All’indomani 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 dislocamento senza precedenti, avvenuti lungo la faglia, che si sono aperti fino alla superficie del fondo marino. Questo slittamento estremo a basse profondità ha gnerato il massiccio tsunami che, insieme al terremoto di magnitudo 9.1, ha causato ingenti danni e perdita di vite umane in Giappone.

In un nuovo studio, pubblicato il 27 gennaio su Nature Communications , i ricercatori hanno utilizzato una nuova tecnica per studiare le faglie della trincea giapponese, la zona di subduzione da dov si è generato il terremoto di Tohoku-Oki. I loro risultati rivelano una lunga storia di grandi terremoti in questa zona margine di placca , dove hanno trovato più faglie con prove di oltre 10 metri di scivolamento durante grandi terremoti.

“Abbiamo trovato prove di molti grandi terremoti sul fondale marino e che 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.

Ricercatori giapponesi che hanno esaminato i depositi di sedimenti a terra, hanno scoperto che almeno tre tsunami simili si sono verificati in questa regione a intervalli di circa 1.000 anni. Il nuovo studio suggerisce che ci sono stati terremoti, in questa zona di faglia, anche più forti rispetto a quelli che hanno lasciato le prove, a livello geologico, di grandi tsunami, ha detto il coautore Heather Savage, professore associato di Terra e scienze planetarie presso l’UC Santa Cruz.

Savage e Polissar hanno sviluppato una tecnica per valutare la storia dello scivolamento su una faglia analizzando le molecole organiche intrappolate nelle rocce sedimentarie . Originariamente sintetizzati da alghe marine e altri organismi, questi “biomarcatori” sono alterati o distrutti dal calore, incluso il riscaldamento per attrito che si verifica quando si rompe una faglia durante un terremoto. Attraverso numerosi test di laboratorio negli ultimi dieci anni, Savage e Polissar hanno sviluppato metodi per quantificare l’evoluzione termica di questi biomarcatori e utilizzarli per ricostruire la storia della temperatura di una faglia.

Il Japan Trench Fast Drilling Project (JFAST) ha perforato nella zona di faglia nel 2012, estraendo i nuclei e installando un osservatorio della temperatura. La sismologa dell’UCSC, Emily Brodsky ha aiutato a organizzare JFAST, che ha prodotto la prima misurazione diretta del calore da attrito prodotto dalla faglia durante un terremoto. Questo calore si dissipa dopo il terremoto, quindi il segnale è piccolo e transitorio.

“I biomarcatori ci offrono un modo per rilevare cambiamenti permanenti nella roccia che conservano un segnale di riscaldamento sulla faglia”, ha detto Savage.

Per il nuovo studio, i ricercatori hanno esaminato i nuclei JFAST, che si estendevano attraverso la zona di faglia nella placca di subduzionee sottostante. “È una zona di faglia complessa, e ci sono molte faglioe in tutto il nucleo. Siamo stati in grado di dire quali faglie hanno prove di grandi terremoti in passato”, ha detto Savage.

Uno dei loro obiettivi era quello di capire se alcuni tipi di roccia nella zona di faglia fossero più inclini a un grande scivolamento in caso di terremoto rispetto ad altre rocce. I nuclei attraversavano strati di pietre e argille con diversi punti di attrito. Ma l’analisi dei biomarker ha mostrato prove di una grande scivolosità sismica 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.

“Abbiamo testato questa tecnica in diverse rocce con diverse età e storie di riscaldamento, e ora possiamo dire di sì, ci fu un terremoto su questa faglia, e siamo in grado di dire se ce ne sia stato uno molto grande o tanti eventi più piccoli”, ha detto Savage . “Ora possiamo portare questa tecnica ad altre faglie per saperne di più sulla loro storia”.

Oltre a Rabinowitz, Savage 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).