La falla alpina es una falla geológica que recorre casi toda la longitud de la Isla Sur de Nueva Zelanda , con unos 600 km (370 mi). [a] de largo, y forma el límite entre la placa del Pacífico y la placa australiana . [4] Los Alpes del Sur se han elevado sobre la falla durante los últimos 12 millones de años en una serie de terremotos. Sin embargo, la mayor parte del movimiento en la falla es de rumbo deslizante (de lado a lado), con el distrito de Tasmania y la Costa Oeste moviéndose hacia el norte y Canterbury y Otago moviéndose hacia el sur. Las tasas de deslizamiento promedio en la región central de la falla son de unos 38 mm (1,5 pulgadas) al año, muy rápido para los estándares globales. [5] El último gran terremoto en la falla alpina fue alrededor de 1717 d. C. con una gran magnitud de terremoto de M w 8,1 ± 0,1. [2] La probabilidad de que ocurra otro antes de 2068 se estimó en un 75 por ciento en 2021. [6] [7]
El límite entre la placa del Pacífico y la placa indoaustraliana forma la zona de falla de Macquarie en la fosa de Puysegur, frente a la esquina sudoeste de la Isla Sur, y llega a tierra como la falla alpina, justo al norte de Milford Sound. La falla alpina luego recorre la longitud de la Isla Sur, justo al oeste de los Alpes del Sur, hasta cerca del paso Lewis, en la sección norte central de la isla. En este punto, se divide en un conjunto de fallas más pequeñas conocidas como el sistema de fallas de Marlborough . Este conjunto de fallas, que incluye la falla de Wairau , la falla de Hope, la falla de Awatere y la falla de Clarence , transfiere el desplazamiento entre la falla alpina y la zona de subducción de Hikurangi al norte. Se cree que la falla de Hope representa la continuación principal de la falla alpina. [8]
La placa australiana, que se encuentra en proceso de separarse nuevamente de la placa indoaustraliana , [9] se está subduciendo hacia el este al sur de la Isla Sur y la placa del Pacífico se está subduciendo hacia el oeste al norte. En el medio, la falla alpina es un límite de transformación y tiene un movimiento de deslizamiento de rumbo dextral (lateral derecho) y un levantamiento en el lado sureste. [2] El levantamiento se debe a un elemento de convergencia entre las placas, lo que significa que la falla tiene un componente oblicuo inverso de alto ángulo significativo en su desplazamiento. [4] [10]
En la sección norte de la falla, la transición al sistema de fallas de Marlborough refleja un desplazamiento de transferencia entre el límite de placa principalmente transformante de la falla alpina y el límite principalmente destructivo más al norte desde la zona de subducción de Hikurangi hasta la fosa de Kermadec . Esto ha dado lugar a una compleja dispersión de fallas, [11] que está asociada a grandes terremotos adyacentes a la falla alpina, pero fuera de ella, como el terremoto de Murchison de 1929 , el terremoto de Inangahua de 1968 y el terremoto de Arthur's Pass de 1929. [ b]
La falla alpina presenta el mayor levantamiento de la placa del Pacífico cerca de Aoraki/Monte Cook en su sección central. Aquí el movimiento relativo entre las dos placas es en promedio de 37 a 40 mm al año. Esto se distribuye en 36 a 39 mm de movimiento horizontal y 6 a 10 mm de movimiento ascendente en el plano de la falla por año. [5]
En el extremo sur de la falla no hay efectivamente ningún componente de elevación de la placa del Pacífico [12] y otras fallas comparten la tensión como resultado de la colisión de placas. [13] Estas incluyen las fallas de Fiordland asociadas con el terremoto de Fiordland de 2003 y el terremoto de Fiordland de 2009 , el sistema de fallas de Otago , en las fallas de Canterbury como la zona de falla de Ostler y las asociadas con el terremoto de Darfield de 7,1 MW . La elevación en esta región del suroeste de Westland de la falla, que tiene una tasa de deslizamiento de rumbo dextral de aproximadamente 28 mm (1,1 pulgadas)/año, está en el lado de la placa australiana con una elevación vertical a escala métrica cada 290 años impares. [3]
Entre 25 y 12 millones de años atrás, el movimiento en la falla protoalpina era exclusivamente de rumbo deslizante. Los Alpes del Sur aún no se habían formado y la mayor parte de Nueva Zelanda estaba cubierta de agua. [10] Luego, el levantamiento comenzó lentamente a medida que el movimiento de la placa se volvía ligeramente oblicuo al rumbo de la falla alpina. En los últimos 12 millones de años, los Alpes del Sur se han elevado aproximadamente 20 km (12 mi), sin embargo, a medida que esto ha ocurrido, más lluvia ha quedado atrapada en las montañas, lo que ha provocado más erosión. [4] Esto, junto con las restricciones isostáticas , ha mantenido los Alpes del Sur a menos de 4000 m (13 000 pies) de altura.
