Geheimnis hinter schwache Erdbeben Fehler gelöst

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Eine zufällige Begegnung und ein gemeinsames Interesse an tektonischen Störungen nahm Cristiano Collettini und Chris Marone auf der Insel Elba, eine tektonische Störung zu probieren, die meisten Regeln der Schuld Mechanik bricht. Ihre Arbeit zeigt, warum diese Fehler Slip.

Cristiano und ich waren im Mai 2008 bei einem Workshop in den italienischen Apenninen, ein mögliches Projekt in der Low-Winkel, normale Störungen (, die auftreten, wenn die Erdkruste gestreckt wird) Bohren, in dieser Region zu diskutieren. Die Fehler in dieser Region sind ein Rätsel, weil standard-Analyse zeigt, dass sie vorhanden sind, sollten nicht.

Cristiano war in dieser Region tätig und kannte eine gut untersuchte, Low-Winkel, normale Störung auf der Insel Elba, die Zuccale Schuld. Es ist an einem Strand auf der anderen Seite der Insel, über das Gefängnis Komplex ausgesetzt wo Napoleon 1814 verbannt wurde. Wir redeten über eine Reise nach Elba während des Treffens.

Meine Familie war auf Sabbatical in Rom während dieser Zeit, und meine Frau hatte gerade unser fünfte Kind, Massimo, Ende März.

Cristiano es Frau hatte auch ihren zweiten Sohn, Simone Wöchnerinnen. Keines unserer Kinder war noch ein Champion Schläfer.

Weil unsere Sabbatical Ende Juni vorbei war, haben wir nicht viel Zeit, um die Proben zu sammeln, aber wie könnten wir rechtfertigen die Feldarbeit Reise zu unseren Familien?

Ich konnte nicht meine Frau zu Hause verlassen, mit allen fünf Kinder (Massimos ältere Geschwister sind Tino, zwei; Linda, drei; Dan, 14; und Vicki 17) und Cristiano hatte ein ähnliches Problem (Simones Bruder Claudio ist im gleichen Alter wie Tino, zwei).

Wir lösten das Problem indem Sie Vicki, Tino und Claudio auf Elba mit uns.

Wir kamen am späten Nachmittag Mitte Juni. Der Spaziergang vom schönen Strand, der Fehler war einfach am Anfang, aber als wir näher kamen, Strand verengt und wir begannen einen eher strengen Aufstieg (für zwei-jährigen Beine) bis zu der Terrasse, wo die Störung ausgesetzt war.

Als wir dort ankamen, die Jungs wollten bis an den Rand der Begrenzungsrahmen der Terrasse 15-Fuß-Klippe laufen, aber wenn sie sahen, waren wir Felsen sammeln, sie direkt grub in "Hilfe". Bald die Jungs waren Blutungen aus hemmt und fingen werfen von Steinen von den Klippen. Das war unser Stichwort, das es Zeit war, an den Strand zurückziehen.

Am nächsten Tag meldete wir Vicki, die Jungs am Strand zu halten. Am Nachmittag haben wir eine Reihe von Proben gesammelt, und die jungen noch keine weitere Kratzer angesammelt.

Cristiano und den Felsen angekommen an der Penn State im Oktober zu die Lab-Reibung Experimenten beginnen. Wir wollten sehen, ob die Störung Felsen schwach genug waren, zu erklären, warum niedrigen Winkel normale Fehler in dieser Region tätig sind. Ich hatte ähnliche Studien über Schuld Felsen vor, getan, so begannen wir mit der Standardformel, die Gesteinsproben zu zerquetschen und Schichten von Rock-Pulver, das wir Scheren könnte zu konstruieren (Schleifen).

Aber Cristiano war hartnäckig, dass wir messen auch die Eigenschaften des intakten Rock, in der Ausrichtung Scheren es existierten in innerhalb der Bruchzone. Andre Niemeijer, der damals als Post-Doc in meinem Labor und Igor Faoro, eine italienische Studentin, arbeiteten, Entwicklung von Methoden zum Schneiden von empfindlicher Proben, so wir Tests Ideen begannen darüber, wie wir eine Probe schaffen könnte, die etwa 5 x 5 cm x 1,0 cm und die hatte Schuld Zone Stoff parallel zu den wichtigsten Probe Flächen.

Zum Glück hatten wir einiges an Probe, weil die ersten mehrere Versuche gescheitert. Dann Igor hatte eine Offenbarung und richtete ein behelfsmäßiges Bildhauerei Studio von Kanal-taping Shopvac Schlauch auf die Nivellierung Spannvorrichtung, die die Probe gehalten und ein Dremel-Werkzeug verwenden, um die Blöcke zu Formen.

Als wir anfingen zu Experimente laufen bemerkten wir sofort ein Problem. Die Gesteinsmehle hatte typische Reibungskoeffizienten (~ 0,6), aber die solide Wafer Rock —, dass Andre und Igor jetzt Experten Bildhauerei waren — produziert deutlich niedrigere Werte. Wir waren perplex, weil wir das Pulver und Waffeln aus genau den gleichen Fehler Gesteinsproben, gemacht hatte, so dass die Materialeigenschaften identisch gewesen sein sollte.

Es ist nicht ungewöhnlich, Experiment zu Experiment Variabilität in Reibung durch Heterogenitäten in den Felsen finden, aber diese großen Unterschiede waren unerhört. Obwohl alle Proben auf dem Gebiet und verpackt in beschrifteten Container bezeichnet wurden, dachte ich, dass wir ihnen vermischt haben muss. Also, wir haben mehr Pulver und Wafer und neu gestartet.

Das Ergebnis war das gleiche, und nun waren wir ratlos. Die Waffeln waren nicht völlig homogen, aber gab es nichts zu erklären, so große Unterschiede in der stationären Gleitreibung sichtbar. Nachdem wir dieses neugierige Ergebnis dreimal auf verschiedene Stücke aus der gleichen Störung Zone reproduziert entschied ich mich die Wafer nach dem Scheren und Pulver sie. Auf diese Weise würden wir sicher sein, dass die Bulk-Chemie in beiden Fällen gleich war.

Wir nahm jeder der Wafer und zerdrückt sie und machte dann Schichten mit dem Pulver. Zu unserer Überraschung hatten die neuen Pulver Reibwerte von ~ 0,6! Erst als wir Dünnschliffe aus und begann zu denken, die dünnen (weniger als 10 millionstel Meter), aber sehr reichlich, Nähte von Tonen, dass wir diese Stoff-Elemente in den Felsen realisiert wurden handelnden, eine Form der Schmierung zu produzieren.

Die Rolle des Gewebes im Fels Verformung bei hohen Temperaturen hatte seit vielen Jahren bekannt, aber als eine Gemeinschaft, Geophysiker an Störungen im Feld spröde hatte nicht bedacht, dass sie als einen möglichen Mechanismus zur Schwächung der Schuld so wichtig sein könnten.

Lesen Sie mehr über die Arbeit in der Presse veröffentlichen es ist nicht deine Schuld.

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen-Archiv.