Un extraño enjambre de terremotos duró años: científicos descubren la razón

A principios de 2016 se desató un enjambre de pequeños temblores en el sur de California. No hubo sismos a diario y la mayoría eran de una intensidad demasiado baja para que los humanos los sintieran, pero los temblores siguieron multiplicándose y retumbando con el paso de los meses. Para la primavera de 2018, se producían miles de pequeños terremotos cada mes, algunos lo bastante intensos para mover lámparas e inquietar a los residentes de localidades cercanas. En los cuatro últimos años se han registrado más de 22 000. Sin embargo, hasta ahora la fuente de esta actividad era un misterio.

Ahora, gracias a imágenes en alta resolución de este enjambre sísmico, los expertos han detectado la causa probable. Los resultados podrían ayudar a geólogos de todo el mundo a desentrañar la física subyacente de terremotos grandes y pequeños. En última instancia, un trabajo similar podría mejorar la vigilancia sísmica en tiempo real.

Para el análisis se utilizó un algoritmo informático que descifró las ubicaciones y el momento de los temblores y creó un retrato detalladísimo de la actividad del enjambre a medida que se extendía a lo largo de una red de fracturas. Esta imagen de la progresión del enjambre sugiere que el cúmulo de sismos se debió a la inyección natural de fluidos en un sistema de fallas. El trabajo apunta a que los fluidos podrían estar implicados en otros enjambres detectados en el resto del mundo y el método empleado podría ser de utilidad para mejorar los análisis sísmicos globales.

"El nivel de detalle es asombroso. Este tipo de trabajo es puntero y es el futuro de la ciencia", afirma la sismóloga Elizabeth Vanacore, de la Red Sísmica de Puerto Rico en la Universidad de Puerto Rico en Mayagüez, que no formó parte del equipo del estudio.

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Cómo detectar un enjambre de terremotos

Antes se creía que a lo largo de una falla las fisuras de la corteza terrestre eran estructuras simples, pero "en realidad las zonas de falla son lugares muy complejos", afirma Emily Roland, sismóloga marina de la Universidad de Washington que no formó parte del equipo del estudio. Algunas fallas pueden plegarse, mientras que otras se entrecruzan en el subsuelo. Las fracturas analizadas en el estudio entretejen un laberinto subterráneo que abarca varios kilómetros.

El enjambre sísmico que reveló esta estructura intrincada pasó inadvertido hasta 2017, cuando un correo electrónico de un ciudadano curioso acabó en la bandeja de entrada de la Red Sísmica del Sur de California. Aquel correo solicitaba información sobre un cúmulo de sismos de poca intensidad en una franja del estado escasamente poblada.

Un examen superficial de la región no reveló nada extraordinario, cuenta Zachary Ross, geofísico del Instituto Tecnológico de California que dirigió el estudio, publicado el 18 de junio en la revista Science. La zona, ubicada a unos 16 kilómetros de la activa falla de San Jacinto, suele experimentar temblores de muy poca intensidad. Pero al profundizar en el historial sísmico de la región, los investigadores se percataron de que el autor del correo había dado con algo interesante: casi un año antes, en 2016, un enjambre de sismos de poca intensidad había atravesado el límite de la reserva india Cahuilla.

Estos enjambres de pequeños terremotos difieren de los grandes terremotos, que acostumbran a seguir un patrón familiar: un fenómeno intenso, el sismo principal, va seguido de una serie de réplicas cuya magnitud y frecuencia van disminuyendo a lo largo de un periodo de tiempo predecible.

Los enjambres sísmicos son otro tipo de bestia geológica. El progreso de estos fenómenos no tiene mucho ton ni son y a veces constan de cientos de miles de terremotos pequeños o moderados, pero de intensidad similar. La mayoría de los enjambres adoptan la forma de una ráfaga de sismos que dura horas, días o incluso meses. Vanacore explica que, en Puerto Rico, donde los enjambres son muy habituales, las ráfagas suelen durar entre 36 y 48 horas.

