De las Grietas en las Rocas a las fallas y terremotos: “El efecto mariposa”
Colaje: Imágenes Google
El título de la noticia que comentaremos hoy: “Cómo las pequeñas grietas conducen a fallas a gran escala, y terremotos”, resulta tan sorprendente que entra de pleno en el denominado, archiconocido y no bien comprendido por el público: Efecto mariposa”. Como señala Google: «La idea germen del efecto mariposa es que la secuencia interminable de hechos, aparentemente desencadenados entre sí, acaban por tener consecuencias completamente impredecibles”, que se popularizó con el ya casi aceptado refrán: “el aleteo de las alas de una mariposa se puede sentir al otro lado del mundo» (proverbio chino) o «el aleteo de las alas de una mariposa pueden provocar un Tsunami al otro lado del mundo» así como también «El simple aleteo de una mariposa puede cambiar el mundo”. Aclaremos que las localidades o los agentes pueden cambiarse, ya que son absolutamente imaginarios. Por lo tanto, el mensaje de la noticia de hoy deviene en que “una pequeña fractura cualquiera en una roca puede causar un terremoto”. ¿?. Ahora debemos clarificar que se trata en buena medida de un estudio llevado a cabo mediante modelizaciones. En el artículo original, se puede leer hasta en más de veinte ocasiones el concepto de “Sistema no lineal”, aunque nunca se cita la Teoría del Caos, ni la relacionada “mariposita”, empero que los autores del estudio (ver resumen del artículo de investigación) intentan linealizar lo no-lineal, a la hora de obtener los resultados. Empero ni aun así.
Me preocupa que, en su momento se intentó diferenciar entre sistemas no lineales y sistemas complejos. Al parecer no hubo consenso ya que no encuentró en internet nada parecido. Y esta sentencia viene a cuento por la insistencia de muchos estudios en hacer equiparar los sistemas caóticos con las leyes o progresiones geométricas, mientas que los que trabajamos con sistemas no-lineales, topamos casi siempre con las leyes potenciales (leyes de potencia). Y la diferencia no es baladí. Ya que en los primeros la impredecibilidad reina oír doquier, mientras que, en los segundos, nos podemos “aproximar” a extraer algunas regularidades de su estructura y comportamiento. Pero sea como sea, el resultado de una modelización no implica que, en la práctica, las estructuras y procesos funcionen de la misma manera.
Podéis, en cualquier caso, buscar más información en los numerosos posts incluidos en nuestras categorías
Redes Complejas, Ecológicas, Sociales y el Mundo de Internet
Diversidad, Complejidad y Fractales
Me ha sorprendido el estudio, aunque no me atrevería a firmar sus conclusiones. Personalmente me inclinaría por una aproximación no-lineal mediante leyes potenciales. Explicar más detalladamente las razones sería arduo y peligroso. Empero antes de terminar la entradilla, os dejo con una tabla que elaboró en su momento Jonathan Phillips.
Jonathan Phillips y el impresentable administrador de esta bitácora nos conocimos en persona en Filadelfia, si bien ya manteníamos muy buenas relaciones y comulgábamos acerca de ideas parecidas, tanto en suelos como en geomorfología. Empero yo me fui decantando por los suelos y los fractales y él por la geomorfología y la complejidad, aunque Jonathan era muy escéptico con los conceptos de estructuras y procesos fractales. Recojo de él esta tabla que pretende definir los principios que rigen los procesos superficiales terrestres, sin entrar a cuestionar algunos, aunque podría.
Tabla 7.2 Principios de los sistemas de la superficie terrestre sugeridos por Phillips (1999) 11 principios de los sistemas de la superficie terrestre
- Los sistemas de la superficie terrestre son inherentemente inestables, caóticos y autoorganizados.
- Los sistemas de la superficie terrestre son inherentemente ordenados
- El orden y la complejidad son propiedades emergentes de los sistemas de la superficie de la Tierra.
- Los sistemas de la superficie terrestre tienen modos tanto autoorganizados como no autoorganizados.
