Puede haberse detectado un precursor gigantesco para un terremoto colosal mediante satélites que analizan la gravedad

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Por Ross Stein, Ph.D. y David Jacobson, M.Sc., Temblor
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French Summary

El devastador terremoto de Tohoku en 2011 y el tsunami subsecuente ocasionaron daños valorados en miles de millones de dólares y la muerte de miles de personas. Un nuevo estudio, que se publicó este mes halló un enorme cambio preliminar en la gravedad sobre el archipiélago japonés, el cual inició unos pocos meses antes del terremoto de M=9.0 de Tohoku. (Foto del Departamento de Manejo de Emergencias de San Francisco, SFDEM).
El devastador terremoto de Tohoku en 2011 y el tsunami subsecuente ocasionaron daños valorados en miles de millones de dólares y la muerte de miles de personas. Un nuevo estudio, que se publicó este mes halló un enorme cambio preliminar en la gravedad sobre el archipiélago japonés, el cual inició unos pocos meses antes del terremoto de M=9.0 de Tohoku. (Foto del Departamento de Manejo de Emergencias de San Francisco, SFDEM).

 

Un estudio llevado a cabo por Isabelle Panet y sus colegas franceses, el cual se publicó este mes en una revista de alto perfil, Nature Geoscience, halló un enorme cambio preliminar en la gravedad sobre el archipiélago japonés, el cual inició unos pocos meses antes del terremoto de M=9.0 de Tohoku. Las señales se procesaron a partir del dúo de satélites GRACE (Experimento de Clima y Recuperación Gravitatoria), el cual se lanzó en 2002. Los autores no encontraron nada comparable a la señal preliminar en los siete años precedentes. También encontraron una señal grande gravitatoria asociada con el terremoto de Tohoku mismo y con el periodo postsísmico, que otros ya han publicado previamente, con el uso de los mismos datos – excediendo en tamaño, en marzo de 2011, las señales de GRACE conocidas previamente. Debido a su singularidad e importancia, el análisis de Panet et al. Se sometió a una revisión sustancial, extensa y escéptica, y también fue sometida a prueba y modelada exhaustivamente. Su publicación no significa que sea correcto, sino que no se ha comprobado que esté equivocado.

 

Este mapa presenta el gradiente gravitacional alrededor de la ubicación del terremoto de Tohoku, antes, durante y después del terremoto. mEötvös constituyen el gradiente gravitacional de la Tierra, esto es, el cambio en el vector de aceleración gravitacional desde un punto sobre la superficie de la Tierra a otro. ‘Pac’ es la Placa del Pacífico, ‘PHS’ es la Placa Filipina y ‘Eur’ la Placa Europea. En los primeros dos recuadros, los contornos en relieve de la placa de la megafalla son cada 200 km, --mientras que, en el tercero, son cada 100 km. (Figura modificada a partir de Panet et al., 2018).
Este mapa presenta el gradiente gravitacional alrededor de la ubicación del terremoto de Tohoku, antes, durante y después del terremoto. mEötvös constituyen el gradiente gravitacional de la Tierra, esto es, el cambio en el vector de aceleración gravitacional desde un punto sobre la superficie de la Tierra a otro. ‘Pac’ es la Placa del Pacífico, ‘PHS’ es la Placa Filipina y ‘Eur’ la Placa Europea. En los primeros dos recuadros, los contornos en relieve de la placa de la megafalla son cada 200 km, –mientras que, en el tercero, son cada 100 km. (Figura modificada a partir de Panet et al., 2018).

 

Ahora los cuatro ‘Si’ cruciales

Si el resultado es reproducible por otros; si se halla una señal precursora similar por lo menos para otros eventos de megafalla, como los terremotos de M=9.2 en Sumatra de 2004, M=8.8 en Maule, Chile de 2010 o de M=8.6 en Nias-Simeulue, Indonesia de 2005.; si no se ve una señal similar en terremotos grandes, no se sigue; y si los datos de GRACE se procesarían lo más cercano en tiempo real para monitorear buscar dichas anomalías antes que golpeen terremotos grandes– entonces esto podría ser un descubrimiento. Esta es una barra extremadamente alta, una que virtualmente ningún otro esquema de predicción de terremotos haya sido capaz de superar. Pero esto no es imposible y cuando uno considera el número de víctimas por tsunamis y, en menor grado, los temblores de este extracto sobre goliats, sería un descubrimiento.

