La geóloga estructural Michele Cooke la llama la "pregunta del millón de dólares" que subyace a todo el trabajo en su laboratorio en la Universidad de Massachusetts Amherst: ¿qué ocurre en lo profundo de la Tierra cuando se forman fallas de deslizamiento en la corteza? Este es el tipo de fallaeso ocurre cuando dos placas tectónicas se deslizan una sobre la otra, generando las ondas de energía que a veces sentimos como terremotos.
Los geólogos han estado inseguros sobre los factores que rigen cómo crecen las nuevas fallas, dice Cooke. En los últimos años, ella y sus colegas han ofrecido las primeras exploraciones sistemáticas de dicha evolución de fallas. En su nuevo documento, ella y su equipo de estudiantes proporcionan resultados experimentalespara ilustrar el proceso, con videos e informar sobre cómo recrean tales eventos en arcilla húmeda en el laboratorio. Los detalles aparecen en la edición en línea actual de Revista de geología estructural .
Cooke dice: "Cuando doy charlas con otros geólogos, pongo una imagen de una falla y pregunto, ¿no les gustaría poder ver exactamente cómo se formó eso? Bueno, en mi laboratorio eso es lo que hacemos. Nosotrosestablezca las condiciones para las fallas a pequeña escala y observe cómo se desarrollan. La gente ha hecho esto antes, pero hemos desarrollado métodos para que podamos ver las fallas crecer con muy, muy finos detalles, con una resolución más fina de lo que nadie ha documentado antes."
Los investigadores de UMass Amherst adoptan un enfoque de eficiencia mecánica para comprender el desarrollo de fallas. Establece que las fallas en la corteza se reorganizan de acuerdo con los principios de "optimización del trabajo", o lo que Cooke llama la hipótesis de "Tierra perezosa". Se enfoca en las fallas.La eficacia de los sistemas para transformar la energía de entrada en movimiento a lo largo de las fallas. Como un rayo que golpea el objeto más cercano, cuando se forma una falla, la Tierra toma el camino más fácil.
Para este trabajo apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias, los investigadores cargan una bandeja con caolín, también conocido como arcilla china, preparado para que su viscosidad y escala de longitud sean las de la corteza terrestre. Todos los experimentos involucran dos bloques de arcilla húmeda que se mueven en sentido opuestodirecciones bajo una de las tres condiciones de límite base, es decir, diferentes formas de "cargar" la falla. Un escenario comienza con una falla preexistente, otra con desplazamiento localizado debajo de la arcilla, y una tercera que se caracteriza por un desplazamiento a través de una falla.zona de corte más ancha debajo de la arcilla.
Los datos de los experimentos de dos horas registran la localización de la deformación y la evolución de fallas que representan millones de años a una escala de decenas de kilómetros durante la maduración de fallas por deslizamiento. Cooke dice: "Hemos capturado condiciones muy diferentes para la formación de fallas en nuestros experimentosque representan una variedad de condiciones que podrían provocar fallas en la corteza ".
Ella agrega: "Descubrimos que las fallas evolucionan para aumentar la eficiencia cinemática en diferentes condiciones, y aprendimos algunas cosas sorprendentes en el camino. Una de ellas es que las fallas se cerraron en el camino. Sospechamos esto, pero nuestro experimento esel primero en documentarlo en detalle. Otro hallazgo especialmente sorprendente es que las irregularidades de fallas, que son ineficientes, persisten en lugar de que el sistema forme una falla directa y eficiente ".
Los autores, que incluyen a los estudiantes de posgrado Alex Hatem y Kevin Toeneboehn, identifican cuatro etapas en la evolución de fallas: pre-falla, localización, vinculación y deslizamiento. El proceso comienza simplemente, avanza a un pico de complejidad, después de lo cual la complejidad cae repentinamentey la falla se simplifica nuevamente, alargándose en una grieta superficial "continua" o continua.
En los videos de Hatem, se ve claramente que la tensión de corte distorsiona la corteza a lo largo del área donde se unen dos placas base. En la siguiente etapa se desarrollan numerosas fallas escalonadas. Estas son fracturas escalonadas paralelas entre sí que se tiran a lo largoa medida que aumenta la tensión hasta que se unen repentinamente. En la última etapa, estos se unen para formar una sola falla final. Cooke dice: "Estábamos muy emocionados de ver que partes de las fallas se apagaban a medida que el sistema se reorganizaba, y también que las irregularidades persistíana lo largo de las fallas "
Un hallazgo interesante, pero no sorprendente es que, en su mayor parte, todas las fallas pasaron por un proceso similar. Cooke dice: "Probamos los diversos extremos pero salimos de esto con un tipo común de evolución que es cierto para todos. Sitodavía no hay una falla, entonces se ven fallas escalonadas, pequeñas fallas paralelas entre sí pero en ángulo a la cizalla. Probablemente lo más perspicaz son los detalles de la evolución de las fallas dentro de esos extremos. Lo que queda al finales una falla larga con segmentos abandonados a cada lado, que es algo que vemos en el campo todo el tiempo. Es una buena confirmación de que nuestros experimentos de laboratorio replican lo que está sucediendo dentro de la Tierra ".
Otra idea, dicen los investigadores, es el resultado de medir la eficiencia cinemática o geométrica, el porcentaje de desplazamiento aplicado expresado como deslizamiento en las fallas. "Una falla ineficiente tendrá menos deslizamiento y más deformación alrededor de las zonas", explica Cooke.Podemos ver que sucede en los experimentos y respalda la idea de que las fallas evolucionan para volverse eficientes y la Tierra optimiza el trabajo. Esta es la Tierra perezosa; la eficiencia aumenta a pesar de que la falla se vuelve más compleja ".
Finalmente, el geólogo agrega: "Vimos que cuando las fallas eventualmente se unen, no necesariamente tienen una falla perfectamente directa. Eso me dice que las irregularidades pueden persistir a lo largo de fallas maduras debido al material. Es una idea de cómo ustedobtenemos irregularidades persistentes que vemos en la corteza terrestre real. Los geólogos estructurales están sorprendidos por las irregularidades, porque si las fallas evolucionan para minimizar el trabajo, entonces todas las fallas deben ser rectas. Pero ahora tenemos evidencia para mostrar que estas irregularidades persisten.activo por millones de años "
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Materiales proporcionado por Universidad de Massachusetts en Amherst . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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