Cele două cutremure cu magnitudinea 6,4 și 7,1 care au lovit zona Ridgecrest din deșertul Mojave din California, la nord-est de Los Angeles, pe 4 și, respectiv, 5 iulie, au fost resimțite de până la 30 de milioane de oameni din California, Nevada, Arizona și Baja California, provocând pierderi de vieți omenești, răniți, pagube de miliarde de dolari și mulți nervi întinși. În timp ce locația îndepărtată a minimizat, fără îndoială, impactul, cutremurele au servit ca un semnal de alarmă pentru californienii mulțumiți de faptul că trăiesc în Țara Cutremurelor și că trebuie să se pregătească pentru inevitabilul „Big One” despre care oamenii de știință spun că va veni cu siguranță. De asemenea, au făcut ca oamenii să vorbească despre toate aspectele cutremurelor.
Există o mulțime de mituri despre cutremure. Unul comun este acela că există „vremea cutremurelor” – anumite tipuri de condiții meteorologice care preced de obicei cutremurele, cum ar fi cald și uscat, sau uscat și înnorat. Mitul provine de la filozoful grec Aristotel, care a propus în secolul al IV-lea î.Hr. că cutremurele sunt cauzate de vânturile captive care scapă din peșterile subterane. El credea că marile cantități de aer prinse în subteran ar face ca vremea de la suprafața Pământului de dinaintea unui cutremur să fie caldă și calmă.
Cu apariția seismologiei – studiul cutremurelor – știm acum că majoritatea cutremurelor sunt cauzate de procesele tectonice – forțe din interiorul Pământului solid care determină schimbări în structura scoarței terestre, în primul rând ruperea maselor de rocă subterane de-a lungul unor falii (zone liniare de slăbiciune). De asemenea, știm că majoritatea cutremurelor se produc mult sub suprafața Pământului, mult dincolo de influența temperaturilor și condițiilor de la suprafață. În cele din urmă, știm că distribuția statistică a cutremurelor este aproximativ egală în toate tipurile de condiții meteorologice. Mit spulberat.
De fapt, conform U.S. Geological Survey, singura corelație care a fost observată între cutremure și vreme este că s-a demonstrat că schimbările mari de presiune atmosferică cauzate de furtuni majore, cum ar fi uraganele, declanșează ocazional ceea ce se numește „cutremure lente”, care eliberează energie pe perioade relativ lungi de timp și nu au ca rezultat zguduirea solului așa cum fac cutremurele tradiționale. Ei notează că, deși astfel de schimbări mari de presiune joasă ar putea contribui potențial la declanșarea unui cutremur dăunător, „cifrele sunt mici și nu sunt semnificative din punct de vedere statistic.”
Dar cum rămâne cu clima? Există vreo legătură între fenomenele climatice și cutremure? L-am rugat pe geofizicianul Paul Lundgren de la Jet Propulsion Laboratory al NASA din Pasadena, California, să facă o scuturare științifică pe această temă.
Cântărirea consecințelor seismice ale apei
Pentru a face orice legătură între climă și cutremure, spune Lundgren, trebuie mai întâi să determinați ce tipuri de procese tectonice ar putea fi legate de fenomenele climatice. Oamenii de știință știu că cutremurele pot fi declanșate sau inhibate de schimbări în cantitatea de tensiune de pe o falie. Cea mai mare variabilă climatică care ar putea schimba sarcina de stres a faliei este apa de suprafață sub formă de ploaie și zăpadă. Lundgren spune că mai multe studii au susținut astfel de corelații. Dar există o capcană.
„În mod obișnuit, unde am văzut aceste tipuri de corelații este în cazul microseismicității – cutremure mici cu magnitudini mai mici de zero, mult mai mici decât pot simți oamenii”, a spus el. „Acestea apar destul de frecvent.”
Lundgren a citat lucrările colegului său Jean-Philippe Avouac de la Caltech și ale altora, care au găsit o corelație între cantitatea de microseismicitate din Himalaya și sezonul musonic anual. În timpul lunilor de vară, cantități mari de precipitații cad în Câmpia Indo-Gangetică, care înglobează regiunile nordice ale subcontinentului indian. Acest lucru mărește sarcinile de stres asupra scoarței terestre în această zonă și scade nivelul de microseismicitate în Himalaya adiacentă. În timpul sezonului secetos de iarnă, când există mai puțină încărcătură de apă pe crusta Pământului în câmpie, microseismicitatea din Himalaya atinge cote maxime.
