Quando ti strofini le mani per scaldarle, l'attrito crea calore. La stessa cosa accade durante i terremoti, solo su una scala molto più ampia:quando una faglia scivola, la temperatura può aumentare di centinaia di gradi, abbastanza alto da alterare i composti organici nelle rocce e lasciare un'impronta. Un team di scienziati del Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University ha sviluppato metodi per utilizzare quelle firme organiche per ricostruire i terremoti del passato ed esplorare dove sono iniziati e si sono fermati quei terremoti e come si sono mossi attraverso la zona di faglia. Le informazioni potrebbero eventualmente aiutare gli scienziati a capire meglio cosa controlla i terremoti.

Il geofisico di Lamont Heather Savage e il geochimico Pratigya Polissar hanno iniziato a sviluppare i metodi circa otto anni fa, basandosi sulle tecniche utilizzate dall'industria petrolifera. La loro combinazione unica di due campi - meccanica delle rocce e geochimica organica - ha reso possibili innovazioni che stanno cambiando il modo in cui guardiamo ai terremoti.

Il processo inizia sul campo, lungo una faglia in cui gli scienziati asportano o perforano campioni dall'interno della zona di faglia. Quando i sedimenti in una zona di faglia vengono riscaldati dall'attrito di un terremoto, quella breve ma potente esplosione di calore altera la composizione chimica del materiale organico all'interno della roccia. (Lo stesso processo per lunghi periodi di tempo crea petrolio e gas.) Gli scienziati possono esaminare i composti organici in quei campioni e confrontare il rapporto tra molecole stabili e molecole instabili per misurare la loro maturità termica e determinare quanto diventa caldo ogni campione.

"Se anche una minuscola struttura all'interno di una faglia ha avuto un terremoto, possiamo effettivamente vedere la differenza tra quanto si è surriscaldato quel pezzo di guasto rispetto a tutto ciò al di fuori di esso, "Savage ha detto. "Quello che vogliamo capire è dove si stavano effettivamente verificando i terremoti in questa grande zona di faglia. Succedono tutte da una parte? Sono distribuiti ovunque? Sono tutti raggruppati sul materiale più debole all'interno della zona di faglia?"

"Ciò che fa è darci un'immagine, quasi come una mappa termica, della colpa stessa, e i luoghi più caldi sono dove avvennero i terremoti, " disse Selvaggio.

Quando le temperature sono abbastanza alte, la roccia può sciogliersi, creando pseudotachiliti simili al vetro. I geologi hanno usato questi resti di roccia fusa per diversi anni, ma trovarli è raro.

Attaccare, Polissar, e la loro squadra sta guardando più da vicino, a livello molecolare, dove possono misurare la maturità termica dei comuni composti organici per determinare quanto è diventato caldo il campione. Spesso testano i metilfenantrene, molecole organiche che sono abbastanza comuni nelle faglie all'interno di rocce sedimentarie tra 1 e 5 chilometri sotto terra. Nelle faglie più profonde, circa 10-14 chilometri più in basso, gli scienziati possono cercare i diamondoidi, che sono tra i composti organici termicamente più stabili.

Per contestualizzare i loro dati molecolari, gli scienziati devono anche capire come le rocce della faglia reagiscono al calore e alla pressione. Nel laboratorio di meccanica delle rocce e del ghiaccio di Lamont, Il team di Savage può testare campioni di roccia in un'ampia gamma di alte pressioni e temperature. Dai loro esperimenti, possono sviluppare modelli che mostrano quanto sforzo di taglio e spostamento sono necessari per generare livelli specifici di calore in tipi specifici di roccia, e poi come quel calore decadrà per diffusione.

Utilizzando questi modelli, gli scienziati possono quindi guardare l'analisi geochimica dei loro campioni, determinare le temperature a cui i composti sono stati esposti in passato, e stimare l'attrito del terremoto e quanto è scivolata la faglia.

Per esempio, quando il team ha testato campioni dal megathrust di Pasagshak Point sull'isola di Kodiak in Alaska, hanno misurato il rapporto tra i diamondoidi termicamente stabili e gli alcani termicamente instabili e hanno determinato che la temperatura durante un terremoto passato sarebbe aumentata tra 840°C e 1170°C al di sopra della normale temperatura della roccia circostante. Da quell'aumento di temperatura, sono stati in grado di stimare che l'energia di attrito del terremoto sarebbe stata di 105-227 megajoule per metro quadrato, probabilmente un terremoto di magnitudo 7 o 8. Usando le loro misurazioni sperimentali di attrito, potevano quindi stimare che la faglia doveva essere scivolata di 1-8 metri.

All'incontro autunnale dell'American Geophysical Union oggi a San Francisco, Genevieve Coffey, uno studente laureato nella squadra di Savage a Lamont, hanno presentato i primi risultati dei loro test a più alta densità finora, coinvolgendo campioni prelevati in transetti lungo la spinta di Muddy Mountain in Nevada. Una sorpresa è stata che i luoghi in cui ci si poteva aspettare di vedere temperature elevate a causa delle strutture locali nella roccia non erano necessariamente i luoghi in cui l'hanno trovata, disse Coffey. "La variabilità strutturale lungo una faglia non indica necessariamente che si sia verificato uno slittamento lungo quella sezione, " lei disse.

Il team di Savage sta lavorando a esperimenti simili sulla faglia di San Andreas, e la trincea giapponese dove iniziò il terremoto di Tōhoku, e stanno lavorando con i colleghi sulle tecniche per datare i terremoti.

"Il passo importante per noi è determinare come ciascuno di questi composti reagisce al tempo e alla temperatura, " Disse Savage. "Ci parlerà della fisica dei terremoti in quella faglia, che a lungo termine potrebbe portare a una migliore comprensione dei rischi sismici".