Estudio atomístico del olivino bajo presión para entender la energía liberada en terremotos

Los terremotos son fenómenos naturales que pueden producir graves daños tanto materiales como humanos. No podemos predecirlos ni evitarlos, pero podemos reducir y mitigar sus efectos. Con el fin de prevenir daños importantes es necesario contar con estudios rigurosos y detallados de la sismotectónica en las zonas activas. En este contexto, el conocimiento del mecanismo que genera la ocurrencia de los terremotos se vuelve esencial.

A pesar de que se han propuesto diversos modelos para explicar la ruptura en terremotos a diferentes profundidades, ninguno de ellos ha logrado explicar de manera clara la relación entre la naturaleza de los focos sísmicos y la geodinámica del área. Los modelos utilizados para estudiar el mecanismo de ruptura de los terremotos son modelos mecánicos que asumen que la Tierra es un medio elástico (homogéneo o no homogéneo), lo que no tiene en cuenta la naturaleza atomística de los materiales que constituyen el interior del planeta.

Con este trabajo se ha desarrollado un modelo generalizado de ruptura sísmica a nivel microscópico, cuantificando la energía necesaria para romper la red cristalina del olivino (el componente principal de las zonas de subducción) y extrapolar estos valores numéricos al caso macroscópico.

La comparación con los observables sísmicos, como la energía sísmica radiada y la caída de esfuerzo, ha permitido primero comprobar la validez de la metodología propuesta y luego generar un modelo multidisciplinario de ruptura. En concreto, este trabajo corresponde a un estudio multidisciplinario del proceso de ruptura de terremotos de profundidad intermedia y profunda de la placa de subducción que se desarrolla por debajo de la región Peruana-Brasileña.

El estudio contempla la comprensión del mecanismo de fractura atomística y su balance energético en un modelo de olivino metastable, así como la conexión de estos resultados con los datos sísmicos disponibles para la región. Los resultados alcanzados indican que, tanto en los eventos de profundidad intermedia como profunda, opera un mecanismo común de ruptura atomística basado en el deslizamiento de los planos cristalinos {001}.

La cantidad de energía total liberada por un terremoto representa una cuestión pendiente de resolver desde hace mucho tiempo en sismología. A partir de los sismogramas, solo es posible estimar la energía sísmica radiada, que es solo una parte de la energía total del terremoto. Por tanto, el coeficiente de eficiencia sísmica que se utiliza normalmente en sismología no está bien constreñido, así como la cantidad de energía total liberada por un terremoto.

Mediante un modelado teórico, se ha calculado para la eficiencia sísmica un valor que es seis órdenes de magnitud menor que los números obtenido con estudios sismológicos. Este hallazgo abre la posibilidad de que la energía total liberada por un terremoto sea mucho mayor de lo que se pensaba inicialmente, y/o que la mayoría de ella se pierda antes de llegar a la superficie terrestre. Los resultados de este estudio sugieren que es posible reconsiderar el valor ampliamente aceptado del coeficiente de eficiencia sísmica, lo que resulta de gran relevancia para la comunidad geofísica en general.

Maurizio Mattesini, Carolina López Sánchez, Elisa Buforn, Agustín Udías, Jaime de la Serna Valdés, Hernando Tavera, Carmen Pro, From an atomistic study of olivine under pressure to the understanding of the macroscopic energy release in earthquakes, Geosystems and Geoenvironment, Volume 2, Issue 1,2023 https://doi.org/10.1016/j.geogeo.2022.100108