Ciclo sísmico

La teoría del ciclo sísmico combina la hipótesis de acumulación de esfuerzos y la teoría del rebote elástico. ^{[ 1 ]} Un ciclo sísmico completo se puede dividir en periodos intersísmico, presísmico, cosísmico y postsísmico. ^{[ 1 ]} Durante el periodo intersísmico, se acumulan esfuerzos en una falla bloqueada debido al movimiento de las placas. ^{[ 2 ]} En el periodo presísmico, estos esfuerzos se aproximan al límite de ruptura y pueden ocurrir algunos precursores de terremotos. ^{[ 1 ]} Cuando estos esfuerzos finalmente superan el límite de ruptura, la falla comenzará a moverse y ambos lados rebotarán a sus posiciones anteriores, liberando sus esfuerzos acumulados mediante un terremoto. Durante el periodo postsísmico, la relajación de otras partes de la falla causada por la redistribución de esfuerzos puede causar deslizamiento posterior. ^{[ 1 ]} Debido a que el movimiento de las placas de la Tierra ejerce constantemente esfuerzos sobre las fallas, es probable que este ciclo se repita. ^{[ 2 ]}

El sencillo modelo de acoplamiento resorte-deslizador ayuda a explicar la recurrencia de los ciclos sísmicos. ^{[ 1 ]} La premisa es que un bloque estacionario en contacto con una superficie rugosa es arrastrado por un resorte que se estira a velocidad constante . Este proceso provoca que la tensión se acumule continuamente en el resorte. Una vez que la fuerza de arrastre supera el límite de fricción estática f(0) , el bloque se deslizará a lo largo de la superficie del suelo. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Suponiendo que la fricción cinemática es menor que la fricción estática, ^{[ 7 ]} el movimiento inicial del bloque es inestable, lo que equivale a una ruptura de falla. Una vez que el bloque se detiene en una nueva ubicación, la tensión comienza a acumularse de nuevo. Los sistemas acoplados de modelos resorte-deslizador han reproducido con éxito la ley de Gutenberg-Richter . ^{[ 7 ]}

Aunque los modelos simples de recurrencia de terremotos son totalmente predecibles, muchos factores del mundo real pueden alterar significativamente la duración del ciclo, incluyendo la acumulación desigual de esfuerzos, la resistencia de la corteza que varía con el tiempo y la migración de fluidos . ^{[ 2 ] [ 8 ]} Bajo diferentes condiciones, el esfuerzo puede liberarse a través de rupturas rápidas, deslizamientos lentos asísmicos o enjambres sísmicos . Comprender la irregularidad de estos diferentes tipos de deslizamiento es crucial para entender los ciclos sísmicos. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

Las mediciones geodésicas son herramientas importantes para verificar la acumulación de esfuerzos en la etapa intersísmica y la redistribución de esfuerzos en la etapa postsísmica en los ciclos sísmicos. Por ejemplo, los datos GPS recopilados en las últimas décadas han mostrado acumulaciones constantes de deformación para el sistema de fallas de San Andrés ^{[ 11 ]} y un levantamiento continuo de la superficie de la placa superior de la zona de subducción de Nankai causado por la acumulación de esfuerzos. ^{[ 1 ]} El análisis de la tasa de deslizamiento en el sistema de fallas de San Andrés meridional con la tecnología de radar interferométrico (InSAR) también sugiere que esta falla podría estar acercándose al final de su etapa intersísmica. ^{[ 12 ]} También se ha descubierto una cantidad significativa de deslizamiento lento asísmico y reptación durante el período intersísmico tanto en zonas de subducción como en fallas continentales a través de mediciones GPS e InSAR . ^{[ 8 ]}

Los estudios geológicos son otro método utilizado para descubrir recurrencias de terremotos antiguos. Los múltiples desplazamientos de los cauces de los arroyos a través de la falla de San Andrés en Wallace Creek en Carrizo Plain son la evidencia clásica de recurrencia de ruptura de falla. ^{[ 1 ] [ 4 ]} Una vez que ocurrió un terremoto, el arroyo a través de la falla se cortó, dejando el cauce desplazado abandonado, y se formó un nuevo cauce. Se ha descubierto un conjunto de cauces abandonados y se cree que son los restos de múltiples ciclos de terremotos antiguos. ^{[ 1 ]} El registro de sedimentos es otra pista clave para encontrar terremotos antiguos. Ejemplos son los registros de elevación costera de la punta Muroto cerca de la zona de subducción de Nankai , causados ​​por repetidos terremotos de megacorrimiento durante muchos siglos; registros de elevación costera y tsunamis cerca del margen de subducción de Hikurangi , causados ​​por 10 posibles terremotos de subducción en los últimos 7000 años; ^{[ 3 ]} y acumulación de sedimentos registrada por 24 terremotos sucesivos en la falla de deslizamiento horizontal Alpine en los últimos 8000 años. ^{[ 13 ]} También se han descubierto tres terremotos continentales repetidos en Mongolia en los últimos 50.000 años a partir de registros de desplazamiento y crecimiento de capas de sedimentos. ^{[ 14 ]}

La ley de fricción dependiente de la velocidad y el estado se aplica ampliamente en modelos de fallas dinámicas ^{[ 8 ] [ 10 ] [ 15 ]} e influye críticamente en las posibles características de deslizamiento de una falla. ^{[ 10 ] [ 16 ]} La ley de fricción dependiente de la velocidad y el estado supone que el coeficiente de fricción es una función tanto de la velocidad de deslizamiento (la velocidad) como de las condiciones del sistema (el estado). ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} En la ley de fricción dependiente de la velocidad y el estado, el coeficiente de fricción aumenta cuando la velocidad de deslizamiento aumenta abruptamente y luego disminuye gradualmente hasta alcanzar un nuevo valor estable. ^{[ 16 ]} La relación de fricción dependiente de la velocidad y el estado está influenciada por un conjunto de factores que incluyen la activación térmica, el área real de contacto (a escala atómica ) y los efectos de los enlaces moleculares . ^{[ 16 ] [ 19 ] [ 20 ]}

La modelización dinámica de fallas ayuda a explicar los mecanismos que impulsan los ciclos sísmicos. Basándose en la ley de fricción de velocidad y estado, se ha descubierto la transición de eventos de deslizamiento lento a terremotos de ruptura rápida relacionados con parámetros geométricos y elásticos de la zona de falla. ^{[ 10 ]} Un modelo cuasi-dinámico computacionalmente más rápido que simplifica las transferencias de tensión permite nuevos modelos que toman en consideración los efectos plásticos . ^{[ 15 ]} Sin embargo, la comparación de modelos cuasi-dinámicos con modelos totalmente dinámicos de los mismos sistemas muestra que el enfoque de modelización tiene impactos significativos en las características de deslizamiento del ciclo sísmico propuesto. ^{[ 21 ]}