Un nuevo modelo conceptual predice características clave de los grandes terremotos y tsunamis

El estudio, realizado por dos investigadores del Instituto de Ciencias del Mar del CSIC, se publica hoy en Nature. Permite predecir el comportamiento de los grandes terremotos en función de la profundidad y estimar su potencial para generar tsunamis de forma más precisa que cualquier método actual. Explica por qué algunos movimientos sísmicos moderados han generado tsunamis extraordinariamente grandes y resuelve paradojas e inconsistencias de modelos anteriores.

Una de las imagenes sísmicas del subsuelo del trabajo publicado.Comprender cómo se producen los terremotos es una de las principales cuestiones abiertas en el campo de la sismología. Décadas de investigación no han bastado para establecer un modelo que permita predecir su comportamiento ni que explique la variación sistemática de las propiedades de la ruptura sísmica observada en función de la profundidad a la que se producen. Esta situación ha provocado que frecuentemente se haya subestimado la capacidad de generación de tsunamis de los sismos, dificultando la previsión de riesgos en las zonas afectadas.

Un estudio llevado a cabo por Valentí Sallarès, investigador del CSIC, y César R. Ranero investigador ICREA, ambos en el Instituto de Ciencias del Mar de Barcelona, propone un cambio de paradigma y presenta un nuevo modelo conceptual que permite predecir diversas características clave de los terremotos inexplicadas hasta el momento, y cuantificar con ello su peligrosidad y su potencial tsunamigénico con una precisión sin precedentes. El trabajo se publica hoy en Nature.

Los científicos demuestran que la variación de la rigidez de las rocas, un parámetro que nunca se había inferido en detalle hasta ahora, es de hecho el factor principal para explicar algunas de las características más relevantes de los terremotos y que, por tanto, debe estudiarse e incorporarse de ahora en adelante en la estimación del riesgo asociado a terremotos y tsunamis. Las variaciones de rigidez permiten resolver paradojas inexplicadas hasta el momento, como la discrepancia entre el movimiento sísmico moderado registrado en superficie y la gran amplitud de los tsunamis que generaron varios terremotos históricos.

“Nuestro trabajo muestra que las diferencias entre el comportamiento de los terremotos profundos y someros no se deben a variaciones locales en el mecanismo físico que los produce, que es lo que se asumía hasta el momento, sino a cambios sistemáticos en la rigidez de las rocas que se fracturan y deforman durante la ruptura sísmica”, explica Valentí Sallarès, investigador del ICM-CSIC y autor principal del trabajo.

A menor profundidad, menor intensidad sísmica pero mayor riesgo de tsunami

Los registros sísmicos muestran que los terremotos someros se propagan más lentamente, son más duraderos, tienen mayor deslizamiento en la falla y provocan una mayor deformación del fondo oceánico que los terremotos más profundos de igual magnitud, pero generan vibraciones sísmicas menos acusadas en la superficie. Por ello, generalmente se subestima el riesgo que conllevan, especialmente su extraordinaria capacidad para generar tsunamis, o potencial tsunamigénico.

El ejemplo más trágico tuvo lugar en Sanriku (Japón) en 1896, cuando un tsunami de hasta 38 metros de altura devastó varias localidades costeras causando más de 22.000 víctimas. La llegada del tsunami tomó completamente desprevenidos a los residentes locales, porque la intensidad del sismo que lo precedió fue moderada.

Los tsunamis generados por los grandes terremotos recientes de Indonesia (2004) y Japón (2011), que también rompieron cerca de la superficie, fueron igualmente mayores de lo previsto, dando lugar a situaciones dramáticas e imprevistas como la inundación de la central nuclear de Fukushima.

El estudio del CSIC ha analizado imágenes sísmicas del subsuelo, similares a radiografías, combinadas con modelos tomográficos, para inferir las propiedades de las rocas a diferentes profundidades en zonas de subducción de todo el mundo.

El modelo conceptual permite explicar por qué algunos movimientos sísmicos moderados han generado tsunamis extraordinariamente grandes.

La rigidez de las rocas aumenta con la profundidad

Los resultados demuestran que la rigidez de las rocas que reposan sobre la falla interplacas aumenta sistemáticamente con la profundidad, siguiendo una tendencia universal y bien definida (que puede explicarse por la disminución progresiva de su grado de fracturación y alteración). Esta tendencia explica las diferencias entre terremotos superficiales y profundos, permitiendo a su vez predecir de forma precisa la velocidad de propagación y la duración de la ruptura sísmica, la cantidad de deslizamiento en la falla, los cambios en la amplitud de las vibraciones sísmicas generadas, o las diferencias de magnitud.

Las implicaciones de este descubrimiento son diversas. “Es el primer modelo que permite predecir ciertas características del terremoto en función de la profundidad de su hipocentro y esto es clave para poder estimar su potencial tsunamigénico de forma precisa. De hecho, buena parte de los tsunamis anormalmente grandes que han ocurrido en la historia, incluyendo el de 2011 en Japón, se pueden explicar por primera vez de forma natural aplicando nuestro modelo”, destaca Sallarès.

Hasta ahora, las variaciones detectadas en los terremotos según la profundidad de la ruptura, incluyendo el deslizamiento, la duración o la amplitud de las vibraciones, se atribuían a diversos factores locales que se creía que condicionaban la mecánica de la ruptura. Sin embargo, ninguno de los modelos propuestos hasta la fecha podía explicar todas las características y diferencias observadas, ni las relaciones entre ellas. El estudio realizado en el Instituto de Ciencias del Mar de Barcelona supone un cambio fundamental en este ámbito.

Artículo de referencia:
'Upper-plate rigidity determines depth-varying rupture behaviour of megathrust earthquakes', V.Sallarès, C. R. Ranero, Nature https://www.nature.com/articles/s41586-019-1784-0  DOI: 10.1038/s41586-019-1784-0

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