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¿Qué sucede debajo de la superficie de la Tierra cuando ocurren los terremotos más poderosos?

¿Qué sucede debajo de la superficie de la Tierra cuando ocurren los terremotos más poderosos?
El profesor Álvaro acaba de demostrar la primera aplicación exitosa de una combinación de cristalografía de rayos X y una técnica llamada espectroscopia Raman con una muestra de una roca de un lugar conocido como tubería Mir en Siberia. Crédito: Vladimir, con licencia CC BY 3.0

A las 03:34 hora local del 27 de febrero de 2010, Chile fue golpeado por uno de los terremotos más poderosos en un siglo. El impacto provocó un tsunami que devastó las comunidades costeras.


por Caleb Davies, Horizon: Revista de investigación e innovación de la UE


Los eventos combinados mataron a más de 500 personas . Tan poderoso fue el temblor que, según una estimación de la NASA, cambió el eje de giro de la Tierra en 8 cm.

Como casi todos los terremotos más poderosos, este fue un terremoto de megafonía . Estos ocurren en las zonas de subducción, lugares donde una placa tectónica es forzada debajo de otra. Si las placas se deslizan repentinamente, golpean, se produce un terremoto masivo. El terremoto de Chile de 2010 fue de una magnitud de 8,8: lo suficientemente fuerte como para levantar edificios de sus cimientos.

Entendemos mal las zonas de subducción, razón por la cual la profesora geofísica Anne Socquet, con sede en la Université Grenoble Alpes en Francia, tenía planeado visitar Chile. Quería instalar instrumentos de monitoreo sísmico para recolectar datos. Por coincidencia, llegó apenas una semana después del terremoto. «Fue aterrador», dijo. «El apartamento que habíamos alquilado tenía fisuras en las paredes por las que se podía meter el puño».

La mayoría de las personas que estudian los terremotos de megafonía se concentran en los sismos que preceden inmediatamente al terremoto principal, dice el profesor Socquet. Pero una característica inusual de los mega terremotos es que a menudo son seguidos por una serie de otros mega terremotos muy poderosos varios años después y con epicentros a cientos de kilómetros de distancia. El terremoto de Chile de 2010, por ejemplo, fue seguido por otros eventos en 2014, 2015 y 2016 centrados en áreas arriba y abajo de la costa de Chile. El profesor Socquet quería observar estas secuencias de mega terremotos e investigar los posibles vínculos entre esos grandes terremotos. Esto requiere un examen cuidadoso de los datos sismológicos y geodésicos a una escala mayor que la que se había hecho anteriormente.

Megathrust

Sabemos que los terremotos de megafonía son el resultado de la subducción de una placa tectónica debajo de otra. Pero más allá de eso, tenemos muy poca comprensión de la dinámica de la subducción y cómo podría desencadenar una inestabilidad que conduzca a otro evento de megathrust unos años más tarde. Existe alguna evidencia de que podría tener que ver con la liberación y migración de fluidos a gran profundidad. El proyecto DEEP-trigger del profesor Socquet trata de llenar ese vacío. «Este es un territorio virgen en términos de observaciones», dijo.

Se suponía que el primer paso del proyecto de seis meses era agregar a la red de unos 250 instrumentos GPS a los que ha contribuido en Chile desde 2007 y construir una nueva red de instrumentos en Perú. Actualmente no puede viajar a Sudamérica debido a la pandemia de COVID-19, ha estado trabajando con contactos locales para comenzar la instalación. También está trabajando en herramientas computacionales para comenzar a analizar datos heredados de la región.

«Lo fundamental será tener observaciones sistemáticas del vínculo entre el deslizamiento lento y las fracturas sísmicas a grandes escalas de tiempo y espacio. Esto será un aporte muy importante para la ciencia».

En la Universidad de Pavía en Italia, el profesor mineralogista Matteo Alvaro también está interesado en los mega terremotos, aunque mucho, mucho más antiguos.

