Cómo surgen los sismos y qué revelan los últimos estudios sobre los riesgos futuros

Investigaciones recientes han permitido descifrar con mayor precisión cómo la acumulación y liberación de energía en las fallas geológicas determina la aparición de sismos, un avance que mejora la capacidad de alerta sísmica y la evaluación del riesgo sísmico en regiones vulnerables.

Equipos científicos liderados por el profesor Armin Dielforder de la Universidad de Greifswald y el doctor Gian Maria Bocchini de la Universidad Ruhr de Bochum han demostrado que existe una relación física directa entre la energía liberada durante los terremotos y la resistencia de las rocas en la corteza terrestre, según destaca el comunicado de prensa emitido por la casa de altos estudios y detalla un estudio publicado en Nature.

El mecanismo de los sismos

Los sismos se producen cuando el estrés tectónico acumulado a lo largo de las fallas supera la resistencia de las rocas que las conforman. Este proceso ocurre porque las placas tectónicas se desplazan unas respecto a otras, generando una acumulación progresiva de tensión. Cuando la capacidad de las rocas para soportar esa carga se ve sobrepasada, la energía almacenada se libera de forma repentina en forma de un terremoto.

Hasta ahora, resultaba difícil cuantificar cuánta tensión se acumulaba antes de un sismo y si las rocas más resistentes liberaban necesariamente más energía al romperse. Sin embargo, los nuevos hallazgos ofrecen una base física para comprender la relación entre la liberación de estrés durante los terremotos y la fortaleza de las fallas, como explica Bocchini en el comunicado de prensa: “Nuestros resultados proporcionan una base física para la relación entre la liberación de estrés durante los terremotos y la resistencia de las fallas”.

El análisis de datos sísmicos en el noreste de Japón, especialmente en las zonas de Iwaki y Sendai tras el terremoto de Tohoku-Oki de 2011, ha permitido observar que la cantidad de energía liberada —medida como “liberación de estrés” o stress drop— aumenta con la profundidad a la que ocurre el sismo.

Según Nature, los valores de liberación de estrés muestran una clara dependencia con la profundidad dentro de los primeros 60 kilómetros de la litosfera de la región estudiada, incrementándose aproximadamente 0,8 MPa (Megapascal) por cada 10 kilómetros de profundidad. Este patrón se atribuye a que la resistencia de las rocas es mayor a mayores profundidades, lo que implica que las fallas más profundas pueden acumular y liberar más energía cuando fallan.

Correlación entre energía y resistencia

El estudio también revela que la liberación de estrés está correlacionada con el máximo esfuerzo cortante (τmax) que las rocas pueden soportar antes de romperse. Los modelos numéricos desarrollados para la región japonesa muestran que las fallas más fuertes resisten mayores niveles de estrés y, en consecuencia, liberan más energía durante un sismo.

Así, la energía liberada en un terremoto es proporcional a la resistencia de la falla, lo que permite utilizar las mediciones sísmicas para inferir la fortaleza relativa de la corteza terrestre en distintas áreas, una tarea que hasta ahora resultaba muy compleja.

Para alcanzar estas conclusiones, los equipos de investigación analizaron más de una década de datos sísmicos registrados por una densa red de sismómetros de perforación en el noreste de Japón, una de las regiones más monitoreadas del mundo en términos sísmicos.

Según Nature, se recopilaron y procesaron más de 10.000 estimaciones de liberación de estrés de sismos ocurridos entre 2011 y 2021, utilizando métodos avanzados de análisis espectral y modelos numéricos de elementos finitos para estimar el máximo esfuerzo cortante en la litosfera. El uso de diferentes técnicas de estimación y rigurosos controles de calidad permitió reducir la incertidumbre y confirmar la robustez de la correlación entre la liberación de estrés, la profundidad y la resistencia de las fallas.

Impacto en la gestión sísmica y nuevas perspectivas

Los modelos numéricos empleados consideran tanto el relieve topográfico como las fuerzas tectónicas que actúan sobre la placa superior en la zona de subducción, lo que permite calcular el estado de esfuerzo total en la corteza y el manto superior. Esta aproximación ha sido clave para comparar los valores observados de liberación de estrés con las estimaciones teóricas de resistencia de las fallas, validando la hipótesis de que la fortaleza de las fallas aumenta con la profundidad y que la energía liberada en los sismos refleja esa variación.

Los hallazgos tienen un impacto directo en la capacidad de anticipar y gestionar el riesgo sísmico. Según los científicos, la posibilidad de estimar la resistencia relativa de la corteza terrestre a partir de mediciones sísmicas abre nuevas vías para mejorar los sistemas de alerta temprana y la evaluación del peligro sísmico en regiones expuestas.

Al comprender mejor cómo y por qué se producen los terremotos, los científicos pueden afinar los modelos de predicción y ofrecer información más precisa a las autoridades y a la población sobre la probabilidad y el potencial destructivo de futuros sismos.

Además, la investigación aclara discrepancias previas en la literatura científica sobre la relación entre la profundidad de los sismos y la energía liberada, gracias al uso de datos robustos y métodos de análisis avanzados. Esto contribuye a una comprensión más precisa de los procesos físicos que gobiernan la nucleación y propagación de los terremotos, un conocimiento esencial para la gestión del riesgo en zonas sísmicamente activas.

Un aspecto destacado de los resultados es la estabilidad observada en los valores de liberación de estrés durante la década posterior al gran terremoto de Tohoku-Oki. Los autores destacan que los valores de resistencia de las fallas se han mantenido prácticamente constantes en ese periodo, lo que sugiere que la fortaleza de las fallas activas no ha cambiado significativamente pese a la ocurrencia de réplicas y procesos de relajación post-sísmica. “La resistencia de las fallas parece permanecer constante a lo largo del tiempo, lo que podría contribuir a la comprensión de las secuencias de réplicas”, aseguró Dielforder.

Esta constancia implica que los procesos de recarga y liberación de energía en la corteza terrestre siguen patrones predecibles, lo que refuerza la utilidad de los modelos actuales para anticipar la evolución del riesgo sísmico tras un gran terremoto.

En conjunto, estos avances sientan las bases para modelar con mayor precisión las propiedades mecánicas de la corteza terrestre y profundizar en el entendimiento de los procesos que originan los terremotos, lo que a largo plazo permitirá perfeccionar la evaluación del riesgo sísmico y fortalecer la preparación ante futuros eventos.