Nuevas imágenes en 3D nunca dan

17 de agosto de 2023

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por Ciencia GNS

La falla más grande de Aotearoa Nueva Zelanda, la Zona de Subducción de Hikurangi (HSZ), es donde la placa tectónica del Pacífico se sumerge hacia el oeste debajo de la placa australiana y debajo de la costa este de la Isla Norte.

En algunas partes de la zona de subducción, los instrumentos GPS muestran que las placas se mueven lentamente unos pocos milímetros al año. Este comportamiento se denomina "deslizamiento lento" y ocurre durante períodos de semanas o meses. Sin embargo, en otras partes las placas están pegadas, trabadas entre sí y acumulando presión.

Al comprender los factores estructurales que crean zonas de deslizamiento y estancamiento más suaves, los científicos están tratando de diagnosticar mejor qué áreas podrían generar posibles terremotos y tsunamis en el futuro. Como la mayor fuente de posibles terremotos y tsunamis en Aotearoa, es fundamental poder comprender la HSZ en detalle de alta resolución.

En 2018, una colaboración de investigadores de EE. UU., Japón, Reino Unido y GNS Science utilizó el RV Marcus Langseth para registrar numerosas líneas superpuestas de "datos de reflexión sísmica" en pistas de carreras. Los datos se recopilaron junto con el despliegue de sismógrafos del fondo del océano y sismómetros terrestres en un esfuerzo llamado estudio "NZ3D".

En un esfuerzo de colaboración internacional que abarca tres publicaciones recientes de alto perfil, las primeras imágenes sísmicas 3D espectaculares de la parte norte del margen de Hikurangi ahora han documentado nuevos conocimientos para comprender las características estructurales, estratigráficas e hidrogeológicas de la HSZ.

Comprender estas cualidades, específicamente cómo transportan fluidos, es clave para conocer las condiciones que conducen a la generación de terremotos de subducción.

Los datos de reflexión sísmica suelen ser la forma en que los geofísicos visualizan la corteza. Para capturar estos datos, un barco especializado, en este caso el R/V Marcus Langseth, remolca una serie de fuentes de sonido individuales que se sintonizan y combinan para irradiar una onda de sonido hacia el fondo marino. Los ecos que rebotan en las capas de la tierra se registran en una cinta remolcada detrás del barco y en sismógrafos sensibles ubicados en la costa y en el fondo del mar.

Si bien una cuadrícula de perfiles 2D es suficiente para identificar las principales estructuras límite de placas, estos datos 3D de alta resolución son necesarios para visualizar detalles dentro de las zonas de subducción y mejorar la comprensión de la geometría de las fallas y el comportamiento de deslizamiento. Los datos 3D se combinan en una imagen de exploración por TAC de la zona de subducción que muestra que la arquitectura y las propiedades del límite entre placas tectónicas pueden contribuir a la variabilidad en la ubicación de segmentos de deslizamiento fuertes y sismogénicos versus débiles.

Los datos 3D proporcionan nuevas limitaciones sobre las condiciones físicas y las propiedades de las rocas para informar las simulaciones por computadora y los pronósticos de terremotos y inundaciones por tsunamis que ayudan en gran medida a mejorar la preparación y respuesta a los peligros.

En junio de 2023, un artículo de Nature Geoscience informa cómo los datos de NZ3D capturan un monte submarino (volcán submarino) atrapado en el acto de subducirse debajo de la parte poco profunda del margen de Hikurangi y forma lentes de sedimento a su paso que parecen mejorar el deslizamiento lento.

Además, en un artículo de Geología, los datos de NZ3D revelan un mapa detallado de la interfaz de la placa de partes más profundas que muestra que tiene colinas y valles de un kilómetro de altura.

Los nuevos datos de NZ3D muestran que la interfaz de la placa puede gobernar en gran medida la naturaleza de cómo se deforma el margen, incluida la localización de terremotos tanto de deslizamiento lento como peligrosos de deslizamiento rápido.

Más recientemente, un artículo de Science Advances reveló que un depósito de agua previamente oculto dentro de las capas de la placa del Pacífico fue absorbido en el proceso de subducción.

El nuevo hallazgo sugiere que la placa en subducción de rocas volcánicas actúa como una fuente amplificada de agua que influye en el comportamiento de deslizamiento del margen. El agua atrapada está bajo presión y hace que el límite de la placa sea débil y propenso a desbloquearse y deslizarse en un deslizamiento lento. El estudio destaca la presencia de un importante suministro de agua a una fuente de deslizamiento lento desde el Pacífico entrante, que antes se desconocía.

"Es importante destacar que podemos identificar la ubicación de capas ricas en agua, que permiten un deslizamiento suave, frente a otros segmentos pobres en agua que están estancados y probablemente se romperán en terremotos rápidos", dice el Dr. Stuart Henrys, líder del proyecto y científico principal. Ciencia GNS.

La esperanza es que estas imágenes 3D de nueva generación puedan identificar áreas del límite de la placa donde las capas ricas en agua permiten un deslizamiento suave y otras áreas que están bloqueadas y atascadas.

Comprender cómo varía el comportamiento del deslizamiento a lo largo de la zona de subducción permite a los científicos diagnosticar e identificar mejor las áreas que son más propensas a generar grandes terremotos.

Nuestros datos 3D también proporcionan nuevas limitaciones sobre las condiciones físicas y las propiedades de las rocas para informar las simulaciones de terremotos y inundaciones de tsunamis que ayudan en gran medida a mejorar la preparación y respuesta a los peligros.

Henrys dice: "Nuestros datos sísmicos 3D únicos, adquiridos en alta mar de Gisborne a lo largo de la zona de subducción del norte de Hikurangi, están proporcionando avances en la comprensión de los procesos físicos que controlan los terremotos. A nivel mundial, las zonas de subducción son donde una placa se sumerge debajo de otra y puede romperse en terremotos devastadores y tsunamis como los de Sumatra (2004) y Japón (2011)".

"Estas zonas también están sujetas a un comportamiento benigno de deslizamiento lento que dura semanas o meses. Diagnosticar si el deslizamiento es rápido o lento a lo largo de la zona de subducción de Hikurangi, nuestra falla más grande, proporcionará pronósticos y evaluaciones más confiables de los riesgos para las personas y los edificios vulnerables.

"Los datos 3D que adquirimos se combinan en una imagen similar a una tomografía computarizada médica que proporciona una visualización súper genial de una pequeña parte de la zona de subducción. Por primera vez podemos mapear en detalle la arquitectura y determinar las propiedades del límite entre placas tectónicas. Es importante destacar que podemos identificar la ubicación de capas ricas en agua, que permiten un deslizamiento suave, frente a otros segmentos que son pobres en agua, están atascados y probablemente se romperán en terremotos rápidos.

"Los resultados representan otra pieza del rompecabezas de la subducción que podemos comenzar a utilizar en simulaciones de ciclos sísmicos a gran escala que ayudan enormemente a mejorar la preparación y respuesta a los peligros".

Más información: Andrew C. Gase et al, La subducción de la corteza superior rica en volcánicas suministra fluidos para megaempujes poco profundos y deslizamientos lentos, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adh0150

Proporcionado por GNS Science