La mappa sismica del Nord America rivela indizi geologici, pericoli sismici


Questa mappa di nuova generazione delle mappe di stress del Nord America comprende la prima vista dello stile di faglia in tutto il continente e più di 300 nuove misurazioni della direzione da cui si verifica la maggiore pressione nella crosta terrestre. Il colore di sfondo indica la magnitudine relativa dello stress, o faglia.

Come si formano le montagne? Quali forze sono necessarie per scavare una conca? Perché la Terra trema?

Gli scienziati della Terra perseguono queste domande fondamentali per comprendere meglio il profondo funzionamento del nostro pianeta nel passato e nel presente. Le loro scoperte ci aiutano anche a pianificare il futuro, preparandoci ai terremoti, determinando dove trivellare per il petrolio e il gas e altro ancora. Ora, in una nuova e più ampia mappa delle sollecitazioni tettoniche che agiscono sul Nord America, i ricercatori di Stanford presentano la più completa visione delle forze in gioco sotto la superficie terrestre.

I risultati, pubblicati su Nature Communications, hanno implicazioni per la comprensione e l’attenuazione dei problemi associati ai terremoti indotti dalla sismicità – causati dall’uomo – dal recupero non convenzionale di petrolio e gas, specialmente in Oklahoma, Texas e altre aree destinate all’esplorazione energetica. Ma pongono anche tutta una nuova serie di domande che i ricercatori sperano possano stimolare un’ampia gamma di studi di modellazione.

“Comprendere le forze della crosta terrestre è scienza fondamentale”, ha detto il coautore dello studio Mark Zoback, il Benjamin M. Page Professor di geofisica alla Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth). “In alcuni casi ha un’applicazione immediata, in altri può essere applicata decenni dopo a questioni pratiche che oggi non esistono”.

Prima sintesi continentale dei dati

La nuova ricerca fornisce la prima sintesi quantitativa delle faglie in tutto il continente, così come centinaia di misurazioni delle direzioni di sollecitazione di compressione – la direzione da cui si verifica la maggiore pressione nella crosta terrestre. La mappa è stata prodotta compilando misurazioni nuove e pubblicate in precedenza da pozzi di trivellazione, nonché inferenze su tipi o “stili” di faglie basate su terremoti avvenuti in passato.

I tre possibili stili di faglie includono la faglia estensiva, o faglia normale, in cui la crosta si estende orizzontalmente; la faglia a scorrimento, in cui la Terra scivola su se stessa, come nella faglia di San Andreas; e la faglia inversa, o spinta, in cui la Terra si muove su se stessa. Ognuno di essi provoca scosse molto diverse dal punto di vista del pericolo.

“Nelle nostre mappe dei pericoli in questo momento, nella maggior parte dei luoghi, non abbiamo prove dirette del tipo di meccanismi sismici che potrebbero verificarsi”, ha detto Jack Baker, un professore di ingegneria civile e ambientale che non è stato coinvolto nello studio. “E’ emozionante che siamo passati da questa cieca supposizione che tutto sia possibile ad alcune inferenze specifiche del luogo su quali tipi di terremoti potremmo aspettarci”.

Ingrandimento

Oltre a presentare una visione a livello continentale dei processi che governano la placca nordamericana, i dati – che incorpora quasi 2.000 orientamenti di stress, 300 dei quali sono nuovi per questo studio – offrono indizi regionali sul comportamento del sottosuolo.

“Se conosci un orientamento di qualsiasi faglia e lo stato di stress nelle vicinanze, sai quanto è probabile che fallisca e se dovresti preoccupartene in scenari sismici sia naturali che industriali”, ha detto l’autore principale Jens-Erik Lund Snee, Ph.D. ’20, ora postdoctoral fellow con l’United States Geological Survey (USGS) a Lakewood, Colorado. “Abbiamo dettagliato alcuni punti in cui i modelli geodinamici precedentemente pubblicati concordano molto bene con i nuovi dati, e altri in cui i modelli non concordano affatto”.

Negli Stati Uniti orientali, per esempio, lo stile di faglia rivelato dallo studio è esattamente l’opposto di quello che ci si aspetterebbe se la superficie “rimbalzasse” lentamente in seguito allo scioglimento delle calotte di ghiaccio che ricoprivano la maggior parte del Canada e del nord degli Stati Uniti circa 20.000 anni fa, secondo Lund Snee.

La scoperta che le sollecitazioni di rimbalzo sono molto inferiori a quelle già immagazzinate nella crosta dalla tettonica a placche farà avanzare la comprensione degli scienziati del potenziale sismico in quell’area.

Negli Stati Uniti occidentali, i ricercatori sono stati sorpresi di vedere cambiamenti nei tipi di sollecitazioni e negli orientamenti su brevi distanze, con importanti rotazioni che si verificano solo su decine di chilometri – una caratteristica che gli attuali modelli della dinamica terrestre non rivelano.

“È solo molto più chiaro ora come le sollecitazioni possano variare sistematicamente sulla scala di un bacino sedimentario in alcune aree”, ha detto Zoback. “Vediamo cose che non abbiamo mai visto prima e che richiedono una spiegazione geologica. Questo ci insegnerà cose nuove su come funziona la Terra”.

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