Las zonas de subducción son algunas de las áreas más sísmicamente activas del planeta. Los terremotos en estos sitios que se producen cerca de la superficie pueden ser devastadores, como el que afectó a Japón en 2011 provocando el desastre nuclear de Fukushima.
Pero también ocurren terremotos comúnmente en la corteza de subducción a medida que empuja muy por debajo de la superficie, a profundidades entre 70 y 300 kilómetros. Estos temblores, conocidos como terremotos de profundidad intermedia, tienden a ser menos perjudiciales, pero todavía pueden agitar edificios. Los sismos de profundidad intermedia han sido durante mucho tiempo un misterio para los geólogos.
"Son enigmáticos porque las presiones son tan altas a esa profundidad que se inhibe el proceso normal de fricción deslizante asociado a terremotos", ha explicado Greg Hirth, profesor de Ciencias de la Tierra, Ambientales y Planetarias en Brown. "Las fuerzas necesarias para hacer que las cosas se deslicen simplemente no están ahí", ha apuntado.
Pero a través de una serie de experimentos de laboratorio, Hirth y el investigador postdoctoral Keishi Okazaki han demostrado que a medida que el agua se escapa de un mineral llamado lawsonita a altas temperaturas y presiones, el mineral se vuelve propenso a la clase de rotura frágil necesaria para disparar un terremoto.
"Los experimentos de Keishi eran básicamente las primeras pruebas en condiciones adecuadas para que estos terremotos sucedan realmente en la tierra. Son realmente los primeros en mostrar una fuerte evidencia de esta fragilidad por deshidratación", ha señalado Hirth.
Los experimentos se realizaron en lo que se conoce como aparato de Grigg. Okazaki colocó muestras de lawsonita en un cilindro y lo calentó a través de la gama de temperaturas en las que el agua se vuelve inestable en lawsonita a altas presiones. Entonces, un pistón aumentó la presión hasta que el mineral comenzó a deformarse y un pequeño sismómetro fijado al aparato detectó agrietamiento repentino en el lawsonita, una señal consistente con frágil rotura.
EL MINERAL ANTIGORITA NO INFLUYE EN EL PROCESO
Okazaki realizó experimentos similares empleando un mineral diferente, la antigorita, que había sido previamente implicada como contribuyente a la sismicidad en profundidad intermedia. En contraste con la lawsonita, la antigorita se quebró más gradualmente, lo que sugiere que la antigorita no influye en estos sismos.
"Ésa es una de las cosas interesantes acerca de esto. Desde hace 50 años, todo el mundo ha asumido que esto es un proceso relacionado con la antigorita, a pesar de que no había mucha evidencia de ello. Ahora, tenemos buena evidencia experimental de este proceso de deshidratación que implica a la lawsonita", ha declarado el investigador.
Si lawsonita es de hecho responsable de los sismos de profundidad intermedia, explicaría por qué esos temblores son comunes en algunas zonas de subducción y no en otras. La formación de lawsonita requiere altas presiones y bajas temperaturas; se encuentra en las llamadas zonas de subducción "frías", en las que la corteza de subducción es mayor y, por tanto, la temperatura es más fresca.
Una de esas zonas frías se encuentra en el noroeste de Japón. Sin embargo, las condiciones en las zonas de subducción "calientes", como la zona de subducción de Cascadia frente a la costa del estado de Washington, en Estados Unidos, no son propicias a la formación de lawsonita.
"En las zonas de subducción calientes, tenemos muy pocos terremotos en la corteza de subducción porque no tenemos lawsonita. Por el contrario, en las zonas de subducción frías, tenemos lawsonita y obtenemos estos terremotos", ha indicado Okazaki.
Hirth cree que esta investigación podría ayudar a los científicos a entender mejor por qué ocurren los terremotos en diferentes lugares en distintas condiciones.