Nel giugno 2019, un terremoto di magnitudo 4.0 si è verificato sotto il lago Erie, appena al largo della costa dell'Ohio, a circa 20 miglia a nord-est di Cleveland.

Sebbene non siano stati segnalati danni, il terremoto sottomarino è stato ampiamente avvertito fino a 60 miglia di distanza, in tutto il nord-est dell'Ohio e in alcune parti della Pennsylvania, dell'Ontario e del sud-est del Michigan.

Il sisma e numerose scosse di assestamento si sono verificate verso la fine di un periodo di aumento record dei livelli dell'acqua dei Grandi Laghi e hanno coinciso con il livello dell'acqua più alto mai registrato sul lago Erie. Potrebbe esserci un collegamento tra la sismicità del Lago Erie e le fluttuazioni del livello dell'acqua nel lago?

Per scoprirlo, i ricercatori dell'Università del Michigan e i loro colleghi hanno compilato un nuovo catalogo di 437 terremoti relativamente piccoli nell'area del Lago Erie avvenuti tra il 2013 e il 2020, il catalogo più completo mai ottenuto. Tutti i terremoti sono stati più piccoli dell'evento di giugno 2019 e la maggior parte probabilmente non è stata notata dai residenti della regione.

Quindi i ricercatori hanno calcolato le sollecitazioni che lo spostamento dei livelli dell'acqua del Lago Erie avrebbe impartito alle faglie nelle rocce sotto il lago e hanno utilizzato vari metodi statistici per cercare una correlazione tra i tassi di terremoto e il livello dell'acqua.

Il loro verdetto?

"Non è stato possibile stabilire una correlazione conclusiva tra tasso di terremoto e livello dell'acqua o tasso di variazione del livello dell'acqua", ha affermato il geofisico UM Yihe Huang, coautore di uno studio pubblicato online il 9 maggio sulla rivista Seismological Research Letters .

La mancanza di una pistola fumante potrebbe essere in parte dovuta al numero limitato di terremoti nel nuovo catalogo, secondo i ricercatori. Inoltre, i cambiamenti di stress indotti dal lago Erie sulle vicine faglie sismiche sono probabilmente 10 o 100 volte inferiori a quelli osservati in luoghi, come il bacino idrico dietro la massiccia diga indiana di Koyna, dove i terremoti sono stati attribuiti al cambiamento del livello dell'acqua.

"Non possiamo escludere del tutto l'impatto dell'aumento del livello dell'acqua sulla riattivazione delle faglie che hanno ospitato la sequenza del terremoto dell'Ohio del 2019", ha affermato l'autore principale dello studio Dongdong Yao, un ex ricercatore post-dottorato UM che ora è alla China University of Geosciences.

"I nostri risultati evidenziano la necessità di un monitoraggio più denso e più attento della sismicità del lago per studiare ulteriormente l'impatto del cambiamento del carico d'acqua sulla riattivazione di faglie poco profonde in questa regione".

Per dare seguito alle loro scoperte, Huang e i suoi colleghi utilizzeranno nuove tecniche per monitorare la sismologia regionale dei Grandi Laghi e condurranno simulazioni basate sulla fisica. Nello specifico:

• Huang e il sismologo UM Zack Spica stanno pianificando un esperimento sul campo quest'estate per convertire un cavo in fibra ottica esistente nel lago Ontario in sensori in grado di monitorare meglio la sismicità e altri fenomeni come sismi, correnti di fondo o cambiamenti del livello dell'acqua. Precedenti studi in altre parti del paese hanno dimostrato il potenziale per l'utilizzo delle reti esistenti di cavi in ​​fibra ottica, le stesse fibre ottiche che forniscono Internet ad alta velocità e video HD nelle nostre case, per studiare i terremoti.
• Huang e colleghi simuleranno le sollecitazioni aggiuntive sulle faglie sismiche dell'area del lago Erie causate da livelli elevati dell'acqua, nonché il grado in cui l'acqua del lago che filtra nel substrato roccioso può aiutare a lubrificare tali faglie. "Questi due effetti potrebbero essere in competizione tra loro in natura e le simulazioni basate sulla fisica possono aiutarci a determinare quale effetto è più importante", ha affermato.