¿Qué se está midiendo aquí?

Un terremoto por megafalla desliza una falla ligeramente inclinada por 20-60 m (70-200 pies) a lo largo de una amplia zona que puede tener de cientos a casi miles de kilómetros de longitud y cientos de kilómetros de ancho. Esto ocurre cuando una placa oceánica es empujada bajo un continente o arco insular en un proceso que los geólogos denominan ‘subducción’. En el terremoto, la corteza de la tierra se engrosa repentinamente o “se apila” costa afuera, por lo cual, a nivel local, incrementa la masa. Si fueras a pesarte costa afuera de Tohoku antes y después del terremoto de M=9, pesarías un poco más después del terremoto, debido a que tu peso es el producto de tu masa y la masa de la porción de tierra debajo de ti, que es mucho mayor. En tierra firme, la corteza se adelgaza y estira y, por ello, pesarías menos. Los satélites de GRACE detectan redistribuciones de masa dentro de la Tierra y sus envolturas líquidas por medio de la detección de cambios asociados con el campo gravitacional.

 

Las naves espaciales gemelas de ciencias terrestres, GRACE, se lanzaron en 2002 a una misión de cinco años, se retiraron en noviembre de 2017, más de 15 años después de haber sido lanzadas. Su sucesora se lanzará el 19 de mayo de 2018. Estos satélites aceleran y desaceleran en relación una con la otra debido a cambios en la masa en la Tierra debajo de ellas. Estas pequeñas aceleraciones, al juntarse y separarse, cambian sus distancias relativas, las cuales se miden mediante sistemas oscilantes láser y microondas y, después, convierten a variaciones en el campo gravitacional de la Tierra debajo. Los satélites GRACE pasan en repetidas ocasiones sobre el mismo punto, para que puedan detectarse cambios en la gravedad a tiempo, cada una cuantas semanas. (Imagen de: NASA).
Las naves espaciales gemelas de ciencias terrestres, GRACE, se lanzaron en 2002 a una misión de cinco años, se retiraron en noviembre de 2017, más de 15 años después de haber sido lanzadas. Su sucesora se lanzará el 19 de mayo de 2018. Estos satélites aceleran y desaceleran en relación una con la otra debido a cambios en la masa en la Tierra debajo de ellas. Estas pequeñas aceleraciones, al juntarse y separarse, cambian sus distancias relativas, las cuales se miden mediante sistemas oscilantes láser y microondas y, después, convierten a variaciones en el campo gravitacional de la Tierra debajo. Los satélites GRACE pasan en repetidas ocasiones sobre el mismo punto, para que puedan detectarse cambios en la gravedad a tiempo, cada una cuantas semanas. (Imagen de: NASA).

 

¿Qué podría salir mal con estas observaciones?

Además de este estudio, la mejor evidencia sugiere que los grandes terremotos sufren nucleación y ruptura justo como los pequeños, pero por razones que se desconocen, los grandes mantienen el proceso de ruptura. La velocidad en la que la ruptura crece es casi igual para un terremoto de M=7 y uno de M=9, la única diferencia es que el terremoto de M=7 comienza a disminuir después de aproximadamente 10 segundos y para un evento de M=9, esto no comienza sino hasta 60 segundos después o más. Para que Panet et al. estén en lo correcto, esta perspectiva del proceso de ruptura debe ser incorrecta, ya que habría precondiciones que promuevan la ocurrencia de un evento mucho más grande; se sabría que algunos eventos serían grandes.

 

Esta figura, de Meier et al. (2017), sugiere que ningún terremoto pequeño está destinado para una grandeza futura. Todos comienzan a crecer a aproximadamente la misma tasa, pero los pequeños se desvanecen antes. El ‘Momento’ es una medición del tamaño o energía del terremoto.
Esta figura, de Meier et al. (2017), sugiere que ningún terremoto pequeño está destinado para una grandeza futura. Todos comienzan a crecer a aproximadamente la misma tasa, pero los pequeños se desvanecen antes. El ‘Momento’ es una medición del tamaño o energía del terremoto.

