Las Montañas de Santa Cruz definen la geografía del Área de la Bahía al sur de San Francisco, protegiendo la península de la capa marina fría del Océano Pacífico y formando los notorios microclimas de la región. El rango también representa los peligros de vivir en Silicon Valley: terremotos a lo largo de la falla de San Andreas.
En ráfagas que duran de segundos a minutos, los terremotos han movido la superficie de la región metros a la vez. Pero los investigadores nunca han podido reconciliar la liberación rápida del estrés de la Tierra y la flexión de la corteza terrestre durante años con la formación de cadenas montañosas durante millones de años. Ahora, al combinar datos geológicos, geofísicos, geoquímicos y satelitales, los geólogos han creado un modelo tectónico 3D que resuelve estas escalas de tiempo.
La investigación, que aparece en Avances de la ciencia El 25 de febrero revela que se forman más montañas en el período entre grandes terremotos a lo largo de la falla de San Andrés, en lugar de durante los terremotos mismos. Los hallazgos pueden usarse para mejorar los mapas locales de riesgo sísmico.
«Este proyecto se centró en vincular los movimientos del suelo asociados con los terremotos con el levantamiento de las cadenas montañosas durante millones de años para pintar una imagen completa de cómo podría ser realmente el peligro en el Área de la Bahía», dijo el autor principal del estudio, Curtis Baden, estudiante de doctorado. en ciencias geológicas en la Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de la Universidad de Stanford (Stanford Earth).
doblando y rompiendo
Los geólogos estiman que las montañas de Santa Cruz comenzaron a elevarse desde el nivel del mar hace unos cuatro millones de años, formándose como resultado de la compresión alrededor de una curva en la falla de San Andrés. La falla marca el límite entre la Placa del Pacífico y la Placa de América del Norte, que se desplazan horizontalmente en un movimiento de deslizamiento.
Las mediciones de deformación (cambios en las formas de las rocas) han demostrado que la superficie de la Tierra se deforma y se estira alrededor de la falla de San Andrés durante y entre terremotos, y se comporta como una banda elástica durante segundos, años e incluso décadas. Pero ese enfoque clásico no puede alinearse con los datos de observación geológica porque no permite que las rocas cedan o se rompan por el estrés de la deformación y el estiramiento, como lo harían eventualmente en la naturaleza, un efecto que se ha observado en las cadenas montañosas de la Tierra.
«Si intentas tratar a la Tierra como una banda elástica y la empujas demasiado hacia adelante, vas a exceder su fuerza y ya no se comportará como un elástico, comenzará a ceder, comenzará a romperse», dijo el autor principal del estudio, George Hilley, profesor de ciencias geológicas en Stanford Earth. «Ese efecto de ruptura es común a casi todos los límites de las placas, pero rara vez se aborda de una manera consistente que le permita pasar de los terremotos a los efectos a largo plazo».
Simplemente permitiendo que las rocas se rompan en su modelo, los autores del estudio han iluminado cómo los movimientos del suelo relacionados con los terremotos y los movimientos del suelo entre terremotos construyen montañas durante millones de años. Los resultados fueron sorprendentes: si bien la comunidad de geociencias concibe los terremotos como los principales impulsores de los procesos de formación de montañas, la simulación mostró que la mayor parte del levantamiento se produjo en el período entre terremotos.
«La sabiduría convencional es que el levantamiento permanente de la roca en realidad ocurre como resultado de la inmensa fuerza del terremoto», dijo Hilley. «Esto argumenta que el terremoto en sí mismo está aliviando el estrés acumulado, hasta cierto punto».
Un laboratorio de barrio
Debido a que las montañas de Santa Cruz son vecinas de varias instituciones de investigación, incluidas Stanford, la Universidad de California, Berkeley y el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), los científicos han recopilado una inmensa cantidad de información sobre la cordillera a lo largo de más de 100 años. .
Los esfuerzos para recopilar datos geológicos y geofísicos se vieron especialmente estimulados por importantes eventos recientes como el terremoto de Loma Prieta de 1989 y el terremoto de San Francisco de 1906, pero la formación de las montañas de Santa Cruz probablemente abarcó cientos de miles de terremotos más pequeños durante millones de años, según los investigadores.
Los autores del estudio compilaron el conjunto existente de observaciones y también recopilaron nuevos datos geoquímicos midiendo el gas helio atrapado dentro de los cristales contenidos en las rocas de las montañas para estimar qué tan rápido estas rocas salen a la superficie desde miles de pies debajo. Luego compararon estos conjuntos de datos con las predicciones del modelo para identificar cómo los terremotos se relacionan con el levantamiento y la erosión de la cordillera. El proceso tomó años de especificar las propiedades del material para reflejar la complejidad que requiere la naturaleza.
Implicaciones sísmicas
Los investigadores ejecutaron su simulación desde que las montañas de Santa Cruz comenzaron a levantarse hace cuatro millones de años hasta la actualidad para comprender cómo la evolución de la topografía cerca de la falla de San Andrés a lo largo del tiempo influye en los terremotos recientes y futuros.
«Actualmente, las evaluaciones de riesgo sísmico en el área de la Bahía de San Francisco se basan en gran medida en el momento de los terremotos que abarcan los últimos cientos de años y los movimientos recientes de la corteza», dijo Baden. «Este trabajo muestra que los estudios geológicos cuidadosos, que miden los procesos de formación de montañas en escalas de tiempo mucho más largas que los terremotos individuales, también pueden informar estas evaluaciones».
Los científicos están trabajando actualmente en un documento complementario que detalla cómo se podrían mejorar los mapas de riesgo de amenazas utilizando este nuevo modelo.
«Ahora tenemos un camino a seguir en términos de tener un conjunto viable de mecanismos para explicar las diferencias entre las estimaciones en diferentes escalas de tiempo», dijo Hilley. «Cuanto más podamos hacer que todo encaje, más defendibles pueden ser nuestras evaluaciones de peligro».
Los coautores del estudio incluyen a David Shuster y Roland Bürgmann de UC Berkeley; Felipe Aron del Centro de Investigación para la Gestión Integral del Riesgo de Desastres (CIGIDEN) y la Pontificia Universidad Católica de Chile; y Julie Fosdick de la Universidad de Connecticut. Aron y Fosdick estaban afiliados a Stanford cuando realizaron la investigación para el estudio.
Este estudio fue apoyado por NSF Career Grant EAR-TECT-1108 105581, Fondo de Financiamiento de Centros de Investigación en Áreas Prioritarias ANID/FONDAP/15110017-Chile (CIGIDEN) y Ann and Gordon Getty Foundation.
