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Articulo de referencia

Proyecto de perforación rápida de trincheras en Japón

El Proyecto de Perforación Rápida de la Fosa de Japón (JFAST) fue una expedición científica de respuesta rápida que perforó pozos en el lecho marino a través de la zona de falla...

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El Proyecto de Perforación Rápida de la Fosa de Japón (JFAST) fue una expedición científica de respuesta rápida que perforó pozos en el lecho marino a través de la zona de falla del terremoto de Tohoku de 2011. JFAST recopiló datos importantes sobre el mecanismo de ruptura y las propiedades físicas de la falla que causó el enorme terremoto y tsunami que devastó gran parte del noreste de Japón . [ 1 ] [ 2 ]

Fondo

El terremoto de Tohoku-oki de 2011 , con una magnitud de momento de 9.0, fue el más grande en la historia de Japón y dañó gravemente las regiones del noreste de Honshu , con más de 15 000 muertos y pérdidas económicas de entre 200 y 300 mil millones de dólares estadounidenses. [ 3 ] Debido al enorme impacto social, existía una urgencia entre los científicos por responder con información y resultados de investigación para explicar el desastroso evento. Poco después del terremoto, los investigadores del Programa Integrado de Perforación Oceánica (IODP) comenzaron a planificar el Proyecto de Perforación Rápida de la Fosa de Japón (JFAST) para investigar el terremoto con perforaciones en el fondo oceánico hasta la falla del límite de placas . [ 4 ] [ 5 ]

Este ambicioso proyecto perforó pozos a través de la falla que se deslizó durante el terremoto para comprender el enorme deslizamiento sin precedentes (de 40 a 60 metros) [ 6 ] que ocurrió en la porción superficial de la falla de megacorrimiento y fue la fuente principal del gran tsunami que devastó gran parte de la costa del noreste de Honshu. Hubo mucho interés público en este proyecto científico de alto perfil con considerable cobertura de los medios japoneses [ 7 ] [ 8 ] e ingleses [ 9 ] sobre las operaciones [ 4 ] [ 10 ] y los resultados [ 1 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ].

Los objetivos científicos específicos [ 14 ] incluyeron:

  • Estimación del estado de tensión (mecánica) en la región de la falla superficial a partir de los desprendimientos de pozos.
  • Se extrajo una muestra del núcleo de la zona de falla del límite de placas para observar las estructuras geológicas y medir las propiedades físicas de la zona. Antes de este proyecto, nadie había visto directamente una zona de falla que se hubiera desplazado decenas de metros recientemente a causa de un terremoto.
  • Medición de la temperatura a lo largo de la zona de falla para estimar el nivel de fricción dinámica durante el terremoto. Estas observaciones térmicas debían realizarse rápidamente después del sismo, lo que constituyó la principal razón de la rápida movilización del JFAST.

El emplazamiento para la perforación en alta mar estaba situado a unos 220  km al este de Sendai , en la región donde se produjo un gran deslizamiento de falla durante el terremoto cerca de la Fosa de Japón .

Operaciones de perforación en aguas profundas

El D/V Chikyu , operado por la Agencia Japonesa para la Ciencia y Tecnología Marina y Terrestre (JAMSTEC), zarpó en la Expedición 343 del IODP desde el puerto de Shimizu, Shizuoka , el 1 de abril de 2012, trece meses después del terremoto. El Chikyu es el único buque de investigación con la capacidad necesaria para perforar en aguas muy profundas, a más de 6900 metros. Se programaron dos meses de operaciones, del 1 de abril al 24 de mayo de 2012, para perforar varios pozos con el fin de realizar registros geofísicos durante la perforación (LWD), instalar sensores de temperatura y recuperar muestras de núcleos. Las extremas profundidades del agua plantearon numerosos desafíos técnicos que debían considerarse, como la resistencia de la larga sarta de tuberías, la manipulación a bordo de las secciones de tubería y el funcionamiento de los instrumentos a muy alta presión de agua. Estos aspectos requirieron una planificación minuciosa y nuevas herramientas a bordo. Varios equipos no se habían utilizado previamente en aguas tan profundas, lo que causó muchos problemas y retrasos durante el primer mes en el mar. [ 14 ] Finalmente, se superaron difíciles problemas de ingeniería, lo que permitió la recuperación del núcleo del pozo y la instalación de un observatorio de temperatura a través de la zona de falla a una profundidad de aproximadamente 820 metros bajo el lecho marino. Se establecieron nuevos récords para la perforación científica, incluyendo la sarta de perforación más larga (7740 m) desde la superficie del océano y el núcleo más profundo desde la superficie del océano (7752 m). [ 10 ] [ 14 ]

Debido a retrasos por dificultades técnicas y mal tiempo, el observatorio de temperatura no pudo desplegarse durante la expedición principal. Sin embargo, durante la expedición suplementaria 343T, del 5 al 19 de julio, se perforó rápidamente un nuevo pozo y se instalaron los sensores de temperatura [ 10 ].

