Miles de terremotos alrededor de un volcán submarino antártico

Dirigido por Simone Cesca del Centro Alemán de Investigación de Geociencias (GFZ) de Potsdam, participaron investigadores de Alemania, Italia, Polonia y Estados Unidos. Con la aplicación combinada de técnicas sismológicas, geodésicas y de teledetección, pudieron determinar cómo la rápida transferencia de magma desde el manto de la Tierra cerca del límite entre la corteza y el manto hasta casi la superficie condujo al terremoto del enjambre.

El volcán Orca

El volcán Orca entre la punta de América del Sur y la Antártida
Los terremotos de enjambre ocurren principalmente en regiones volcánicamente activas. Por lo tanto, se sospecha que el movimiento de fluidos en la corteza terrestre es la causa. El monte submarino Orca es un gran volcán en escudo submarino con una altura de unos 900 metros sobre el fondo del mar y un diámetro de base de unos 11 kilómetros. Se encuentra en el Estrecho de Bransfield, un canal oceánico entre la Península Antártica y las Islas Shetland del Sur, al suroeste del extremo sur de Argentina.

"En el pasado, la sismicidad en esta región era moderada. Sin embargo, en agosto de 2020, comenzó allí un intenso enjambre sísmico, con más de 85.000 terremotos en medio año. Representa el mayor disturbio sísmico jamás registrado allí", informa Simone Cesca, científico en la Sección 2.1 Física de terremotos y volcanes de GFZ y autor principal del estudio ahora publicado. Al mismo tiempo que el enjambre, se registró un desplazamiento lateral del suelo de más de diez centímetros y un pequeño levantamiento de aproximadamente un centímetro en la vecina isla Rey Jorge.

Retos de la investigación

Cesca estudió estos eventos con colegas del Instituto Nacional de Oceanografía y Geofísica Aplicada - OGS y la Universidad de Bolonia (Italia), la Academia Polaca de Ciencias, la Universidad Leibniz de Hannover, el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y la Universidad de Potsdam. El desafío fue que hay pocos instrumentos sismológicos convencionales en el área remota, a saber, solo dos estaciones sísmicas y dos GNSS (estaciones terrestres del Sistema Global de Navegación por Satélite que miden el desplazamiento del suelo).

Para reconstruir la cronología y el desarrollo de los disturbios y determinar su causa, el equipo analizó además datos de estaciones sísmicas más lejanas y datos de satélites InSAR, que utilizan interferometría de radar para medir los desplazamientos del suelo. Un paso importante fue el modelado de los eventos con una serie de métodos geofísicos para interpretar los datos correctamente.

Reconstruyendo los eventos sísmicos

Los investigadores retrocedieron el inicio de los disturbios hasta el 10 de agosto de 2020 y extendieron el catálogo sísmico global original, que contiene solo 128 terremotos, a más de 85,000 eventos. El enjambre alcanzó su punto máximo con dos grandes terremotos el 2 de octubre (Mw 5,9) y el 6 de noviembre (Mw 6,0) de 2020 antes de disminuir. Para febrero de 2021, la actividad sísmica había disminuido significativamente.

Los científicos identifican una intrusión de magma, la migración de un mayor volumen de magma, como la causa principal del terremoto de enjambre, porque los procesos sísmicos por sí solos no pueden explicar la fuerte deformación superficial observada en la Isla Rey Jorge. La presencia de una intrusión volumétrica de magma se puede confirmar de forma independiente sobre la base de datos geodésicos.

A partir de su origen, la sismicidad primero migró hacia arriba y luego lateralmente: los terremotos agrupados más profundos se interpretan como la respuesta a la propagación vertical del magma desde un reservorio en el manto superior o en el límite entre la corteza y el manto, mientras que los terremotos corticales más superficiales se extienden de NE a SO. desencadenado en la parte superior del dique de magma que crece lateralmente, que alcanza una longitud de unos 20 kilómetros.

La sismicidad disminuyó abruptamente a mediados de noviembre, luego de cerca de tres meses de actividad sostenida, en correspondencia con la ocurrencia de los mayores sismos de la serie, con una magnitud Mw 6,0. El final del enjambre se puede explicar por la pérdida de presión en el dique de magma, que acompaña al deslizamiento de una gran falla, y podría marcar el momento de una erupción en el fondo marino que, sin embargo, aún no se ha podido confirmar con otros datos.

Mediante el modelado de datos GNSS e InSAR, los científicos estimaron que el volumen de la intrusión magmática de Bransfield está en el rango de 0,26-0,56 km. Eso hace que este episodio también sea el mayor disturbio magmático jamás monitoreado geofísicamente en la Antártida.

Simone Cesca resume: "Nuestro estudio representa una nueva investigación exitosa de un disturbio sísmico-volcánico en un lugar remoto de la Tierra, donde la aplicación combinada de técnicas de sismología, geodesia y teledetección se utilizan para comprender los procesos sísmicos y el transporte de magma en áreas pobremente instrumentadas. Este es uno de los pocos casos en los que podemos usar herramientas geofísicas para observar la intrusión de magma desde el manto superior o el límite entre la corteza y el manto hacia la corteza superficial: una transferencia rápida de magma desde el manto hasta casi la superficie que toma solo unos pocos días."

Referencia

Massive earthquake swarm driven by magmatic intrusion at the Bransfield Strait, Antarctica. Simone Cesca, Monica Sugan, Łukasz Rudzinski, Sanaz Vajedian, Peter Niemz, Simon Plank, Gesa Petersen, Zhiguo Deng, Eleonora Rivalta, Alessandro Vuan, Milton Percy Plasencia Linares, Sebastian Heimann & Torsten Dahm. Communications Earth & Environment volume 3, Article number: 89 (2022)
https://www.nature.com/articles/s43247-022-00418-5