La geologa strutturale Michele Cooke la chiama la "domanda da un milione di dollari" che sta alla base di tutto il lavoro nel suo laboratorio presso l'Università del Massachusetts Amherst:cosa succede nelle profondità della terra quando si formano faglie nella crosta? Questo è il tipo di faglia che si verifica quando due placche tettoniche scivolano l'una sull'altra, generando le onde di energia che a volte sentiamo come terremoti.

I geologi sono stati incerti sui fattori che governano il modo in cui crescono le nuove faglie, dice Cooke. Negli ultimi anni lei e i suoi colleghi hanno offerto le prime esplorazioni sistematiche di tale evoluzione di faglie. Nel loro nuovo documento, lei e il suo team di studenti forniscono risultati sperimentali per illustrare il processo, con video, e riferire su come rievocano tali eventi nell'argilla bagnata in laboratorio. I dettagli appaiono nell'attuale edizione online di Giornale di geologia strutturale .

Cooke dice, "Quando tengo discorsi con altri geologi, metto l'immagine di una faglia e chiedo, non ti piacerebbe essere in grado di vedere esattamente come si è formato? Bene, nel mio laboratorio è quello che facciamo. Creiamo le condizioni per l'errore su piccola scala e le osserviamo svolgersi. La gente l'ha già fatto, ma abbiamo sviluppato metodi in modo da poter vedere i difetti crescere in molto, dettagli molto fini, con una risoluzione migliore di quanto chiunque abbia documentato prima."

I ricercatori di UMass Amherst adottano un approccio di efficienza meccanica per comprendere lo sviluppo dei guasti. Afferma che i difetti della crosta si riorganizzano secondo i principi di "ottimizzazione del lavoro", o quella che Cooke chiama l'ipotesi della "Terra pigra". Si concentra sull'efficacia dei sistemi di faglie nel trasformare l'energia in ingresso in movimento lungo le faglie. Come un fulmine che colpisce l'oggetto più vicino, quando si forma una faglia la terra prende la via più facile.

Per questo lavoro sostenuto dalla National Science Foundation, i ricercatori caricano un vassoio di caolino, noto anche come caolino, preparata così la sua viscosità e lunghezza scalano a quella della crosta terrestre. Tutti gli esperimenti coinvolgono due lastre di argilla bagnata che si muovono in direzioni opposte in una delle tre condizioni al contorno di base, questo è, diversi modi di "caricare" il guasto. Uno scenario inizia con un guasto preesistente, un altro con spostamento localizzato sotto l'argilla, e un terzo che è caratterizzato da uno spostamento attraverso una più ampia zona di taglio al di sotto dell'argilla.

I dati degli esperimenti di due ore registrano la localizzazione dei ceppi e l'evoluzione delle faglie che rappresentano milioni di anni su una scala di decine di chilometri durante la maturazione delle faglie strike-slip. Cooke dice, "Nei nostri esperimenti abbiamo catturato condizioni molto diverse per la formazione di faglie che rappresentano una serie di condizioni che potrebbero causare faglie nella crosta".

lei aggiunge, "Abbiamo scoperto che i guasti si evolvono per aumentare l'efficienza cinematica in condizioni diverse, e abbiamo imparato alcune cose sorprendenti lungo la strada. Uno di questi è che i guasti si spengono lungo la strada. Lo sospettavamo, ma il nostro esperimento è il primo a documentarlo in dettaglio. Un'altra scoperta particolarmente sorprendente è che le irregolarità dei guasti, che sono inefficienti, persistono piuttosto che il sistema che forma un rettilineo, colpa efficiente."

Gli autori, che includono gli studenti laureati Alex Hatem e Kevin Toeneboehn, identificare quattro fasi nell'evoluzione della faglia:pre-faglia, localizzazione, collegamento e slittamento. Il processo inizia semplicemente, avanza a un picco di complessità, dopo di che la complessità cala improvvisamente e la colpa si semplifica di nuovo, allungandosi in un unico "passante" o continuo, crepa superficiale.

Nei video di Hatem, si vede chiaramente la deformazione da taglio che distorce la crosta lungo l'area in cui si incontrano due piastre di base. Nella fase successiva si sviluppano numerose faglie di livello. Queste sono fratture a gradini parallele l'una all'altra che vengono tirate nel senso della lunghezza all'aumentare della tensione fino a quando non si collegano improvvisamente. Nell'ultima fase, questi si uniscono per formare un unico difetto finale. Cooke dice, "Siamo stati molto entusiasti di vedere che parti dei guasti si sono spente quando il sistema si è riorganizzato, e anche che le irregolarità persistevano lungo le faglie».

Una scoperta interessante, ma non è una sorpresa che per la maggior parte tutti i difetti abbiano subito un processo simile. Cooke dice, "Abbiamo testato i vari estremi ma ne siamo usciti con un tipo di evoluzione comune che vale per tutti. Se non c'è già un difetto, poi vedi colpe a scaglioni, piccole faglie parallele tra loro ma inclinate rispetto al taglio. Probabilmente la parte più perspicace sono i dettagli dell'evoluzione dei guasti all'interno di questi estremi. Quello che ti rimane alla fine è una lunga faglia con segmenti abbandonati su entrambi i lati, che è qualcosa che vediamo sempre sul campo. È una bella conferma che i nostri esperimenti di laboratorio replicano ciò che sta accadendo all'interno della Terra".

Un'altra intuizione, dicono i ricercatori, risulta dalla misurazione dell'efficienza cinematica o geometrica, la percentuale di spostamento applicato espressa come slittamento sulle faglie. "Una faglia inefficiente avrà meno scivolamento e più deformazione intorno alle zone, "Spiega Cooke. "Possiamo vederlo accadere negli esperimenti e supporta l'idea che i difetti si evolvono per diventare efficienti e la terra ottimizza il lavoro. Questa è la Terra pigra; l'efficienza aumenta anche se il guasto diventa più complesso."

Infine il geologo aggiunge, "Abbiamo visto che quando le colpe alla fine si uniscono, non fanno necessariamente un errore perfettamente diretto. Questo mi dice che le irregolarità possono persistere lungo le faglie mature a causa del materiale. È una panoramica di come si ottengono irregolarità persistenti che vediamo nella vera crosta terrestre. I geologi strutturali sono sorpresi dalle irregolarità, perché se gli errori si evolvono per ridurre al minimo il lavoro, allora tutti gli errori dovrebbero essere corretti. Ma ora abbiamo prove per dimostrare che queste irregolarità persistono. Abbiamo faglie irregolari che sono attive da milioni di anni".