Inoltre, Huang e il suo team stanno ancora analizzando i dati di una rete di otto sismometri, nota come progetto LEEP per l'esperimento del terremoto del lago Erie, che hanno operato nell'angolo occidentale del lago Erie da ottobre 2018 a luglio 2021.

La regione dei Grandi Laghi è generalmente considerata sismicamente inattiva e i terremoti di magnitudo 5 o superiore sono rari. Tuttavia, i terremoti di magnitudo maggiore di 2 si verificano due o tre volte l'anno nella regione, principalmente intorno ai laghi Erie e Ontario. I terremoti di magnitudo da 2,5 a 3 sono i più piccoli generalmente avvertiti dalle persone.

"Non siamo sicuri se le faglie dell'area del Lago Erie possano produrre terremoti distruttivi o mortali", ha affermato Huang, assistente professore presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dell'Ambiente della U-M. "Ecco perché i sismologi sono interessati a studiare una sequenza di terremoti di magnitudo 4 da questa regione."

Dall'inizio degli anni 2010, l'Ohio orientale ha visto un aumento significativo della frequenza di terremoti relativamente piccoli. L'origine di quei terremoti è poco conosciuta, ma alcuni studi precedenti hanno suggerito che possono essere attribuiti ad attività di iniezione di acque reflue e fratturazione idraulica.

La sismicità indotta da iniezione è stata anche suggerita come causa dell'ultimo terremoto di magnitudo 5 della regione, avvenuto nel gennaio 1986 nell'Ohio nord-orientale, a est di Cleveland, nella contea di Lake meridionale.

Nel nuovo studio, che copre il periodo dal 2013 al 2020, il team guidato dalla U-M ha trovato un gruppo di terremoti in prossimità del temblor del 1986 e vicino ai pozzi di smaltimento delle acque reflue che erano in funzione durante il periodo di studio. Hanno concluso che questo gruppo di terremoti "potrebbe essere potenzialmente indotto dallo smaltimento delle acque reflue".

"Più intrigante, il terremoto del 1986 si stava verificando anche durante un altro periodo di livelli di acqua alta registrati attraverso i Grandi Laghi", hanno scritto gli autori. "Tuttavia, a causa della grande distanza rispetto al Lago Erie, sarebbe difficile valutare l'impatto del cambiamento di stress indotto dal lago sull'innesco del terremoto del 1986."

Per creare il loro nuovo catalogo di 437 terremoti nell'area del Lago Erie, i ricercatori hanno iniziato con 27 terremoti precedentemente segnalati elencati nel Catalogo completo dei terremoti del sistema sismico avanzato nazionale, noto come catalogo ComCat.

Le reti di sismometri statunitensi hanno catturato registrazioni continue dei movimenti del suolo nella regione durante il periodo di studio. Utilizzando le forme d'onda prodotte dai 27 terremoti noti come modelli, il team ha scansionato le registrazioni continue alla ricerca di terremoti precedentemente non rilevati con forme d'onda simili. Il processo è chiamato corrispondenza dei modelli.

La maggior parte dei terremoti nel nuovo catalogo non sarebbero stati avvertiti dai residenti della zona e sono rilevabili solo dai vicini sismometri sensibili a piccole quantità di scuotimento del suolo.

Il nuovo catalogo ha rivelato da 20 a 40 piccoli terremoti all'anno durante il periodo di studio, fino all'evento di giugno 2019. Un alto tasso di sismicità nel 2019 è stato dominato dalle scosse di assestamento a seguito del terremoto di magnitudo 4.0.

Oltre a compilare il nuovo catalogo completo, il team è stato anche il primo a mappare la faglia che si è rotta per produrre il terremoto del 2019, avvenuto a una profondità di circa 2 chilometri (1,2 miglia).