Riassunto:
Quando si verifica un terremoto, si verificano enormi cambiamenti di attrito e stress tra gli strati rocciosi sotterranei. Da tempo gli scienziati cercano di spiegare un fenomeno sconcertante: perché le faglie sottomarine possono scivolare di decine di metri in un tempo molto breve quando si verificano grandi terremoti e persino innescare tsunami estremamente distruttivi?
Un ultimo studio condotto da un gruppo di ricerca dell'Università pubblica di Osaka in Giappone potrebbe fornire una nuova spiegazione a questo problema. I ricercatori hanno scoperto antiche rocce di faglia formatesi circa 15 milioni di anni fa nella penisola giapponese di Boso, che conservano un'insolita struttura geologica. L'analisi mostra che durante forti terremoti, l'argilla all'interno della faglia potrebbe aver subito cambiamenti drastici e la sua viscosità un tempo era vicina al livello dell'acqua, facendo sì che gli strati rocciosi originariamente strettamente interconnessi formassero improvvisamente uno stato simile alla lubrificazione liquida.
Ciò significa che le faglie sismiche non sempre si muovono a causa dello sfregamento dei solidi l'uno contro l'altro. In determinate condizioni, il materiale all'interno di una faglia può fluidificarsi rapidamente, riducendo notevolmente la resistenza allo scivolamento.
La ricerca è stata guidata dal professor Tetsuro Hirono dell'Università pubblica di Osaka. Il team ha condotto un'indagine dettagliata delle antiche rocce esposte sulla penisola di Boso. Queste rocce si sono formate in un ambiente di fondale marino circa 15 milioni di anni fa. Una delle antiche faglie sismiche conserva strati rocciosi ondulati e curvi insolitamente evidenti, nonché strutture complesse che ricordano vortici fluidi.
I ricercatori descrivono queste strutture come aventi caratteristiche simili a turbolenze. Normalmente, i materiali nelle faglie rocciose formano disposizioni relativamente stabili durante processi geologici a lungo termine, ma gli strati rocciosi scoperti questa volta mostrano evidenti segni di flusso, come se avessero sperimentato un rapido movimento di liquido in uno spazio ristretto.
Per capire come si sono formate queste strutture, il team di ricerca ha utilizzato metodi di meccanica dei fluidi per analizzare la morfologia delle formazioni rocciose, collegandole infine a un processo geologico chiamato "pressurizzazione termica".
La pressurizzazione termica si verifica spesso durante il rapido scorrimento delle faglie sismiche. Quando le rocce su entrambi i lati della faglia si muovono improvvisamente l’una rispetto all’altra, l’enorme attrito genererà una grande quantità di calore in un tempo molto breve. All'interno delle rocce ci sono molti piccoli pori, che spesso contengono acqua. Quando il calore per attrito riscalda rapidamente quest’acqua, la pressione del fluido all’interno dei pori aumenta bruscamente.
Poiché l'acqua è confinata all'interno della roccia, la pressione non può essere rilasciata in tempo, indebolendo così la resistenza all'attrito tra le rocce su entrambi i lati della faglia. Quando la resistenza di attrito diminuisce, la faglia può accelerare ulteriormente lo scorrimento, generare più calore e continuare ad aumentare la pressione dei pori.
Questo processo può formare un feedback positivo: più velocemente scorre la faglia, più calore viene generato; maggiore è la pressione dell'acqua, minore è la resistenza all'attrito tra le rocce; quando la resistenza si riduce, la faglia può estendersi su scala più ampia.
I ricercatori ritengono che le speciali strutture conservate nelle antiche rocce della penisola di Boso siano la prova geologica lasciata da questo processo di pressurizzazione termica.
Il professor Tetsuro Hirono ha affermato che l'analisi del gruppo di ricerca ha mostrato che la viscosità del materiale all'interno della faglia potrebbe essere stata vicina al livello dell'acqua. L’entità di questo cambiamento è sorprendente, il che significa che i materiali argillosi che originariamente avevano un’elevata resistenza all’attrito possono trasformarsi in uno stato quasi liquido durante i terremoti e agire come uno strato lubrificante dinamico.
