Die geologische Kohlenstoffbindung im Mantelgestein verhindert große Erdbeben in Teilen der San-Andreas-Verwerfung

Die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien ist bekannt für ihre großen und seltenen Erdbeben. Einige Segmente der San-Andreas-Verwerfung (SAF) sind jedoch stattdessen durch häufige Beben kleiner bis mittlerer Stärke und hohe Raten von kontinuierlichem oder episodischem aseismischem Kriechen gekennzeichnet. Da die tektonische Belastung in einer quasi stetigen Bewegung freigesetzt wird, verringert dies das Potenzial für große Erdbeben entlang dieser Segmente.

Jetzt sagen Forscher, dass allgegenwärtige Beweise für die anhaltende geologische Kohlenstoffbindung in Mantelgesteinen in den kriechenden Abschnitten der SAF eine zugrunde liegende Ursache für aseismisches Kriechen entlang eines etwa 150 Kilometer langen SAF-Segments zwischen San Juan Bautista und Parkfield, Kalifornien, und entlang mehrerer anderer sind Fehlersegmente.

„Obwohl es keinen Konsens über die zugrunde liegende Ursache des aseismischen Kriechens gibt, scheinen wässrige Flüssigkeiten und mechanisch schwache Mineralien eine zentrale Rolle zu spielen“, sagen Forscher in einer neuen Veröffentlichung mit dem Titel „Carbonation of serpentinite in creeping faults of California“, die in veröffentlicht wurde Geophysikalische Forschungsbriefe.

Die neue Studie integriert Feldbeobachtungen und thermodynamische Modellierung, „um mögliche Beziehungen zwischen dem Auftreten von Serpentinit, Silica-Carbonat-Gestein und CO2-reichen wässrigen Flüssigkeiten in kriechenden Verwerfungen von Kalifornien zu untersuchen“, heißt es in dem Papier. „Unsere Modelle sagen voraus, dass die Karbonisierung von Serpentinit zur Bildung von Talk und Magnesit führt, gefolgt von Silica-Carbonat-Gestein. Während reichliche Expositionen von Silica-Carbonat-Gestein auf eine vollständige Karbonisierung hindeuten, sind CO2-reiche Quellflüssigkeiten mit Serpentinit bei erhöhten Temperaturen stark mit Talk übersättigt Daher ist die Karbonisierung von Serpentinit wahrscheinlich in Teilen des San-Andres-Verwerfungssystems im Gange und wirkt in Verbindung mit anderen Formen der Talkbildung, die das Potenzial für aseismisches Kriechen weiter erhöhen und dadurch das Potenzial für große Erdbeben begrenzen könnten.“

Das Papier weist darauf hin, dass, weil feuchter Talk ein mechanisch schwaches Mineral ist, „seine Bildung durch Karbonisierung tektonische Bewegungen ohne große Erdbeben fördert“.

Die Forscher erkannten mehrere mögliche zugrunde liegende Mechanismen, die aseismisches Kriechen in der SAF verursachen, und sie stellten auch fest, dass ein zusätzlicher oder anderer Mechanismus – die Karbonisierung von Serpentinit – erforderlich ist, da die Raten des aseismischen Kriechens in einigen Teilen des SAF-Systems erheblich höher sind das volle Ausmaß des Kriechens berücksichtigen.

Da Flüssigkeiten praktisch überall entlang der SAF vorhanden waren, aber nur bestimmte Teile der Verwerfung geschmiert wurden, dachten die Forscher, dass ein Gestein für die Schmierung verantwortlich sein könnte. Einige frühere Studien hatten vorgeschlagen, dass das Gleitmittel Talk sein könnte, eine weiche und rutschige Komponente, die üblicherweise in Babypuder verwendet wird. Ein gut etablierter Mechanismus zur Bildung von Talk ist die Zugabe von Kieselsäure zu Mantelgestein. Die Forscher hier konzentrierten sich jedoch auf einen anderen Talkbildungsmechanismus: die Zugabe von CO2 zu Mantelgestein, um Speckstein zu bilden.

„Die Zugabe von CO2 zu Mantelgesteinen – das ist der mineralische Karbonatisierungs- oder Kohlenstoffbindungsprozess – war zuvor im Zusammenhang mit der Erdbebenentstehung oder der natürlichen Verhinderung von Erdbeben nicht untersucht worden. Unter Verwendung grundlegender geologischer Einschränkungen zeigte unsere Studie, wo sich diese Karbonate verändert haben Mantelgestein sind und wo es Quellen entlang der Verwerfungslinie in Kalifornien gibt, die mit CO2 angereichert sind. Es stellte sich heraus, dass, wenn Sie das Vorkommen und die Verteilung dieser Gesteinsarten und das Vorkommen von CO2-reichen Quellen in Kalifornien aufzeichnen, sie alle aneinandergereiht sind entlang der San-Andreas-Verwerfung in schleichenden Abschnitten der Verwerfung, wo es keine größeren Erdbeben gibt“, sagte Frieder Klein, Hauptautor des Zeitschriftenartikels.

Klein, ein assoziierter Wissenschaftler in der Abteilung für Meereschemie und Geochemie der Woods Hole Oceanographic Institution, erklärte, dass die Karbonisierung im Grunde die Aufnahme von CO2 durch ein Gestein ist. Klein bemerkte, dass er vorhandene Datenbanken des US Geological Survey und Google Earth verwendet hatte, um die Standorte von karbonatveränderten Gesteinen und CO2-reichen Quellen zu kartieren.

„Die geologischen Beweise deuten darauf hin, dass dieser mineralische Karbonisierungsprozess stattfindet und dass Talk ein Zwischenreaktionsprodukt dieses Prozesses ist“, sagte Klein. Obwohl die Forscher keinen Speckstein auf Mantelgesteinsaufschlüssen gefunden haben, deuten Ergebnisse aus theoretischen Modellen „stark darauf hin, dass die Karbonisierung ein fortlaufender Prozess ist und dass sich Speckstein tatsächlich in der SAF in der Tiefe bilden könnte“, heißt es in dem Papier.

Diese theoretischen Modelle „deuten darauf hin, dass die Kohlenstoffbindung mit der SAF heute stattfindet und dass der Prozess aktiv dazu beiträgt, die Verwerfung zu schmieren und starke Erdbeben in den kriechenden Teilen der SAF zu minimieren“, sagte Klein.

Das Papier stellt auch fest, dass dieser Mechanismus auch in anderen Fehlersystemen vorhanden sein kann. „Da CO2-reiche wässrige Flüssigkeiten und ultramafische Gesteine ​​besonders häufig in jungen orogenen Gürteln und Subduktionszonen vorkommen, kann die Bildung von Talk durch mineralische Karbonisierung eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle des seismischen Verhaltens großer tektonischer Verwerfungen auf der ganzen Welt spielen.“

„Unsere Studie ermöglicht uns ein besseres Verständnis der grundlegenden Prozesse, die in Verwerfungszonen stattfinden, in denen diese Bestandteile vorhanden sind, und ermöglicht uns ein besseres Verständnis des seismischen Verhaltens dieser Verwerfungen, von denen einige in dicht besiedelten Gebieten liegen und andere in dünn besiedelten oder ozeanischen Umgebungen“, sagte Klein.