Sådan opstår fejl ved stryk-slip, oprindelsen af ​​jordskælv

Strukturgeologen Michele Cooke kalder det "millionspørgsmålet", der ligger til grund for alt arbejde i hendes laboratorium ved University of Massachusetts Amherst:hvad sker der dybt i jorden, da der opstår strejf-fejl i skorpen? Dette er fejltypen, der opstår, når to tektoniske plader glider forbi hinanden, genererer de energibølger, vi nogle gange føler som jordskælv.

Geologer har været usikre på de faktorer, der styrer, hvordan nye fejl vokser, siger Cooke. I de senere år har hun og kolleger tilbudt de første systematiske undersøgelser af en sådan fejludvikling. I deres nye papir, hun og hendes team af studerende giver eksperimentelle resultater for at illustrere processen, med videoer, og rapportere om, hvordan de genopfører sådanne begivenheder i vådt ler i laboratoriet. Detaljer fremgår af den aktuelle online -udgave af Journal of Structural Geology .

Cooke siger, "Når jeg taler med andre geologer, lægger jeg et billede af en fejl og spørger, ville du ikke elske at kunne se præcis, hvordan det dannede sig? Godt, i mit laboratorium er det, hvad vi gør. Vi opstiller betingelserne for fejl i lille skala og ser dem udfolde sig. Folk har gjort dette før, men vi har udviklet metoder, så vi kan se fejl vokse i meget, meget fine detaljer, i en finere opløsning, end nogen har dokumenteret før. "

UMass Amherst -forskerne anvender en mekanisk effektivitetstilgang til at forstå fejludvikling. Det hedder, at fejl i skorpen reorganiseres i overensstemmelse med principperne for "arbejdsoptimering", eller hvad Cooke omtaler som "Lazy Earth" -hypotesen. Det fokuserer på fejlsystemers effektivitet til at omdanne inputenergi til bevægelse langs fejlene. Som lyn, der rammer det nærmeste objekt, når der dannes en fejl, tager jorden den letteste vej.

For dette National Science Foundation-understøttede arbejde, forskerne fylder en bakke med kaolin, også kendt som Kina ler, forberedt så dens viskositet og længdeskala til jordskorpen. Alle eksperimenterne involverer to plader af vådt ler, der bevæger sig i modsatte retninger under en af ​​tre basisgrænsebetingelser, det er, forskellige måder at "indlæse" fejlen på. Et scenario begynder med en allerede eksisterende fejl, en anden med lokal forskydning under leret, og en tredje, der er kendetegnet ved en forskydning på tværs af en større forskydningszone under leret.

Data fra de to timers eksperimenter registrerer belastningslokalisering og fejludvikling, der repræsenterer millioner af år i omfanget af snesevis af kilometer under modning af strejkefejl. Cooke siger, "Vi har fanget meget forskellige betingelser for fejldannelse i vores eksperimenter, der repræsenterer en række forhold, der kan drive fejl i skorpen."

Hun tilføjer, "Vi fandt ud af, at fejl udvikler sig til at øge kinematisk effektivitet under forskellige forhold, og vi lærte nogle overraskende ting undervejs. En af dem er, at fejl lukker undervejs. Vi havde mistanke om dette, men vores eksperiment er det første til at dokumentere det i detaljer. Et andet særligt overraskende fund er, at fejluregelmæssigheder, som er ineffektive, vedvarer frem for at systemet danner en straight, effektiv fejl. "

Forfatterne, der inkluderer kandidatstuderende Alex Hatem og Kevin Toeneboehn, identificere fire faser i fejludvikling:forfejl, lokalisering, sammenkobling og slip. Processen starter ganske enkelt, går videre til et kompleks af kompleksitet, hvorefter kompleksiteten pludselig falder og fejlen forenkles igen, forlængelse til en "gennemgående" eller kontinuerlig single, overflade revne.

I videoer af Hatem, forskydningsbelastning ses tydeligt for at fordreje skorpen langs det område, hvor to bundplader mødes. I den næste fase udvikler der sig mange echelonfejl. Disse er trinlignende brud parallelt med hinanden, der bliver trukket i længden, når belastningen stiger, indtil de pludselig forbinder. I sidste etape, disse slutter sig til en sidste enkelt fejl. Cooke siger, "Vi var meget begejstrede for at se, at dele af fejlene lukkede, da systemet reorganiserede, og også at uregelmæssighederne fortsatte langs fejlene. "

Et interessant fund, men ikke en overraskelse er, at for det meste alle fejl gennemgik en lignende proces. Cooke siger, "Vi testede de forskellige ekstremer, men kom ud af dette med en fælles form for evolution, der er sand for alle. Hvis der ikke allerede er en fejl, så ser du echelon fejl, små fejl parallelt med hinanden, men i en vinkel i forhold til forskydningen. Sandsynligvis den mest indsigtsfulde bit er detaljerne om fejludvikling inden for disse ekstremer. Det, du sidder tilbage med til sidst, er en lang fejl med forladte segmenter på hver side, hvilket er noget vi ser i feltet hele tiden. Det er en god bekræftelse på, at vores laboratorieeksperimenter replikerer, hvad der foregår inden for Jorden. "

Endnu en indsigt, siger forskerne, resultater fra måling af den kinematiske eller geometriske effektivitet, procentdelen af ​​anvendt forskydning udtrykt som slip på fejlene. "En ineffektiv fejl vil have mindre slip og mere deformation omkring zonerne, "Cooke forklarer." Vi kan se det ske i eksperimenterne, og det understøtter ideen om, at fejl udvikler sig til at blive effektive, og jorden optimerer arbejdet. Dette er den dovne jord; effektiviteten stiger, selvom fejlen bliver mere kompleks. "

Endelig tilføjer geologen, "Vi så, at da fejlene til sidst hænger sammen, de laver ikke nødvendigvis en helt direkte fejl. Det fortæller mig, at uregelmæssigheder kan fortsætte langs modne fejl på grund af materialet. Det er et indblik i, hvordan du får vedvarende uregelmæssigheder, som vi ser i den virkelige jordskorpe. Strukturelle geologer er overraskede over uregelmæssigheder, fordi hvis fejl udvikler sig for at minimere arbejdet, skal alle fejl være lige. Men vi har beviser nu for at vise, at disse uregelmæssigheder vedvarer. Vi har uregelmæssige fejl, der er aktive i millioner af år. "