A seguito del devastante terremoto di Tohoku-Oki che ha colpito le coste del Giappone nel marzo 2011, i sismologi sono rimasti sbalorditi dai 50 metri di spostamento superficiale senza precedenti lungo la faglia, che si è rotto fino alla superficie del fondo marino. Questo estremo slittamento a basse profondità ha esacerbato il massiccio tsunami che, insieme al terremoto di magnitudo 9.1, causato ingenti danni e perdite di vite umane in Giappone.

In un nuovo studio, pubblicato il 27 gennaio in Comunicazioni sulla natura , i ricercatori hanno utilizzato una nuova tecnica per studiare le faglie nella fossa giapponese, la zona di subduzione dove ha colpito il terremoto di Tohoku-Oki. Le loro scoperte rivelano una lunga storia di grandi terremoti in questa zona di faglia, dove hanno trovato molteplici faglie con evidenza di oltre 10 metri di scivolamento durante i grandi terremoti.

"Abbiamo trovato prove di molti grandi terremoti che si sono rotti sul fondo del mare e potrebbero aver generato tsunami come quello che ha colpito nel 2011, " ha detto il coautore Pratigya Polissar, professore associato di scienze oceaniche presso l'UC Santa Cruz.

I ricercatori giapponesi che esaminano i depositi di sedimenti a terra hanno trovato prove di almeno tre tsunami simili che si sono verificati in questa regione a circa 1, intervalli di 000 anni. Il nuovo studio suggerisce che ci sono stati terremoti ancora più grandi in questa zona di faglia rispetto a quelli che hanno lasciato prove a terra di grandi tsunami, ha detto la coautrice Heather Savage, professore associato di scienze della Terra e planetarie presso la UC Santa Cruz.

Savage e Polissar hanno sviluppato una tecnica per valutare la storia dello slittamento sismico su una faglia analizzando le molecole organiche intrappolate nelle rocce sedimentarie. Originariamente sintetizzato da alghe marine e altri organismi, questi "biomarcatori" sono alterati o distrutti dal calore, compreso il riscaldamento per attrito che si verifica quando una faglia scivola durante un terremoto. Attraverso approfonditi test di laboratorio negli ultimi dieci anni, Savage e Polissar hanno sviluppato metodi per quantificare l'evoluzione termica di questi biomarcatori e usarli per ricostruire la storia della temperatura di una faglia.

Il Japan Trench Fast Drilling Project (JFAST) ha perforato la zona di faglia nel 2012, estrazione di carote e installazione di un osservatorio della temperatura. La sismologa dell'UCSC Emily Brodsky ha aiutato a organizzare JFAST, che ha prodotto la prima misurazione diretta del calore di attrito prodotto dallo slittamento di faglia durante un terremoto (vedi storia precedente). Questo calore si dissipa dopo il terremoto, però, quindi il segnale è piccolo e transitorio.

"I biomarcatori ci danno un modo per rilevare cambiamenti permanenti nella roccia che conservano un record di riscaldamento sulla faglia, " disse Selvaggio.

Per il nuovo studio, i ricercatori hanno esaminato i core JFAST, che si estendeva attraverso la zona di faglia nella piastra subduttiva sottostante. "È una zona di faglia complessa, e c'erano molti difetti in tutto il nucleo. Siamo stati in grado di dire quali faglie hanno avuto prove di grandi terremoti in passato, " disse Selvaggio.

Uno dei loro obiettivi era capire se alcuni tipi di roccia nella zona di faglia fossero più inclini a grandi scivolamenti in caso di terremoto rispetto ad altre rocce. I nuclei passavano attraverso strati di argille e argille con diverse forze di attrito. Ma l'analisi dei biomarcatori ha mostrato prove di un grande slittamento sismico sulle faglie in tutti i diversi tipi di roccia. I ricercatori hanno concluso che le differenze nelle proprietà di attrito non determinano necessariamente la probabilità di un grande scivolamento superficiale o di un rischio sismico.

Savage e Polissar hanno iniziato a lavorare sulla tecnica dei biomarcatori come ricercatori post-dottorato presso l'UC Santa Cruz, pubblicando il loro primo articolo su di esso con Brodsky nel 2011. Hanno continuato a svilupparlo come ricercatori presso il Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University, prima di tornare alla UC Santa Cruz come docenti nel 2019. Hannah Rabinowitz, il primo autore del nuovo articolo, ha lavorato con loro come studente laureato alla Columbia ed è ora al Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

"Abbiamo testato questa tecnica in diverse rocce con diverse età e storie di riscaldamento, e ora possiamo dire di sì, c'è stato un terremoto su questa faglia, e possiamo dire se ce n'era uno grande o molti piccoli, " Ha detto Savage. "Ora possiamo portare questa tecnica ad altri difetti per saperne di più sulle loro storie".

Oltre a Rabinowitz, Attaccare, e Polissar, i coautori del documento includono Christie Rowe e James Kirkpatrick della McGill University. Questo lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation. Il progetto JFAST è stato sponsorizzato dall'International Ocean Drilling Program (IODP).