Verfolgen Sie alte Erdbeben, indem Sie die Temperaturen von Verwerfungen messen

Das Verständnis alter Erdbeben hilft Forschern, die Gefahren abzuschätzen, die von modernen Erdbeben ausgehen. Wie in einer neuen Studie berichtet wird, haben Geologen eine neue Methode gefunden, um die Intensität dieser alten Ereignisse abzuschätzen: Messen Sie ihre Temperatur.

Während eines Erdbebens steigt die Temperatur innerhalb einer Verwerfung, wenn die beiden Seiten aneinander vorbeigleiten. Um die Bebentemperaturen aus der Nähe zu betrachten, hat die neue Geochemie, Geophysik, Geosysteme Die Studie hat eine Rückgratmethode der Tektonik wiederverwendet: Zirkon-basierte Thermochronometrie, bei der die Menge an Helium, die aus einem Mineralkorn verloren geht, damit zusammenhängt, wie heiß es wurde.

Die Methode wird normalerweise verwendet, um Erdprozesse einzuschränken, die im Maßstab von Kilometern und Millionen von Jahren ablaufen, wenn Gebirgszüge gebaut und zerstört werden, aber die Forscher wandten sie in kleineren Maßstäben als je zuvor an, um Erdbebentemperaturen zu erfassen.

„Wir bringen diese Technik an ihre Grenzen“, sagte Emma Armstrong, Hauptautorin der Studie und Thermochronologin an der Utah State University. „Es wurden nicht viele Studien zu kurzzeitigen, hochintensiven Ereignissen oder auf diesen kleinen räumlichen und zeitlichen Skalen durchgeführt. Wir sprechen hier über Sekunden des Temperaturanstiegs“, sagte sie.

Zirkone und andere Mineralien innerhalb des dünnen Bandes aus beschädigtem Material in einer Verwerfung können die kurzen, extrem heißen Temperaturen aufzeichnen, die Gesteine ​​während eines Bebens erreichen. Dort konservierte organische Moleküle ebenfalls. Wissenschaftler können Zirkon- und organische Molekülaufzeichnungen vergleichen, um vergangene Erdbeben zu lokalisieren und zu sehen, wie heiß es während dieser Brüche in der Verwerfung wurde, und ihnen sagen, wie viel Energie freigesetzt wurde.

Die Forscher testeten ihre Technik an der Punchbowl-Verwerfung, einer großen inaktiven Verwerfung, die parallel zur aktiven San-Andreas-Verwerfung in der Gegend von Los Angeles verläuft. „Eine Paläo-San-Andreas-Verwerfung“, die vor mehreren Millionen Jahren aktiv war, wie Alexis Ault, Co-Autor der Studie und Thermochronologe und Erdbebengeologe der Utah State University, es beschrieb. Zuvor verwendeten die Co-Autoren Heather Savage, eine Erdbebengeologin, und Pratigya Polissar, eine Geochemikerin, beide an der University of California Santa Cruz, die organische Molekültechnik auf denselben Felsen.

In der neuen Studie wollten die Forscher sehen, wie gut die beiden Techniken über die Verwerfung hinweg übereinstimmen, und testen, wie stark die Verwerfungstemperaturen während Erdbeben variiert haben könnten.

Die Forscher verwendeten winzige Proben von beschädigtem Verwerfungsgestein, die als Verwerfungen bezeichnet werden, aus einem Band von zwei bis zehn Zentimetern im Herzen der Verformung der Verwerfung sowie aus den 10 Zentimetern um sie herum. Um die Temperaturen des Erdbebens während des letzten Bruchs der Verwerfung abzuschätzen, analysierte das Team Zirkone, widerstandsfähige Mineralien, die den intensiven Bedingungen eines Erdbebens standhalten können. Indem sie maßen, wie viel Helium in den Zirkonkristallen der Verwerfung verblieben war, schätzten sie, dass die Verwerfung in der Vergangenheit Temperaturen um die 700 Grad Celsius erreicht hatte, was auf Erdbeben großer Stärke hindeuten könnte.

Der zirkonbasierte Temperaturbereich überschneidet sich mit früheren Schätzungen auf der Grundlage von organischem Material von etwa 450 bis 1050 Grad Celsius, verfeinert aber auch frühere Schätzungen von Erdbebentemperaturen. Dies deutet darauf hin, dass, wenn eine Methode zur Messung der Temperatur eines Erdbebens nicht verfügbar ist, die Wissenschaftler die andere anwenden könnten. Die Forscher fanden auch heraus, dass die Temperatur entlang der Verwerfung variierte und mit der Breite dieses schmalen Bandes aus stark deformiertem Gestein korrelierte.

„Wir haben das theoretisch vorhergesagt, aber es wird in realen Datensätzen nicht häufig beobachtet“, sagte Ault. „Das zu zeigen und frühere Arbeiten zu unterstützen, war aufregend.“

Armstrong und Ault sind bestrebt, diese neue Erdbeben-Thermometer-Methode an anderen wichtigen Verwerfungen auszuprobieren, und streben danach, andere Daten einzubeziehen, um die Schätzungen für die Temperaturen und das Ausmaß alter Beben weiter zu verfeinern.

„Die Zirkon-Thermochronometrie ist ein klassisches Werkzeug, das wir auf neue Weise nutzen können, um zu identifizieren, was ein katastrophales Ereignis in der geologischen Vergangenheit gewesen sein könnte, das heute ansonsten kryptisch ist“, sagte Armstrong.

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Eos, gehostet von der American Geophysical Union, neu veröffentlicht. Lesen Sie die Originalgeschichte hier.