I terremoti si verificano solitamente lungo le zone di frattura nella crosta terrestre, dove grandi placche tettoniche scorrono l’una accanto all’altra e si bloccano. Lo stress si accumula per lunghi periodi e viene rilasciato improvvisamente sotto forma di terremoto. Nella California meridionale, le faglie di San Andreas e San Jacinto sono tra le più significative di queste zone, assorbendo la maggior parte del movimento delle placche nella regione. Dove i due sistemi di faglie si avvicinano a nord-est di Los Angeles si trova il Cajon Pass, una giunzione tettonicamente complessa in cui una rottura su una faglia potrebbe potenzialmente propagarsi all’altra. Dall’ultimo grande terremoto che ha colpito l’area di Los Angeles, il terremoto di Fort Tejon del 1857, di magnitudo 7.9, lo stress tettonico lungo i segmenti di faglia si è accumulato continuamente durante un prolungato periodo di quiete che da tempo preoccupa i ricercatori, data la potenziale possibilità di una futura grande rottura.
In un nuovo studio condotto dalla Dott.ssa Liliane Burkhard della Divisione di Ricerca Spaziale e Scienze Planetarie (WP) dell’Istituto di Fisica dell’Università di Berna, un team di ricerca internazionale ha modellato 1.000 anni di storia sismica lungo i sistemi di faglie meridionali di San Andreas e San Jacinto per stimare l’attuale carico di stress al Cajon Pass. Hanno partecipato allo studio ricercatori dell’Università delle Hawaii a Mānoa, dell’U.S. Geological Survey Earthquake Science Center di Pasadena e dello Scripps Institution of Oceanography dell’UC San Diego.
I risultati mostrano che le tensioni tettoniche nella regione hanno raggiunto e, in alcuni casi, superato i livelli più alti dell’ultimo millennio. Nello studio, i ricercatori hanno anche introdotto il concetto di Cajon Pass come “earthquake gate”, un punto di congiunzione che controlla se i grandi terremoti rimangono confinati a una singola faglia o si propagano simultaneamente attraverso entrambi i sistemi. Lo studio è stato pubblicato sul Journal of Geophysical Research: Solid Earth.
Modellazione di 1.000 anni di storia sismica
Per studiare come si è evoluta nel tempo la tensione lungo le faglie di San Andreas e San Jacinto e in corrispondenza della cruciale giunzione di Cajon Pass, il team di ricerca ha costruito un modello quadridimensionale del ciclo sismico basato sulla fisica, in grado di simulare i processi in tre dimensioni spaziali e nel tempo. I ricercatori hanno quindi inserito nel modello una serie storica di 1.000 anni di terremoti, ricostruita a partire da dati geologici come la datazione al radiocarbonio, le anomalie degli anelli degli alberi e la documentazione storica delle rotture del terreno.
“Il modello traccia come ogni terremoto modifica la tensione sui segmenti di faglia adiacenti, come la tensione si accumula durante gli intervalli di quiete tra gli eventi e come gli strati più profondi della crosta terrestre si rilassano lentamente in seguito a grandi rotture”, spiega Burkhard. “Questa simulazione ci permette di comprendere come si accumulano le tensioni nel sistema di faglie nel corso dei secoli”, continua. “Simulando la storia sismica della California meridionale, possiamo stimare il livello di tensione a cui il sistema di faglie è già sottoposto oggi”.
I ricercatori dimostrano che le tensioni nella regione sono attualmente al livello più alto degli ultimi 1.000 anni.
L’”earthquake gate” come fattore chiave decisivo
Una scoperta fondamentale dello studio è che il Cajon Pass può agire come un cosiddetto “earthquake gate“, un punto di congiunzione che controlla se le grandi rotture rimangono confinate a una singola faglia o attraversano entrambi i sistemi di faglie. Esistono esempi storici di entrambi i comportamenti: il terremoto di Fort Tejon del 1857 si concluse al Cajon Pass e non coinvolse la faglia di San Jacinto, mentre il terremoto di Wrightwood del 1812 si propagò attraverso la congiunzione e attraversò entrambi i sistemi in un unico evento.
“Il concetto di earthquake gate coglie un aspetto importante del funzionamento dei punti di congiunzione delle faglie“, spiega Burkhard. “Il Cajon Pass non si limita a bloccare o incanalare i terremoti: reagisce alle condizioni di stress, e queste condizioni cambiano nel corso dei secoli”.
Lo studio dimostra inoltre che il fattore determinante non è solo l’entità dello stress accumulato su una singola faglia, ma anche il grado di allineamento degli stress sui due sistemi di faglie. Quando lo stress su entrambe le faglie aumenta simultaneamente nel tempo, raggiungendo livelli elevati e simili, si creano le condizioni favorevoli per una grande rottura congiunta che attraversa entrambi i sistemi. Quando i livelli di stress evolvono in modo non sincronizzato, è più probabile che le rotture si arrestino in corrispondenza della giunzione piuttosto che propagarsi ulteriormente.
Attualmente, lo stress modellato ha raggiunto i 3,6 MPa nella sezione San Jacinto-Bernardino, superando il valore massimo registrato in tutta la simulazione di 1.000 anni. Nella vicina sezione Mojave South della faglia di San Andreas, il valore è di 2,8 MPa. Entrambi i segmenti sono quindi sottoposti a stress elevati e relativamente simili, ponendo il sistema in una configurazione che storicamente ha preceduto le rotture congiunte.
“Non solo è preoccupante che le tensioni stiano raggiungendo livelli storici”, afferma Burkhard, “ma anche che le condizioni di stress relativo tra i due sistemi di faglie si stiano avvicinando all’intervallo che associamo a rotture di grande entità che attraversano entrambe le faglie simultaneamente, e questo è uno scenario con conseguenze ben più gravi per la regione”.
Aumento del rischio nelle regioni densamente popolate
Una rottura congiunta della faglia di San Andreas e della faglia di San Jacinto che attraversa il Cajon Pass sarebbe un evento molto più grave di una limitata a una singola faglia. La regione interessata comprende alcuni dei corridoi infrastrutturali più densamente popolati degli Stati Uniti, tra cui la grande area di Los Angeles, San Bernardino, Riverside e la Coachella Valley. Importanti autostrade, ferrovie e infrastrutture energetiche attraversano il Cajon Pass stesso.
“La questione di quando e come si verificherà il prossimo grande terremoto in questa regione è uno dei problemi più urgenti delle geoscienze applicate. I nostri risultati forniscono un quadro più chiaro, basato sulla fisica, dello stato di stress attuale del sistema di faglie, e il modello che abbiamo sviluppato è applicabile non solo alla California, ma anche ad altre complesse giunzioni di faglie in tutto il mondo”, afferma Burkhard.
Tuttavia, Burkhard sottolinea: “lo studio non è una previsione di quando si verificherà un terremoto. Possiamo affermare che il sistema è sottoposto a stress critico e che modelli basati sulla fisica come il nostro forniscono un quadro più chiaro della gamma di scenari per i quali dovremmo prepararci. Queste informazioni sono importanti per la valutazione del rischio, la pianificazione delle infrastrutture e la preparazione alle emergenze”.