El levantamiento de la falla alpina ha llevado a la exposición de rocas metamórficas profundas cerca de la falla dentro de los Alpes del Sur. Esto incluye milonitas y esquisto alpino , cuyo grado metamórfico aumenta hacia la falla. El material erosionado ha formado las llanuras de Canterbury . [10] La falla alpina no es una estructura única, sino que a menudo se divide en componentes de deslizamiento de rumbo puro y de deslizamiento de buzamiento. [12] [14] Cerca de la superficie, la falla puede tener múltiples zonas de ruptura. [5]
La zona de falla está expuesta en numerosos lugares a lo largo de la Costa Oeste, [15] y típicamente consiste en una zona de gargantas de falla de 10 a 50 m de ancho [2] con alteración hidrotermal generalizada. Esto último se debe a que el agua penetra hasta 6 km (3,7 mi) a través de la roca caliente asociada con la falla. El agua puede surgir en fuentes termales con temperaturas de más de 50 °C (122 °F) en el valle de la falla, [16] aunque la temperatura del agua en profundidad es mucho más extrema. [17] La mayor parte del movimiento a lo largo de la falla ocurre en esta zona. [5] En el afloramiento, la zona de falla está cubierta por milonitas que se formaron en profundidad y han sido elevadas por la falla. [18]
Un estudio estructural [19] de un segmento de la falla alpina al suroeste de Fiordland examinó la cuenca Dagg, una cuenca sedimentaria marina a 3000 m (9800 pies) de profundidad. Los sedimentos de la cuenca son principalmente de la glaciación del Pleistoceno , y las estructuras dentro de ellos revelan una complejidad pasada que ya no está presente en la cuenca. La estructura actual es una cuenca de separación a lo largo de una curva de liberación en la falla alpina, con un segmento de cuenca invertida a lo largo del borde sur debido a la transpresión . El estudio analizó la naturaleza de corta duración de la curva de liberación (del orden de 10 5 a 10 6 años), durante la cual hubo 450 – 1650 m de desplazamiento dextral. La naturaleza del desplazamiento sirvió como ejemplo de los tipos de estructuras efímeras que pueden desarrollarse a lo largo de un sistema de fallas de desgarre maduro. [19]
No ha habido grandes terremotos históricos en la falla Alpina. Debido a esto, a mediados del siglo XX se especuló que la falla Alpina se desliza sin producir grandes terremotos. [20] Sin embargo, ahora se infiere por múltiples líneas de evidencia que la falla Alpina se rompe, creando grandes terremotos aproximadamente cada pocos cientos de años. El último evento de ruptura de falla completa fue en 1717 y ahora se sabe que fue un gran terremoto de Mw 8,1 ± 0,1. [2] También hay evidencia razonable de un evento posterior a 1717 confinado a la sección de North Westland de la falla, pero la fecha no está clara. [2] Hay dos modos de comportamiento de grandes terremotos, ya sea con terremotos importantes (MW 7-8 ) o grandes (MW > 8) y predecir el siguiente modo es un desafío ya que estos parecen evolucionar a lo largo de múltiples ciclos sísmicos en respuesta a diferencias de geometría a lo largo del rumbo. [21]
Los maoríes llegaron a Nueva Zelanda alrededor de 1300, pero nunca alcanzaron una alta densidad de población en la más fría Isla Sur. [22] Por lo tanto, aunque los terremotos son una parte importante de la tradición oral maorí , no se han transmitido historias sobre los terremotos de la Isla Sur. Durante los últimos mil años, se había determinado previamente que las principales rupturas a lo largo de la falla alpina, que causaron terremotos de magnitud 8, ocurrieron al menos cuatro veces. [23] Estos tuvieron una separación de entre 100 y 350 años. [23] El terremoto de 1717 