Modello sismico rivela: Stress in California a livelli record

Un team internazionale ha modellato 1.000 anni di storia sismica lungo le faglie di San Andreas e San Jacinto nel sud della California. Il risultato: le tensioni nella crosta sono oggi più elevate che in qualsiasi altro momento dell’ultimo millennio – e una giunzione critica di faglia vicino a Los Angeles potrebbe decidere quanto sarà grande il prossimo grande terremoto.

I terremoti si verificano solitamente lungo le zone di frattura della crosta terrestre, dove grandi placche tettoniche scorrono l’una sopra l’altra e si bloccano.

Lo stress si accumula nel corso di lunghi periodi di tempo e viene improvvisamente rilasciato sotto forma di terremoto.

Nel sud della California, le faglie di San Andreas e San Jacinto sono tra le zone più significative, accogliendo la maggior parte del movimento delle placche nella regione.

Dove i due sistemi di faglie si avvicinano a nord-est di Los Angeles si trova il Cajon Pass – un incrocio tettonicamente complesso dove una rottura su una faglia potrebbe potenzialmente attraversare l’altra.

Dall’ultimo grande terremoto che ha colpito la più ampia regione di Los Angeles, il terremoto di Fort Tejon del 1857 con una magnitudo di 7,9, lo stress tettonico lungo i segmenti di faglia si è accumulato continuamente, un periodo di silenzio prolungato che da tempo preoccupa i ricercatori, dato il potenziale di una grande rottura futura.

In un nuovo studio guidato dalla Dott.ssa Liliane Burkhard della Divisione di Ricerca Spaziale e Scienze Planetarie (WP) presso l’Istituto di Fisica dell’Università di Berna, un team internazionale di ricerca ha modellato 1.000 anni di storia sismica lungo i sistemi di faglie meridionali di San Andreas e San Jacinto per stimare l’attuale carico di stress al Cajon Pass.

I ricercatori dell’Università delle Hawaii a Mānoa, il U.S. Geological Survey Earthquake Science Center di Pasadena e lo Scripps Institution of Oceanography dell’UC San Diego erano coinvolti.

I risultati mostrano che le tensioni tettoniche nella regione hanno raggiunto e, in alcuni casi, superato i livelli più alti dell’ultimo millennio.

Nello studio, i ricercatori introducono anche il concetto di Cajon Pass come “porta sismica”: un giunto che controlla se i grandi terremoti rimangono confinati a una singola faglia o si propagano simultaneamente su entrambi i sistemi. Lo studio è appena stato pubblicato sul Journal of Geophysical Research: Solid Earth.

Modellizzazione di 1.000 anni di storia dei terremoti

Per indagare come lo stress lungo le faglie di San Andreas e San Jacinto e alla giunzione critica del Cajon Pass si sia evoluto nel tempo, il team di ricerca ha costruito un modello di ciclo sismico quadridimensionale basato sulla fisica che simula i processi in tre dimensioni spaziali e nel tempo.

I ricercatori hanno poi fornito al modello un record sismico di 1.000 anni ricostruito da prove geologiche come datazioni al radiocarbonio, anomalie degli anelli degli alberi e documentazione storica di rotture del terreno.

“Il modello monitora come ogni terremoto modifica lo stress sui segmenti di faglia vicini, come lo stress si accumula durante gli intervalli di silenzio tra gli eventi e come gli strati più profondi della crosta si rilassano lentamente dopo grandi roture”, spiega Burkhard.

“Questa simulazione ci permette di capire come le sollecitazioni nel sistema di faglie si accumulino nel corso dei secoli,” continua Burkhard.

“Eseguendo la storia dei terremoti della California del Sud come simulazione, possiamo stimare fino a che punto il sistema di faglie sia già sotto stress oggi.” I ricercatori mostrano che le tensioni nella regione sono attualmente al livello più alto negli ultimi 1.000 anni.

“Porta sismica” come fattore chiave decisivo

Una scoperta chiave dello studio è che il Passo Cajon può agire come una cosiddetta “porta sismica”, un giunto che controlla se le grandi rotture rimangono confinate a una singola faglia o attraversano entrambi i sistemi di faglie.

Esistono esempi storici di entrambi i comportamenti: il terremoto di Fort Tejon del 1857 terminò al Cajon Pass e non coinvolse la faglia di San Jacinto, mentre il terremoto di Wrightwood del 1812 si ruppe attraverso la giunzione e attraverso entrambi i sistemi in un unico evento continuo.

“Il concetto di porta sismica cattura qualcosa di importante su come funzionano le giunzioni di faglie”, spiega Burkhard.

“Il Passo Cajon non si limita a bloccare o incanalare i terremoti: risponde alle condizioni di stress, e queste condizioni cambiano nel corso dei secoli.”

Lo studio mostra anche che il fattore decisivo non è solo quanta sollecitazione si è accumulata su un singolo guasto, ma anche quanto sono allineate le sollecitazioni sui due sistemi di guasta.

Quando lo stress su entrambe le faglie aumenta in sinergia nel tempo, verso livelli altissimi simili, le condizioni favoriscono una grande rottura articolare attraversando entrambi i sistemi.

Quando i livelli di stress evolvono in disaccordo, le rotture hanno maggiori probabilità di terminare alla giunzione piuttosto che propagarsi ulteriormente.

Attualmente, lo stress modellato ha raggiunto 3,6 MPa nella sezione San Jacinto-Bernardino, superando il valore più alto visto in tutta la simulazione di 1.000 anni.

Sulla sezione confinante Mojave South della faglia di San Andreas, è di 2,8 MPa. Entrambi i segmenti sono quindi fortemente e in modo relativamente simile a sollecitazione, collocando il sistema in una configurazione che storicamente è preceduta le rotture articolari.

“Quindi non è solo preoccupante che le tensioni stiano raggiungendo massimi storici,” afferma Burkhard, “ma anche che le condizioni di stress relativo tra i due sistemi di faglie si stiano avvicinando al range che associamo a rotture maggiori che attraversano entrambe le faglie simultaneamente – e questo è uno scenario con conseguenze molto più ampie per la regione.”

Aumento del rischio nelle regioni densamente popolate

Una rottura congiuntiva della faglia di San Andreas e della faglia di San Jacinto che attraversa il Passo di Cajon sarebbe un evento molto più grave rispetto a uno limitato a una singola faglia.

La regione interessata comprende alcuni dei corridoi più densamente popolati e infrastrutturali degli Stati Uniti, tra cui l’area metropolitana di Los Angeles, San Bernardino, Riverside e la Coachella Valley. Le principali autostrade, ferrovie e infrastrutture energetiche attraversano lo stesso Passo di Cajon.

“La questione di quando e come avverrà il prossimo grande terremoto in questa regione è uno dei problemi più urgenti nelle geoscienze applicate. I nostri risultati forniscono un quadro più chiaro, basato sulla fisica, dello stato attuale delle tensioni del sistema di faglie, e il quadro che abbiamo sviluppato non è applicabile solo alla California, ma anche ad altre complesse giunzioni di faglia nel mondo,” afferma Burkhard.

Tuttavia, Burkhard sottolinea: “Lo studio non prevede quando si verificherà un terremoto. Quello che possiamo dire è che il sistema è fortemente sottoposto a stress critico e che modelli basati sulla fisica come il nostro offrono un quadro più chiaro della gamma di scenari per cui dovremmo essere preparati. Queste informazioni sono importanti per la valutazione dei rischi, la pianificazione delle infrastrutture e la preparazione alle emergenze.”