San Diego (California).- Un equipo de científicos ha dado un paso decisivo hacia la comprensión y posible predicción de los terremotos, al desarrollar un modelo de laboratorio que relaciona la fricción microscópica entre superficies de falla con la probabilidad de que ocurran sismos.
La investigación fue realizada por Sylvain Barbot y Baoning Wu, quien actualmente trabaja en la Universidad de California en San Diego. El estudio contó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF) y del Centro Estatal de Terremotos de California.
El avance, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, revela cómo la zona real de contacto entre fallas —aquella que no se ve a simple vista— juega un papel fundamental en el inicio de los terremotos, ofreciendo una visión sin precedentes sobre la mecánica sísmica.
«Básicamente, hemos abierto una ventana al corazón de la mecánica de los terremotos», afirmó Sylvain Barbot, profesor asociado de ciencias de la Tierra en la Universidad del Sur de California (USC) y autor principal del estudio.
Según Barbot, observar cómo evoluciona el área real de contacto durante el ciclo sísmico permite explicar tanto la lenta acumulación de tensiones en las fallas como la rápida ruptura que genera los terremotos. Este conocimiento podría, a largo plazo, derivar en nuevas formas de monitorear y predecir los sismos desde sus primeras etapas.
Durante décadas, los modelos sísmicos se han basado en leyes de fricción «empíricas» conocidas como “rate-and-state”, útiles pero incompletas al carecer de una base física clara. El nuevo modelo de laboratorio cambia esta perspectiva al ofrecer una interpretación física del comportamiento sísmico, directamente relacionada con la fricción a nivel microscópico.
«Cuando dos superficies rugosas se deslizan, sólo hacen contacto en puntos minúsculos y aislados», explicó Barbot. Esta área real de contacto, que representa una fracción ínfima del área total, resulta ser la variable clave que controla la aparición y desarrollo de los terremotos.
El estudio se basó en un modelo experimental innovador utilizando materiales acrílicos transparentes, lo que permitió a los investigadores observar en tiempo real cómo se propagan las rupturas sísmicas.
Mediante cámaras de alta velocidad y técnicas ópticas, el equipo registró cómo la transmisión de luz LED se alteraba con el crecimiento y destrucción de las uniones de contacto durante los «terremotos de laboratorio».
Los resultados fueron sorprendentes: en los sismos rápidos, aproximadamente el 30 % del área de contacto desaparece en milisegundos, lo que demuestra una pérdida de fricción extremadamente rápida que impulsa el evento sísmico.
Este fenómeno había sido descrito en modelos matemáticos durante más de medio siglo, pero sin una confirmación física directa. El experimento valida que la «variable de estado» utilizada en los modelos tradicionales corresponde, en realidad, a la evolución del área real de contacto entre superficies. Así, el estudio ofrece la primera interpretación física de un concepto central en la ciencia sísmica desde los años 70.
Además de los ensayos físicos, el equipo analizó 26 escenarios sísmicos simulados por computadora. En todos los casos, se encontró que la relación entre la velocidad de ruptura y la energía de fractura se ajustaba a las predicciones de la mecánica de fractura elástica lineal.
Las simulaciones lograron replicar fielmente tanto los terremotos rápidos como los lentos observados en el laboratorio, incluyendo la variación en la transmisión de luz, las caídas de tensión y la velocidad de propagación.
Este hallazgo va más allá de la teoría. Los investigadores señalan que el área de contacto afecta múltiples propiedades físicas de las fallas, como la conductividad eléctrica, la permeabilidad hidráulica y la transmisión de ondas sísmicas. Esto significa que si estas propiedades se pueden monitorear en tiempo real en fallas naturales, podrían servir como indicadores anticipados del inicio de un terremoto.
«Si logramos monitorear estas propiedades continuamente en fallas reales, podríamos detectar las etapas tempranas de nucleación sísmica», afirmó Barbot. Esto abre la posibilidad de desarrollar nuevos sistemas de alerta temprana que permitan actuar antes de que se liberen las ondas sísmicas destructivas.
El equipo planea ahora ampliar sus investigaciones fuera del laboratorio, en condiciones naturales más complejas.
«Imaginen un futuro en el que podamos detectar cambios sutiles en las condiciones de una falla antes de que ocurra un terremoto», concluyó Barbot. «Esa es la meta a largo plazo de este trabajo».
