Sismología: el lenguaje secreto de las grandes fallas

Sismología: el lenguaje secreto de las grandes fallas
Una inminente oleada de microsacudidas en Norteamérica podría ayudar a los sismólogos a prepararse para un gran terremoto. Para ello, sin embargo, deben aprender a interpretar dichos temblores.
Naomi Lubick
Nature 466, 312-313 (2010)

Sismología: el lenguaje secreto de las grandes fallas

Desde hace unas semanas, el equipo de sismólogos de la Universidad de Washington, en Seattle (EE. UU.), está en alerta pues se espera que se produzca una oleada de microtemblores en las profundidades de la Península Olímpica situada en las proximidades, como ocurre cada 12-14 meses. Y cuando estas vibraciones lleguen, los investigadores estarán listos para investigarlas.

Durante el último año, el equipo de científicos ha implantado una sofisticada red con más de 100 sensores sísmicos repartidos a lo largo de las montañas de la península. Cuando dichos instrumentos comiencen a detectar la presencia de temblores, rápidamente se instalarán más medidores sobre los puntos donde la tierra esté vibrando. Cada pocos días los científicos se cambiarán la batería de los sensores y descargarán los datos almacenados en éstos con el fin de capturar tanta información como sea posible sobre los fenómenos sísmicos que ocurran en las profundidades.

Estas sacudidas, también conocidas como temblores no volcánicos, sólo durarán unas semanas y nadie las notará. Sin embargo, para los sismólogos se encuentran entre los descubrimientos más importantes de la década ya que pueden ayudar a comprender mejor el comportamiento de las fallas destructivas. Un equipo de investigadores descubrió estas vibraciones por primera vez en Japón en 2002. Un año más tarde fueron detectadas también por otros grupos en la costa pacífica del noroeste americano, en la zona de Cascadia, cerca de Seattle.

Los temblores de esta zona han generado un gran interés porque surgen a un nivel muy profundo, a lo largo de una gran falla en la que se cree que se han desatado terremotos de una magnitud cercana a 9. Los investigadores confían en que estas medidas ayudarán a controlar la actividad de la falla. Es posible que la repetición de las vibraciones permita hacer un seguimiento de los cambios de presión bajo la superficie. Puede que incluso se puedan extraer indicios acerca de cuándo y dónde se producirán terremotos de mayor magnitud.

El carácter repetitivo de las sacudidas permite que los investigadores las esperen y les ofrece una oportunidad única de estudiar los fenómenos sísmicos a fondo. Así lo confirma Greg Beroza, geofísico de la Universidad de Stanford, en California, que espera los resultados del equipo de investigadores de la Universidad de Washington: “Es muy interesante. Si alguien me hubiese dicho hace diez años que íbamos a descubrir movimientos cuya repetición podríamos predecir en las profundidades de las fallas, lo habría tachado de loco”.

Señales esquivas
La traza sísmica de un temblor es diferente a la de un terremoto. Así como éstos comienzan con una explosión de energía de alta frecuencia que se desvanece con rapidez, los temblores poseen muchas vibraciones de baja frecuencia y su presencia pasa más desapercibida. Ello, unido a que los temblores son de menor intensidad, hace que su detección sea difícil. Existen lugares como Alaska y México, entre otros, en los que se han conseguido analizar los temblores, pero la información obtenida no es muy precisa porque hay pocos lugares que dispongan de redes de sensores sísmicos lo suficientemente sensibles para detectarlos.

El sismólogo Kazushige Obara, del Instituto de Investigación de Terremotos de la Universidad de Tokio, fue el primero en detectar los temblores mediante señales captadas por un conjunto permanente de sensores implantados bajo la superficie1. Tras el devastador terremoto sufrido en Kobe en 1995, el gobierno japonés ordenó colocar una red de más de 600 sensores a lo largo de todo el país. Los aparatos se encuentran a una profundidad de más de 100 metros para evitar que el ruido de origen humano (por ejemplo, el tráfico de camiones) oculte las vibraciones de los temblores. Cuando Obara detectó microterremotos producidos a gran profundidad, más de 30 km, que duraban varias semanas, los investigadores del resto del mundo se apresuraron a analizar sus propios datos en busca de rastros similares.