Resulta que podemos obtener una ventana única sobre las zonas de subducción como lo eran hace millones de años. Hay ciertos lugares, pocos y distantes entre sí, donde las rocas que han pasado por zonas de subducción son forzadas a subir a la superficie. Al analizar estas rocas, podemos deducir las profundidades y presiones a las que ocurrió la subducción y construir una imagen de cómo funciona la subducción, y tal vez cómo se desencadenan los mega terremotos.

¿Qué sucede debajo de la superficie de la Tierra cuando ocurren los terremotos más poderosos?
Los terremotos megathrust ocurren en las zonas de subducción, donde una placa tectónica es forzada debajo de otra. Crédito: Marco Reyes / Unsplash

Cristal

Suele funcionar así. Los geólogos encuentran una roca hecha de un mineral con lo que se llama un cristal de inclusión en su interior. Esta inclusión quedó atrapada dentro del mineral cuando dos placas subductoras se comprimieron entre sí a gran profundidad, quizás a 100 km o más por debajo de la superficie. Tendrá una estructura cristalina particular, una disposición espacial repetitiva de átomos, que depende de la presión que experimentó al formarse. El cristal puede revelar la presión a la que se expuso la inclusión y, por lo tanto, la profundidad a la que se formó.

El problema es que se trata de una simplificación excesiva. Solo se mantiene si la inclusión tiene forma de cubo, y casi nunca lo es. Toda esta idea de presión es igual a profundidad; todos sabemos que esto podría ser incorrecto, dice el profesor Álvaro. «La pregunta natural es, está bien, pero ¿en qué medida estamos equivocados?» Eso es lo que decidió averiguar en su proyecto TRUE DEPTHS .

El plan era simple en principio. El profesor Álvaro quería medir la tensión experimentada por el cristal mientras aún estaba atrapado dentro del mineral. Si pudiera entender el pequeño desplazamiento de los átomos desde sus posiciones habituales en una estructura cristalina típica sin presión , eso proporcionaría una mejor medida de la tensión aplicada por la roca circundante a medida que se formó el cristal y, por lo tanto, una medida más precisa de la profundidad. en el que se formó. Para estudiar la estructura atómica, utiliza una combinación de cristalografía de rayos X y una técnica llamada espectroscopia Raman.

El Prof. Álvaro acaba de demostrar la primera aplicación exitosa de sus técnicas. Miró una muestra de una roca de un lugar conocido como tubería Mir en Siberia . Este es un eje de roca de kimberlita fundida que se elevó muy rápido desde enormes profundidades. (Obtenemos la mayoría de nuestros diamantes de tuberías de kimberlita como esta, y de hecho, Mir se ha extraído extensamente). El profesor Álvaro miró rocas de granate con pequeñas inclusiones de cuarzo en el interior que fueron extraídas. «La kimberlita es el elevador que la lleva a la superficie», dijo.

Desencadenar

Al medir la tensión en las inclusiones, pudo confirmar que se formó a una presión de 1,5 gigaPascales (unas 15.000 veces la que se encuentra en la superficie de la Tierra) y a una temperatura de 850 o C. Esto no es del todo sorprendente, pero es la primera prueba de que La técnica del Prof. Álvaro realmente funciona. Ahora está buscando hacer más mediciones y construir una biblioteca de ejemplos.

También se pregunta, de manera más especulativa, si es posible que la formación y deformación de las inclusiones actúen como el primer detonante de los mega terremotos. La idea sería que estos pequeños cambios desencadenan grietas en rocas más grandes que eventualmente hacen que una falla se salga de su lugar. El Prof. Álvaro planea explorar esto más a fondo.

«Nadie sabe cuál es el detonante inicial, lo que desencadena el primer desliz», dijo el profesor Álvaro. «Empezamos a pensar, y tal vez sea una idea completamente loca, que tal vez sean estas inclusiones. Un grupo de ellas, tal vez sujeto a un cambio de fase instantáneo y, por lo tanto, a un cambio de volumen. Tal vez ese podría ser el primer desencadenante».