La recuperación de los datos de temperatura estaba programada para la expedición KR13-04, del 11 al 20 de febrero de 2013, utilizando el buque de investigación JAMSTEC R/V Kairei y el vehículo submarino operado remotamente (ROV) Kaiko -7000II. El Kaiko-7000II es uno de los pocos vehículos capaces de operar a 7000 metros de profundidad. Debido a las inclemencias del tiempo y a problemas de navegación, no fue posible recuperar los instrumentos en ese momento. Sin embargo, durante la expedición posterior, KR13-08, del 21 de abril al 9 de mayo de 2013, los instrumentos de temperatura se recuperaron con éxito el 26 de abril.

Resultados científicos

tensión en el pozo

Las fracturas en la pared del pozo (roturas del pozo) se utilizaron para estimar el campo de esfuerzos en la región cercana a la zona de falla. Estas fracturas se pueden observar en los registros de resistividad de la pared obtenidos a partir de los datos LWD. A partir de las orientaciones y anchos de las grietas de las fracturas, se puede calcular la dirección y magnitud del esfuerzo. Los resultados de estos análisis muestran que la región cambió de un régimen de falla inversa antes del terremoto a un régimen de falla normal después del terremoto. El esfuerzo horizontal se volvió cercano a cero, lo que indica que casi todo el esfuerzo se liberó durante el terremoto. [ 15 ] Esto confirma sugerencias previas de que el terremoto tuvo una caída de esfuerzo completa, lo cual es diferente de la mayoría de los otros grandes terremotos.

Zona de falla

A partir de las muestras de núcleo, los datos de la estructura geológica y las mediciones de las propiedades físicas, se identificó una única zona de falla de límite de placa con un alto grado de confianza a una profundidad de aproximadamente 820 metros bajo el lecho marino. [ 16 ] La falla se localiza en una capa delgada de arcillas pelágicas altamente deformadas. No se recuperó la sección completa de la zona de falla, pero a partir de la cantidad de secciones recuperadas y no recuperadas, se determinó que el ancho total de la zona de falla es menor a 5 metros. Esta es una falla de límite de placa considerablemente más simple y delgada que las observadas en otras ubicaciones, [ 16 ] como la Fosa de Nankai . Es posible que no se haya recuperado la superficie de deslizamiento real para el terremoto de 2011, pero se supone que las estructuras y las propiedades físicas del núcleo son representativas de toda la zona de falla.

Fricción de falla

Uno de los principales objetivos de JFAST fue estimar el nivel de fricción en la falla durante el terremoto. Para determinar la resistencia a la fricción, se realizaron experimentos de laboratorio de alta velocidad en muestras de la zona de falla del límite de placas. La resistencia al esfuerzo cortante medida para condiciones permeables e impermeables arrojó valores de 1,32 y 0,22 MPa, respectivamente, con valores equivalentes para el coeficiente de fricción de 0,19 y 0,03, respectivamente. [ 17 ] Estos resultados muestran que la falla se deslizó con niveles de fricción muy bajos, inferiores a los observados en otras zonas de subducción, como la Fosa de Nankai. La muy baja resistencia a la fricción del material de la zona de falla de la Fosa de Japón es mucho menor que la observada típicamente para otros tipos de rocas. Las bajas propiedades de fricción se deben en gran medida al alto contenido del mineral arcilloso esmectita. [ 17 ] El examen de las microestructuras en las muestras de laboratorio sugiere que los fluidos son importantes en el proceso de fallamiento y contribuyen a las bajas propiedades de fricción, posiblemente a través de la presurización térmica. [ 17 ]

Las mediciones de temperatura también se diseñaron para estimar el calor de fricción en la falla midiendo la anomalía térmica en la zona de falla. Se observó claramente una señal de temperatura en los datos aproximadamente 4 meses después de la instalación del instrumento, es decir, 18 meses después del terremoto. En ese momento, la temperatura en la zona de falla era aproximadamente 0,3  °C por encima del gradiente geotérmico. [ 18 ] Esto se interpreta como la representación del calor de fricción producido en el momento del terremoto. Los análisis de estos datos mostraron que el coeficiente de fricción en la falla en el momento del terremoto era de aproximadamente 0,08 y la tensión cortante promedio en la falla se estimó en 0,54 MPa. [ 18 ] Las mediciones de temperatura dan resultados independientes y similares a los experimentos de fricción de laboratorio, y confirman las propiedades de fricción muy bajas de la falla. Es probable que las propiedades de fricción bajas hayan contribuido al gran deslizamiento durante el terremoto.