pareció haber involucrado una ruptura a lo largo de casi 400 kilómetros (250 millas) de los dos tercios meridionales de la falla. Los científicos dicen que un terremoto similar podría ocurrir en cualquier momento, ya que el intervalo desde 1717 es más largo que los intervalos entre los eventos anteriores. [24] Investigaciones más recientes realizadas por la Universidad de Otago , la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear y otros han revisado las fechas y la naturaleza de los terremotos y han brindado una mayor comprensión de su número. Los estudios realizados en Haast hacia el centro de la falla sólo identificaron tres eventos de ruptura importantes en los últimos 1000 años. [25] Los estudios realizados en el extremo sur identificaron siete eventos en los últimos 2000 años y los 20 km (12 mi) más al sur de la falla han tenido 27 eventos desde el año 6000 a. C. [3] Esta información se ha actualizado con mejores técnicas de datación y se resume en la siguiente cronología para las distintas secciones de la falla. [2]
Este trabajo sugiere que grandes rupturas de fallas ocurrieron en 1717, alrededor de 1400, alrededor de 1100 y alrededor de 390 d.C. [2]
En 2012, los investigadores de GNS Science publicaron una cronología de 8000 años de 24 terremotos importantes en el extremo sur de la falla a partir de sedimentos en Hokuri Creek, cerca del lago McKerrow en el norte de Fiordland. En términos de terremotos, la falla de hasta 800 kilómetros (500 mi) [a] de longitud [25] fue notablemente consistente, rompiéndose en promedio cada 330 años, a intervalos que van desde 140 años a 510 años. [26] En 2017, los investigadores de GNS revisaron las cifras después de combinar registros actualizados del sitio de Hokuri con un registro de mil años de otro sitio, a 20 km de distancia en el río John O'Groats, para producir un registro de 27 eventos de terremotos importantes durante el período de 8000 años. [3] Esto dio una tasa de recurrencia media de 291 años, más o menos 23 años, [3] frente a la tasa estimada anteriormente de 329 años, más o menos 26 años. En el nuevo estudio, el intervalo entre terremotos varió de 160 a 350 años, y la probabilidad de que ocurriera un terremoto en los 50 años posteriores a 2017 se estimó en un 29 por ciento solo para este sector sur de la falla. [27] [2] Un estudio de 2021 estimó que la probabilidad de que ocurriera un terremoto antes de 2068 era del 75 por ciento. [6] [7]
Las grandes rupturas también pueden desencadenar terremotos en las fallas que continúan hacia el norte desde la falla alpina. Hay evidencia de paleotsunami de rupturas casi simultáneas de la falla alpina y la falla Wellington (y/u otras fallas importantes) al norte que ocurrieron al menos dos veces en los últimos 1000 años. [28] Un estudio de 2018 dice que una ruptura significativa en la falla alpina podría provocar que las carreteras (particularmente en o hacia la costa oeste) se bloqueen durante meses, como sucedió con el terremoto de Kaikōura de 2016 , con problemas para abastecer a las ciudades y evacuar a los turistas. [29] [30] [31] Los consejos de distrito a lo largo de la costa oeste y en Canterbury han encargado estudios y comenzado los preparativos para un gran terremoto previsto en la falla alpina. [32] [33]
