Relación analítica entre el valor b y las señales electromagnéticas en la falla pre-macroscópica de rocas: Perspectivas sobre la física de la microdinámica antes de los terremotos
Autores: Venegas-Aravena, Patricio; Cordaro, Enrique G.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Relación analítica entre el valor b y las señales electromagnéticas en la falla pre-macroscópica de rocas: Perspectivas sobre la física de la microdinámica antes de los terremotos
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Ciencias de la Tierra y Geología
Palabras clave
Señales
Electromagnéticas
Terremotos
Rocas
Agrietamiento
Estrés
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Las mediciones de campo en regiones de subducción han revelado la presencia de señales pre-sísmicas no sísmicas, como emisiones electromagnéticas o acústicas, liberación de gases, cambios en la temperatura de la superficie terrestre, cambios a nivel ionosférico o migración de fluidos. Estas señales se asocian comúnmente con terremotos inminentes, aunque a menudo se basan únicamente en correlaciones temporales y espaciales en zonas de terremotos inminentes sin una comprensión integral de los procesos litosféricos subyacentes. Por ejemplo, una crítica es la medición de señales electromagnéticas crecientes incluso en ausencia de cambios de estrés macroscópicos observables, lo que desafía la comprensión convencional de que los cambios de estrés macroscópicos son la principal fuente de energía para las señales pre-sísmicas no sísmicas. Para abordar esta brecha, los experimentos con rocas proporcionan valiosas perspectivas. Experimentos recientes han demostrado que las rocas pueden electrificarse bajo cambios constantes de estrés macroscópico, acompañados de una disminución en el valor b, lo que indica agrietamiento multiescala. Esto sugiere la existencia de dinámicas a pequeña escala que generan señales electromagnéticas independientemente de las variaciones de estrés a gran escala. En ese sentido, la termodinámica multiescala ofrece una perspectiva valiosa para describir este fenómeno multiescala. Por eso, el objetivo principal de este trabajo es demostrar que las señales electromagnéticas antes de fallos macroscópicos no son independientes de la generación de agrietamiento, ya que el origen de ambos fenómenos es el mismo. En particular, presentamos ecuaciones analíticas que explican la conexión física entre el agrietamiento multiescala, la generación de señales electromagnéticas y su correlación negativa con la emisión acústica antes del fallo macroscópico de las rocas, incluso cuando la carga macroscópica es constante. Además, también mostramos que la dimensión fractal termodinámica, que corresponde al parámetro global que controla el proceso de agrietamiento, es proporcional al valor b cuando la generación de grietas a gran escala es considerablemente mayor que las grietas a pequeña escala. Así, las disminuciones en el valor b y los aumentos en las señales electromagnéticas indican que las rocas se preparan de manera irreversible para liberar energía macroscópicamente. Estos hallazgos podrían estar relacionados con la dinámica a escalas litosféricas antes de los terremotos.
Descripción
Las mediciones de campo en regiones de subducción han revelado la presencia de señales pre-sísmicas no sísmicas, como emisiones electromagnéticas o acústicas, liberación de gases, cambios en la temperatura de la superficie terrestre, cambios a nivel ionosférico o migración de fluidos. Estas señales se asocian comúnmente con terremotos inminentes, aunque a menudo se basan únicamente en correlaciones temporales y espaciales en zonas de terremotos inminentes sin una comprensión integral de los procesos litosféricos subyacentes. Por ejemplo, una crítica es la medición de señales electromagnéticas crecientes incluso en ausencia de cambios de estrés macroscópicos observables, lo que desafía la comprensión convencional de que los cambios de estrés macroscópicos son la principal fuente de energía para las señales pre-sísmicas no sísmicas. Para abordar esta brecha, los experimentos con rocas proporcionan valiosas perspectivas. Experimentos recientes han demostrado que las rocas pueden electrificarse bajo cambios constantes de estrés macroscópico, acompañados de una disminución en el valor b, lo que indica agrietamiento multiescala. Esto sugiere la existencia de dinámicas a pequeña escala que generan señales electromagnéticas independientemente de las variaciones de estrés a gran escala. En ese sentido, la termodinámica multiescala ofrece una perspectiva valiosa para describir este fenómeno multiescala. Por eso, el objetivo principal de este trabajo es demostrar que las señales electromagnéticas antes de fallos macroscópicos no son independientes de la generación de agrietamiento, ya que el origen de ambos fenómenos es el mismo. En particular, presentamos ecuaciones analíticas que explican la conexión física entre el agrietamiento multiescala, la generación de señales electromagnéticas y su correlación negativa con la emisión acústica antes del fallo macroscópico de las rocas, incluso cuando la carga macroscópica es constante. Además, también mostramos que la dimensión fractal termodinámica, que corresponde al parámetro global que controla el proceso de agrietamiento, es proporcional al valor b cuando la generación de grietas a gran escala es considerablemente mayor que las grietas a pequeña escala. Así, las disminuciones en el valor b y los aumentos en las señales electromagnéticas indican que las rocas se preparan de manera irreversible para liberar energía macroscópicamente. Estos hallazgos podrían estar relacionados con la dinámica a escalas litosféricas antes de los terremotos.