- Tanto las características inestables/caóticas como las estables/no caóticas pueden coexistir en el mismo paisaje al mismo tiempo
- El orden y la regularidad simultáneos pueden explicarse mediante una visión de los sistemas terrestres. como sistemas dinámicos no lineales complejos
- La tendencia de las pequeñas perturbaciones a persistir y crecer en tiempos y espacios como resultado inevitable de la dinámica de los sistemas de la superficie de la Tierra
- Los sistemas de la superficie terrestre no necesariamente evolucionan hacia una complejidad cada vez mayor. Evolutivo ni estable, no autoorganizado ni inestable, autoorganizado.
Las vías pueden continuar indefinidamente en los sistemas de la superficie de la Tierra.
- Procesos y controles ambientales que operan en niveles espaciales claramente diferentes y las escalas temporales son independientes
- La independencia de escala es una función de las tasas, frecuencias y la duración de los fenómenos superficiales terrestres.
¿Os aclaréis vosotros? Posiblemente no. El problema estriba en que fuera de contexto (ha escrito varios libros) resulta difícil entender sentencias que aparentemente son antónimas.
Os dejo ya con el artículo de marras, el resumen del trabajo original y algunos enlaces. Sin embargo, volveremos a explicar la teoría del caos desde otra perspectiva, más humanística próximamente.
Juan José Ibáñez
Continúa……
Efecto mariposa: ¿El aleteo de una mariposa en Sri Lanka puede provocar un huracán en EE.UU?
Cómo las pequeñas grietas conducen a fallas a gran escala
por Sarah Stanley, Unión Geofísica Americana
Los investigadores desarrollaron un modelo de cómo las pequeñas grietas en la roca (que se ven en primer plano) conducen a fallas que pueden remodelar la superficie de la Tierra, como en las montañas Sandia de Nuevo México (que se ven al fondo). Crédito: Jean-Arthur Olive
Las características geológicas y topográficas que conforman el mundo en el que vivimos están formadas en gran parte por fallas y fracturas en la frágil corteza terrestre. Las fallas surgen de imperfecciones microscópicas preexistentes dentro de la roca. Cuando la roca se somete a una tensión creciente, se forman pequeñas grietas en estas imperfecciones. Las grietas crecen e interactúan hasta que la roca sufre daños a mayor escala.
Las simulaciones por computadora de este proceso pueden profundizar la comprensión de las fallas y la conformación y remodelación tectónica a largo plazo de la superficie de la Tierra. Sin embargo, es un desafío capturar adecuadamente la evolución del daño de las rocas de una manera computacionalmente eficiente.
Léo Petit y sus colegas abordan este desafío mediante la introducción de un nuevo conjunto de ecuaciones que describen cómo se deforman las rocas dentro de la corteza terrestre. El estudio se publica en la revista Geochemistry, Geophysics, Geosystems.
Con este enfoque, denominado marco Maxwell (SCAM) alterado subcríticamente, su objetivo es capturar los procesos a microescala de daño en las rocas y vincularlos a la deformación a mayor escala de una manera que sea lo suficientemente sencilla como para ser ampliamente utilizada por los investigadores que estudian la corteza terrestre.
Lo que diferencia al marco SCAM de los enfoques anteriores es que sus parámetros se pueden calibrar con los datos de los experimentos de deformación de rocas, pero a un bajo costo computacional. Esto permite una simulación más precisa de cómo se acumulan las grietas microscópicas e interactúan para formar fallas.
Los investigadores también demuestran que el marco SCAM se puede utilizar para simular millones de años de cambios en una corteza frágil de 10 kilómetros de espesor. Los tamaños de las fallas y el desplazamiento en la simulación reflejan los datos del mundo real, lo que destaca el valor potencial del marco.
El marco SCAM tiene ciertas limitaciones, algunas de las cuales podrían abordarse mediante un perfeccionamiento futuro. Aún así, tal como está, podría ayudar a profundizar la comprensión de fenómenos como los peligros de terremotos, la meteorización y erosión de las rocas, la permeabilidad y el flujo de fluidos dentro de las rocas y el destino a largo plazo de las placas tectónicas.
