Forskere rapporterer det første naturlige eksempel på et fossiliseret jordskælv i serpentinit

Det første naturlige eksempel på et forstenet jordskælv i serpentinit (stenart) er at give ny viden om de ekstreme kræfter og kemiske reaktioner, der opstår under seismiske brud.

Den verdensførste opdagelse er blevet gjort af University of Otago Ph.D. studerende Matthew Tarling, supervisorer Steven Smith og James Scott fra Otagos geologiske afdeling, og Cecilia Viti fra University of Siena i Italien. Deres resultater offentliggøres i denne uge i det ansete tidsskrift Naturkommunikation :"Dynamisk jordskælvsbrud bevaret i en krybende serpentinitforskydningszone."

hr. Tarling, hvem ledede forskningen, beskriver, hvordan ekstrem varme kan produceres under jordskælv, svarende til praksis med at gnide hænderne sammen for at få varme.

"Den varme, du føler, kommer fra friktionen mellem dine håndflader, når de bevæger sig mod hinanden. En lignende proces sker under jordskælv, som gigantiske stykker af jordskorpen glider mod hinanden langs forkastningsflader. Imidlertid, forholdene er så ekstreme under jordskælv, at der nogle gange produceres nok varme til at smelte sten langs forkastningsoverfladen. Når jordskælvet stopper, smelten afkøles og størkner til et karakteristisk glasagtigt lag af sten:Når geologer finder beviser for denne form for 'friktionssmeltning', kan de være sikre på at have fundet stedet for et gammelt jordskælv."

Problemet er, at friktionssmeltning faktisk er ret sjælden, og så geologer må søge efter andre beviser for ekstrem friktionsopvarmning for at identificere placeringen af ​​gamle jordskælv.

I deres undersøgelse skitserer Otago-lederholdet de første beviser for højtemperaturdehydrering af mineralet serpentin under et gammelt jordskælv. Støttet af finansiering fra en Marsden-hurtigstartpris, holdet studerede bittesmå fragmenter af forkastningssten fra Livingstone-forkastningen i New Zealand.

"Livingstone-forkastningen er en spektakulær gammel forkastning, der skærer gennem New Zealands nord- og sydøer. Fordi klipperne, der blev flyttet sammen af ​​forkastningen, producerer ret gold jord, meget lidt vegetation vokser, som giver os en unik mulighed for at studere forkastningszonens indre funktion i forbløffende detaljer, " siger hr. Tarling.

Ved hjælp af højopløsningstransmissionselektronmikroskopi, forskerholdet fandt ud af, at tynde lag af serpentin inde i forkastningen blev omdannet til to nye mineraler:olivin og pyroxen. Denne form for reaktion forekommer kun ved temperaturer over 800°C, og når reaktionen sker, frigiver den betydelige mængder vand, der kunne sætte tryk på fejloverfladen. Holdet brugte derefter numerisk modellering til at vise, at reaktionen sandsynligvis skete ved friktionsopvarmning under et gammelt jordskælv med en styrke mellem tre og fire på Richter-skalaen.

Dr. Smith siger, at opdagelsen er et sjældent og afgørende skridt i at identificere ældgamle jordskælvsbrud, og tilbyder også afgørende information om de processer, der får fejl til at svækkes og frigive energi under brud.

"Når der sker et jordskælv, vi kan mærke og måle virkningerne af jordens rystelser, men selve jordskælvets brud finder sted mange kilometer under vores fødder, og det gør det virkelig svært at forstå, hvad der foregår. Forestil dig at prøve at samle alle delene i en bilmotor korrekt ved blot at lytte til bilen på mange kilometers afstand:det er dybest set umuligt, og vi er nødt til at finde på mere direkte måder at studere selve det dybe brud på. Det, vi forsøger at gøre her, er at forstå, hvad der faktisk foregår på fejloverfladen under brud, fordi disse processer har nøglen til at forstå jordskælvs fysik."

På dette tidlige tidspunkt i sin karriere, Hr. Tarling (29) håber, at det ikke bliver den sidste betydningsfulde opdagelse, han er involveret i.

"Det, vi har opdaget, vil hjælpe geologer med bedre at forstå klippernes opførsel langs tektoniske pladegrænser som subduktionszoner. I lang tid er dette kun blevet forstået i en teoretisk eller eksperimentel sammenhæng, men vores nyligt identificerede signatur i en naturlig fejl åbner døren for flere opdagelser vedrørende de ekstreme kræfter, der har formet Jordens kontinenter."