Resumen

JFAST se considera una respuesta científica rápida y exitosa [ 1 ] a un evento de peligro natural que tuvo un gran impacto social. Se superaron los desafíos técnicos asociados con la perforación en aguas muy profundas de aproximadamente 6900 metros [ 10 ] , lo que permitió mediciones de tensión en el pozo, recuperación de valiosas muestras de núcleos de la zona de falla del límite de placa y recopilación de mediciones de temperatura únicas. Los resultados de las investigaciones científicas muestran que el enorme deslizamiento durante el terremoto de Tohoku de 2011 ocurrió en una zona de falla simple y delgada compuesta de sedimentos pelágicos con un alto contenido de esmectita . [ 11 ] Tanto los experimentos de laboratorio sobre el material de la zona de falla como las mediciones de temperatura a través de la zona de falla muestran que el nivel de fricción fue muy bajo durante el terremoto. [ 11 ] La zona de falla localizada, las bajas propiedades de fricción de su material y la caída completa de tensión durante el terremoto son características importantes que probablemente contribuyeron al enorme deslizamiento durante el terremoto.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 Smithsonian.com La falla que causó el terremoto de Japón de 2011 es delgada y resbaladiza , 5 de diciembre de 2013
  2. ↑ Christian Science Monitor El monstruoso terremoto de Japón: ¿Tienen los científicos la clave para descifrar futuros temblores?, 6 de diciembre de 2013
  3. ↑ "Zhang, Los 5 desastres naturales más costosos de la historia, AccuWeather.com, 30 de marzo de 2011" . Archivado del original el 3 de marzo de 2016. Consultado el 6 de noviembre de 2014 .
  4. 1 2 Nature News, http://www.nature.com/news/2011/111031/full/479016a.html Buque perforador explorará la zona del terremoto en Japón, 31 de octubre de 2011
  5. ↑ phys.org, Chikyu zarpará para la expedición del IODP: proyecto de perforación rápida de trincheras en Japón , 9 de marzo de 2012
  6. ↑ Fujiwara et al., El terremoto de Tohoku-Oki de 2011: el desplazamiento alcanza el eje de la fosa, Science, 1240. doi: 10.1126/science.1211554, 2011
  7. ↑ Noticias de Nippon Broadcasting System TV, Japón, noticia del 14 de abril de 2012
  8. ↑ Noticiero 23 de Tokyo Broadcasting System Television , reportaje del 3 de mayo de 2012 (en japonés)
  9. ↑ Reportaje especialde Discovery Channel Daily Planet (serie de televisión) del 9 de marzo de 2012
  10. 1 2 3 4 phys.org, Nuevo observatorio del subsuelo marino comienza a medir el calentamiento por fricción del terremoto de Tohoku, Japón, de 2011 , 23 de julio de 2012.
  11. 1 2 3 livescience, Arcilla resbaladiza en la falla del terremoto de Japón de 2011 , 5 de diciembre de 2013
  12. ↑ redOrbit Nuevo informe destaca el cambio de tensión durante el terremoto de Tohoku-Oki de 2011 , 8 de febrero de 2013,
  13. ↑ Liberty Voice : Arcilla resbaladiza explica el misterio del terremoto y tsunami de Tohoku-Oki , 6 de diciembre de 2013
  14. 1 2 3 Mori et al., Investigación del enorme tsunami del terremoto de Tōhoku-Oki de 2011 en Japón mediante perforaciones en el fondo marino hasta la zona de falla, Oceanografía 27, 132–137, 2014
  15. ↑ Lin et al., Estado de tensión en la zona de mayor desplazamiento del terremoto de Tohoku-Oki de 2011, Science 339, 687-690, 2013
  16. 1 2 Chester et al., Estructura y composición de la zona de deslizamiento del límite de placas para el terremoto de Tohoku-oki de 2011 Science 342, 1208-1211, 2013
  17. 1 2 3 Ujiie et al., Baja tensión de corte cosísmica en el megacabalgamiento de Tohoku determinada a partir de experimentos de laboratorio, Science 342, 1211-1214, 2013
  18. 1 2 Fulton et al., Baja fricción cosísmica en la falla de Tohoku-oki determinada a partir de mediciones de temperatura, Science 342, 1215-1217, 2013

Cobertura mediática

  • Scientific American, Buque perforador investigará la zona de falla que causó el terremoto de Fukushima , 31 de octubre de 2011.
  • Discovery Channel, Daily Planet Archivado el 2012-08-20 en Wayback Machine Artículo destacado del 9 de marzo de 2012.
  • Noticiero de la cadena NHK TV, Japón, del 14 de abril de 2012 (en japonés).
  • El noticiero TBS TV News 23 de Japón emitió un reportaje el 3 de mayo de 2012 (en japonés).
  • Otago Daily Times , Nueva Zelanda, Investigadores perforan profundamente una falla , 2 de mayo de 2012
  • Programa de televisión de 30 minutos de NHK TV Science Zero sobre JFAST, 17 de junio de 2012 (en japonés).
  • phys.org , Nuevo informe esclarece los cambios de tensión durante el terremoto de Tohoku-Oki de 2011 , 7 de febrero de 2013
  • Física Hoy , Científicos excavan profundamente en la falla de Tohoku para descifrar los secretos del terremoto , agosto de 2013.
  • Christian Science Monitor, Cómo la arcilla resbaladiza ayudó al megatsunami de Japón de 2011 , 6 de diciembre de 2013.
  • Sitio web de JFAST
  • IODP