En Japón, los temblores se producen principalmente en la zona de unión entre dos placas tectónicas, una de las cuales se está deslizando por debajo de la otra. La costa pacífica del noroeste americano presenta la misma estructura en el área conocida como zona de subducción de Cascadia, que se extiende desde la isla de Vancouver en la Columbia Británica (Canadá) hasta el norte de California (véase la figura). En esta zona, la placa Juan de Fuca se está deslizando por debajo de la placa continental de Norteamérica. Desde el último gran terremoto, que según se cree ocurrió en 1700, la zona más peligrosa de dicha zona de subducción ha permanecido incrustada, pero los investigadores prevén que se mueva produciendo un cataclismo en el próximo siglo.

El origen de las oleadas de temblores. En la zona de subducción de Cascadia, una placa oceánica se está introduciendo bajo la placa tectónica continental de Norteamérica. La parte superior de la falla existente entre las dos placas está incrustada, lo que produce una presión que desatará un gran terremoto. A su vez, la parte inferior de la falla y las zonas más próximas a ella producen oleadas de temblores aproximadamente cada año, lo que puede ayudar a los sismólogos a realizar un seguimiento del estado de la zona de subducción.
N. Spencer

Teniendo en cuenta este riesgo, los investigadores tienen un gran interés por captar las oleadas de temblores y obtener información sobre lo que ocurre en las profundidades de la zona de subducción. El año pasado perdieron su oportunidad, ya que el equipo de la Universidad de Washington esperaba que los temblores ocurrieran en agosto, pero se produjeron a principios de mayo, cuando muchos aparatos aún no se habían colocado. Los investigadores registraron parte del fenómeno mediante un conjunto permanente de sensores, aunque con mucho menos detalle del deseado.

Este año, sin embargo, están mejor preparados. Una vez que los sensores permanentes detecten los primeros indicios de un temblor, se dirigirán al lugar donde se haya producido e instalarán más aparatos. Cada conjunto de sensores se compondrá de unos 25 medidores sísmicos separados entre ellos de 200 a 300 metros y alejados del ruido de origen humano. El equipo contará para ello con el apoyo de la Fundación nacional de las ciencias (NSF), que ha concedido una ayuda de cerca de 400.000 € (500.000 $) al consorcio sin ánimo de lucro Earthscope.

John Vidale, sismólogo de la Universidad de Washington y uno de los líderes del proyecto, cree que “se trata de un experimento sin precedentes en lo que respecta a los resultados potenciales”.

Según dicho experto, la red desplegada por el equipo puede localizar con precisión el origen de los temblores al comparar el momento en el que la vibración sísmica llega a cada uno de los sensores. Tal como explica, “funciona de forma similar a nuestros oídos, que nos permiten identificar de dónde viene un sonido”.

Se está generando un intenso debate acerca del origen de los temblores. En Japón, los sismólogos han observado que todos los temblores proceden del plano en el que se encuentran las placas, el límite de subducción de la falla, en el que también se forman los grandes terremotos. En Cascadia, por el contrario, las señales sísmicas indican que algunos temblores pueden ocurrir también por encima del plano de la falla, según el investigador Honn Kao y el grupo de geofísicos que trabajan en el Centro de Geociencias del Pacífico (Sidney, Canadá)2.