Quando questo fenomeno si verifica in un'area di faglia poco profonda vicino al fondale marino, può avere conseguenze particolarmente gravi. A causa dell’improvviso calo della resistenza della faglia, le formazioni rocciose possono subire spostamenti su larga scala ben oltre le aspettative convenzionali, il che a sua volta favorisce il sollevamento o l’abbassamento complessivo del fondale marino, disturbando grandi quantità di acqua di mare e formando tsunami.
Nel marzo 2011, nella regione giapponese di Tohoku si è verificato un forte terremoto di magnitudo 9,1. Il terremoto è durato quasi 6 minuti. Si è verificato uno slittamento su larga scala delle faglie sottomarine, che alla fine ha innescato un devastante tsunami. Il disastro ha causato gravi vittime e ha provocato un incidente nucleare nella centrale nucleare di Fukushima Daiichi.
I ricercatori ritengono che il meccanismo attraverso il quale la sovralimentazione termica provoca una forte diminuzione della resistenza all'attrito della faglia potrebbe aiutare a spiegare perché alcuni grandi terremoti possono produrre spostamenti così enormi del fondale marino. Tuttavia, le rocce risalenti a 15 milioni di anni fa scoperte finora non dimostrano che lo stesso processo debba essersi verificato nel terremoto di Tohoku del 2011 in Giappone. Fornisce un possibile meccanismo supportato da prove fisiche, piuttosto che una riduzione diretta di un terremoto moderno.
Questa ricerca ha un potenziale valore per le future valutazioni del rischio di terremoti e tsunami.
Attualmente, la valutazione del rischio sismico richiede solitamente una considerazione completa di fattori quali la posizione della faglia, la struttura della roccia, le registrazioni storiche dei terremoti e la velocità di movimento delle placche. Tuttavia, i cambiamenti nelle proprietà fisiche che possono verificarsi nel materiale all’interno della faglia al momento di un terremoto non possono sempre essere incorporati accuratamente nei modelli di previsione.
Se gli scienziati riuscissero a comprendere meglio i cambiamenti di viscosità dei diversi materiali della faglia in condizioni di alta temperatura, alta pressione e rapido scorrimento, potrebbe essere possibile stimare con maggiore precisione di quanto può spostarsi la faglia quando si verifica un terremoto e quanto grande può essere lo spostamento del fondale marino.
Il gruppo di ricerca spera di applicare il metodo di analisi stabilito questa volta alle moderne faglie attive, in particolare quelle superficiali nelle zone di subduzione che possono innescare grandi tsunami.
Questo tipo di faglia, situata in aree in cui una placca tettonica si tuffa sotto un'altra, è il luogo di molti dei più grandi terremoti e tsunami del mondo. Poiché le faglie superficiali sono direttamente vicine al fondale marino, lo scivolamento su larga scala che si verifica su di esse potrebbe avere un impatto più diretto sull’acqua di mare.
Risultati di ricerca rilevanti sono stati pubblicati sulla rivista "Scientific Reports" il 27 giugno 2026. L'articolo è intitolato "Il materiale di faglia superficiale nella zona di subduzione mostra un flusso simile a quello turbolento durante i terremoti".
Questo studio rivela un collegamento facilmente trascurato nel meccanismo fisico dei terremoti: le faglie non sempre mantengono caratteristiche di attrito fisse. In condizioni estreme, i loro materiali interni possono subire cambiamenti drastici in un tempo molto breve, trasformandosi da un'interfaccia di attrito solido e duro a uno stato vicino alla lubrificazione liquida.
Questa scoperta fornisce nuove direzioni di ricerca per comprendere perché i grandi terremoti producono improvvisamente spostamenti inaspettati e come valutare il conseguente rischio di tsunami.
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