En junio de 2019, ocurrió un terremoto de magnitud 4.0 debajo del lago Erie, cerca de la costa de Ohio, a unas 20 millas al noreste de Cleveland.

Aunque no se informaron daños, el sismo submarino se sintió ampliamente hasta 60 millas de distancia, en todo el noreste de Ohio y en partes de Pensilvania, Ontario y el sureste de Michigan.

El terremoto y numerosas réplicas ocurrieron cerca del final de un período de aumentos récord en los niveles de agua de los Grandes Lagos y coincidieron con el nivel de agua más alto jamás registrado en el lago Erie. ¿Podría haber una conexión entre la sismicidad del lago Erie y los niveles de agua fluctuantes en el lago?

Para averiguarlo, los investigadores de la Universidad de Michigan y sus colegas compilaron un nuevo catálogo de 437 terremotos relativamente pequeños en el área del lago Erie que ocurrieron entre 2013 y 2020, el catálogo más completo jamás obtenido. Todos los sismos fueron más pequeños que el evento de junio de 2019 y es probable que los residentes de la región no los hayan notado.

Luego, los investigadores calcularon las tensiones que los cambios en los niveles de agua del lago Erie impartirían a las fallas en las rocas debajo del lago y usaron varios métodos estadísticos para buscar una correlación entre las tasas de terremotos y los niveles de agua.

¿Su veredicto?

"No se pudo establecer una correlación concluyente entre la tasa de terremotos y el nivel del agua o la tasa de cambio del nivel del agua", dijo el geofísico de la U-M Yihe Huang, coautor de un estudio publicado en línea el 9 de mayo en la revista Seismological Research Letters. .

La falta de una prueba irrefutable puede deberse en parte al número limitado de terremotos en el nuevo catálogo, según los investigadores. Además, los cambios de tensión inducidos por el lago Erie en las fallas sísmicas cercanas son probablemente decenas o centenas de veces más pequeños que los observados en lugares, como el embalse detrás de la enorme presa Koyna de la India, donde los terremotos se han atribuido a los cambios en los niveles del agua.

"No podemos descartar por completo el impacto del aumento del nivel del agua en la reactivación de las fallas que albergaron la secuencia del terremoto de Ohio en 2019", dijo el autor principal del estudio, Dongdong Yao, ex investigador postdoctoral de la U-M que ahora se encuentra en la Universidad de Geociencias de China.

"Nuestros resultados resaltan la necesidad de un monitoreo más denso y cercano de la sismicidad del lago para investigar más a fondo el impacto del cambio de la carga de agua en la reactivación de fallas poco profundas en esta región".

Para dar seguimiento a sus hallazgos, Huang y sus colegas utilizarán técnicas novedosas para monitorear la sismología regional de los Grandes Lagos y realizarán simulaciones basadas en la física. Específicamente:

• Huang y el sismólogo de la U-M Zack Spica están planeando un experimento de campo este verano para convertir un cable de fibra óptica existente en el lago Ontario en sensores que puedan monitorear mejor la sismicidad y otros fenómenos como seiches, corrientes de fondo o cambios en el nivel del agua. Estudios previos en otras partes del país han demostrado el potencial del uso de redes existentes de cables de fibra óptica, las mismas fibras ópticas que brindan Internet de alta velocidad y video HD a nuestros hogares, para estudiar los terremotos.
• Huang y sus colegas simularán las tensiones adicionales en las fallas sísmicas del área del lago Erie causadas por los altos niveles de agua, así como el grado en que el agua del lago que se filtra en el lecho rocoso puede ayudar a lubricar esas fallas. "Estos dos efectos pueden competir entre sí en la naturaleza, y las simulaciones basadas en la física pueden ayudarnos a determinar qué efecto es más importante", dijo.

Además, Huang y su equipo todavía están analizando datos de una red de ocho sismómetros, conocida como el proyecto LEEP para el experimento del terremoto del lago Erie, que operaron en la esquina occidental del lago Erie desde octubre de 2018 hasta julio de 2021.

La región de los Grandes Lagos generalmente se considera sísmicamente inactiva, y los terremotos de magnitud 5 o más son raros. Sin embargo, los terremotos con magnitudes superiores a 2 ocurren dos o tres veces al año en la región, principalmente alrededor de los lagos Erie y Ontario. Los terremotos con magnitudes de 2,5 a 3 son los más pequeños que generalmente sienten las personas.

"No estamos seguros de si las fallas del área del lago Erie pueden producir terremotos destructivos o mortales", dijo Huang, profesor asistente en el Departamento de Ciencias Ambientales y de la Tierra de la U-M. "Es por eso que los sismólogos están interesados ​​en estudiar una secuencia de terremotos de magnitud 4 de esta región".

Desde principios de la década de 2010, el este de Ohio ha visto un aumento significativo en la frecuencia de terremotos relativamente pequeños. Los orígenes de esos terremotos son poco conocidos, pero algunos estudios previos sugirieron que pueden atribuirse a la inyección de aguas residuales y actividades de fracturación hidráulica.

También se ha sugerido que la sismicidad inducida por inyección fue el detonante del último terremoto de magnitud 5 de la región, que ocurrió en enero de 1986 en el noreste de Ohio, al este de Cleveland en el sur del condado de Lake.

En el nuevo estudio, que cubre el período de 2013 a 2020, el equipo dirigido por la U-M encontró un grupo de terremotos en las cercanías del temblor de 1986 y cerca de los pozos de eliminación de aguas residuales que estaban en funcionamiento durante el período de estudio. Llegaron a la conclusión de que este grupo de sismos "podría ser potencialmente inducido por la eliminación de aguas residuales".

"Más intrigante, el terremoto de 1986 también estaba ocurriendo durante otro período de niveles altos de agua registrados en los Grandes Lagos", escribieron los autores. "Sin embargo, debido a la gran distancia en relación con el lago Erie, sería difícil evaluar el impacto del cambio de estrés inducido por el lago al desencadenar el terremoto de 1986".

Para crear su nuevo catálogo de 437 terremotos en el área del lago Erie, los investigadores comenzaron con 27 terremotos informados anteriormente que figuran en el Catálogo completo de terremotos del Sistema Sísmico Nacional Avanzado, que se conoce como el catálogo ComCat.

Las redes de sismómetros de EE. UU. capturaron registros continuos de los movimientos del suelo en la región durante el período de estudio. Usando las formas de onda producidas por los 27 terremotos conocidos como plantillas, el equipo escaneó las grabaciones continuas en busca de terremotos no detectados previamente con formas de onda similares. El proceso se llama comparación de plantillas.

La mayoría de los terremotos en el nuevo catálogo no habrían sido sentidos por los residentes del área y solo son detectables por sismómetros cercanos sensibles a pequeñas cantidades de sacudidas del suelo.

El nuevo catálogo reveló de 20 a 40 pequeños terremotos por año durante el período de estudio, previo al evento de junio de 2019. Una alta tasa de sismicidad en 2019 estuvo dominada por las réplicas que siguieron al terremoto de magnitud 4.0.

Además de compilar el nuevo catálogo integral, el equipo también fue el primero en mapear la falla que se rompió para producir el terremoto de 2019, que ocurrió a una profundidad de aproximadamente 2 kilómetros (1,2 millas).