Una visión geológica del terremoto de Turquía

La reciente serie de terremotos en Turquía, compuesta por dos eventos destructivos de magnitudes M7,8 y M7,5, ha sido generada por la activación de varias fallas del sistema de fallas del este de Anatolia (EAF, por sus siglas en inglés), que tiene más de 500 km de longitud y orientación noreste-suroeste. Forma parte del límite entre las placas tectónicas de Arabia (al sureste) y Anatolia (al oeste), que conforman un punto triple de encuentro junto a la Euroasiática (al norte).

La placa de Arabia se desplaza hacia el norte colisionando con la Euroasiática al tiempo que la de Anatolia, con forma de cuña, sufre un movimiento de escape hacia el oeste. La velocidad a la que esta se mueve hace que las fallas EAF tengan que acomodar deformaciones de entre 10 y 20 mm/año, que son unas velocidades altas.

Por comparar, las fallas del sistema de San Andrés en California (EE UU) muestran velocidades de hasta 34 mm/año, y a la de Alhama de Murcia, responsable del terremoto de Lorca de 2011, aproximadamente 1 mm/año.

Estas grandes fallas activas son fracturas que limitan bloques de corteza que se desplazan uno respecto al otro, en este caso el de la península de Anatolia y el de la placa Arábiga. Sin embargo, aunque lo hacen de modo constante, las fallas que los separan se encuentran bloqueadas, de modo que a medida que pasan los años, siglos o miles de años se van acumulando esfuerzos a lo largo de los planos de falla.

Cuando el nivel de esfuerzos alcanza un punto crítico se inicia el proceso de rotura a lo largo de la falla que puede durar desde segundos a varios minutos, proceso que llamamos terremoto. El proceso comienza en el punto que se denomina hipocentro (en el caso de este terremoto, localizado en torno a 15 km de profundidad) y desde el cual se empieza a propagar un frente de rotura a lo largo de la falla. Como análogo, podríamos pensar en el modo como se propaga una grieta en el parabrisas de un coche tras un impacto puntual, que sería el equivalente al hipocentro.

Cuanto mayor es la longitud de la falla que sufre ese desplazamiento y este es más grande, mayor a su vez es la magnitud del terremoto y la energía liberada en forma de letales ondas sísmicas que provocan la sacudida del suelo, responsable en definitiva de la catástrofe.

Los primeros datos de aceleración del suelo que aporta la red de acelerogramas de Turquía indican que se han alcanzado valores máximos próximos a dos veces la aceleración de la gravedad. Son valores elevadísimos que explican el enorme volumen de daños. Pero para entender el alcance de estos daños hay que tener en consideración otros aspectos.

Turquía es un país con un alto grado de desarrollo científico en los campos de estudio de los terremotos así como en ingeniería sísmica, y además dispone de un código de construcción sismorresistente y un mapa de peligrosidad sísmica, que son homologables con los de los países más desarrollados que sufren este tipo de riesgos. Entonces, ¿a qué se debe el gigantesco daño generado por estos terremotos?

Turquía es un país con un alto grado de desarrollo científico en los campos de estudio de los terremotos así como en ingeniería sísmica, y además dispone de un código de construcción sismorresistente y un mapa de peligrosidad sísmica, que son homologables con los de los países más desarrollados que sufren este tipo de riesgos. Entonces, ¿a qué se debe el gigantesco daño generado por estos terremotos?

La respuesta no es sencilla, ya que hay que analizar con calma las razones del colapso de numerosos edificios. Las primeras informaciones parecen indicar que las aceleraciones han sido muy elevadas debido a la propagación unidireccional de algunos tramos de la rotura de la falla, asociada a una compleja ruptura, con activación de varias fallas rompiendo de manera encadenada, un fenómeno que puede aumentar la intensidad de la sacudida.

Se ha podido observar que esta serie sísmica se inicia con un primera rotura y desplazamiento en una falla (posiblemente secundaria), que segundos después afecta al sistema completo. Comienza así a haber una alteración en el régimen tensional de la región, donde algunas fallas pueden verse cargadas de manera rápida, acelerando su ciclo sísmico y rompiendo en cuestión de minutos, horas o días.

Así ocurrió con el segundo evento M7,5, que se generó en otra falla con una orientación completamente distinta a la de la del evento principal. Previsiblemente, la serie sísmica continuará hasta que se alcance un reequilibrio tensional en la región disminuyendo progresivamente, tanto la cantidad como la magnitud de los sismos según una ley de decaimiento que suele durar de semanas a meses.

Comparativa con el terremoto de Lorca

Una comparativa con el terremoto de Lorca (Murcia) nos puede ayudar a entender mejor las dimensiones. La energía liberada por el evento de Turquía ha sido 12.000 veces mayor que la liberada por el de Lorca.

