Nel profondo della crosta terrestre, le fratture causate da terremoti lenti possono ripararsi nel giro di poche ore, secondo una nuova ricerca pubblicata su Science Advances il 19 novembre. Questo straordinario meccanismo di autoriparazione avviene in condizioni estreme di calore e pressione in profondità sotto le placche tettoniche. Lo studio fornisce approfondimenti critici sul comportamento delle faglie e ha implicazioni per comprendere sia gli eventi a scorrimento lento sia il potenziale di terremoti più grandi e distruttivi.
Terremoti silenziosi e riparazione rapida delle fratture
I geologi conoscono da tempo i terremoti “silenziosi”, eventi a lento scorrimento in cui il terreno si deforma nel corso di settimane o mesi invece di rompersi violentemente in pochi secondi. A differenza dei terremoti tipici, questi non generano forti onde sismiche, il che li rende meno immediatamente pericolosi. Tuttavia, si verificano sugli stessi principali sistemi di faglia dei grandi terremoti, portando i ricercatori a chiedersi perché alcune aree scivolano lentamente mentre altre si spezzano improvvisamente.
La chiave, secondo l’autrice principale Amanda Thomas della UC Davis, risiede nelle condizioni fisiche: comportamento di attrito difettoso e stress effettivo. “Ciò che determina se la faglia scivola lentamente o improvvisamente è il comportamento di attrito della faglia e la sollecitazione effettiva sulla faglia.” Gli scivolamenti lenti avvengono più in profondità, dove le temperature sono elevate e i fluidi sono abbondanti.
La zona di subduzione della Cascadia: un laboratorio naturale
La ricerca si è concentrata sulla zona di subduzione della Cascadia, una regione in cui la placca Juan de Fuca scivola sotto il Nord America. Questo “megafault” è in grado di produrre terremoti di magnitudo 8-9, ma sperimenta anche frequenti eventi a scorrimento lento. Cascadia è unica perché la sua vasta rete di monitoraggio consente agli scienziati di studiare questi fenomeni in dettaglio.
Lo studio ha osservato che alcune aree della faglia della Cascadia si rompono ripetutamente e poi si richiudono durante lo stesso ciclo di lento scorrimento. Questa rapida riattivazione suggerisce che lo stress si accumula rapidamente, ma anche che il materiale difettoso può in qualche modo “guarire” tra una rottura e l’altra. Il gruppo di ricerca ha cercato di spiegare questo comportamento sconcertante.
Simulazioni di laboratorio ricreano le condizioni della terra profonda
Per indagare, i ricercatori hanno ricreato l’ambiente estremo della zona di subduzione in un ambiente di laboratorio. Una capsula d’argento venne caricata con quarzo in polvere e acqua, quindi sottoposta a temperature di 500°C e pressioni 10.000 volte superiori a quella atmosferica. La microscopia elettronica ha rivelato che anche dopo solo poche ore, i grani di quarzo si erano fusi insieme.
“La guarigione dei guasti dipende fortemente dalla temperatura, dalla pressione e dalla presenza di fluidi”, ha spiegato Thomas. Gli esperimenti hanno dimostrato un rafforzamento misurabile in poche ore in queste condizioni. Ciò contrasta nettamente con le fratture crostali più superficiali, che impiegano anni o decenni per guarire.
Influenza delle maree e ricarica rapida da stress
Lo studio ha anche scoperto un legame tra il rapido processo di guarigione e le maree oceaniche. La faglia della Cascadia è soggetta a esplosioni di terremoti a bassa frequenza che si allineano con i cicli delle maree. Ciò suggerisce che i cambiamenti nella pressione dovuti alle maree possono innescare nuove rotture poche ore dopo che il guasto si è riparato.
I risultati indicano che le faglie profonde nella Cascadia possono rafforzarsi abbastanza rapidamente da essere ripetutamente sollecitate e riattivate all’interno di un singolo ciclo di scorrimento lento. Questa comprensione è fondamentale per modellare accuratamente il comportamento delle faglie e interpretare i dati sismici.
Implicazioni per il rischio sismico
La guarigione dei guasti non è limitata alle zone di subduzione profonda; si verifica anche, anche se più lentamente, nelle regioni meno profonde dove hanno origine i maggiori terremoti. I ricercatori sostengono che l’inclusione dei processi di riparazione nei futuri modelli sismici migliorerà la valutazione del rischio. Capire quanto velocemente le faglie possono rafforzarsi potrebbe affinare le previsioni su dove e quando si verificherà il prossimo grande terremoto.
“I nostri risultati suggeriscono che lo stesso processo di base può operare attraverso la crosta, ma i tempi cambiano a seconda dell’ambiente.” — Amanda Thomas, UC Davis
