Het eerste natuurlijke voorbeeld van een gefossiliseerde aardbeving in serpentiniet (type gesteente) levert nieuwe kennis op over de extreme krachten en chemische reacties die optreden tijdens seismische breuken.

De eerste ontdekking ter wereld is gedaan door University of Otago Ph.D. leerling Matthew Tarling, supervisors Steven Smith en James Scott van de afdeling Geologie van Otago, en Cecilia Viti van de Universiteit van Siena in Italië. Hun bevindingen worden deze week gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Natuurcommunicatie :"Dynamische aardbevingsbreuk bewaard in een kruipende serpentinite shear zone."

meneer Tarling, die het onderzoek leidde, beschrijft hoe extreme hitte kan worden geproduceerd tijdens aardbevingen, vergelijkbaar met de gewoonte om je handen tegen elkaar te wrijven voor warmte.

"De warmte die je voelt komt van de wrijving tussen de handpalmen als ze tegen elkaar aan bewegen. Een soortgelijk proces vindt plaats tijdens aardbevingen, als gigantische stukken van de aardkorst tegen elkaar glijden langs breukvlakken. Echter, de omstandigheden zijn zo extreem tijdens aardbevingen dat soms genoeg warmte wordt geproduceerd om rotsen langs het breukvlak te smelten. Als de aardbeving stopt, de smelt koelt af en stolt om een ​​kenmerkende glasachtige laag van gesteente te vormen:wanneer geologen bewijs vinden voor dit soort 'wrijvingsmelt', kunnen ze er zeker van zijn dat ze de plaats van een oude aardbeving hebben gevonden."

Het probleem is dat wrijvingssmelt eigenlijk vrij zeldzaam is, en dus moeten geologen zoeken naar ander bewijs van extreme wrijvingsverwarming om de locatie van oude aardbevingen te identificeren.

In hun studie schetst het team van Otago het eerste bewijs voor uitdroging bij hoge temperatuur van het mineraal serpentijn tijdens een oude aardbeving. Ondersteund door financiering van een Marsden fast-start award, het team bestudeerde kleine fragmenten van breuksteen van de Livingstone Fault in Nieuw-Zeeland.

"De Livingstone Fault is een spectaculaire oude breuklijn die dwars door de Noord- en Zuid-eilanden van Nieuw-Zeeland loopt. Omdat de rotsen die door de breuk naar elkaar werden bewogen, vrij onvruchtbare gronden produceren, er groeit heel weinig vegetatie, wat ons een unieke kans biedt om de innerlijke werking van de breukzone tot in verbazingwekkend detail te bestuderen, ’ zegt meneer Tarling.

Met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie, het onderzoeksteam ontdekte dat dunne lagen serpentijn in de breuk werden omgezet in twee nieuwe mineralen:olivijn en pyroxeen. Dit soort reacties vindt alleen plaats bij temperaturen boven 800°C, en wanneer de reactie plaatsvindt, komen aanzienlijke hoeveelheden water vrij die het breukoppervlak onder druk kunnen zetten. Het team gebruikte vervolgens numerieke modellering om aan te tonen dat de reactie waarschijnlijk plaatsvond door wrijvingsverhitting tijdens een oude aardbeving met een kracht tussen drie en vier op de schaal van Richter.

Dr. Smith zegt dat de ontdekking een zeldzame en cruciale stap is in het identificeren van oude aardbevingsbreuken, en biedt ook cruciale informatie over de processen die ervoor zorgen dat fouten verzwakken en energie vrijgeven tijdens breuk.

"Als er een aardbeving plaatsvindt, we kunnen de effecten van het schudden van de grond voelen en meten, maar de aardbeving zelf vindt plaats vele kilometers onder onze voeten, en dat maakt het heel moeilijk om te begrijpen wat er aan de hand is. Stel je voor dat je probeert om alle onderdelen van een automotor op de juiste manier in elkaar te passen door gewoon op vele kilometers afstand naar de auto te luisteren:het is eigenlijk onmogelijk, en we moeten met meer directe manieren komen om de diepe breuk zelf te bestuderen. Wat we hier proberen te doen, is begrijpen wat er feitelijk gebeurt op het breukvlak tijdens breuk, omdat die processen de sleutel vormen tot het begrijpen van de fysica van aardbevingen."

In deze vroege fase van zijn carrière De heer Tarling (29) hoopt dat het niet de laatste belangrijke ontdekking is waar hij bij betrokken is.

"Wat we hebben ontdekt, zal geologen helpen het gedrag van rotsen langs tektonische plaatgrenzen zoals subductiezones beter te begrijpen. Dit is lange tijd alleen begrepen in een theoretische of experimentele context, maar onze nieuw geïdentificeerde handtekening in een natuurlijke breuk opent de deur voor meer ontdekkingen met betrekking tot de extreme krachten die de continenten van de aarde hebben gevormd."