Exótica secuencia de terremotos observada en Nueva Zelanda

La misteriosa serie de terremotos ocurridos recientemente al norte de Nueva Zelanda pudo haber sido el resultado de una forma particular de activación de sismicidad.
 

Por Héctor González-Huizar, Ph.D., Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California (CICESE) y Shinji Toda, Ph.D., IRIDeS, Universidad de Tohoku
 

Referencia: Gonzalez-Huizar, H., Toda, S., 2021, Exótica secuencia de terremotos observada en Nueva Zelanda, Temblor, http://doi.org/10.32858/temblor.160
 

El 4 de marzo del 2021 ocurrió una secuencia de tres grandes terremotos en tan solo seis horas al sur del Océano Pacifico. Los terremotos golpearon a lo largo de 900 kilómetros en la Fosa de Kermadec, donde convergen las placas tectónicas del Pacifico y la Australiana. El primer terremoto — de magnitude-7.3 — ocurrió a las 2:27 am hora local, en la parte sur de la fosa, cerca de la costa noroeste de la isla norte de Nueva Zelanda (Te Ika-a-Māui). El patrón de ondas sísmicas generado sugiere que fue una ruptura compleja a lo largo de múltiples fallas geológicas.

Los grades terremotos usualmente activan replicas en fallas cercanas donde, en general, la mayor de las replicas es una unidad de magnitud menor que el terremoto principal — en este caso sería de magnitud-6.3. Sin embargo, este terremoto estuvo seguido por uno de magnitud-7.4 y uno de magnitud-8.1, cuatro y seis horas mas tarde, respectivamente.

Este incremento progresivo de la magnitud con el tiempo es poco común durante una misma secuencia, particularmente con terremotos así de grandes. Cuando esto ocurre simplemente se les cambia el nombre a los eventos y se llama terremoto principal al de mayor magnitud (en este caso el magnitud-8.1) y premonitores a los que ocurren antes de éste.
 

 

El poco tiempo transcurrido entre los terremotos sugiere que estos fueron parte de una misma secuencia de premonitores-terremoto principal-replicas, sin embargo, la gran distancia entre el primero y los otros dos terremotos — más de 900 kilómetros — hace difícil establecer una clara conexión entre los ellos.
 

Activación de terremotos

Cuando hay un deslizamiento o ruptura en una falla durante un terremoto las masas de roca en ambos lados de la falla son desplazadas, lo que resulta en una redistribución de los esfuerzos dentro de la corteza. Cuando esto causa que los esfuerzos actuando sobre fallas cercanas cambien se pueden activar nuevos terremotos. A este mecanismo se le conoce como “activación estática”. El potencial de que esto ocurra después de un terremoto se puede cuantificar usando un parámetro conocido como “cambio en los esfuerzos de Coulomb”. En general, un cambio de esfuerzo mayor a 0.1 bar sobre una falla sugiere una alta probabilidad de que un terremoto se activará dentro de un corto periodo de tiempo (Hill, 2008).

Estimamos que el cambio de esfuerzo generado por el primer terremoto (magnitud-7.3) sobre las superficies de las fallas donde ocurrieron los siguientes terremotos (magnitud-7.4 y magnitud-8.1) fue menor a 0.01 bar. Por lo tanto, es poco probable que el primer terremoto haya causado los otros dos por medio de activación estática. Sin embargo, existen otros mecanismos que podrían explicar como el primer terremoto pudo haber indirectamente activado los otros dos, independientemente de la gran distancia entre ellos. Uno de estos mecanismos se conoce como activación dinámica.
 

Activación dinámica del terremoto de magntud-7.4

Cuando hay deslizamiento en una falla, se radian ondas sísmicas en todas direcciones desde el área de la ruptura. El paso de estas ondas es percibido cuando el suelo tiembla durante un terremoto. Las ondas no solamente pueden dañar estructuras, también pueden incrementar temporalmente los esfuerzos sobre otras fallas causando la activación de más terremotos. Estos cambios temporales de los esfuerzos, o “dinámicos”, a grandes distancias son mayores que los estáticos.

Es posible que el paso de las ondas sísmicas generadas por el terremoto magnitud-7.3 causara cambios temporales sobre fallas a cientos de kilómetros al norte, causando su activación. En base a su profundidad y ubicación, el magnitud-8.1 muy probablemente ocurrió en la interfaz entre las dos placas tectónicas (lo que se conoce como superficie “megathrust”), mientras que el magnitud-7.4 probablemente ocurrió en una falla de desgarre de la placa descendente (la del Pacifico). Nosotros calculamos el cambio dinámico de esfuerzos causado por las ondas sísmicas del de magnitud-7.3 sobre la falla de desgarre donde ocurrió el magnitud-7.4.

De acuerdo con nuestros cálculos, durante el paso del tren de ondas sísmicas provenientes del terremoto magnitud-7.3, el cambio temporal en los esfuerzos sobre la falla de desgarre osciló entre -0.1 y +0.1 bar. Esto sugiere que estas ondas sísmicas muy probablemente activaron el terremoto magnitud-7.4.
 

