Lo studio è pubblicato sulla rivista Seismological Research Letters.
I terremoti si sono verificati nel bacino centrale del Lago Erie vicino a Conneaut, Ohio; due terremoti hanno registrato una magnitudo di 4.0, mentre gli altri sono stati minori. Sebbene i terremoti minori non siano rari nel nord-est degli Stati Uniti, questo è stato il primo sciame di terremoti verificatosi vicino al Lago Erie, dove tale attività era stata considerata rara o inesistente.
I ricercatori inizialmente hanno esaminato più di 25 set di dati geologici e geofisici per indagare se i terremoti potessero essere attribuiti a faglie preesistenti, strutture saline o altre formazioni sotterranee sotto il lago. Per testare la probabilità della sismicità indotta dai fluidi, hanno eseguito due tipi di modellizzazione:uno per comprendere la risposta dei materiali terrestri vicini ai terremoti a vari cambiamenti di pressione e un altro per simulare i cambiamenti di stress nell’area, con alcune simulazioni tra cui la pressione dei pori aumenta o diminuisce.
Per vincolare meglio i loro modelli, i ricercatori hanno anche installato sei strumenti sul fondo del lago e hanno registrato l’attività sismica per quasi nove mesi. Sulla base dei dati dei nuovi strumenti, i terremoti sembrano essere concentrati vicino a una zona con andamento nord-sud che si estende per 20 chilometri a sud dalle vicinanze di Elk Creek, Ontario.
Lo studio non ha trovato prove di faglie specifiche, strutture saline o zone di debolezza del sottosuolo a profondità coerenti con le posizioni del terremoto che avrebbero potuto essere riattivate dai cambiamenti di pressione.
"La sequenza del terremoto è ancora inspiegabile, ma possiamo limitare alcune delle sue caratteristiche", ha detto l'autore principale dello studio Yajing Liu, ricercatore presso il Dipartimento di Geologia dell'Università del Buffalo College of Arts and Sciences. “Gli studi futuri trarrebbero vantaggio dal monitoraggio aggiuntivo della sismicità locale e dall’installazione di una matrice sismica nel Lago Erie per localizzare meglio i terremoti”.
Sebbene non siano note faglie attive nel bacino del Lago Erie che potrebbero aver causato i terremoti, i ricercatori affermano che è possibile che esistano faglie ancora da scoprire in grado di produrre piccoli terremoti.
Gli scienziati affermano che il loro studio dimostra che i processi legati ai fluidi non possono essere esclusi come potenziale causa dei terremoti, anche se dimostrare la connessione è impegnativo. Una possibilità, dicono, è che i livelli dell’acqua del lago potrebbero avere un’influenza.
Il lago Erie è un lago poco profondo con una profondità massima dell'acqua di 64 metri. I suoi livelli d'acqua fluttuano naturalmente, con record di livello del lago che risalgono agli inizi del 1900. Durante gli anni piovosi, il livello dell'acqua aumenta, allagando le zone umide della regione e aumentando il peso della colonna d'acqua nelle sezioni profonde del lago. Questo peso extra può aumentare la pressione dei fluidi nelle formazioni sotterranee. Inoltre, i ricercatori notano che la tempistica dei terremoti – tra dicembre e febbraio – è coerente con i livelli massimi storici dei laghi che tendono a verificarsi durante la fine dell’inverno.
"Dato il grande cambiamento di volume nel lago Erie, anche un cambiamento relativamente piccolo nel livello del lago può creare un cambiamento significativo nel carico e nella pressione del fluido nei pori", ha detto il coautore Hao Zhang, professore di geologia presso l'UB College of Arts and Sciences.
Sebbene i terremoti siano stati piccoli, i ricercatori affermano che la sequenza è stata sufficientemente grande da essere avvertita su un’ampia regione. Il sisma del 2012 ha raggiunto un livello di intensità V, sufficientemente forte da causare danni a edifici più vecchi o mal costruiti, mentre il sisma del 2014 ha raggiunto un livello di intensità IV. I ricercatori sottolineano che queste intensità potrebbero essere più elevate se sulle rive del lago ci sono edifici fondati su sedimenti molli.
"Nelle vicinanze del lago Erie, c'è la centrale nucleare di Perry e, più densamente, le turbine eoliche costruite nel lago", ha detto Zhang. "Sebbene queste caratteristiche infrastrutturali siano progettate per accogliere terremoti più grandi, sono garantiti studi futuri sulla sismicità in questa regione per mitigare qualsiasi rischio."
