Undersøiske klipper giver spor efter jordskælv

Jordskælv ryster og rasler verden hver dag. U.S. Geological Survey (USGS) har anslået antallet af jordskælv til omkring en halv million om året, med omkring 100, 000 der kan mærkes, og omkring 100, der forårsager skade. Nogle af disse magtfulde storme har ødelagt nationer, afkorte tusindvis af liv og koste milliarder af dollars for økonomisk genopretning.

Hvornår finder det næste store jordskælv sted? Ved at besvare det spørgsmål har teams af forskere overvåget områder som Californiens San Andreas-forkastning og Tyrkiets nordanatolske forkastning. Men disse seismisk aktive områder på land, ved grænserne af tektoniske plader, er ikke de eneste steder for intense studier. Jessica Warren, lektor i geologiske videnskaber ved University of Delaware, udforsker midten af ​​havet, hvor jordskælv med en styrke på 6 på Richterskalaen rutinemæssigt forekommer, og det, hun finder, kan hjælpe videnskabsmænd med at forudsige jordskælv på land.

UDaily forbundet med Warren for at lære mere om hendes seneste undersøgelse, som udgivet i Natur Geovidenskab den 5. aug. 2021.

Hvordan kom du i gang med denne forskning?

Warren:Dette arbejde voksede ud af en tidligere undersøgelse med havbundssten og involverede mine kolleger Arjun Kohli, som nu er forsker ved Stanford University, Monica Wolfson-Schwehr, som nu er forskningsadjunkt ved Center for Kyst- og Havkortlægning, og Cécile Prigent, en tidligere postdoc i min gruppe, som nu er professor ved universitetet i Paris. Denne interessante gruppe mennesker havde alle forskellige ekspertiseområder at bringe til projektet. National Science Foundation ydede finansieringsstøtte.

Hvilken slags sten studerede du, og hvordan fik du dem?

Warren:Stenerne kom fra store forkastningsstrukturer under vandet, der er på niveau med San Andreas-forkastningen. Det er dyrt at få dem, fordi de er så langt ude på havet, og det kræver specialudstyr. Ved udgangen af ​​2019 vi var i et forskningsfartøj i Stillehavet over en af ​​disse forkastninger på East Pacific Rise, trække spande langs havbunden for at indsamle prøver. De fleste prøver, imidlertid, havde siddet rundt i forskellige samlinger - nogle blev samlet for over 40 år siden fra havbunden.

Kan du beskrive klipperne lidt?

Warren:Undersøiske havrygge er områder med vulkansk aktivitet, hvor magma fra dybt inde i Jordens skorpe bryder ud og derefter afkøles og størkner. De forkastninger, vi ser på, skærer på tværs af disse havrygge, skabe trin i rygningssystemet. Det øverste lag af sten på disse højderygge er basalt, en sort, finkornet sten rig på magnesium og jern, som er underlagt grovkornet gabbro, og under det er peridotit, som ofte er mørkegrøn på grund af mængden af ​​mineralet olivin - et andet navn for ædelstenen peridot - som det indeholder.

Når du går dybere, sten i skorpen flyder faktisk, som gletschere flyder. Dette sker på 4 miles dybt i Stillehavets bund, og 10 miles dybt i havbunden i Atlanterhavet, som er koldere. De sten, du ser i forkastningen på det tidspunkt, er mylonitter - de er mørkegrå, strakt ud, deforme sten - nogle kalder dem Silly Putty. De kan flyde meget hurtigere end de normale sten, fordi de er superfinkornede (atomer i stenen bevæger sig hurtigere rundt, når kornene er mindre). De er absolut smukke sten!

Hvad fortæller klipperne dig om jordskælv?

Warren:Den store opdagelse, vi har gjort, er, at disse fejl, eller revner, har en masse havvand på vej ned i dem meget dybt - mere end 10 miles under havbunden, som er meget dyb. Når vandet kommer ind i klippen, det reagerer med det. Denne havvandsinfiltration er en svækkende kraft, så stenen kan flyde næsten lige så hurtigt, som den kan glide.

Jordskælv er løbsklip, der opstår, når sten glider forbi hinanden. Vi fandt ud af, at infiltration af havvand forårsager krystallisering af bittesmå korn af mineraler, og disse tillader klippen at krybe med i stedet for at have en løbehændelse.

Kunne du trække på denne opdagelse for at forhindre et jordskælv i at ske på land?

Warren:Der er ingen måde at stoppe store jordskælv i at opstå. Men det ville forbedre vores evne til at forudsige – ved at forstå egenskaberne – hvad der giver os klippekryb kontra et skarpt skred. Der er også et krybende segment af San Andreas-forkastningen. Vi kan ikke gøre resten af ​​fejlen sådan. Men vi kunne bedre forudsige, hvordan og hvornår disse forskellige fejlsystemer vil svigte.

Hvad vil der ske med den information, du har udviklet, og hvad er det næste?

Warren:You have to know the rock properties to understand what happens in fault zones and earthquakes. We have done modeling work that is more a way to test and extrapolate how rocks deform against each other. We have done a lot of straightforward calculations validating the strength of the rocks. We now need more direct observations of the faults on the seafloor itself. The submersible Alvin would be one of the ideal vehicles for doing this. That would contribute to our understanding of the seismicity of certain patches versus other patches that sort of stop it.

What led you into this work?

Warren:I fell in love with geology through field work in college, and then I fell in love with going to sea to do field work in graduate school. I also love looking at samples in the lab, seeing the textures and uncovering the history of the rock and what it's telling us about the Earth.