 

Las ondas sísmicas superficiales — un tipo especifico de onda sísmica que solamente viajan a través de la superficie de la Tierra — generadas por el magnitud-7.3, tomaron alrededor de cuatro minutos en llegar a la ubicación del magnitud-7.4, sin embargo, éste ultimo ocurrió alrededor de cuatro horas más tarde. En general, los casos de activación dinámica son difíciles de comprobar, especialmente cuando la activación no ocurre instantáneamente con el paso de las ondas sísmicas, no obstante, existen casos bien documentados de lo que se conoce como activación dinámica “retardada”. Los sismólogos piensan que en estos casos los cambios de esfuerzos generados por el paso de las ondas sísmicas pueden causar un daño permanente en los contactos de las fallas, iniciar un deslizamiento lento, o bien, facilitar la intrusión de fluidos dentro de la falla, resultado cualquiera de estos en un proceso lento y progresivo que puede terminar en la activación de un terremoto (Parsons, 2005; Shelly et al., 2011; Castro et al., 2015).

Es importante señalar que descubrimos que en ésta misma área ya han ocurrido en el pasado otros casos de activación dinámica retardada. Descubrimos que recientemente al menos otros cuatro terremotos lejanos, grandes (mayores a magnitud-8.0), probablemente activaron terremotos moderados (mayores a magnitud-5.0) en esta área. Al menos un terremoto moderado ocurrió en el área dentro de las primeras 15 horas después del paso de las ondas sísmicas provenientes de los terremotos grandes. Como comparación, no hubo terremotos moderados durante los tres días anteriores.

Nuestro análisis preliminar sugiere que en la Fosa de Kermadec los terremotos pueden ser activados por pequeñas fluctuaciones en los esfuerzos, como los generados por el paso de ondas sísmicas. Estudios previos han mostrado que incluso las pequeñas fluctuaciones de esfuerzos generados por las mareas terrestres tienen la capacidad de controlar la sismicidad a lo largo de la fosa (Hirose et al., 2019), lo que sugiere una alta susceptibilidad de la sismicidad a ser activada.
 

 

Activación estática del terremoto de magntud-8.1

El terremoto magnitud-7.4 parece haber activado el magnitud-8.1 por medio de activación estática. La distancia entre sus epicentros solamente es de alrededor de 50 kilómetros y ocurrieron con una diferencia de aproximadamente 100 minutos. Con la finalidad de investigar como los terremotos de magnitude-7.4 y magnitud-8.1 incrementaron la probabilidad de futuros terremotos, nosotros calculamos el esfuerzo transferido por estos dos terremotos a las fallas cercanas. Lo anterior requiere conocer la localización, geometría y orientación de las fallas — información que puede ser obtenida del análisis de las ondas sísmicas de terremotos ocurridos en esas fallas en el pasado. Las fallas, o segmentos de estas, pueden ser representados en mapas usando mecanismos focales, también conocidos como “pelotas de playa”, los cuales indican la orientación y dirección de deslizamiento de la parte de la falla que generó un terremoto. Una falla muy grande puede ser representará con mayor precisión usando una serie de pelotas de playa ligeramente diferentes, en lugar de usar simple una gran superficie plana. Nosotros calculamos los esfuerzos generados por los terremotos magnitude-7.4 y magnitud-8.1 sobre las pelotas de playa circundantes. En la figura se muestra que para el terremoto magnitude-7.4 cerca de su epicentro encontramos una “aura” de pelotas de playa rojas, lo que indica que este terremoto significativamente transfirió esfuerzos a fallas activas de sus alrededores. Una forma simplificada de visualizar esto es presentada en el recuadro en la parte inferior derecha de la figura. La superficie de ruptura de la falla donde después ocurriría el magnitud-8.1 tiene una mayor área en rojo que en azul, lo que indica un incremento neto en el esfuerzo sobre esta falla. Es decir, el magnitude-7.4 muy probablemente activo el magnitud-8.1.

Por otro lado, después de el magnitud-8.1 se observa un núcleo de pelotas de playa azul, que señalan donde decrecieron los esfuerzos, así como un gran numero de pelotas rojas, especialmente al norte y sur del área de ruptura, donde aumentaron los esfuerzos. Por lo tanto, esta secuencia de grandes terremotos pudiese aún no haber terminado.
 

 

Referencias

Parsons, T. (2005). A hypothesis for delayed dynamic earthquake triggering. Geophysical Research Letters, 32(4). doi:10.1029/2004GL021811.

Hill, D. P. (2008). Dynamic stresses, Coulomb failure, and remote triggering. Bulletin of the Seismological Society of America, 98(1), 66-92. doi:10.1785/0120070049.

Gonzalez‐Huizar, H., & Velasco, A. A. (2011). Dynamic triggering: Stress modeling and a case study. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 116(B2). doi:10.1029/2009JB007000.

Shelly, D. R., Peng, Z., Hill, D. P., & Aiken, C. (2011). Triggered creep as a possible mechanism for delayed dynamic triggering of tremor and earthquakes. Nature Geoscience, 4(6), 384-388. https://doi.org/10.1038/ngeo1141.

Castro, R. R., González‐Huízar, H., Ramón Zúñiga, F., Wong, V. M., & Velasco, A. A. (2015). Delayed dynamic triggered seismicity in northern Baja California, México caused by large and remote earthquakes. Bulletin of the Seismological Society of America, 105(4), 1825-1835. doi:10.1785/0120140310.

Hirose, F., Maeda, K., & Kamigaichi, O. (2019). Tidal forcing of interplate earthquakes along the Tonga‐Kermadec Trench. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124(10), 10498-10521. https://doi.org/10.1029/2019JB018088.
 

Otras lecturas

Stein, R. S., Rollins, C., Sevilgen, V., and Hobbs, T. (2019), M 7.1 SoCal earthquake triggers aftershocks up to 100 mi away: What’s next?, Temblor, http://doi.org/10.32858/temblor.038.