Cambios en la estructura geológica profunda pudieron haber magnificado el gran tsunami de Japón de 2011

tsunami de Japón de 2011

Una falla extensional se movió unos 60 metros hacia el mar

El 11 de marzo de 2011 un terremoto de magnitud 9 golpeó bajo el lecho marino de Japón, el terremoto más poderoso que golpeó al país en los tiempos modernos, y el cuarto más poderoso en el mundo desde que comenzó el mantenimiento de modernos registros.

Generó una serie de olas de tsunami que en algunos lugares alcanzaron una altura extraordinaria de 38 a 40 metros. Las olas devastaron gran parte de la populosa costa de Japón, causaron la fusión de tres reactores nucleares y mataron a cerca de 20.000 personas.

La causa obvia del tsunami: el terremoto ocurrió en una zona de subducción, donde la placa tectónica subyacente al Océano Pacífico se desliza bajo la placa continental contigua que sostiene a Japón y otras masas de tierra. Las placas habían estado en gran parte pegadas entre sí durante siglos, y la presión se acumuló. Finalmente, algo cedió.

Cientos de kilómetros cuadrados de fondo marino se tambalearon horizontalmente unos 50 metros y empujaron hacia arriba hasta 10 metros. Los científicos llaman a esto megaterremoto. Como una mano que se agita vigorosamente bajo el agua en una bañera, la sacudida se propagó a la superficie del mar y se tradujo en olas. Al acercarse a aguas costeras poco profundas, su energía se concentró y crecieron en altura. El resto es historia.

Pero los científicos se dieron cuenta pronto de que algo no cuadraba. Los tamaños de los tsunamis tienden a reflejar las magnitudes de los terremotos en una escala predecible. Este produjo olas tres o cuatro veces más grandes de lo esperado. Solo unos meses después, los científicos japoneses identificaron [PDF] otra falla altamente inusual a unas 30 millas más cerca de la costa que parecía haberse movido en conjunto con el megaterremoto. Esta falla, razonaron, podría haber magnificado el tsunami. Pero exactamente cómo se desarrolló allí, no podían decirlo.

Ahora, un nuevo estudio en la revista Nature Geoscience da una respuesta y una posible visión de otras áreas en riesgo de tsunamis descomunales.

Los autores del estudio, con sede en el Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia, examinaron una amplia variedad de datos recopilados por otros investigadores antes y después del terremoto. Esto incluía mapas topográficos del fondo marino, sedimentos de perforaciones submarinas y registros de choques sísmicos aparte del megaterremoto.

La poco usual falla en cuestión es la llamada falla extensional, una en la cual la corteza terrestre se separa en lugar de ser empujada. Después del megaterremoto, el área alrededor de la falla extensional se movió unos 60 metros hacia el mar, y se pudo ver una serie de escarpas de 3 a 5 metros de altura, lo que indica una repentina y poderosa ruptura.

El área alrededor de la falla extensional también era más cálida que el lecho marino circundante, lo que indica la fricción de un movimiento muy reciente; eso sugería que la falla extensional se había soltado cuando golpeó el megaterremoto. Esto a su vez habría aumentado el poder del tsunami.

De hecho, las fallas extensionales son comunes alrededor de las zonas de subducción, pero solo en las placas oceánicas, no en las continentales predominantes, donde se encontró esta. ¿Cómo llegó allí? Y, ¿podrían esas peligrosas características acechar en otras partes del mundo?

deslizamiento de placas submarinas en Japón

Imagen: El riesgo de tsunamis gigantes en Japón puede haber aumentado cuando el ángulo de una losa de corteza oceánica en declive disminuyó. Arriba: la corteza oceánica (derecha) se desliza debajo de la corteza continental en un ángulo pronunciado, causando fallas (líneas rojas) en los sedimentos del fondo marino amontonados detrás. Abajo: a medida que el ángulo baja, el estrés se transfiere a los sedimentos apilados sobre la corteza continental y allí se desarrollan fallas. Los puntos azules indican los terremotos resultantes. A la izquierda en ambas imágenes, el cambio en el ángulo también cambia la región donde se generan volcanes alimentados por magma, empujando las erupciones hacia el interior. (Adaptado de Oryan y Buck, Nature Geoscience 2020)

