Hipótesis formulada por el CICESE acerca a la predicción de sismos

Hay una precisión que los investigadores de las ciencias de la Tierra siempre hacen: es imposible predecir sismos. Por ello es el reto más grande que persiguen.

Sismos históricos de gran magnitud como los ocurridos en México, Alaska, Japón, China, Ecuador y Chile constituyen oportunidades únicas de analizar a detalle sus características y, así, proponer nuevas explicaciones sobre la mecánica con la que opera el planeta. Ejemplo de ello es el sismo de 2010 registrado en Mexicali, cuya actividad llevó al Dr. John Fletcher y al personal de la División de Ciencias de la Tierra del CICESE a generar una nueva hipótesis sobre el comportamiento de fallas, la cual fue publicada a inicios de este año en el artículo “The role of a keystone fault in triggering the complex El Mayor-Cucapah earthquake rupture” en la revista científica Nature Geosciences.

Keystone Faults

De magnitud 7.2, el sismo del 4 de abril de 2010 activó movimiento en, por lo menos, siete diferentes fallas (cercanas y conectadas) con diversas orientaciones, produciendo la ruptura más compleja documentada en el margen de las placas Norteamérica – Pacífico.

Muchas de las fallas activadas eran desconocidas antes del evento y nadie sospechaba que fueran capaces de actuar juntas y producir un sismo tan grande.

El Dr. John Fletcher, quien clasifica a este evento como “la madre de todas las rupturas multifallas”, junto a sus colegas y estudiantes han trabajado desde 1994 en el sistema de fallas El Mayor-Cucapah, ubicado en la Laguna Salada, el mismo lugar en el que aconteció el sismo. Esta experiencia ayudó a organizar la respuesta científica internacional para caracterizar el sismo.

A través de un análisis detallado y multidisciplinario, obtuvieron un resultado que fue, a primera vista, físicamente imposible: la presión tectónica responsable del sismo rebasó por mucho el límite de fricción de la mayoría de las fallas activadas en el evento. Este descubrimiento impulsó una reevaluación de las suposiciones básicas que se usan en sismología, resultando en la nueva hipótesis.

La keystone fault hypothesis formula una explicación mecánica sobre cómo se activan múltiples fallas en un solo sismo. Keystone es un término arquitectónico que se refiere a la piedra clave ubicada en el centro de un arco para soportar los flancos. Si se remueve esta piedra clave se colapsa el resto de la estructura.

Se puede mostrar con leyes físicas que la presión tectónica necesaria para producir un sismo en una falla varía mucho dependiendo de su orientación. Siempre ha sido difícil explicar cómo se activan fallas de diversas orientaciones en un solo sismo.

De una forma semejante a la mecánica de arcos, estas fallas deben de interactuar a través de intersecciones para soportar la carga tectónica de la corteza. Debido a su orientación, la falla keystone soporta más presión y mantiene la integridad de la red compleja de fallas.

La presión tectónica puede rebasar el límite de fricción de otras fallas si están soportadas por una o más fallas keystone. Sin embargo, cuando la presión tectónica llega al límite de fricción para la falla keystone, se activan espontáneamente las demás fallas aumentando la magnitud del sismo y la complejidad de la ruptura.

Predicción de sismos de gran magnitud

Es un hecho que entre más fallas se activen, más grande es la magnitud del sismo y, a través del mundo la mayoría de los sismos de gran magnitud (> M 7.0) involucran la activación de más de una falla. Por ello, para países con zonas sísmicas importantes, como México, es básico entender cómo son las interacciones entre fallas con diversas orientaciones, para conocer qué fallas activarán a otras en un solo sismo.

En el último modelo de pronóstico de riesgo sísmico a lo largo de la frontera tectónica en California (UCERF3, 2015) dejaron de tratar a las fallas como entidades aisladas y por primera vez agregaron la posibilidad de rupturas multifallas. Este único cambio fue suficiente para aumentar cinco veces la probabilidad de que ocurra un sismo de gran magnitud (aproximadamente de 8.0) en la región. Sin embargo, el modelo UCERF3 no está fundamentado en la física que controla las interacciones entre fallas y los procesos que preparan fallas de diversas orientaciones para activarse espontáneamente en el mismo evento.

La hipótesis de la falla keystone representa una nueva herramienta en la evaluación de riesgo sísmico. Ahora se puede conocer detalladamente cuáles arreglos de fallas son susceptibles de romper juntos en el mismo evento, con base en parámetros básicos como la geometría, distribución e intersecciones de las fallas. También se puede probar objetivamente la hipótesis estudiando otros sismos multifallas.

En el artículo publicado en Nature Geoscience, Fletcher y sus coautores argumentan que la hipótesis de la falla keystone es la mejor explicación que existe para entender la sismogénesis de la falla San Andrés y toda la clase de fallas extensionales con inclinaciones someras que se encuentran a través del mundo.  Además de ser de alta importancia, estas fallas han generado los debates más intensos en ciencias de la Tierra durante las últimas cuatro décadas.

La predicción de los sismos significará un logro esencial para evitar pérdidas humanas, del medio ambiente y de infraestructura graves. Investigadores de ciencias de la Tierra de todo el mundo consideran a la península de Baja California como un  laboratorio único para estudiar redes de fallas complejas, fallas mal orientadas y óptimamente orientadas. El trabajo desarrollado por Fletcher y su equipo lo comprueba.