Negli ultimi mesi del 2018 due dei più potenti terremoti profondi mai registrati nella storia umana hanno scosso la regione Tonga-Fiji del Pacifico meridionale.

Nel primo studio in assoluto di questi terremoti profondi, generalmente definiti come qualsiasi terremoto che si verifica a 350 chilometri o più sotto la superficie terrestre, un team di ricerca guidato dalla Florida State University ha caratterizzato questi eventi sismologici significativi, rivelando nuove e sorprendenti informazioni sul misterioso, interni in continua evoluzione.

I risultati della squadra, pubblicato sulla rivista Lettere di ricerca geofisica , delineano i complessi processi geologici responsabili dei terremoti e suggeriscono che la prima potente perturbazione possa aver effettivamente innescato la seconda.

"Non abbiamo questo tipo di grandi terremoti troppo spesso, ", ha affermato l'autore dello studio Wenyuan Fan, un sismologo sismico del Dipartimento della Terra dell'FSU, Scienza dell'oceano e dell'atmosfera. "Questi profondi terremoti, terremoti particolarmente grandi, non sono realmente promossi dall'ambiente circostante. Allora perché sta succedendo questo? È una domanda irresistibile da porre".

Sebbene i terremoti profondi siano raramente avvertiti sulla superficie terrestre, studiare questi eventi titanici può aiutare i ricercatori a comprendere meglio i sistemi e le strutture della Terra interna.

Ma i meccanismi precisi dei terremoti profondi sono stati a lungo un mistero per gli scienziati sismici. Le condizioni estreme di temperatura e pressione della Terra profonda non sono adatte ai tipi di processi meccanici tipicamente responsabili dei terremoti, vale a dire il movimento e lo slittamento improvviso di grandi placche.

Anziché, la pressione straordinaria tiene le cose saldamente a posto, e le alte temperature fanno sì che il materiale roccioso si comporti come il cioccolato, muovendosi in modo viscoso anziché come cubetti di ghiaccio come si vede nella superficie poco profonda.

"Non ci aspettavamo di avere terremoti profondi, " Fan ha detto. "Non dovrebbe succedere. Ma abbiamo osservazioni di terremoti profondi. Allora perché? Come? Che tipo di processi fisici operano in tali condizioni?"

Utilizzando analisi avanzate della forma d'onda, Fan e il suo team hanno scoperto che il primo terremoto, un colosso di magnitudo 8,2, rendendolo il secondo terremoto profondo più grande mai registrato, è stato il prodotto di due distinti processi fisici.

Il terremoto, hanno trovato, iniziata in una delle lastre sismicamente importanti della regione, una porzione di una placca tettonica subdotta sotto un'altra. I nuclei delle lastre sono più freddi del loro ambiente caldo e ribollente, e quindi più suscettibili alla nucleazione sismica.

Una volta che il terremoto ha iniziato a formarsi nel nucleo della lastra, si propagava nel suo ambiente più caldo e più duttile. Questa propagazione verso l'esterno ha spostato il terremoto da un processo meccanico all'altro.

"Questo è interessante perché prima si pensava che Tonga avesse prevalentemente un solo tipo di meccanismo, che si trova all'interno del nucleo freddo della lastra, "Ha detto Fan. "Ma in realtà stiamo vedendo che sono coinvolti più meccanismi fisici".

Il modello di propagazione del doppio meccanismo presente nel terremoto di magnitudo 8.2 non è stato del tutto sorprendente per Fan e il suo team. Il processo ricordava un simile profondo, Terremoto di magnitudo 7,6 che ha scosso la regione nel 1994. Questi schemi riconoscibili erano un segnale promettente.

"Per vedere che qualcosa è prevedibile, come gli schemi ripetuti osservati nel terremoto di magnitudo 8.2, è molto soddisfacente, " Ha detto Fan. "Ciò fa sperare che sappiamo qualcosa su questo sistema".

Ma il secondo terremoto, avvenuta 18 giorni dopo la prima, era più un puzzle. La convulsione di magnitudo 7.9 ha colpito un'area che in precedenza aveva subito pochissima attività sismica. I distinti meccanismi fisici presenti nel secondo terremoto condividevano più somiglianze con i terremoti profondi sudamericani che con i massicci terremoti che scuotevano il Pacifico meridionale. E, sconcertante per i ricercatori, il terremoto di magnitudo 7.9 ha prodotto sorprendentemente poche scosse di assestamento rispetto alle sue notevoli dimensioni.

In qualche modo, Fan ha detto, un forte terremoto è stato innescato in una regione precedentemente asismica che è poi tornata immediatamente alla normalità.

È questo processo di attivazione che interessa di più a Fan in futuro. Ha detto che questo "doppietto" del terremoto illustra la natura dinamica e interconnessa dei processi della Terra profonda e l'urgente necessità di capire meglio come funzionano questi complicati processi.

"È importante affrontare la questione di come i grandi terremoti innescano altri grandi terremoti che non sono lontani, " ha detto. "Questa è una buona dimostrazione che sembrano esserci processi fisici coinvolti che sono ancora sconosciuti. Abbiamo gradualmente imparato a identificare il modello, ma non a un livello tale da sapere esattamente come funziona. Penso che questo sia importante per qualsiasi tipo di previsione del rischio. È più di un interesse intellettuale. È importante per la società umana".