Más información: Léo Petit et al, Una ley constitutiva frágil para el modelado tectónico a largo plazo basado en el crecimiento de grietas subcríticas, Geoquímica, Geofísica, Geosistemas (2024). DOI: 10.1029/2023GC011229
Información de la revista: Geoquímica, Geofísica, Geosistemas
Una ley constitutiva frágil para el modelado tectónico a largo plazo basado en el crecimiento de grietas subcríticas
Abstracto
Las representaciones adecuadas de la deformación frágil (fracturamiento y fallas) son ingredientes esenciales de las simulaciones tectónicas a largo plazo. Estos modelos suelen basarse en la plasticidad de Mohr-Coulomb junto con el ablandamiento prescrito de la cohesión y/o la fricción con la deformación plástica acumulada. Este enfoque captura las propiedades fundamentales de la falla frágil, pero es demasiado sensible a los parámetros empíricos de ablandamiento que no se pueden determinar experimentalmente. Aquí diseñamos una ley constitutiva frágil que captura los procesos clave de la deformación frágil y se puede implementar directamente en modelos geodinámicos estándar. En nuestra ley de flujo Maxwell subcríticamente alterado (SCAM, por sus siglas en inglés), la falla frágil comienza con la acumulación de daño frágil distribuido, que representa el alargamiento subcrítico de las microfisuras por tracción provocadas por el deslizamiento en defectos de cizallamiento preexistentes. El daño debilita progresiva y permanentemente los módulos elásticos de la roca, hasta que las grietas interactúan catastróficamente y se fusionan hasta la falla macroscópica. Los parámetros micromecánicos del modelo se pueden calibrar completamente contra los experimentos de deformación de rocas, lo que alivia la necesidad de parámetros de ablandamiento ad-hoc. Al implementar la ley de flujo SCAM en simulaciones de deformación en plano 2D de experimentos de deformación de rocas, encontramos que puede producir bandas de cizallamiento orientadas a Coulomb que se originan como bandas de daño. Los modelos SCAM también se pueden utilizar para extrapolar la resistencia de la roca del laboratorio a las tasas de deformación tectónica, y matizar el uso de la ley de Byerlee como límite superior de las tensiones de la litosfera. Además, mostramos que los modelos SCAM se pueden mejorar para simular la deformación tectónica de una placa quebradiza de 10 km de espesor durante millones de años. Estas características hacen que la reología SCAM sea una herramienta prometedora para investigar más a fondo la complejidad del comportamiento frágil en todas las escalas.
Puntos clave
Una nueva ley constitutiva frágil describe el inicio de fallas en simulaciones tectónicas
El modelo se basa en el crecimiento subcrítico y la interacción de microfisuras
Los parámetros del modelo derivado del laboratorio se pueden utilizar para modelar fallas a escala de la corteza,
Líneas de falla: Datos sobre las grietas en la Tierra
Referencias
Por Becky Oskin Última actualización 8 de febrero de 2023
Líneas de falla: Datos sobre las grietas en la Tierra
Las fallas en la Tierra se clasifican en tres grupos generales basados en la sensación de deslizamiento, o movimiento, que ocurre a lo largo de ellas durante los terremotos.
La Falla de San Andrés
Una imagen de la falla de San Andrés en California. La falla de San Andrés es una falla de deslizamiento. (Crédito de la imagen: Lloyd Cluff vía Getty Images)
Las fallas son fracturas en la corteza terrestre donde las rocas a ambos lados de la grieta se han deslizado unas sobre otras. A veces las grietas son diminutas, tan finas como un cabello, con un movimiento apenas perceptible entre las capas de roca. Pero las fallas también pueden tener cientos de kilómetros de largo, como la falla de San Andrés en California y la falla de Anatolia en Turquía, ambas visibles desde el espacio.
