Se c'è una parola che non dovresti usare quando parli di seria scienza dei terremoti, è "prevedere". I sismologi non possono prevedere i terremoti; invece calcolano la probabilità che i grandi terremoti si verifichino lungo una certa faglia in un dato periodo di tempo.

È oggetto di dibattito tra i sismologi se il processo che guida i terremoti - il carico di deformazione lungo una faglia seguito dall'improvviso, brusco rilascio di energia quando due placche tettoniche si scontrano l'una contro l'altra:è un processo stocastico (casuale), per i quali può essere effettuata solo una stima della probabilità di accadimento, o se si tratta di un deterministico, e potenzialmente prevedibile, processi.

I sismologi del Caltech hanno studiato un decennio di cosiddetti "eventi a scorrimento lento, " che derivano da episodi di scivolamento di faglia come i normali terremoti ma generano solo tremori appena percettibili, nella regione della Cascadia del Pacifico nord-occidentale. La loro analisi mostra che questo particolare tipo di evento sismico è deterministico e potenzialmente potrebbe essere prevedibile con giorni o addirittura settimane di anticipo.

Un articolo sul lavoro è stato pubblicato sulla rivista Progressi scientifici il 1 luglio.

"Sistemi caotici deterministici, nonostante il nome, avere una certa prevedibilità. Questo studio è una prova del concetto per dimostrare che l'attrito su scala naturale si comporta come un sistema caotico, e di conseguenza ha un certo grado di prevedibilità, "dice Adriano Gualandi, l'autore principale e corrispondente dell'articolo. Gualandi era uno studioso post-dottorato nel laboratorio di Jean-Philippe Avouac, il Professore Earle C. Anthony di Geologia e Ingegneria Meccanica e Civile, mentre lavoravo a questa ricerca. Gualandi e Avouac hanno collaborato con Sylvain Michel, che ha lavorato a questo progetto come studente laureato al Caltech, e Davide Faranda dell'Institut Pierre Simon Laplace in Francia sullo studio.

Gli eventi a scorrimento lento sono stati notati per la prima volta circa due decenni fa dai geologi che tracciavano cambiamenti altrimenti impercettibili nella terra utilizzando la tecnologia del sistema di posizionamento globale (GPS). Gli eventi si verificano quando le placche tettoniche macinano incredibilmente lentamente l'una contro l'altra, come un terremoto al rallentatore. Un evento a scorrimento lento che si verifica nel corso di settimane potrebbe rilasciare la stessa quantità di energia di un terremoto di magnitudo 7.0 della durata di un minuto. Però, perché questi terremoti rilasciano energia così lentamente, la deformazione che provocano in superficie è della scala dei millimetri, pur interessando aree che possono estendersi per migliaia di chilometri quadrati.

Come tale, gli eventi a scorrimento lento sono stati scoperti solo quando la tecnologia GPS è stata perfezionata al punto da poter tracciare quei piccolissimi spostamenti. Anche gli eventi di rallentamento non si verificano lungo ogni faglia; finora, sono stati avvistati solo in una manciata di località tra cui il Pacifico nord-occidentale, Giappone, Messico, e Nuova Zelanda.

Gli eventi a scorrimento lento sono utili ai ricercatori perché si accumulano e si ripetono frequentemente, che consente di studiare come la deformazione si carica e si rilascia lungo una faglia. In un periodo di 10 anni, 10 terremoti di magnitudo 7.0 o superiore potrebbero verificarsi lungo una data faglia. Al contrario, la maggior parte dei terremoti regolari di quella magnitudo si ripresentano solo nell'ordine di centinaia di anni. A causa di questo intervallo di tempo tra i grandi terremoti regolari e la mancanza di registrazioni strumentali di centinaia di anni fa, è impossibile confrontare con precisione gli eventi passati con quelli recenti.

Nonostante il loro nome, gli eventi a scorrimento lento offrono ai sismologi un modo per premere "avanti veloce" sul processo di carico/scivolamento che guida i terremoti. In un breve lasso di tempo di circa 10 anni, i sismologi che utilizzano apparecchiature GPS all'avanguardia possono osservare il ciclo ripetersi più volte.

Gli eventi a scorrimento lento rappresentano ciò che è noto come "sistema dinamico non lineare forzato". Il moto delle placche tettoniche è la forza che guida il sistema, mentre l'attrito tra le piastre, che provoca l'accumulo di pressione e poi eventualmente rilasciata in un evento di scivolamento, rende il sistema non lineare; in un sistema non lineare, la variazione dell'output non è proporzionale alla variazione dell'input. Nonostante il fatto che sia il movimento che l'attrito possono essere modellati utilizzando equazioni differenziali completamente deterministiche, le condizioni di partenza del sistema:quanta deformazione è già sottoposta al guasto, per esempio, avere un impatto significativo sui risultati a lungo termine. Non conoscere quelle esatte condizioni di partenza è una delle possibili ragioni per cui il sistema complessivo è imprevedibile a lungo termine. Però, un esame della cronologia delle colpe può rivelare quanto spesso e per quanto tempo modelli simili si sono ripetuti nel tempo. In questo modo, il team è stato in grado di valutare il tempo dell'orizzonte di prevedibilità degli eventi a scorrimento lento.

"Questo risultato è molto incoraggiante, " dice Gualandi. "Dimostra che siamo sulla strada giusta e, se riusciamo ad avere dati più precisi, potremmo tentare alcuni esperimenti di previsione in tempo reale per i terremoti lenti".

Gualandi paragona la potenziale previsione di un evento di rallentamento all'attuale scienza della previsione del tempo, che comporta anche previsioni su un complesso, processo caotico (e allo stesso modo diminuisce di precisione dopo una settimana circa). "Sappiamo già che circa ogni 12-14 mesi ci sarà un nuovo terremoto lento, ma non sappiamo esattamente quando accadrà. Quello che abbiamo mostrato è che sembra possibile determinare quando l'errore svanirà qualche giorno prima che accada, simile al modo in cui il tempo può essere previsto in modo abbastanza accurato con un paio di giorni di anticipo".

Una domanda chiave è se i risultati dei terremoti a scorrimento lento possono tradursi in terremoti regolari che scuotono le città e mettono in pericolo vite e proprietà. L'anno scorso Michele, Avoac, e Gualandi hanno riportato prove che i terremoti a scorrimento lento sono un buon analogo per i loro cugini più distruttivi.

"Se l'analogia che stiamo tracciando tra terremoti lenti e terremoti regolari è corretta, allora i terremoti regolari sono prevedibili, " Dice Avouac. "Ma anche se i terremoti regolari sono deterministici, l'orizzonte di prevedibilità può essere molto breve, possibilmente nell'ordine di pochi secondi, che può essere di utilità limitata. Non lo sappiamo ancora".

Il documento è intitolato "Il caos prevedibile dei terremoti lenti".