En 1940, Harold Wellman descubrió que los Alpes del Sur estaban asociados con una falla de aproximadamente 650 km (400 millas) de largo. [34] La falla fue nombrada oficialmente Falla Alpina en 1942 como una extensión de una estructura previamente cartografiada. [5] Al mismo tiempo, Harold Wellman propuso el desplazamiento lateral de 480 kilómetros (300 millas) en la Falla Alpina. Wellman dedujo este desplazamiento debido en parte a la similitud de las rocas en Southland y Nelson a ambos lados de la Falla Alpina. Los desplazamientos laterales de esta magnitud no podían explicarse mediante la geología anterior a la tectónica de placas y sus ideas no fueron inicialmente ampliamente aceptadas hasta 1956. [35] Wellman también propuso en 1964 que la Falla Alpina era una estructura cenozoica, que estaba en conflicto con la edad mesozoica más antigua aceptada en ese momento. Esta idea, combinada con el desplazamiento de la falla, propuso que la superficie de la Tierra estaba en un movimiento constante y relativamente rápido y ayudó a derrocar la antigua hipótesis geosinclinal en favor de la tectónica de placas. [34]
En 1964 se construyó un muro de hormigón de 25 metros de largo a través de la falla para medir los movimientos de la misma y determinar si se mueve lentamente con el tiempo o de forma repentina durante grandes terremotos. El muro no se ha movido desde su construcción, lo que indica que la energía acumulada se libera de forma repentina durante grandes terremotos. [36] [37]
Richard Norris y Alan Cooper, del Departamento de Geología de la Universidad de Otago, realizaron una amplia investigación sobre la estructura y la petrología de la falla alpina, respectivamente, a finales del siglo XX y principios del XXI. Fue durante este tiempo que se descubrió y refinó la ciclicidad de los terremotos de la falla alpina y el significado del aumento del grado metamórfico hacia la falla. [38] Originalmente, se dedujo que este aumento regional del grado se debía al calentamiento por fricción a lo largo de la falla, no al levantamiento de secuencias geológicas más profundas. Richard H. Sibson, de la misma universidad, también utilizó la falla alpina para refinar su nomenclatura de rocas de falla, que ganó adhesión internacional. [39]
Los cables de fibra oscura de Chorus que pasan a través de la falla alpina, desde el norte y el sur de Haast, se utilizan para la detección acústica distribuida , que detecta el movimiento de los cables producido por los terremotos. Las mediciones se realizan utilizando 7.250 ubicaciones de "interrogadores", espaciadas a cuatro metros de distancia, que emiten y detectan pulsos de luz, generando alrededor de un gigabyte de datos por minuto. [40] [41]
El Proyecto de Perforación de Fallas Profundas (DFDP) fue un intento en 2014 de recuperar muestras de rocas y fluidos y hacer mediciones geofísicas dentro de la zona de la Falla Alpina en profundidad. [42] [43] Fue un proyecto de investigación internacional de $2.5 millones diseñado para perforar 1.3 km hasta el plan de falla en dos meses. [43] El DFDP fue el segundo proyecto para intentar perforar una zona de falla activa y devolver muestras después del Observatorio de la Falla de San Andrés en Profundidad . [43] [44] Uno de los objetivos del proyecto era utilizar las rocas deformadas de la zona de falla para determinar su resistencia al estrés. [43] Los investigadores también planearon instalar equipos a largo plazo para medir la presión, la temperatura y la actividad sísmica cerca de la zona de falla. [43] Fue dirigido por los geólogos neozelandeses Rupert Sutherland , John Townsend y Virginia Toy e involucra a un equipo internacional de Nueva Zelanda, Canadá, Francia, Alemania, Japón, el Reino Unido y los Estados Unidos. [45]
En 2017, informaron que habían descubierto debajo de Whataroa , un pequeño municipio en la falla alpina, una actividad hidrotermal "extrema" que "podría ser comercialmente muy significativa". [17] [46] Uno de los investigadores principales dijo que es probable que sea única a nivel mundial. [47]