez experimentaron estas presiones tectónicas y luego fueron llevadas a la superficie por procesos geológicos. Las rocas muestran cortes microscópicos (o roturas causadas por la tensión) que contienen texturas que proporcionan evidencia de una solución bajo presión, dijeron los científicos.
«Este trabajo nos permite probar una ley de flujo, o modelo, que describe la tasa de solución de presión en rocas antiguas que alguna vez estuvieron en el límite de la placa y han sido exhumadas a la superficie», dijo Fisher. «Y podemos aplicar esto a los márgenes activos que se están moviendo hoy».
Un estudio anterior realizado por otro equipo de científicos vinculó la tensión que experimentaron las rocas y la tasa de deformación, o cuánto se deformaron. En el nuevo trabajo, Fisher y su colega, Greg Hirth, profesor de la Universidad de Brown, crearon un modelo más detallado que considera factores como el tamaño del grano y la solubilidad de las rocas, o la cantidad de material de la roca que puede disolverse en líquido.
«Pudimos parametrizar la solubilidad en función de la temperatura y la presión , de una manera práctica que no se había hecho antes», dijo Fisher. «Así que ahora podemos introducir números: diferentes tamaños de grano, diferentes temperaturas, diferentes presiones y obtener la tasa de deformación a partir de eso».
Los resultados pueden ayudar a revelar en qué parte de la capa sismogénica (el rango de profundidades a las que ocurren la mayoría de los terremotos) se está produciendo esa tensión.
Los investigadores aplicaron su modelo a la Zona de Subducción de Cascadia, una falla activa que se extiende desde el norte de California hasta Canadá y por ciudades importantes como Portland, Oregón, Seattle y Vancouver, Columbia Británica.
La temperatura a lo largo del límite de la placa y la cantidad de tensión acumulada se estudian bien allí, y los resultados de su modelo coinciden con los movimientos de la corteza basados en observaciones satelitales, dijeron los científicos.
«Cascadia es un gran ejemplo porque está al final del período intersísmico: han pasado 300 años desde el último gran terremoto», dijo Fisher. «Es posible que experimentemos uno en nuestra vida, que sería el mayor desastre natural que América del Norte puede anticipar en términos del potencial de sacudidas y tsunamis resultantes».
Más información: Donald M. Fisher et al, Una ley de flujo de solución a presión para la zona sismogénica: aplicación a Cascadia, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adi7279
