Die Kraft und das Potenzial des großvolumigen Torsionsapparates

Philip Skemer, stellvertretender Lehrstuhlinhaber und Professor für Erd- und Planetenwissenschaften, und Charis Horn, Doktorandin, beide in Arts & Sciences an der Washington University in St. Louis, haben eine Studie in veröffentlicht Geophysikalische Forschungsbriefe die die Leistung und das Potenzial des Large Volume Torsion (LVT)-Apparats demonstriert.

Dieses in WashU gebaute Gerät kann Steine ​​mit 100 Tonnen Kraft und Temperaturen von 1.300 Grad Celsius (2.500 Grad Fahrenheit) quetschen und verdrehen. „Es gibt nirgendwo sonst auf der Welt andere Geräte mit denselben Fähigkeiten“, sagte Skemer.

Skemers Labor verfügt jetzt über zwei LVT-Geräte, die jeweils 2,50 m hoch sind und etwa 5.000 Pfund wiegen. Die LVTs wurden entwickelt, um experimentell zu reproduzieren, wie sich Gesteine ​​in Teilen der Erde verformen, die hohem Druck und hoher Temperatur ausgesetzt sind, einschließlich tief in Verwerfungen, wo sich tektonische Platten treffen.

In der neuesten Studie verwendeten Horn und Skemer das Gerät, um Talk zu testen, ein extrem weiches Mineral, das häufig in aktiven, erdbebengefährdeten Verwerfungen vorkommt.

Experimente mit den LVTs zeigten ein unerwartetes Ergebnis: Die Schichten im Mineral bilden bei starkem Druck Wellen, ähnlich wie ein zerknitterter Teppich. Diese Wellen erzeugen kleine Taschen leeren Raums, sogenannte Ripplokationen, Merkmale, die Wissenschaftlern vor einem Jahrzehnt unbekannt waren. „Wir drücken mit enormer Kraft von allen Seiten auf den Talk“, sagte Skemer. „Man würde nicht erwarten, dass das eine Leere schafft.“

Dies ist das erste Mal, dass Forscher diese Strukturen in Talk gesehen haben, und ihre Entdeckung könnte das Verständnis der Geophysiker darüber verändern, wie bestimmte Klassen von Mineralien auf Stress tief im Untergrund reagieren. „Es ist wichtig, weil die winzigen Zwischenräume Wasser einen Platz geben könnten, um die Felsen zu durchdringen, was die mechanischen Eigenschaften der Felsen verändern könnte“, sagte Skemer.

Skemer und Horn vermuten, dass Talk eine überraschende Rolle bei der Bewegung von Verwerfungen spielen könnte. Das neue Papier postuliert, dass Talk und seine Ripplokationen „slow slip events“ fördern könnten, d. h. relativ langsame Bewegungen, die entlang der Oberflächen von Verwerfungen stattfinden und die mit GPS und seismologischen Techniken erkannt werden. Derzeit ist jedoch nicht klar, wie sie die plötzlichen Bewegungen näher an der Oberfläche beeinflussen könnten, die Erdbeben verursachen.

Skemer warnt davor, dass seine Forschung es nicht einfacher macht, festzustellen, wo und wann Erdbeben auftreten könnten. „Unser Ziel ist es nicht, Erdbeben vorherzusagen“, sagte er. „Wir untersuchen die physikalischen Eigenschaften geologischer Materialien, um Prozesse besser zu verstehen, die die Entwicklung von Planeten beeinflussen.“