11 Minute
Iulie 2024 a adus un cutremur puternic cu epicentrul sub Calama, în nordul Chile, care a pus la îndoială idei îndelung acceptate despre comportamentul seismelor la adâncimi intermediare. Cercetări recente conduse de oameni de ştiinţă de la University of Texas at Austin au scos la iveală o succesiune ascunsă de procese în interiorul plăcii subductate care a amplificat semnificativ intensitatea mişcărilor la suprafaţă. Aceste concluzii modelează din nou felul în care seismologii interpretează evenimentele la adâncime intermediară şi pot determina revizuiri ale evaluărilor de hazard seismic în zonele de subducţie din întreaga lume.
O echipă de cercetători care a analizat cutremurul neobişnuit din Calama din 2024 a identificat un mecanism ascuns în interiorul faliilor din placa subductată care a permis propagarea şi intensificarea rupturii mult peste ceea ce era de aşteptat pentru acea adâncime. Rezultatele indică forţe termice şi mecanice mai puţin cunoscute, cu implicaţii pentru modul în care specialiştii în hazard seismic şi seismologi trebuie să evalueze viitoare evenimente în zonele de subducţie, inclusiv modul în care astfel de mecanisme pot afecta infrastructura, sistemele de alertă timpurie şi planificarea de urgenţă.
A rupture that broke the rules
Majoritatea seismelor cele mai distructive — precum megatsunamiul din 1960 (cutremur de magnitudinea 9,5) din largul centrului Chile — îşi au originea aproape de suprafaţa megafaliilor de subducţie, la adâncimi relativ mici. În contrast, evenimentul din Calama a pornit la aproximativ 125 de kilometri sub suprafaţă, în interiorul plăcii care coboară sub coasta sud-americană. Cutremurele la adâncime intermediară (în general între ~70 şi ~300 km) produc, în multe cazuri, mişcări la suprafaţă mai slabe decât rupturile superficiale, din cauza atenuării undelor seismice şi a condiţiilor fisurale la presiuni şi temperaturi mari. Totuşi, cutremurul din Calama, cu magnitudinea estimată la 7,4, a contrazis acest tipar: a generat un şoc deosebit de intens la suprafaţă şi un potenţial de distrugere mai mare decât ar sugera adâncimea sa.
Autorul principal Zhe Jia şi colegii săi au analizat formele de undă seismice, deplasările măsurate prin GPS/GNSS şi modele numerice pentru a reconstrui ruptură cu un nivel de detaliu fără precedent. În loc de o cedare simplă, unică şi explicată de un singur proces, secvenţa rupturii în Calama pare să fi schimbat mecanismul în timpul propagării: pornind dintr-un regim clasic de fragilizare prin dezhidratare (dehydration embrittlement) şi trecând, la kilometri ulteriori, într-un regim dominat de încălzire prin frecare intensă cunoscut sub denumirea de "thermal runaway" (fugă termică). Această tranziţie mecanică a amplificat semnificativ viteza de alunecare şi generarea de căldură locală, rezultând mişcări seismice neobişnuite pentru adâncimea respectivă.
Two mechanisms, one powerful quake
Fragilizarea prin dezhidratare este o explicaţie larg acceptată pentru multe cutremure la adâncime intermediară. Pe măsură ce placa oceanică subductată coboară, presiunea şi temperatura cresc, forţând apa legată chimic în mineralele hidratate (de exemplu, serpentine sau aluminati hidratați) să fie eliberată. Apa astfel eliberată creşte presiunea porilor în rocă şi reduce rezistenţa mecanică, favorizând fracturarea de tip fragil chiar şi la presiuni mari în care, altfel, materialul ar trebui să dea dovadă de comportament plastic sau ductil. Acest mecanism este în mod convenţional considerat activ până la praguri termice în jurul a ~650°C, peste care mineralele se transformă şi dezhidratarea nu mai creează aceleaşi condiţii de fragilizare.
