Tectonic loading rate controls magnitude–rupture-length scaling
Questo studio dimostra che il tasso di carico tettonico controlla significativamente la magnitudo dei terremoti influenzando lo stress drop e l'area di rottura, rivelando che le faglie caricate lentamente possono produrre terremoti fino a sei volte più grandi delle faglie a carico rapido della stessa lunghezza di rottura, un fattio critico che dovrebbe essere incorporato nelle leggi di scala del rischio sismico.
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I terremoti sono il rilascio improvviso di energia accumulata nella crosta terrestre, un processo che si verifica quando le placche tettoniche sfregano l'una contro l'altra e infine si spezzano. Per capire quanto possa essere pericolosa una specifica linea di faglia, gli scienziati si sono affidati a lungo a una semplice regola empirica: più lunga è la crepa che si rompe, maggiore è il terremoto. Questa relazione permette ai ricercatori di stimare le dimensioni di un disastro misurando la lunghezza di una cicatrice sul terreno lasciata da un evento passato. Tuttavia, questa regola ha sempre avuto un difetto frustrante. Due faglie di identica lunghezza possono produrre terremoti di dimensioni vastamente differenti, con l'energia rilasciata che varia anche di sei volte. Per decenni, questa incoerenza è stata trattata come rumore casuale, un'incertezza inevitabile nel prevedere lo scenario peggiore per le nostre città.
Un nuovo studio mette in discussione l'idea che questa variazione sia casuale. I ricercatori hanno scoperto che la velocità con cui la crosta terrestre si muove è la chiave mancante del puzzle. Analizzando un catalogo globale di grandi terremoti e conducendo simulazioni dettagliate del comportamento delle faglie nell'arco di migliaia di anni, il team ha scoperto che le faglie che si muovono lentamente producono terremoti significativamente più grandi di quelle che si muovono velocemente, anche quando si rompono per la stessa distanza. Questo ritrovamento suggerisce che le regole standard utilizzate per valutare il pericolo sismico stanno sottostimando sistematicamente la dimensione potenziale dei sismi negli interni continentali stabili, come le vaste e lente regioni dell'Asia centrale.
L'indagine è iniziata osservando i grandi terremoti del XX secolo in Mongolia. Questi eventi massicci, alcuni dei quali hanno raggiunto una magnitudo di 8,4, hanno squarciato faglie che si muovono a un ritmo glaciale di meno di un millimetro all'anno. Al contrario, la famosa Faglia di San Andreas in California si muove a un tasso di circa 30 millimetri all'anno, eppure i suoi grandi terremoti sono spesso più piccoli del previsto rispetto alla loro lunghezza di rottura. Quando i ricercatori hanno tracciato i dati di cinquanta terremoti storici rispetto alle loro lunghezze di rottura, è emerso un modello chiaro. Le faglie che si muovevano più lentamente di cinque millimetri all'anno producevano costantemente terremoti con magnitudo più elevate rispetto alla media globale. La differenza era sostanziale: per una lunga rottura, la magnitudo poteva essere di mezzo punto superiore, il che si traduce in un aumento di sei volte dell'energia rilasciata.
Per capire perché accada questo, gli scienziati si sono rivolti a simulazioni basate sulla fisica che imitano il ciclo vitale di una faglia. Hanno modellato due ambienti distinti: l'interno freddo e rigido del continente mongolo e il confine più caldo e attivo della Faglia di San Andreas. Le simulazioni hanno rivelato due ragioni complementari per la differenza di dimensioni. Primo, il movimento lento in Mongolia significa che il tempo tra un terremoto e l'altro è molto più lungo. Questo periodo prolungato permette alla faglia di "guarire" e rinforzarsi significativamente, accumulando un livello di stress molto più elevato prima di spezzarsi finalmente. Quando si rompe, il rilascio di questa energia immagazzinata è molto più violento, risultando in uno scorrimento maggiore e in un terremoto più grande.
In secondo luogo, la temperatura della roccia gioca un ruolo critico. La litosfera fredda sotto la Mongolia permette allo strato fragile, quello che genera i terremoti, di estendersi molto più in profondamente — fino a circa 24 chilometri — rispetto alla più calda Faglia di San Andreas, dove questo strato si assottiglia a circa 14 chilometri. Uno strato più profondo significa che c'è una superficie di roccia maggiore disponibile per la rottura. Quando una faglia si rompe, non scorre semplicemente lungo una linea; lacera un volume tridimensionale di roccia. La combinazione di una zona di rottura più profonda e della forza extra guadagnata durante i lunghi periodi di guarigione permette alle faglie che si muovono lentamente di generare terremoti che sono molto più grandi di quanto la loro lunghezza suggerirebbe.
I ricercatori hanno testato questa idea eseguendo modelli computerizzati tridimensionali dei cicli sismici. In queste simulazioni, una faglia che si muoveva al lento ritmo mongolo produceva una rottura che non solo era più profonda, ma rilasciava anche circa sei volte più energia rispetto a una faglia che si muoveva al veloce ritmo di San Andreas, anche se entrambe si rompevano per la stessa lunghezza. I modelli hanno confermato che il tasso di carico lento è il driver primario, permettendo alla faglia di accumulare uno stato di alta forza d'attrito che è semplicemente impossibile sulle zone di confine a rapido movimento. Sebbene la zona di rottura più profonda contribuisca alle dimensioni, il tempo di guarigione prolungato è il fattore dominante, agendo come una molla lenta e potente che viene caricata per secoli prima di rilasciare la sua tensione.
Questa scoperta ha profonde implicazioni per il modo in cui valutiamo il rischio sismico. Gli attuali modelli di pericolo utilizzano spesso una singola formula universale per convertire la lunghezza della faglia in magnitudo del terremoto, un metodo che funziona ragionevolmente bene per i confini di placca a rapido movimento, ma che fallisce per gli interni stabili e lenti dei continenti. Ignorando la velocità del carico tettonico, questi modelli sottostimano sistematicamente la dimensione massima possibile dei terremoti per le faglie in luoghi come la Mongolia, l'Altopiano del Tibet e altre zone interne dei continenti. Lo studio suggerisce che, per queste faglie che si muovono lentamente, il più grande terremoto possibile potrebbe essere significativamente più grande di quanto precedentemente ipotizzato.
I risultati non si applicano solo ai casi estremi della Mongolia. La ricerca indica che la relazione tra velocità di carico e dimensione del terremoto è uno spettro continuo. Man mano che la velocità di movimento della faglia diminuisce, la dimensione potenziale del terremoto aumenta. Ciò significa che le valutazioni del pericolo per qualsiasi faglia dovrebbero considerare il suo specifico tasso di carico. Per le faglie più lente, che possono avere intervalli di ricorrenza di migliaia di anni, il potenziale per un evento massiccio ad alta magnitudo è reale e misurabile. Incorporando la velocità del movimento tettonico nelle leggi di scala, gli scienziati possono affinare le loro previsioni, offrendo un quadro più accurato del pericolo rappresentato dalle crepe più lente della Terra. Lo studio conclude che la dimensione di un terremoto non è solo una questione di quanto è lunga la faglia, ma è anche un riflesso di quanto tempo ha aspettato di rompersi.
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