Los autores del nuevo artículo creen que la respuesta es el ángulo en el que la placa oceánica se sumerge bajo el continente. Dicen que ha estado disminuyendo gradualmente durante millones de años. "La mayoría de la gente diría que fue el megaterremoto lo que causó el tsunami, pero nosotros y algunos otros estamos diciendo que puede haber algo más en el trabajo", dijo Bar Oryan, estudiante de postdoctorado en Lamont, autor principal del artículo. "Lo nuevo aquí es que explicamos el mecanismo de cómo se desarrolló la falla".

Los investigadores dicen que hace mucho tiempo, la placa oceánica se movía hacia abajo en un ángulo más pronunciado y podía caer con bastante facilidad, sin alterar el fondo marino en la placa continental dominante. Cualquier falla extensional probablemente se limitó a la placa oceánica detrás de la fosa, la zona donde se unen las dos placas. Luego, comenzando hace unos 4 o 5 millones de años, parece que el ángulo de subducción comenzó a disminuir.

Como resultado, la placa oceánica comenzó a ejercer presión sobre los sedimentos sobre la placa continental. Esto empujó los sedimentos a una enorme y sutil joroba entre la zanja y la costa de Japón. Una vez que la joroba se hizo lo suficientemente grande y comprimida, seguramente se rompería, y eso fue probablemente lo que sucedió cuando el megaterremoto sacudió las cosas. Los investigadores utilizaron modelos de computadora para mostrar cómo los cambios a largo plazo en la inmersión de la placa podrían producir cambios importantes en la deformación a corto plazo durante un terremoto.

Hay múltiples líneas de evidencia. Por un lado, el material tomado de los pozos antes del terremoto muestra que los sedimentos habían sido exprimidos hacia arriba a mitad de camino entre la tierra y la fosa, mientras que los que estaban más cerca tanto de la tierra como de la fosa habían estado disminuyendo, de forma similar a lo que podría suceder si uno coloca un trozo de papel sobre una mesa y luego lo empuja lentamente desde los lados opuestos.

Además, las grabaciones de las réplicas en los seis meses posteriores al gran terremoto mostraron decenas de terremotos de tipo de falla extensional que alfombran el fondo marino sobre la placa continental. Esto sugiere que la gran falla extensional es solo la más obvia. La tensión se liberaba en todas partes en pequeños terremotos similares en las áreas circundantes, a medida que la joroba se relajaba.

Además, en tierra, Japón alberga numerosos volcanes dispuestos en un ordenado arco norte-sur. Estos son alimentados por el magma generado 50 o 60 millas hacia abajo, en la interfaz entre la losa de subducción y la placa continental. Durante los últimos 4 a 5 millones de años, este arco ha estado migrando hacia el oeste, lejos de la fosa. Dado que la generación de magma tiende a tener lugar a una profundidad bastante constante, esto se suma a la evidencia de que el ángulo de subducción se ha ido haciendo gradualmente más superficial, empujando la zona de generación de magma hacia el interior.

El geofísico y coautor de Lamont, Roger Buck, dijo que el estudio y los anteriores en los que se basa tienen implicaciones globales. "Si podemos ir y averiguar si el ángulo de subducción se mueve hacia arriba o hacia abajo, y ver si los sedimentos están experimentando este mismo tipo de deformación, podríamos estar mejor capacitados para decir dónde existe este tipo de riesgo", dijo. Los candidatos para dicha investigación incluirían áreas frente a Nicaragua, Alaska, Java y otras en las zonas de terremotos del Anillo de Fuego del Pacífico. "Estas son áreas que son importantes para millones de personas", dijo.

Artículo científico: Larger tsunamis from megathrust earthquakes where slab dip is reduced

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