Le rocce precariamente bilanciate (PBR) sono formazioni che si trovano in tutto il mondo in cui un masso sottile è bilanciato in modo precario su un masso piedistallo. Si formano come blocchi conservati su rupi, o quando le rocce più morbide si erodono e lasciano dietro le rocce più dure. Possono anche formarsi quando frane o ghiacciai in ritirata li depositano in posizioni strane.

Nonostante il loro delicato gioco di equilibri, molti PBR, come le Brimham Rocks nello Yorkshire, o Chiricahua National Monument in Arizona, sono sopravvissuti a scosse di terremoto per migliaia di anni. Possono quindi dirci il limite superiore dello scuotimento sismico che si è verificato da quando si sono formati per la prima volta, scuotendo quello, fosse abbastanza forte, li avrebbe fatti crollare.

Attingendo ad antichi dati geologici rinchiusi nei PBR californiani, I ricercatori dell'Imperial College di Londra hanno aperto la strada a una nuova tecnica per aumentare la precisione delle stime di rischio per i grandi terremoti fino al 49%.

I modelli di rischio sismico stimano la probabilità di futuri terremoti in un determinato luogo. Aiutano gli ingegneri a decidere dove ponti, dighe, e gli edifici dovrebbero essere costruiti e quanto dovrebbero essere robusti, oltre a informare i prezzi dell'assicurazione contro i terremoti nelle aree ad alto rischio.

I risultati sono pubblicati oggi in I progressi dell'AGU .

L'autrice principale Anna Rood, dal Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell'Imperial, ha dichiarato:"Questo nuovo approccio potrebbe aiutarci a capire quali aree hanno maggiori probabilità di subire un forte terremoto. I PBR agiscono come sismometri inversi catturando la storia sismica regionale che non eravamo in giro per vedere, e dicci il limite superiore delle scosse sismiche del passato semplicemente non crollando. Attingendo a questo, forniamo dati di valore unico sui tassi di rari, terremoti di grande magnitudo».

Le attuali stime del rischio sismico si basano in gran parte su osservazioni come la vicinanza alle linee di faglia e quanto una regione sia stata sismicamente attiva in passato. Però, stime per terremoti più rari che si sono verificati in periodi di 10, 000 a 1, 000, 000 anni sono estremamente incerti a causa della mancanza di dati sismici che abbracciano quei tempi e del conseguente affidamento su ipotesi rocciose.

Contando rari atomi generati dai raggi cosmici nei PBR e modellando digitalmente le interazioni PBR-terremoto, I ricercatori Imperial hanno creato un nuovo metodo di convalida del rischio sismico che potrebbe essere integrato nei modelli esistenti per perfezionare la loro precisione.

Orologi rock

Per attingere alla sismologia del passato, i ricercatori hanno deciso di determinare la fragilità (probabilità di ribaltamento a causa dello scuotimento del terreno) e l'età dei PBR in un sito vicino alla centrale nucleare di Diablo Canyon nella California costiera.

Hanno usato una tecnica chiamata datazione cosmogenica dell'esposizione superficiale, contando il numero di rari atomi di berillio formati all'interno delle rocce dall'esposizione a lungo termine ai raggi cosmici, per determinare da quanto tempo esistevano i PBR nella loro attuale formazione.

Hanno quindi utilizzato un software di modellazione 3D per ricreare digitalmente i PBR e calcolare la quantità di scosse sismiche che potevano sopportare prima del ribaltamento.

Sia l'età che la fragilità dei PBR sono state quindi confrontate con le attuali stime di rischio per aumentare la loro certezza.

Hanno scoperto che la combinazione dei loro calcoli con i modelli esistenti ha ridotto l'incertezza delle stime del rischio sismico nel sito del 49%, e, rimuovendo le stime dello "scenario peggiore", ridotto la dimensione media dei terremoti stimati una volta ogni 10, 000 anni del 27 per cento. Hanno anche scoperto che i PBR possono essere conservati nel paesaggio per il doppio del tempo ritenuto in precedenza.

Concludono che questo nuovo metodo riduce la quantità di ipotesi, e quindi l'incertezza, utilizzato nella stima e nell'estrapolazione dei dati storici sui terremoti per le stime del rischio futuro.

Il coautore dello studio, il dott. Dylan Rood, del Dipartimento di Scienze e Ingegneria della Terra dell'Imperial, ha dichiarato:"Siamo sull'orlo di una svolta nella scienza della previsione dei terremoti. Le nostre tecniche di 'orologio rock' hanno il potenziale per risparmiare enormi costi nell'ingegneria sismica, e li vediamo ampiamente utilizzati per testare e aggiornare le stime di rischio specifiche del sito per le aree soggette a terremoti, in particolare nelle regioni costiere dove le fonti sismiche di controllo sono faglie offshore i cui movimenti sono intrinsecamente più difficili da indagare".

Il team sta ora utilizzando le proprie tecniche per convalidare le stime di rischio per la California meridionale, una delle regioni più pericolose e densamente popolate degli Stati Uniti.

Anna ha detto:"Ora stiamo esaminando i PBR vicino alle principali faglie sismiche come la faglia di San Andreas vicino a Los Angeles. Stiamo anche cercando di individuare quali dati, che si tratti di tassi di scorrimento delle faglie o scelta di equazioni di scuotimento del suolo, siano distorcendo i risultati nei modelli di rischio originali. In questo modo possiamo migliorare ancora di più la comprensione da parte degli scienziati dei grandi terremoti".