Foutkruip

Foutkruip is de naam voor de langzame, constante slip die kan optreden bij sommige actieve fouten zonder dat er een aardbeving is. Wanneer mensen erover leren, vragen ze zich vaak af of foutkruip toekomstige aardbevingen onschadelijk kan maken of kleiner kan maken. Het antwoord is "waarschijnlijk niet" en dit artikel legt uit waarom.

Creep-voorwaarden

In de geologie wordt "kruip" gebruikt om elke beweging te beschrijven die een gestage, geleidelijke verandering in vorm inhoudt. Bodemkruip is de naam voor de zachtste vorm van aardverschuivingen. Vervormingskruip vindt plaats in minerale korrels als rotsen kromtrekken en worden gevouwen. Foutkruip, ook wel aseismische kruip genoemd, gebeurt aan het aardoppervlak op een kleine fractie van fouten.

Kruipgedrag treedt op bij alle soorten fouten, maar het is het meest voor de hand liggend en het gemakkelijkst te visualiseren bij stakings-slipfouten, dit zijn verticale scheuren waarvan de tegenovergestelde zijden zijwaarts ten opzichte van elkaar bewegen. Vermoedelijk gebeurt het op de enorme subductiegerelateerde fouten die de grootste aardbevingen veroorzaken, maar we kunnen die onderwaterbewegingen nog niet goed genoeg meten om het te vertellen. De beweging van kruip, gemeten in millimeter per jaar, is langzaam en constant en komt uiteindelijk voort uit platentektoniek. Tektonische bewegingen oefenen een kracht uitspanning) op de rotsen, die reageren met een verandering in vorm (spanning).

Spanning en dwang op fouten

Foutkruip komt voort uit de verschillen in spanningsgedrag op verschillende diepten bij een fout.

Diep van binnen zijn de rotsen op een breuk zo heet en zacht dat de breukvlakken zich gewoon langs elkaar uitstrekken als taffy. Dat wil zeggen, de rotsen ondergaan ductiele spanning, die constant de meeste tektonische stress verlicht. Boven de ductiele zone veranderen rotsen van ductiel naar bros. In de broze zone bouwt stress op terwijl de rotsen elastisch vervormen, net alsof het gigantische blokken rubber zijn. Terwijl dit gebeurt, zijn de zijkanten van de fout aan elkaar vergrendeld. Aardbevingen gebeuren wanneer brosse rotsen die elastische spanning loslaten en teruggaan naar hun ontspannen, ongedwongen toestand. (Als je aardbevingen begrijpt als 'elastische spanningsafgifte in broze rotsen', denk je aan een geofysicus.)

Het volgende ingrediënt op deze foto is de tweede kracht die de fout vergrendeld houdt: druk gegenereerd door het gewicht van de rotsen. Hoe groter dit lithostatische druk, hoe meer spanning de fout kan oplopen.

Creep in een notendop

Nu kunnen we de fout van kruipen begrijpen: het gebeurt dichtbij het oppervlak waar de lithostatische druk laag genoeg is dat de fout niet wordt vergrendeld. Afhankelijk van de balans tussen vergrendelde en ontgrendelde zones, kan de kruipsnelheid variëren. Zorgvuldige studies van foutkruipen kunnen ons dan hints geven over waar vergrendelde zones onder liggen. Van daaruit kunnen we aanwijzingen krijgen over hoe tektonische spanning opbouwt langs een fout, en misschien zelfs enig inzicht winnen in wat voor soort aardbevingen kunnen komen.

Het meten van kruip is een ingewikkelde kunst omdat het dichtbij het oppervlak plaatsvindt. De vele stakings-slip fouten van Californië omvatten verscheidene die sluipend zijn. Deze omvatten de Hayward-fout in de oostkant van de Baai van San Francisco, de Calaveras-fout net in het zuiden, het sluipende segment van de San Andreas-fout in centraal Californië en een deel van de Garlock-fout in Zuid-Californië. (Kruipende fouten zijn echter over het algemeen zeldzaam.) Metingen worden uitgevoerd door herhaalde onderzoeken langs lijnen van permanente markeringen, die zo eenvoudig kunnen zijn als een rij spijkers in een straatverharding of zo uitgebreid als kruipmeters in tunnels. Op de meeste locaties stijgt de griezel wanneer vocht van storm de grond binnendringt in Californië, wat het regenseizoen in de winter betekent.

Creep's effect op aardbevingen

Bij de Hayward-fout zijn kruipsnelheden niet groter dan een paar millimeter per jaar. Zelfs het maximum is slechts een fractie van de totale tektonische beweging, en de ondiepe zones die kruipen zouden in de eerste plaats nooit veel spanningsenergie verzamelen. Kruipende zones daar worden overweldigend gecompenseerd door de grootte van de vergrendelde zone. Dus als een aardbeving die gemiddeld om de 200 jaar wordt verwacht een paar jaar later optreedt, omdat kruip een beetje spanning verlicht, wist niemand.

Het sluipende segment van de San Andreas-fout is ongebruikelijk. Er zijn nooit grote aardbevingen op geregistreerd. Het is een deel van de fout, ongeveer 150 kilometer lang, die rond de 28 millimeter per jaar kruipt en slechts kleine vergrendelde zones lijkt te hebben. Waarom is een wetenschappelijke puzzel? Onderzoekers kijken naar andere factoren die de fout hier kunnen oplossen. Een factor kan de aanwezigheid van overvloedige klei of serpentiniet gesteente langs de breukzone zijn. Een andere factor kan ondergronds water zijn dat vastzit in sedimentporiën. En om dingen een beetje complexer te maken, kan het zijn dat kruip tijdelijk is, beperkt in de tijd tot het begin van de aardbevingscyclus. Hoewel onderzoekers lang hebben gedacht dat de kruipende sectie kan voorkomen dat grote scheuren zich erover verspreiden, hebben recente studies dat in twijfel getrokken.

Het SAFOD-boorproject slaagde erin de rots direct aan de San Andreas-breuk te bemonsteren in zijn kruipende gedeelte, op een diepte van bijna 3 kilometer. Toen de kernen voor het eerst werden onthuld, was de aanwezigheid van serpentinite duidelijk. Maar in het laboratorium toonden hogedruktests van het kernmateriaal aan dat het erg zwak was vanwege de aanwezigheid van een kleimineraal genaamd saponiet. Saponiet vormt zich waar serpentiniet samenkomt en reageert met gewone sedimentaire gesteenten. Klei is zeer effectief in het vangen van poriënwater. Dus, zoals vaak gebeurt in de aardwetenschappen, lijkt iedereen gelijk te hebben.