La complejidad de la ruptura dinámica explica la variabilidad azimutal observada en la radiación de la fuente sísmica

Por qué algunos terremotos pequeños sacuden más fuerte en ciertas direcciones

Cuando ocurre un terremoto, a menudo imaginamos ondas que se propagan de manera uniforme en todas las direcciones, como las ondulaciones de una piedra arrojada a un estanque. En realidad, la sacudida puede ser mucho más intensa en unas direcciones que en otras, incluso en terremotos relativamente pequeños. Este estudio examina decenas de sismos modestos en el centro de Italia y muestra que su comportamiento de ruptura complejo en profundidad puede explicar por qué ciertos pueblos sienten sacudidas más fuertes, especialmente en las frecuencias altas que son importantes para edificios e infraestructuras.

Un examen detallado de muchos sismos pequeños italianos

Los investigadores analizaron 49 terremotos de magnitud 3 a 5 que ocurrieron durante secuencias sísmicas recientes en el centro de Italia. Estos eventos fueron registrados por al menos 80 estaciones cada uno, proporcionando una densa red de observaciones. Al eliminar cuidadosamente los efectos del trayecto de las ondas y las condiciones locales del suelo de los datos, aislaron lo que se denomina el “espectro aparente de la fuente” en cada estación: esencialmente, cómo radiaba el sismo en cada dirección a distintas frecuencias. Encontraron que tanto la frecuencia característica donde el espectro cambia de pendiente (la “frecuencia de esquina”) como la rapidez con que la energía cae en las frecuencias altas varían significativamente con la dirección alrededor de cada sismo.

Rupturas unidireccionales y sismos más uniformes

Para ilustrar estos patrones, el equipo se centró en dos eventos representativos. Uno mostró una fuerte directividad, es decir, la ruptura en la falla avanzó preferentemente en una dirección, enviando una mayor radiación de alta frecuencia hacia ese lado. Las estaciones situadas a lo largo de ese trayecto frontal registraron frecuencias de esquina más altas y una caída más pronunciada en las componentes de alta frecuencia en comparación con las estaciones en la dirección opuesta. El segundo evento, en contraste, radiaba energía de forma más uniforme, con espectros similares en todas las direcciones y una atenuación más suave en altas frecuencias. En los 49 terremotos, los autores observaron que en cada estación, frecuencias de esquina mayores tendían a asociarse con una caída más rápida en altas frecuencias, revelando una relación robusta que suele quedar oculta cuando se promedian los datos entre estaciones.

Simulando rupturas complejas en fallas reales

Para explicar estas observaciones, los investigadores recurrieron a simulaciones por ordenador basadas en la física de cómo se rompen las fallas. En lugar de tratar cada sismo como un deslizamiento suave y uniforme en una falla simple, construyeron miles de modelos en los que propiedades clave de la falla—esfuerzo, resistencia y la rapidez con que la falla se debilita al deslizarse—varían aleatoriamente en el espacio, siguiendo patrones estadísticos realistas. Estas fallas “rugosas” generan rupturas que se aceleran, desaceleran e interactúan con pequeños parches de alto esfuerzo, produciendo ráfagas de deslizamiento intenso y abundantes ondas de alta frecuencia. Al ajustar la intensidad de las variaciones a pequeña escala, pudieron reproducir no solo las formas generales de los espectros observados hasta 25 hertzios, sino también las diferencias direccionales detalladas y la correlación positiva entre frecuencia de esquina y caída en altas frecuencias.

De patrones simples a un abanico de comportamientos

Las simulaciones revelan que la conocida forma espectral “omega-cuadrado”, que a menudo se asume en la modelización sísmica, emerge solo para ciertos niveles de complejidad de la falla. Cuando las propiedades de la falla son casi uniformes, la ruptura es suave y la energía de alta frecuencia es demasiado débil. A medida que la heterogeneidad aumenta, la energía de alta frecuencia crece y los espectros se asemejan más a lo medido en los terremotos italianos. Una heterogeneidad muy fuerte puede producir radiación de alta frecuencia especialmente intensa y eventos cuyos espectros decrecen más lentamente de lo habitual en todas las direcciones. Es importante que los modelos muestren que la misma física subyacente puede explicar tanto eventos con fuerte directividad como eventos más simétricos, simplemente cambiando la cantidad de complejidad a pequeña escala en la falla.

Qué significa esto para el peligro y el riesgo cotidiano

Para el público general, el mensaje clave es que incluso los terremotos pequeños no son simples grietas sino rupturas intrincadas que pueden enviar sacudidas más intensas hacia algunos lugares que hacia otros. Este estudio demuestra que modelos realistas basados en la física que incluyen complejidad a pequeña escala en las fallas pueden reproducir los ricos patrones direccionales observados en datos reales, incluida la forma en que distintas características espectrales están entrelazadas. Al capturar mejor cómo y dónde surge la sacudida de alta frecuencia, tales modelos pueden mejorar las predicciones del movimiento del suelo para futuros terremotos. A su vez, ofrecen insumos más fiables para códigos de edificación y evaluaciones de riesgo, ayudando a las comunidades a prepararse mejor ante las maneras desiguales y a veces sorprendentes en que puede temblar el terreno.

Cita: Joshi, L., Gallovič, F. & Sgobba, S. Dynamic rupture complexity explains observed azimuthal variability in earthquake source radiation. Commun Earth Environ 7, 329 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03326-0

Palabras clave: ruptura sísmica, espectros sísmicos, movimiento del suelo, Italia central, peligro sísmico