Esta energía está relacionada con el tamaño de la rotura de la falla y con el desplazamiento generado: en el caso de Turquía, la longitud de falla implicada en la rotura ha sido de aproximadamente 200 km por unos 30 km de anchura con un deslizamiento de entre 3 y 4 metros; mientras que en el caso de Lorca, la superficie de rotura fue de 3 km de longitud por 3 km de anchura con un desplazamiento de 10 centímetros.

Si pensamos en el desplazamiento que la ruptura sísmica de esta falla ha generado y hemos podido ver en las fotografías publicadas, de al menos esos 3 o 4 metros, y tenemos en cuenta que esta falla acumula deformación elástica de manera lenta a una tasa de 10 mm/año, tenemos que para almacenar la energía que ha liberado ha necesitado al menos 300 o 400 años sin actividad sísmica. A este proceso de acumulación lenta de energía elástica y deformación brusca es a lo que llamamos ciclo sísmico.

El seísmo ocurrido en Turquía, que también ha afectado a la vecina Siria, se localiza en un sector del sistema de fallas en el que el catálogo histórico indica que los últimos grandes terremotos se produjeron hace 100 y 200 años. Esta recurrencia de la actividad sísmica es relativamente fácil de identificar en regiones con fallas de velocidad alta como esta donde la recurrencia de los terremotos, o ciclo sísmico, es de cientos de años, ya que los eventos quedan registrados en los catálogos sísmicos históricos.

Sin embargo, en regiones con fallas de velocidad moderada-baja, como la península ibérica, las recurrencias de grandes terremotos asociados a una determinada falla llegan a ser de varios miles de años, lo que excede la capacidad de registro del catálogo histórico (inferior a 2000 años). En estos casos, la huella geológica que dejan en el terreno se vuelve fundamental para tratar de identificar eventos sísmicos que hayan podido generarse en las últimas decenas de miles de años.

Existen muchas herramientas científicas y técnicas que nos permiten aumentar el grado de conocimiento acerca del comportamiento sísmico de las fallas activas, tanto en regiones de alta actividad como la del Mediterráneo oriental, como en zonas de actividad moderada como la de la península ibérica.

Catástrofes como la de Turquía nos recuerdan la importancia de potenciar su utilización y desarrollo con el fin de mejorar la evaluación de la peligrosidad sísmica, actualizar correctamente los códigos de construcción, realizar una adecuada planificación territorial y, en definitiva, disminuir el riesgo sísmico.

Herramientas para estudiar los terremotos

Disciplinas como la geología de terremotos y la paleosismología tratan de identificar las trazas de las fallas activas que son capaces de generar grandes eventos sísmicos, como el de Turquía, además de asignarles una velocidad de desplazamiento, una magnitud máxima del terremoto asociado y su periodo de recurrencia. Así se amplía la ventana temporal de observación que proporciona el registro histórico e instrumental.

En la actualidad existen numerosas iniciativas científicas y proyectos de investigación a nivel nacional y europeo (como Fault2SHA de la European Seismological Commission) en los que se está intentando integrar de manera eficiente la presencia de fallas activas en cálculos de peligrosidad sísmica probabilistas. Las bases de datos de estas fallas (como la QAFI) son un repositorio fundamental para realizar evaluaciones de la peligrosidad sísmica más realistas.

Existen herramientas que nos permiten evaluar cómo las roturas en las fallas inducen variaciones en el estado de esfuerzos en las fallas del entorno y dan lugar a réplicas y parejas de terremotos como el de Turquía. Estos cálculos ya han sido utilizados para hacer pronósticos a corto plazo del potencial de ocurrencia de réplicas y nuevos terremotos.

Por su parte, la monitorización geodésica de las fallas mediante estaciones de puntos de medidas GPS, y mediante técnicas de interferometría de imágenes RADAR de satélite son también herramientas muy potentes para cuantificar tasas de acumulación de esfuerzos en las fallas activas.

También se usan modelos a escala para simular la evolución y complejas interacciones que ocurren durante estos eventos. Entre las herramientas más importantes figuran el modelado analógico, que trata de reproducir el comportamiento de las fallas a escala de laboratorio, y el modelado numérico, que trata de simular la generación de terremotos de estos sistemas tanto a corto plazo para simular roturas de eventos concretos, como a largo plazo para simular la sismicidad generada por un sistema de fallas durante cientos de miles o millones de años.

El análisis con sistemas informáticos de alta capacidad y la aplicación de algoritmos de inteligencia artificial es una vía de investigación en desarrollo que nos permitirá profundizar en el conocimiento de la evolución y comportamiento de estos sistemas, un paso fundamental para acercarnos al pronóstico sísmico a medio plazo.

Juan Miguel Insua Arévalo, José Jesús Martínez Díaz y José Antonio Álvarez Gómez son profesores del Departamento de Geodinámica, Estratigrafía y Paleontología de la Facultad de Ciencias Geológicas de la Universidad Complutense de Madrid (UCM).