Thomas H. (Tom) Heaton es un sismólogo estadounidense , conocido por sus influyentes contribuciones en el campo de la física de las fuentes sísmicas y la alerta temprana de terremotos . Actualmente es profesor de geofísica e ingeniería civil en el Instituto Tecnológico de California (Caltech) y uno de los principales expertos mundiales en sismología.
Tom Heaton se licenció en la Universidad de Indiana en 1972 y se doctoró en Filosofía en el Instituto de Tecnología de California en 1978. Escribió su tesis doctoral sobre la teoría de rayos y su aplicación a la sismología, bajo la supervisión del sismólogo Don Helmberger . Después de graduarse, Heaton se unió al Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) en 1979. Allí trabajó como geofísico investigador en su oficina de Pasadena desde 1979 hasta julio de 1995, momento en el que fue el jefe del proyecto USGS de la Red Sísmica del Sur de California . Fue el científico a cargo de la oficina del USGS en Pasadena desde 1985 hasta octubre de 1992 y también fue el coordinador del programa de terremotos del USGS en el sur de California. Heaton regresó a Caltech en 1995, donde retomó el puesto de profesor de geofísica e ingeniería civil. Heaton está casado y tiene tres hijos.
La investigación de Heaton se ha centrado principalmente en la sismología y la física de los terremotos, con énfasis en la dinámica de ruptura de los terremotos, la alerta temprana de terremotos y el fuerte movimiento del suelo . Es quizás más conocido en la comunidad científica por sus diversas contribuciones en inversiones de fuentes y especialmente su influyente artículo de 1990 "Evidence for and Implications of self healing pulses of slip in terrains", [1] donde proporcionó evidencia clara de la existencia de otro modo de ruptura para los terremotos; a saber, el modo de tipo pulso, diferente del modelo de tipo grieta ampliamente aceptado que se adoptó en ese momento. Este artículo desencadenó una nueva forma para que los científicos de terremotos observen las rupturas de los terremotos.
El trabajo de Heaton tiene como objetivo una comprensión más completa de la naturaleza de los temblores de tierra que ocurren cerca de grandes terremotos. Es decir, los movimientos de tierra de grandes terremotos se simulan propagando ondas a través de modelos tridimensionales de la estructura de la Tierra. Los modelos producen estimaciones realistas de los grandes desplazamientos (varios metros en varios segundos) que ocurren en grandes terremotos. Si bien las aceleraciones asociadas con estos grandes desplazamientos pueden no ser lo suficientemente grandes como para causar la falla de estructuras fuertes de muros de corte, pueden causar deformaciones severas en edificios flexibles que dependen en gran medida de la ductilidad para su desempeño en grandes terremotos. El trabajo del grupo de Heaton en ese campo se centra en investigar el desempeño potencial de los edificios con armazón de acero resistente a momentos y los edificios con base aislada en grandes terremotos en zonas de subducción.
Heaton está particularmente interesado en comprender los orígenes del deslizamiento espacialmente heterogéneo en los terremotos. Hay evidencia convincente de que el deslizamiento en los terremotos y el estrés en la corteza terrestre son espacialmente heterogéneos y quizás fractales. En su grupo se están siguiendo varios enfoques para comprender las propiedades dinámicas de este sistema. Uno de los enfoques es el modelado de elementos finitos 3D para regiones de la corteza con rupturas que ocurren en planos de falla controlados por fricción dinámica y la búsqueda de condiciones que se requieren para sostener las características heterogéneas observadas de estrés y deslizamiento en ciclos de terremotos. Por otro lado, Heaton fue uno de los primeros en reconocer que la heterogeneidad en la corteza podría ser modelada por modelos de tensores fractales 3D para el estrés. Con Deborah E. Smith, generaron esos tensores de estrés fractales y los usaron para producir catálogos de ubicaciones de terremotos y mecanismos focales. Pudieron explicar varias observaciones de campo con este modelo. Además, el modelo predice que la resistencia de la corteza debería ser una propiedad dependiente de la escala, un tema que actualmente se está investigando más en el grupo de Heaton.
Heaton se interesó inicialmente en la predicción de terremotos. Sin embargo, una de las implicaciones de su modelo de tipo pulso, ahora aceptado, para las rupturas sísmicas es que predecir cuándo se producirá un terremoto es muy difícil, si no imposible. Esto se debe a que no requiere que la tensión de fondo en el plano de falla sea uniformemente alta en todas partes para iniciar la ruptura, ya que las rupturas de tipo pulso pueden propagarse en una tensión de fondo relativamente baja. [2] En consecuencia, las tensiones solo necesitan ser altas en lugares aislados que pueden no ser accesibles a la observación directa, ya que esas ubicaciones no se conocen a priori. Sin embargo, el modo de ruptura de tipo pulso tiene un mérito inherente; implica que el deslizamiento en cualquier punto cesa dentro de un corto período de tiempo después del paso del frente de ruptura en ese lugar y mucho antes de que se detenga todo el terremoto. Dado que existen relaciones de escala entre el deslizamiento y la longitud total de la ruptura, el modelo de tipo pulso implica que puede ser posible predecir, al menos en un sentido probabilístico, cuánto podría durar la ruptura del terremoto una vez que se registran los valores de deslizamiento en algunos puntos y en el modelo de tipo pulso podemos tener información sobre los valores finales de deslizamiento poco después del inicio de la ruptura. Esto abre nuevas premisas en el campo de las alertas tempranas de terremotos. El sismólogo virtual, que es una técnica innovadora de alerta temprana de terremotos, es un ejemplo de los logros del grupo de Heaton en ese campo.
Heaton ha escrito sobre temas de sismología , física de terremotos, alerta temprana de terremotos y vibraciones de edificios. En 1990 escribió su influyente artículo sobre evidencia e implicaciones de rupturas de tipo pulso en terremotos reales. La opinión anterior era que los terremotos se propagan como grietas de corte en los planos de falla de la corteza terrestre. En estos modelos de tipo grieta, cada punto de la falla continúa deslizándose durante una parte sustancial de la duración total del terremoto. Una vez que el punto comienza a deslizarse, continuará haciéndolo hasta que las ondas se reflejen de regreso desde los extremos de la falla llevando información de que el terremoto ya ha alcanzado su longitud de ruptura completa. Al estudiar las inversiones de deslizamiento de varios terremotos reales, Heaton llegó a la conclusión de que la visión de tipo grieta no siempre es cierta. Por el contrario, descubrió que la duración del deslizamiento en cualquier punto de la falla generalmente no excede una décima parte del tiempo total del terremoto. Esto implica que la ruptura se cura poco después de su inicio en cualquier punto y proporcionó ejemplos de posibles mecanismos físicos que pueden dar lugar a esta curación temprana. La teoría de Heaton generó una gran controversia, pero desencadenó una gran cantidad de investigaciones para probar su modelo. En los años posteriores se realizaron numerosos trabajos analíticos, numéricos y experimentales que demostraron que el modelo de Heaton estaba respaldado por evidencias. El modo de ruptura similar a un pulso es ahora un modelo ampliamente aceptado y a veces incluso se lo denomina pulsos de Heaton en honor a la contribución de Heaton en ese campo.