Il sottosuolo terrestre è un luogo estremamente attivo, dove i movimenti e l'attrito delle placche nel sottosuolo profondo modellano il nostro paesaggio e regolano l'intensità dei pericoli sopra. Mentre i movimenti della Terra durante i terremoti e le eruzioni vulcaniche sono stati registrati da strumenti delicati, analizzato dai ricercatori e vincolato da equazioni matematiche, non raccontano tutta la storia delle placche mobili sotto i nostri piedi.

Negli ultimi due decenni, l'avvento del sistema di posizionamento globale, compresi i ricevitori con sensori estremamente sensibili che catturano i millimetri di movimento, ha reso gli scienziati consapevoli di fenomeni simili a terremoti che sono stati difficili da districare. Tra questi ci sono i cosiddetti eventi di slittamento lento, o terremoti lenti, scivolamenti che si verificano per settimane in un momento all'insaputa dell'uomo sulla superficie.

Questi eventi di slittamento lento si verificano in tutto il mondo e forse aiutano a innescare terremoti più grandi. I maggiori eventi di slittamento lento si verificano nelle zone di subduzione, dove una placca tettonica si tuffa sotto l'altra, alla fine formando montagne e vulcani nel corso di milioni di anni. Nuove simulazioni al computer prodotte dai ricercatori della Stanford University e pubblicate online il 15 giugno nel Journal of the Mechanics and Physics of Solids può spiegare questi movimenti nascosti.

"Lo slittamento lento è un fenomeno così intrigante. Gli eventi di slittamento lento sono sia così diffusi che davvero così inspiegabili che sono un enigma che penzola davanti a noi come scienziati che tutti noi vogliamo risolvere, ", ha affermato il coautore dello studio Eric Dunham, professore associato di geofisica presso la School of Earth di Stanford, Scienze energetiche e ambientali (Stanford Earth). "Sappiamo dello slittamento lento da quasi 20 anni e non c'è ancora una grande comprensione del perché accada".

Furtivo ma forte

Questi eventi sono particolarmente difficili da spiegare a causa della loro natura instabile ma pigra. L'errore non scivola costantemente ma invece, scorrere periodicamente, accelera, ma non raggiunge mai il punto in cui emette onde sismiche abbastanza grandi da essere rilevate dagli umani.

Nonostante la loro natura furtiva, gli eventi di slittamento lento possono sommarsi. In una corrente di ghiaccio in Antartide, gli eventi di slittamento lento si verificano due volte al giorno, ultimi 30 minuti e sono equivalenti a terremoti di magnitudo 7.0, ha detto Dunham.

I ricercatori pensano che i cambiamenti nell'attrito spieghino quanto velocemente la roccia su entrambi i lati della faglia scivola. Con quello in mente, presumevano che gli eventi di slittamento lento iniziassero come terremoti, con un tipo di attrito noto come indebolimento della velocità che rende lo scorrimento fondamentalmente instabile. Ma molti esperimenti di attrito di laboratorio contraddicevano quell'idea. Anziché, avevano scoperto che le rocce delle regioni a lento scorrimento mostrano un tipo di attrito più stabile noto come aumento della velocità, ampiamente pensato per produrre uno scorrimento stabile. Le nuove simulazioni al computer hanno risolto questa incoerenza mostrando come può verificarsi uno slittamento lento con un attrito che aumenta la velocità apparentemente contrario.

"Una manciata di studi ha dimostrato che ci sono modi per destabilizzare l'attrito che aumenta la velocità. Tuttavia, fino al nostro giornale, nessuno si era accorto che se si simulavano queste instabilità, in realtà si trasformano in lenta scivolata, non si trasformano in terremoti, " secondo l'autore principale Elias Heimisson, un dottorando alla Stanford Earth. "Abbiamo anche identificato un nuovo meccanismo per generare instabilità a slittamento lento".

Leggi della fisica

Il gruppo di ricerca di Dunham affronta le domande senza risposta sulla Terra considerando tutti i possibili processi fisici che potrebbero essere in gioco. In questo caso, le faglie si verificano nelle rocce sature di fluido, dando loro la cosiddetta natura poroelastica in cui i pori consentono alla roccia di espandersi e contrarsi, che cambia la pressione del fluido. Il gruppo era curioso di sapere come quei cambiamenti di pressione possono cambiare la resistenza di attrito sulle faglie.

"In questo caso, non abbiamo iniziato questo progetto per spiegare gli eventi di scivolamento lento:abbiamo iniziato perché sapevamo che le rocce hanno questa natura poroelastica e volevamo vedere quali conseguenze avesse, "Dunham ha detto. "Non abbiamo mai pensato che avrebbe dato origine a eventi di slittamento lento e non abbiamo mai pensato che avrebbe destabilizzato le faglie con questo tipo di attrito".

Con queste nuove simulazioni che tengono conto della natura porosa della roccia, il gruppo ha scoperto che quando le rocce vengono schiacciate e i fluidi non possono fuoriuscire, la pressione aumenta. Tale aumento di pressione riduce l'attrito, portando a un evento di slittamento lento.

"La teoria è di alto livello, " Ha detto Heimisson. "Vediamo queste cose interessanti quando si tiene conto della poroelasticità e la gente potrebbe volerla usare in modo più ampio nei modelli di cicli sismici o terremoti specifici".

Heimisson creerà una simulazione 3D basata su questa teoria come ricercatore post-dottorato presso il California Institute of Technology.