Lundgren spune că devine mult mai dificil, totuși, să se facă astfel de deducții cu privire la cutremurele mai mari.
„Am văzut că schimbările relativ mici de stres datorate forțărilor de tip climatic pot afecta microseismicitatea”, a spus el. „O mulțime de fracturi mici din scoarța terestră sunt instabile. Vedem, de asemenea, că mareele pot provoca tremurături slabe ale Pământului, cunoscute sub numele de microseisme. Dar adevărata problemă este să luăm cunoștințele noastre despre microseismicitate și să le extindem pentru a le aplica la un cutremur mare, sau la un cutremur de orice dimensiune pe care oamenii l-ar putea simți, de fapt.” Modificările de stres legate de climă ar putea sau nu să favorizeze producerea unui cutremur, dar nu avem cum să știm cu cât de mult.
„Nu știm când o falie ar putea fi în punctul critic în care o forțare non-tectonică legată de un proces climatic ar putea fi picătura care sparge spinarea cămilei, ducând la un cutremur de mari dimensiuni, și de ce atunci și nu mai devreme?”, a spus el. „Pur și simplu nu suntem în acest moment în poziția de a spune că procesele climatice ar putea declanșa un cutremur de mari dimensiuni.”
Cum rămâne cu secetele?
Știm că efectele sezoniere pot provoca schimbări pe falii, dar ce ne facem cu fenomenele climatice mai puțin periodice, cum ar fi o secetă pe termen lung? Ar putea acestea să provoace și ele schimbări?
Se pare că, de fapt, schimbările în sarcinile de stres asupra scoarței terestre din perioadele de secetă pot fi semnificative. Cercetările efectuate în 2017 de către Donald Argus, cercetător la JPL, și alții, folosind date provenite de la o rețea de stații GPS de înaltă precizie din California, Oregon și Washington, au constatat că alternanța perioadelor de secetă și de precipitații abundente în Sierra Nevada între 2011 și 2017 a făcut ca, de fapt, lanțul muntos să se ridice cu aproape un centimetru și apoi să scadă cu jumătate din această cantitate, deoarece rocile muntoase au pierdut apă în timpul secetei și apoi au recuperat-o. Studiul nu a analizat în mod specific impactul potențial asupra faliilor, dar astfel de schimbări de stres ar putea fi potențial resimțite pe faliile din interiorul sau din apropierea lanțului.
În mod similar, s-a demonstrat că pomparea apei subterane din acviferele subterane de către oameni, care este exacerbată în perioadele de secetă, are, de asemenea, un impact asupra modelelor de sarcini de stres prin „neponderarea” scoarței terestre. Lundgren a menționat un studiu din 2014, publicat în revista Nature, realizat de Amos et al. care a analizat efectele extragerii apelor subterane din Valea Centrală din California asupra seismicității pe falia adiacentă San Andreas. Cercetătorii au descoperit că astfel de extrageri pot promova modificări laterale ale tensiunii pe cele două laturi ale faliei San Andreas, care se deplasează orizontal una față de cealaltă de-a lungul limitei a două plăci tectonice majore. Acest lucru ar putea, potențial, să le facă să se desprindă și să alunece, ceea ce ar putea duce la un cutremur.
„Astfel de tensiuni sunt mici, dar dacă aveți pomparea apelor subterane pe o perioadă lungă de timp, atunci acestea ar putea deveni mai semnificative”, a spus el. „Chiar dacă astfel de schimbări ar putea fi mici în comparație cu schimbările de tensiune cauzate de acumularea normală de tensiune pe o falie din cauza proceselor tectonice, ar putea grăbi apariția următorului mare cutremur pe San Andreas. În plus, deoarece cantitatea de alunecare pe o falie crește odată cu timpul dintre cutremure, acest lucru ar putea duce la cutremure mai frecvente, dar mai mici.”
Cu toate acestea, spune Lundgren, segmentul Fort Tejon al faliei San Andreas care este cel mai apropiat de Valea Centrală s-a rupt ultima dată în 1857, așa că, având în vedere natura neregulată a cutremurelor de-a lungul faliei și variabilitatea mare în timp între evenimente, cu nivelul nostru actual de cunoștințe, oamenii de știință sunt departe de a înțelege când și unde va avea loc următorul cutremur mare pe aceasta.
