¿Podrían los cambios en la rotación terrestre ser usados para pronosticar terremotos?

Prólogo por Ross Stein, Ph.D., Temblor

Durante la reunión anual de la Sociedad Geológica de América (GSA, por sus siglas en inglés), llevada a cabo el mes anterior en la ciudad de Seattle, Estados Unidos, Roger Bilham desencadenó el interés y amplia cobertura de la prensa tras su presentación sobre la posibilidad de poder predecir terremotos. Dicha exposición se fundamentó en las observaciones que fueron publicadas por Rebecca Bendick y Bilham en la revista Geophysical Research Letters en agosto de este mismo año. Tanto los resultados como el mecanismo están sujetos a debate, por lo que invitamos a Rebecca y a Roger a publicar un resumen dirigido al público en general. Para poder incentivar el intercambio de ideas, futuras pruebas y críticas constructivas, queremos incentivar sus comentarios, así como también, la respuesta de los autores.

 

Por Rebecca Bendick, PhD., Universidad de Montana y Roger Bilham, PhD., Universidad de Colorado en Boulder.

 

Publicaciones recientes en medios de prensa han tratado de describir la posible relación entre el proceso de rotación de la Tierra y la ocurrencia de grandes terremotos (M>7). En contraste con dichos encabezados y afirmación exageradas, las conclusiones que ellos reportan no son controversiales y están basadas en un sencillo análisis de los datos que están disponibles públicamente.

Iniciamos pensando en Terremotos como sistemas repetitivos, de un tipo particular, osciladores de integración y disparo. Otros investigadores (por ejemplo, John Rundle y Chris Scholz e inclusive el equipo UCERF3-TD) han argumentado que esta es una aproximación razonable, con secciones en la falla (parches de la falla) que requieren de algún tiempo para poder acumular energía elástica, después del cual pueden romper (en forma de terremotos) en cualquier momento. Si los terremotos tienen esta propiedad, entonces, deberíamos esperar que un conjunto de eventos con periodos de recurrencia (el tiempo requerido para acumular potencial de deslizamiento) similar ocurran aún más cercanos en el tiempo que el valor predeterminado, ya que, durante muchos ciclos sísmicos, estos interactúan unos con otros, alineando sus fases (o tiempos de recurrencia) por medio de interacciones muy débiles. Investigaciones como las publicadas por Chris Scholz y Charlie Sammis y Stewart Smith describen el proceso para eventos ocurridos en California y terremotos teóricos, respectivamente. Las fuerzas requeridas para sincronizar estos eventos pueden ser muy pequeñas, por ejemplo, si lo comparamos con relojes de péndulo en una habitación que de otro modo estaría vacía, incluso el sonido de tic-tac puede ayudarlos a alinearse durante muchos ciclos.

Cuando buscamos grupos de eventos en el tiempo según sus periodos de recurrencia, encontramos algunos patrones intrigantes (GRL 10.1002/2017GL074934). Primero, los eventos parecen agruparse débilmente. En segundo lugar, el número de terremotos con magnitud momento sísmico (MW) > 7 en los últimos cien años (15± 5 terremotos por año) fluctúa en intervalos de 25 ± 10 años. Aunque estas fluctuaciones parecen aleatorias cuando se consideran de manera aislada, corresponden con fluctuaciones similares en los cambios decenales en la duración del día. Boris Levin y Elena Sasarova en Rusia, y Peter Varga y sus colegas en Hungría, también han notado estas relaciones y han escrito extensamente sobre la función de densidad espectral del catálogo sísmico y su relación con la rotación de la Tierra.

En una charla reciente, celebrada durante la reunión de GSA, notamos que la desaceleración angular de la Tierra (la derivada temporal de la duración del día), que precede a un retardo en la rotación terrestre por 5 o 6 años, puede ser usada para pronosticar periodos de velocidad de rotación angular lenta (larga duración del día) y, en principio, se puede utilizar para pronosticar periodos durante los cuales se produce un aumento en el número global de terremotos con magnitudes mayores a MW > 7 (ver figura).

También, encontramos que durante periodos prolongados en los que la velocidad de rotación es baja (una larga duración del día), el número de terremotos con MW > 7 aumenta aproximadamente en un 15% por encima del promedio a largo plazo. Esta es una observación particular para un grupo de terremotos, estadísticamente sólo de 2 a 3 eventos en un promedio de 5 años, pero a veces, el número de eventos puede aumentar a 8.

Aunque en general los catálogos sísmicos (Centennial, PagerCat, y ISC/GEM) están incompletos para terremotos de menor magnitud que ocurrieron en el siglo pasado, en una búsqueda global, la relación parece persistir para eventos con magnitudes MW ≥ 6, lo que indica que decenas de eventos con potencial para generar daños también son influenciados por variaciones en la rotación de la Tierra.

 

Correspondencia entre la sismicidad global y la aceleración angular de la Tierra. En rojo se muestra la desaceleración de la Tierra con una fase de 5.5 años. Aunque imperfecta, la correspondencia mostrada permite que las tasas de sismicidad global sean anticipadas cada 5 años. Cada serie de tiempo consiste en periodos de entre 5 y 50 años.

 

Prevemos un mecanismo en el que muchas secciones de falla que tienen intervalos de recurrencia del orden de 20-60 años, incluso en presencia de una sincronización muy débil y ruidosa, estarán cercanas a romper casi al mismo tiempo. Cuando la Tierra disminuye su velocidad de rotación, el manto se contrae, reduciendo su circunferencia por unos cuantos milímetros. Dado que las placas tectónicas no son capaces de contraerse para compensar esta reducción en la circunferencia, se produce un incremento de esfuerzos en los límites de placas, donde los terremotos ya están a punto de ocurrir, esto genera un avance en el tiempo de ocurrencia de los terremotos, que se registra como un pico década en la productividad sísmica. La ráfaga de terremotos es seguida por varios años con menos eventos que el promedio, una vez que el pico ha pasado, no sólo hay menos secciones de falla lo suficientemente maduros para romperse, sino que la compresión inducida por la rotación en los límites de las placas se relaja por el aumento en la circunferencia del manto, respondiendo a una rotación más rápida de la Tierra.

Enfatizamos que la rotación de la Tierra no genera terremotos, es un proceso que únicamente acelera o retrasa la ocurrencia de alrededor de 15% de los eventos presentes en los catálogos sísmicos mundiales. También, únicamente consideramos el número de eventos, no la energía liberada en cada uno de ellos. En nuestro análisis, un evento con MW= 9.0 es igual a un evento con MW= 7.0, de hecho, la mayoría de los terremotos más dañinos en el mundo tienen magnitudes inferiores a MW=8.0, y son responsables del 50% de las muertes relacionadas con terremotos, además de ser los más abundantes.

Los terremotos de gran magnitud ocurren todo el tiempo y los catálogos sísmicos parecen sino aleatorios, esto se debe a que muchos sistemas de fallas tienen una amplia gama de tiempos de recurrencia (de decenas a decenas de miles de años) y el alineamiento en su ocurrencia también se ve afectado por la activación directa, la distribución de esfuerzos y otras interacciones locales.

Todavía tenemos un largo camino por recorrer para pronosticar la sismicidad, pero los intervalos decenales en donde la probabilidad de ocurrencia de eventos de gran magnitud es mayor, deberían alentar a las autoridades locales a implementar modificaciones sísmicas. Un aumento decenal predecible en terremotos dañinos (y su corolario) también resulta de gran utilidad para la industria de seguros sísmicos.

 

Referencias

 

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Translated by Esteban J. Chaves, PhD candidate at U.C. Santa Cruz and OVSICORI-UNA