Orígenes profundos
Ubicar el origen de las vibraciones podría ayudar a los investigadores a entender los procesos físicos que las provocan. Los temblores se originan decenas de kilómetros por debajo de la superficie, donde la capa fría de la Tierra se encuentra con el manto, que está a una temperatura más cálida. Las rocas de la capa superior son frágiles y se pueden quebrar debido a la presión, lo que da lugar a los terremotos. Por el contrario, las del manto están a una temperatura tan alta que, en lugar de romperse, se deforman. Parece que los temblores ocurren en una zona compleja donde la placa que se desliza hacia el interior llega a temperaturas lo suficientemente altas para que sus rocas lleguen a ser maleables.

Un estudio recientemente publicado3 podría ayudar a explicar el origen los temblores en algunas zonas de Japón. Satoshi Ide, sismólogo de la Universidad de Tokio, sugiere que el comportamiento de los temblores bajo la isla de Shikoku podría estar controlado por el tipo de rocas de la zona de subducción. Ide descubrió que algunos de los temblores se alinean con la trayectoria de la placa al deslizarse hacia el interior en los últimos 10 millones de años. Según él, estas alineaciones podrían marcar el camino seguido por montañas submarinas, vestigios de antiguos volcanes presentes en la placa oceánica que se está sumergiendo en Japón.

En caso de que tenga razón, la influencia de las montañas submarinas en los temblores puede ser de dos tipos: una opción es que se enganchen con la placa superior a medida que la capa oceánica se desliza hacia el manto, dando lugar a temblores esporádicos; la otra es que su composición química les haga actuar como lubricantes, de forma similar a la grasa, haciendo que el movimiento de las placas se suavice y convierta lo que podría haber sido una explosión catastrófica en temblores de pequeña magnitud.

Según Beroza, los resultados del investigador japonés son aún preliminares, pero “muy importantes” pues indican cómo las propiedades de las rocas presentes en las fallas se pueden preservar durante millones de años y pueden influir en la aparición de temblores en la actualidad. En Cascadia, como en Japón, las ubicaciones de las sacudidas siguen a veces alineaciones que podrían ser un reflejo de alguna característica propia de las rocas subyacentes.

Los investigadores están intentando determinar qué condiciones son las que hacen que aparezcan temblores en lugar de terremotos. Para ello están recurriendo a datos de experimentos tanto antiguos como nuevos con el fin de averiguar la forma en que la presión afecta a la fricción, la porosidad y otros atributos de las rocas. El geofísico Paul Segall, de la Universidad de Stanford, opina que estos estudios podrían ayudar a descubrir qué factores controlan los movimientos de las fallas en la zona de subducción.

Indicios de seísmos
Los científicos buscan averiguar también la relación entre los temblores y los terremotos de mayor magnitud que se producen en las mismas fallas. Los temblores que mejor se han observado en Japón y Canadá tienden a aparecer cerca de las placas que dan lugar a grandes terremotos. Los primeros se originan debajo de las zonas “incrustadas” en las que se acumula la energía que, con el tiempo, da lugar a terremotos de mayor magnitud.

Tal como afirma Joan Gomberg, geofísico de la Universidad de Washington, los investigadores buscan cambios en los patrones de los temblores que puedan dejar entrever variaciones de presión en una falla. En caso de que se encontrara una relación entre ambos, los sismólogos podrían supervisar los temblores en busca de indicios que predijeran un gran terremoto. Sin embargo, aunque se vislumbran conexiones interesantes, aún no se han encontrado datos concluyentes. Por ejemplo, en la falla de San Andrés, en California, han tenido lugar temblores cercanos a terremotos de magnitud 1 o 2, pero no se ha confirmado que exista una relación directa entre ambos.4

Entretanto, Obara y su grupo tienen planeado instalar otro sistema para controlar los temblores en Japón y obtener datos más precisos. Por su parte, los investigadores de Cascadia están listos para actuar en cuanto lleguen los temblores.

Como afirma el sismólogo Ken Creager, de la Universidad de Washington, en alusión a la ocasión perdida el año pasado, los temblores ocurren “casi con la precisión de un reloj, pero no del todo”. Este año, sin embargo, se muestra más confiado: “Los pescaremos, sea como sea”.