Rentsmeltende kræfter, der forekommer meget dybere i Jorden end tidligere forstået, ser ud til at drive rystelser langs et berygtet segment af Californiens San Andreas-forkastning, ifølge ny USC-undersøgelse, der hjælper med at forklare, hvordan jordskælv opstår.
Undersøgelsen fra det nye område af jordskælvsfysik ser på temblormekanik nedefra og op, snarere end oppefra og ned, med fokus på underjordiske klipper, friktion og væsker. På segmentet af San Andreas-forkastningen nær Parkfield, Californien, fører underjordiske excitationer - ud over de dybder, hvor jordskælv typisk overvåges - til ustabilitet, der brister i et jordskælv.
"Det meste af Californiens seismicitet stammer fra de første 10 miles af skorpen, men nogle rystelser på San Andreas-forkastningen finder sted meget dybere," sagde Sylvain Barbot, assisterende professor i geovidenskab ved USC Dornsife College of Letters, Kunst og Videnskab. "Hvorfor og hvordan dette sker, er stort set ukendt. Vi viser, at en dyb sektion af San Andreas-forkastningen ofte går i stykker og smelter værtsklipperne, hvilket genererer disse unormale seismiske bølger." Den nyligt offentliggjorte undersøgelse vises i Science Advances. Barbot, den tilsvarende forfatter, samarbejdede med Lifeng Wang fra China Earthquake Administration i Kina.
Fundene er vigtige, fordi de hjælper med at fremme det langsigtede mål om at forstå, hvordan og hvor jordskælv sandsynligvis vil forekomme, sammen med de kræfter, der udløser storme. Bedre videnskabelig forståelse hjælper med at informere byggekoder, offentlig politik og nødberedskab i jordskælvsramte områder som Californien. Resultaterne kan også være vigtige i tekniske applikationer, hvor temperaturen på sten ændres hurtigt, såsom ved hydraulisk frakturering.
Parkfield blev valgt, fordi det er et af de mest intensivt overvågede epicentre i verden. San Andreas-forkastningen går forbi byen, og den er jævnligt brudt med betydelige jordskælv. Skælv af størrelsesorden 6 har rystet Parkfield-sektionen af forkastningen med ret regelmæssige intervaller i 1857, 1881, 1901, 1922, 1934, 1966 og 2004, ifølge U. S. Geological Survey. På større dybder opstår mindre storme med få måneders mellemrum. Så hvad sker der dybt i Jorden for at forklare den hurtige tilbagevenden af jordskælvet?
Ved hjælp af matematiske modeller og laboratorieeksperimenter med sten udførte forskerne simuleringer baseret på beviser indsamlet fra sektionen af San Andreas-forkastningen, der strækker sig op til 56 miles nord for - og 16 miles under - Parkfield. De simulerede dynamikken af fejlaktivitet i den dybe Jord, der spænder over 300 år, for at studere en bred vifte af brudstørrelser og adfærd.
Forskerne observerede, at de tektoniske plader, der mødes ved forkastningsgrænsen, efter at et stort jordskælv er afsluttet, sætter sig ind i en gå-med-sammenkomst-fase. For en besværgelse glider de forbi hinanden, en langsom glidning, der forårsager lidt forstyrrelse af overfladen.
Men denne harmoni modsiger problemer med at brygge. Gradvist genererer bevægelse på tværs af bidder af granit og kvarts, Jordens grundfjeld, varme på grund af friktion. Efterhånden som varmen forstærkes, begynder stenblokkene at ændre sig. Når friktion skubber temperaturer over 650 grader Fahrenheit, bliver stenblokkene mindre solide og mere væskelignende. De begynder at glide mere og genererer mere friktion, mere varme og mere væske, indtil de glider hurtigt forbi hinanden - hvilket udløser et jordskælv.
"Ligesom at gnide vores hænder sammen i koldt vejr for at varme dem op, opvarmes fejl, når de glider. Fejlbevægelserne kan være forårsaget af store ændringer i temperaturen," sagde Barbot. "Dette kan skabe en positiv feedback, der får dem til at glide endnu hurtigere og til sidst generere et jordskælv."
Det er en anderledes måde at se på San Andreas-fejlen. Forskere fokuserer typisk på bevægelse i toppen af jordskorpen og forventer, at dens bevægelse igen fornyer klipperne dybt nede. Til denne undersøgelse så forskerne på problemet nedefra og op.
"Det er svært at komme med forudsigelser," tilføjede Barbot, "så i stedet for kun at forudsige jordskælv, forsøger vi at forklare alle de forskellige typer bevægelser, der ses i jorden."