Foc și gheață: Glaciers and Tectonic Processes
Un alt fenomen legat de climă despre care se crede că are legături cu procesele tectonice este glaciațiunea. Retragerea unui ghețar poate reduce sarcinile de stres asupra scoarței terestre de dedesubt, având un impact asupra mișcării magmei subterane. Un studiu recent publicat în revista Geology privind activitatea vulcanică din Islanda între 4.500 și 5.500 de ani în urmă, când Pământul era mult mai rece decât în prezent, a descoperit o legătură între deglaciere și creșterea activității vulcanice. În schimb, atunci când acoperirea glaciară a crescut, erupțiile au scăzut.
S-a demonstrat, de asemenea, că mișcarea rapidă a ghețarilor provoacă ceea ce se numește cutremure glaciare. Cutremurele glaciare din Groenlanda ating frecvența maximă în lunile de vară și au crescut constant de-a lungul timpului, posibil ca răspuns la încălzirea globală.
Utilizările umane ale apei și seismicitatea indusă
În plus față de impactul apei asupra seismicității legat de climă, gestionarea și aplicațiile umane ale apei pot afecta, de asemenea, cutremurele prin intermediul unui fenomen cunoscut sub numele de seismicitate indusă.
De exemplu, apa depozitată în baraje mari a fost legată de activitatea seismică în diverse locații din întreaga lume, deși impactul este de natură localizată. În 1975, la aproximativ opt ani după ce lacul Oroville din nordul Californiei, al doilea cel mai mare rezervor construit de om din stat, a fost creat în spatele barajului Oroville, o serie de cutremure au avut loc în apropiere, cel mai mare înregistrând o magnitudine de 5,7 grade. La scurt timp după ce apa din rezervor a fost coborâtă la cel mai scăzut nivel de când a fost inițial umplută pentru a repara prizele de apă către centrala electrică a barajului și apoi umplută din nou, au avut loc cutremurele.
Diverse studii care au investigat cutremurele au ajuns la concluzia că fluctuațiile nivelului rezervorului și modificările corespunzătoare ale greutății rezervorului au modificat sarcinile de stres pe o falie locală, declanșând cutremurele. Monitorizarea activității cutremurătoare la rezervor în anii care au urmat cutremurelor a stabilit o corelație sezonieră între nivelul rezervorului și seismicitate. Seismicitatea scade pe măsură ce rezervorul se umple iarna și primăvara, iar cele mai mari cutremure tind să se producă pe măsură ce nivelul rezervorului scade vara și toamna.
Seismicitatea indusă poate apărea, de asemenea, atunci când aplicațiile umane de apă lubrifiază o falie. Studiile efectuate de USGS și de alte instituții au făcut legătura între creșterea bruscă a activității cutremurelor în Oklahoma și în alte state din Midwest și estul SUA în ultimii ani și creșterea practicii de injectare a apelor reziduale în sol în timpul operațiunilor petroliere. Puțurile de injecție plasează fluidele în subteran, în formațiuni geologice poroase, unde oamenii de știință cred că acestea pot intra uneori în falii îngropate care sunt gata să alunece, modificând presiunea poroasă de pe acestea și provocând alunecarea lor.
Getting the Big Picture of the Earth System’s Interconnectivity
Lundgren spune că atunci când a început să studieze cutremurele, totul se concentra pe înțelegerea acestora în contextul tectonicii plăcilor și al proceselor care se petrec în interiorul scoarței terestre. Dar acest lucru se schimbă acum.
„În ultimul deceniu sau cam așa ceva, odată cu adoptarea pe scară largă a noilor tehnologii, cum ar fi GPS, care au o distribuție spațială și o sensibilitate mai mare, oamenii au început să analizeze și alte efecte de ordinul doi – alți factori care ar putea avea o influență asupra cutremurelor”, a spus el. „Este foarte intrigant să poți găsi legături potențiale între cutremure și climă, cum ar fi diferențele sezoniere. Cu toate acestea, provocarea este de a pune în ecuație astfel de legături cu fizica fundamentală.
„Nu suntem aproape de a putea prezice când ar putea avea loc un cutremur ca urmare a proceselor climatice”, a concluzionat el. „Chiar dacă știm că un proces climatic exterior poate afecta un sistem de falii, deoarece nu cunoaștem potențiala stare de pregătire a faliei pentru a se rupe, nu putem face încă acea inferență suplimentară pentru a spune, ah ha, s-ar putea să am un cutremur o săptămână sau o lună mai târziu.”
Ceea ce subliniază aceste studii este complexitatea incredibilă a sistemului nostru terestru. Continuarea cercetărilor ne va ajuta să deslușim mai bine modul în care diferitele sale componente sunt interconectate, uneori în moduri surprinzătoare.
.