Elementul neobişnuit al evenimentului din Calama este că ruptură nu s-a oprit la limita termică aşteptată; în schimb, ea a continuat aproximativ încă 50 de kilometri în zone mai fierbinţi, unde se presupunea că dezhidratarea embrittlement ar fi încetat. Conform analizei echipei UT Austin, porţiunea iniţială a rupturii a produs o încălzire prin frecare intensă la vârful zonei de cedare. Această încălzire locală a crescut temperatura şi a redus forţa de coeziune a rocilor din jur, iniţiind o fugă termică: un feedback pozitiv în care mişcarea (slip) generează căldură, căldura slăbeşte materialul, iar slăbirea permite o alunecare mai rapidă şi producere de şi mai multă căldură. În termeni de mecanică a rupturii, tranziţia a modificat felul în care energia elastică a fost transformată în lucru de frecare şi în încălzire locală, eficientizând propagarea rupturii şi crescând amplitudinea undelor radiate spre suprafaţă.
O schemă din studiu ilustrează cele două mecanisme de ruptură descrise în lucrare — fragilizarea prin dezhidratare şi fuga termică — şi modul în care acestea ar fi putut mări forţa seismului din Calama. Credit: Jia et al. Acest tip de diagramă este util pentru specialişti: semnăturile temporale şi spaţiale ale tranziţiei pot fi căutate în datele seismologice şi geodezice din alte subducţii, pentru a identifica evenimente similare şi a înţelege frecvenţa acestor tranziţii mecanice la scară globală.
How scientists pieced the story together
Reconstruirea unei rupturi la adâncime necesită integrarea mai multor seturi de date complementare. Echipa de cercetare a combinat înregistrări seismice de înaltă rezoluţie provenite din reţele chiliene şi internaţionale pentru a urmări viteza de propagare şi direcţia rupturii, a detecta heterogenităţi în semnalele de undă P şi S, şi a evidenţia potenţiale rupturi secundare sau re-activări de segmente. Au folosit date GNSS (Global Navigation Satellite System) pentru a calcula deplasările pe falie şi deformările crustale asociate evenimentului, informaţii cruciale pentru estimarea măsurii de alunecare (slip) şi distribuţiei stării de tensiune post-ruptură.
În paralel, simulările cuplare fizică — adică modele numerice care combină mecanica fracturii, termodinamica şi transferul de căldură — au permis estimări ale temperaturii, mineralogiei şi încălzirii prin frecare de-a lungul planului de falie la adâncime. Prin validarea acestor simulări cu datele seismice şi GNSS, echipa a putut deduce un scenariu plauzibil în care o ruptură alimentată iniţial de dezhidratare s-a transformat într-un proces dominat de termică, explicând atât dinamica propagării cât şi amplitudinea şocurilor la suprafaţă. Această abordare multi-disciplinară — combinând seismologie, geodezie, mineralogie şi termomecanică — este esenţială pentru a extrage semnături fizice robuste şi pentru a separa efectele concurente în interiorul plăcii subductate.
O echipă mixtă de la The University of Texas at Austin şi University of Chile deservind un seismometru UTIG în apropiere de Calama, nordul Chile, în 2024. Studenta UT Sabrina Reichert apare în fundal, iar cercetătorul de la U of Chile din Santiago, Bertrand J. M. Potin, se află în prim-plan. Fotografie: Thorsten Becker/UT Austin. Fotografiile de teren şi înregistrările instrumentale locale rămân vitale pentru a conecta observaţiile regionale cu procese profunde şi pentru a calibra modelele care încearcă să redea condiţii la sute de kilometri sub suprafaţă.
Abordarea integrată a evidenţiat o ruptură care s-a accelerat şi a parcurs distanţe spectaculos de mari atunci când a traversat o porţiune mai fierbinte a plăcii — un comportament compatibil cu tranziţia de la cedare indusă de dezhidratare la o slăbire termică auto-întreţinută. Rezultatul final a fost un şoc la suprafaţă mult mai puternic decât cel previzionat pentru un cutremur la ~125 km adâncime, subliniind că adâncimea singură nu este un indicator suficient al hazardului seismic. Evenimentele cu mecanisme mixte pot genera distribuţii neobişnuite de energie şi pot modifica spectrul frecvenţelor undelor seismice care afectează structuri diferite.