 

Existe una cantidad enorme de procesamiento de señales para llegar a obtener estos resultados, algunos de los cuales se ajustan a la orientación y escala de la zona de subducción. Esta es la razón por la cual la reproducción de sus resultados por parte de investigadores independientes es tan importante. Las lluvias monzónicas en Asia añaden masa a la superficie de la Tierra, tal como lo hace el encogimiento y expansión de nieve y hielo. Las tormentas y corrientes alteran la masa del océano costa afuera. Todas estas señales pueden durar meses y, por ello, deben eliminarse por completo. Pero, aunque hay una señal restante de lluvia monzónica en el este de China en los resultados Panet et al. en sus mapas de agosto de 2010 y febrero de 2011, estos son más pequeños y más aislados que la anomalía precursora, la cual persiste a lo largo del tiempo. Cuando Panet et al. apilaron todas las señales a lo largo de 2006-2009, no se ve una anomalía tan grande como la función precursora. Y cuando se ven en un área grande centrada en la anomalía durante 2011, esta función sobresale por su tamaño e intensidad.

 

El planeta izquierdo en esta figura muestra las anomalías acumuladas en julio-febrero apiladas a lo largo de 2006-2009. El planeta derecho muestra un área aumentada del primer panel en la primera figura, la cual es el tiempo justo antes del terremoto de M=9.0 en Tohoku (Figura de Panet et al., 2018).
El planeta izquierdo en esta figura muestra las anomalías acumuladas en julio-febrero apiladas a lo largo de 2006-2009. El planeta derecho muestra un área aumentada del primer panel en la primera figura, la cual es el tiempo justo antes del terremoto de M=9.0 en Tohoku (Figura de Panet et al., 2018).

 

Si es real, ¿qué es lo que ocasionó la anomalía?

Los autores sostienen que la placa descendente extendida o estirada en el manto de la Tierra. Si la fuente del cambio en la masa precursora es cientos de kilómetros más profundo que en la ruptura y si no es muy localizado, explicaría por qué la anomalía es incluso más amplia que la señal cosísmica. Además, la fuente tendría que ser muy profunda para que la deformación evadiera la detección mediante la red de monitoreo por GPS de Japón, la cual no tiene rival. Hay una desviación sutil en el GPS antes del terremoto de Tohoku (Mavrommatis et al. 2014), pero tomó alrededor de una década que ocurriera y parecería no estar relacionada.

¿Qué es lo que sigue?

En breve–tal vez en un año–sabremos si esto se esfumará o si será el comienzo de un nuevo capítulo en nuestro entendimiento de grandes terremotos y, posiblemente, un nuevo centinela sísmico para proteger al público. Las posibilidades son pequeñas, pero para eso está la ciencia y eso es lo que la hace emocionante.

 

Isabelle Panet del Institut National de l’information Géographique et Forestière y la Université Paris Diderot, Sorbonne y el coautor Clément Narteau, del Institut de Physique du Globe de París y la Université Paris Diderot, Sorbonne. La fotografía se tomó la semana pasada en la azotea del edificio IPGP, por Ross Stein.
Isabelle Panet del Institut National de l’information Géographique et Forestière y la Université Paris Diderot, Sorbonne y el coautor Clément Narteau, del Institut de Physique du Globe de París y la Université Paris Diderot, Sorbonne. La fotografía se tomó la semana pasada en la azotea del edificio IPGP, por Ross Stein.

 

Referencias

Mavrommatis, A. P., P. Segall, and K. M. Johnson (2014), A decadal-scale deformation transient prior to the 2011 Mw9.0 Tohoku-oki earthquake, Geophys. Res. Lett., 41, 4486–4494, doi:10.1002/2014GL060139.
M.-A. Meier, J. P. Ampuero, T. H. Heaton, The hidden simplicity of subduction megathrust earthquakes, Science 357, 1277–1281 (2017) 22 September 2017
Isabelle Panet, Sylvain Bonvalot, Clément Narteau, Dominique Remy and Jean-Michel Lemoine, Migrating pattern of deformation prior to the Tohoku-Oki earthquake revealed by GRACE data, Nature Geoscience | VOL 11 | MAY 2018 | 367–373

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