Aunque muchos enjambres se asocian a los volcanes activos, otros se producen en paisajes alejados de cualquier tipo de actividad. El potencial destructivo de estos fenómenos varía mucho. El enjambre de Cahuilla produjo sismos desde principios de 2016 hasta el año pasado, pero todos los temblores fueron ínfimos y no provocaron daños considerables en cuatro años.

"Cómo y cuándo empiezan son cuestiones de debate", afirma Abhijit Ghosh, sismólogo de la Universidad de California en Riverside que no participó en el estudio.

Para investigar estos fenómenos en detalle, se necesitaba una forma de observar los pequeños temblores en las páginas y páginas de datos sísmicos. En los últimos años, Ross y sus colegas han trabajado en el desarrollo de nuevos métodos de detección y supervisión de terremotos aprovechando el aprendizaje automático. Al introducir datos sísmicos etiquetados por expertos humanos en los algoritmos de una red neuronal, la máquina aprendió a reconocer terremotos de poca intensidad en el amasijo de garabatos de los sismómetros.

"Decidimos aplicarlo al conjunto de datos [del enjambre de Cahuilla]", cuenta Ross.

El laberinto subterráneo

El resultado de la labor del equipo es una imagen muy compleja del desarrollo del enjambre de Cahuilla. Los investigadores concluyen que había un embolsamiento de fluido —como agua o dióxido de carbono líquido— justo debajo de la estructura de falla. Durante años, el fluido estuvo aislado del sistema de falla, pero en 2016 algo rompió la barrera de roca. Se inyectó fluido en la falla, lo que alteró las presiones del sistema y lubricó las grietas, desencadenando los primeros sismos del enjambre a unos ocho kilómetros de profundidad.

En los meses siguientes, el enjambre fue migrando poco a poco hacia la superficie y hacia fuera desde su estrecho punto de partida. Un frente de sismos radial se extendió a lo largo de fracturas subterráneas en la roca, precisamente la forma en que se extiende un fluido. Algunas de las rutas sísmicas acabaron agotándose, quizá cuando los fluidos llegaron al final de una grieta. En otros casos, los sismos parecían detenerse en una frontera y migraban hacia los lados antes de recuperar su trayectoria, como un río que fluye alrededor de una roca.

En agosto de 2018, casi tres años después del comienzo del enjambre, un bloqueo particularmente robusto pareció demorar el avance ascendente del fluido. Los sismos dieron un giro antes de hallar una nueva ruta para seguir extendiéndose hacia la superficie. Fue entonces cuando el flujo desencadenó el terremoto más intenso registrado en el enjambre: un fenómeno de magnitud 4.4 que podría haberse sentido en el suelo suprayacente. El temblor supuso "un gran golpe para el sistema", señala Ross, ya que desencadenó un pico de sismos de menor intensidad en un último estallido de energía antes de extinguirse.

En total, el estudio ofrece la conclusión convincente de que se introdujeron fluidos en una zona de falla y desencadenaron una serie de temblores que duró cuatro años en las rocas del subsuelo del sur de California. Es posible que las inyecciones de fluido similares causen muchos enjambres en otras partes del mundo, aunque es probable que exista más de una causa de estos cúmulos sísmicos.

"Cada enjambre y cada zona tienen sus peculiaridades, su propia identidad", afirma Vanacore. Por ejemplo, los enjambres de Puerto Rico retumban a gran profundidad, relativamente, y podrían deberse a un desgarro en una placa tectónica que se hunde bajo tierra.

El estudio también muestra cómo el aprendizaje automático puede ser de gran ayuda para obtener un panorama detallado de los reinos subterráneos de nuestro planeta. Cada terremoto es como un punto en el cuadro de un pintor impresionista. Si solo se estudian los grandes terremotos, solo veremos un puñado de manchas. Pero si también se examinan los sismos de poca intensidad, empieza a aparecer un retrato completo de la compleja física que rige las vibraciones y estremecimientos de nuestro planeta.