Why the finding matters for seismic hazard
Implicaţia este clară: cutremurele la adâncime intermediară nu sunt întotdeauna puţin periculoase. Când o ruptură poate accesa un mecanism de tip fugă termică, potenţialul său de a produce mişcări puternice la suprafaţă creşte substanţial. Pentru Chile — una dintre ţările cele mai active seismice de pe planetă, situată de-a lungul marginilor de subducţie — această constatare obligă la extinderea modelelor de hazard seismic pentru a include nu doar localizarea iniţială a rupturii, ci şi modul în care procesele de ruptură pot evolua la adâncime.
"Aceste evenimente chiliene provoacă mai multă mişcare decât se aşteaptă în mod normal de la cutremure la adâncime intermediară şi pot fi destul de distructive", a comentat Jia în publicaţie. El şi coautorul Thorsten Becker au subliniat valoarea practică a acestor descoperiri: modele de ruptură îmbunătăţite pot informa creşterea rezilienţei infrastructurii, calibrările sistemelor de avertizare timpurie şi prioritizarea răspunsului rapid. În plus, estimările de risc destinate sectorului construcţiilor, transporturilor şi utilităţilor trebuie adaptate pentru a include scenarii în care energia seismică este concentrată la frecvenţe şi amplitudini ce afectează diferit tipurile de clădiri şi reţele critice.
Expert Insight
"Cazul Calama evidenţiază cât de dinamic poate fi interiorul Terrei", spune dr. Elena Márquez, seismolog la Southern Andes Geoscience Institute. "Adesea tratăm adâncimea ca pe un proxy pentru hazard, dar mecanismul contează. Dacă o ruptură se poate autoîncălzi şi trece în fugă termică, amprenta sa de hazard se schimbă. Această cercetare ne oferă semnături testabile pe care să le căutăm în alte zone de subducţie."
Broader implications and next steps
Studiul ridică întrebări importante pe care cercetătorii le vor urmări în continuare. Cât de frecvente sunt tranziţiile de mecanism precum cea inferată în Calama? Ce compoziţii ale plăcii, profile termice sau stări de stres favorizează apariţia unei fugii termice? Răspunsul la acestea va necesita reţele seismice şi GNSS mai dense, experimente de laborator care să măsoare fricţiunea rocilor la condiţii de presiune şi temperatură ridicate (simulând condiţiile din mantaua superioară şi plăcile subductate), şi simulări termomecanice de ruptură cu rezoluţie mai ridicată.
Din punct de vedere politic şi inginereasc, concluzia este că evaluările de hazard seismic ar trebui să încorporeze o gamă mai largă de fizică a rupturilor. În termeni practici, aceasta înseamnă revizuirea codurilor de proiectare şi a planurilor de urgenţă în zonele în care cutremurele la adâncime intermediară sunt posibile, extinderea monitorizării în regiunile unde plăcile subductate transportă minerale hidratate şi prezintă gradiente termice accentuate, şi integrarea scenariilor de tranziţie mecanică în exerciţiile de răspuns la dezastre şi în planurile de rezilienţă infrastructurală.
Un pas concret este îmbunătăţirea zonării seismice astfel încât hărţile viitoare să nu marcheze doar locul de iniţiere al cutremurelor, ci şi segmentele de plăci care, pe baza compoziţiei şi a regimului termic, au potenţialul de a susţine tranziţii spre mecanisme termice. În practică, asta înseamnă colaborări interdisciplinare între geofizicieni, ingrineri civili, planificatori urbani şi factorii de decizie publică pentru a traduce descoperirile ştiinţifice în măsuri concrete de reducere a riscului.
Imaginaţi-vă o hartă seismică viitoare care nu doar marchează unde pornesc cutremurele, ci şi unde o ruptură poate evolua către o stare mai periculoasă prin activarea fugii termice. Cutremurul din Calama ne aminteşte: procesele profunde ale Terrei ne pot surprinde, iar cea mai bună apărare rămâne o ştiinţă mai bună şi o pregătire mai eficientă. Pentru comunitatea ştiinţifică şi pentru societate, aceasta înseamnă investiţii în monitorizare, cercetare experimentală şi modelare numerică — componente esenţiale pentru reducerea riscului seismic în regiunile de subducţie.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu