Geologisk kulstofbinding i kappeklipper forhindrer store jordskælv i dele af San Andreas-forkastningen

San Andreas-forkastningen i Californien er kendt for sine store og sjældne jordskælv. Men nogle segmenter af San Andreas-forkastningen (SAF) er i stedet karakteriseret ved hyppige jordskælv af lille til moderat størrelse og høje hastigheder af kontinuerlig eller episodisk aseismisk krybning. Med tektonisk spænding frigivet i en quasi-stabil bevægelse, reducerer det potentialet for store jordskælv langs disse segmenter.

Nu siger forskere, at allestedsnærværende beviser for igangværende geologisk kulstofbinding i kappesten i de krybende sektioner af SAF er en underliggende årsag til aseismisk krybning langs et omkring 150 kilometer langt SAF-segment mellem San Juan Bautista og Parkfield, Californien, og langs flere andre fejlsegmenter.

"Selvom der ikke er nogen konsensus om den underliggende årsag til aseismisk krybning, ser vandige væsker og mekanisk svage mineraler ud til at spille en central rolle," siger forskere i et nyt papir, "Carbonation of serpentinite in creeping faults of California," offentliggjort i Geofysiske forskningsbreve .

Den nye undersøgelse integrerer feltobservationer og termodynamisk modellering "for at undersøge mulige sammenhænge mellem forekomsten af ​​serpentinit, silica-carbonatsten og CO₂ -rige vandige væsker i krybende forkastninger i Californien," skriver papiret. "Vores modeller forudsiger, at karbonatisering af serpentinit fører til dannelsen af ​​talkum og magnesit, efterfulgt af silica-carbonat-sten. Mens rigelige eksponeringer af silica-carbonat-sten indikerer fuldstændig kulsyre, hostede serpentinit CO₂ -rige fjedervæsker er stærkt overmættede med talkum ved forhøjede temperaturer. Derfor er karbonatisering af serpentinit sandsynligvis i gang i dele af San Andres Fault-systemet og fungerer sammen med andre former for talkumdannelse, der yderligere kan øge potentialet for aseismisk krybning og derved begrænse potentialet for store jordskælv."

Papiret angiver, at fordi våd talkum er et mekanisk svagt mineral, "dets dannelse gennem kulsyre fremmer tektoniske bevægelser uden store jordskælv."

Forskerne anerkendte flere mulige underliggende mekanismer, der forårsager aseismisk krybning i SAF, og de bemærkede også, at fordi hastigheden af ​​aseismisk krybning er betydeligt højere i nogle dele af SAF-systemet, er der behov for en yderligere eller anden mekanisme - karbonatiseringen af ​​serpentinit - for at tage højde for krybets fulde omfang.

Med væsker stort set overalt langs SAF, men med kun visse dele af fejlen, der blev smurt, mente forskere, at en sten kunne være ansvarlig for smøringen. Nogle tidligere undersøgelser havde foreslået, at smøremidlet kunne være talkum, en blød og glat komponent, der almindeligvis bruges i babypudder. En veletableret mekanisme til dannelse af talkum er ved at tilføje silica til kappesten. Men forskerne her fokuserede på en anden talkumdannende mekanisme:tilføjelse af CO₂ at kappe sten for at danne fedtsten.

"Tilføjelsen af ​​CO₂ til kappeklipper - som er mineralkulsyre- eller kulstofbindingsprocessen - var ikke tidligere blevet undersøgt i forbindelse med jordskælvsdannelse eller naturlig forebyggelse af jordskælv. Ved hjælp af grundlæggende geologiske begrænsninger viste vores undersøgelse, hvor disse karbonatændrede kappeklipper er, og hvor der er kilder langs brudlinjen i Californien, der er beriget med CO₂ . Det viste sig, at når man plotter forekomsten og fordelingen af ​​disse stentyper og forekomsten af ​​CO₂ -rige kilder i Californien, stiller de alle op langs San Andreas-forkastningen i krybende dele af forkastningen, hvor du ikke har større jordskælv," sagde Frieder Klein, hovedforfatter af tidsskriftsartiklen.

Klein, en associeret videnskabsmand i Marine Chemistry and Geochemistry Department ved Woods Hole Oceanographic Institution, forklarede, at kulsyre dybest set er optagelsen af ​​CO₂ ved en sten. Klein bemærkede, at han havde brugt eksisterende U.S. Geological Survey-databaser og Google Earth til at plotte placeringen af ​​karbonatændrede sten og CO₂ -rige kilder.

"De geologiske beviser tyder på, at denne mineralkulsyreproces finder sted, og at talkum er et mellemprodukt af denne proces," sagde Klein. Selvom forskere ikke fandt fedtsten på kappestensfremspring, tyder resultater fra teoretiske modeller "stærkt på, at kulsyre er en løbende proces, og at fedtsten faktisk kan dannes i SAF i dybden," bemærker papiret.

Disse teoretiske modeller "antyder, at kulstofbinding med SAF finder sted i dag, og at processen aktivt hjælper med at smøre fejlen og minimere kraftige jordskælv i de krybende dele af SAF," sagde Klein.

Papiret bemærker også, at denne mekanisme også kan være til stede i andre fejlsystemer. "Fordi CO₂ -rige vandige væsker og ultramafiske bjergarter er særligt almindelige i unge orogene bælter og subduktionszoner, dannelsen af ​​talkum via mineralkulsyre kan spille en afgørende rolle i kontrollen af ​​den seismiske adfærd af store tektoniske forkastninger rundt om i verden."

"Vores undersøgelse giver os mulighed for bedre at forstå de grundlæggende processer, der finder sted i forkastningszoner, hvor disse ingredienser er til stede, og giver os mulighed for bedre at forstå den seismiske adfærd af disse forkastninger, hvoraf nogle er i tætbefolkede områder, og hvoraf nogle er i let befolkede eller oceaniske omgivelser," sagde Klein. + Udforsk yderligere

Hvordan landdeformation opstår, når forkastningssektioner kryber