Le imperfezioni microscopiche nei cristalli di rocca in profondità sotto la superficie terrestre giocano un fattore decisivo nel modo in cui il suolo si muove lentamente e si ripristina a seguito di grandi terremoti, afferma una nuova ricerca che coinvolge l'Università di Cambridge.

Gli stress risultanti da questi difetti, che sono abbastanza piccoli da distruggere i mattoni atomici di un cristallo, possono trasformare il modo in cui le rocce calde sotto la crosta terrestre si muovono e, a loro volta, trasferire lo stress sulla superficie terrestre, iniziando il conto alla rovescia per il prossimo terremoto.

Il nuovo studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , è il primo a mappare in dettaglio i difetti del cristallo e i campi di forza circostanti. "Sono così piccoli che siamo stati in grado di osservarli solo con le ultime tecniche di microscopia, " ha affermato l'autore principale, il dott. David Wallis del Dipartimento di Scienze della Terra di Cambridge, "Ma è chiaro che possono influenzare in modo significativo il modo in cui si muovono le rocce profonde, e persino governare quando e dove accadrà il prossimo terremoto".

Comprendendo come questi difetti del cristallo influenzino le rocce nel mantello superiore della Terra, gli scienziati possono interpretare meglio le misurazioni dei movimenti del suolo dopo i terremoti, che forniscono informazioni vitali su dove si sta accumulando lo stress e, a loro volta, su dove potrebbero verificarsi futuri terremoti.

I terremoti si verificano quando pezzi di crosta terrestre scivolano improvvisamente l'uno sull'altro lungo le linee di faglia, liberando energia immagazzinata che si propaga attraverso la Terra e la fa tremare. Questo movimento è generalmente una risposta all'accumulo di forze tettoniche nella crosta terrestre, causando la deformazione della superficie e infine la rottura sotto forma di terremoto.

Il loro lavoro rivela che il modo in cui la superficie terrestre si deposita dopo un terremoto, e memorizza lo stress prima di un evento ripetuto, possono in definitiva essere ricondotti a minuscoli difetti nei cristalli di rocca dal profondo.

"Se riesci a capire quanto velocemente possono scorrere queste rocce profonde, e quanto tempo ci vorrà per trasferire lo stress tra diverse aree attraverso una zona di faglia, allora potremmo essere in grado di ottenere previsioni migliori su quando e dove colpirà il prossimo terremoto, " disse Wallis.

Il team ha sottoposto i cristalli di olivina, il componente più comune del mantello superiore, a una gamma di pressioni e temperature per replicare condizioni fino a 100 km sotto la superficie terrestre, dove le rocce sono così calde (circa 1250oC) si muovono come sciroppo.

Wallis paragona i loro esperimenti a un fabbro che lavora con il metallo caldo, alle più alte temperature, i loro campioni erano incandescenti e flessibili.

Hanno osservato le strutture cristalline distorte usando una forma ad alta risoluzione di microscopia elettronica, chiamata diffrazione di retrodiffusione elettronica, che Wallis ha aperto la strada ai materiali geologici.

I loro risultati fanno luce su come le rocce calde nel mantello superiore possano misteriosamente trasformarsi da fluire quasi come sciroppo subito dopo un terremoto a diventare dense e lente col passare del tempo.

Questo cambiamento di spessore - o viscosità - trasferisce lo stress alle rocce fredde e fragili nella crosta sopra, dove si accumula, fino al prossimo terremoto.

La ragione di questo cambiamento di comportamento è rimasta una questione aperta, "Sappiamo da tempo che i processi su microscala sono un fattore chiave per il controllo dei terremoti, ma è stato difficile osservare queste piccole caratteristiche in modo abbastanza dettagliato, " ha detto Wallis. "Grazie a una tecnica di microscopia all'avanguardia, siamo stati in grado di guardare nella struttura cristallina del caldo, rocce profonde e scoprire quanto siano davvero importanti questi minuscoli difetti".

Wallis e coautori mostrano che le irregolarità nei cristalli si aggrovigliano sempre più nel tempo; spingono per lo spazio a causa dei loro campi di forza in competizione, ed è questo processo che fa sì che le rocce diventino più viscose.

Fino ad ora si era pensato che questo aumento di viscosità fosse dovuto alla spinta e alla trazione in competizione dei cristalli l'uno contro l'altro, piuttosto che essere causati da difetti microscopici e dai loro campi di stress all'interno dei cristalli stessi.

Il team spera di applicare il proprio lavoro al miglioramento delle mappe di pericolosità sismica, che vengono spesso utilizzati in aree tettonicamente attive come la California meridionale per stimare dove si verificherà il prossimo terremoto. modelli attuali, che di solito si basano su dove i terremoti hanno colpito in passato, e dove lo stress deve quindi accumularsi, prendere in considerazione solo i cambiamenti più immediati attraverso una zona di faglia e non considerare i cambiamenti graduali di stress nelle rocce che scorrono in profondità all'interno della Terra.

Lavorando con i colleghi dell'Università di Utrecht, Wallis prevede inoltre di applicare i nuovi vincoli di laboratorio ai modelli di movimenti del suolo a seguito del pericoloso terremoto del 2004 che ha colpito l'Indonesia, e il terremoto in Giappone del 2011, entrambi i quali hanno innescato tsunami e portato alla perdita di decine di migliaia di vite.