Fault Creep

Felkryp är namnet på den långsamma, konstant glidning som kan uppstå på vissa aktiva fel utan att det finns en jordbävning. När människor lär sig om det, undrar de ofta om felkrympning kan fördriva framtida jordbävningar eller göra dem mindre. Svaret är "förmodligen inte", och den här artikeln förklarar varför.

Villkor för krypning

I geologi används "krypning" för att beskriva alla rörelser som innebär en stadig gradvis förändring i form. Jordkryp är namnet på den mildaste formen av skred. Deformation krypning sker inom mineralkorn när stenar blir vridna och vikta. Felkrypning, även kallad aseismisk krypning, inträffar vid jordens yta på en liten bråkdel av fel.

Krypbeteende sker på alla typer av fel, men det är mest uppenbart och lättast att visualisera på strejkfel, som är vertikala sprickor vars motsatta sidor rör sig i sidled med avseende på varandra. Antagligen händer det på de enorma subduktionsrelaterade fel som ger upphov till de största jordbävningarna, men vi kan inte mäta dessa undervattensrörelser tillräckligt ännu för att berätta. Krypsrörelsen, uppmätt i millimeter per år, är långsam och konstant och uppstår till slut från plattaktonik. Tektoniska rörelser utövar en kraft (påfrestning) på klipporna, som svarar med en förändring i form (anstränga).

Strain and Force on Fault

Felkryp uppstår på grund av skillnaderna i belastningsbeteende på olika djup på ett fel.

Nere på djupet är klipporna på ett fel så heta och mjuka att felytorna helt enkelt sträcker sig förbi varandra som taffy. Det vill säga, klipporna genomgår duktil belastning, som ständigt avlaster det mesta av den tektoniska spänningen. Ovanför den duktila zonen förändras stenar från duktil till spröd. I den spröda zonen byggs stress upp när stenarna deformeras elastiskt, precis som om de var jätteblock av gummi. När detta händer är sidorna på felet låsta ihop. Jordbävningar inträffar när spröda stenar släpper den elastiska ansträngningen och knäpps tillbaka till deras avslappnade, obegränsade tillstånd. (Om du förstår jordbävningar som "frigöring av elastisk stam i spröda stenar", har du en geofysiker.)

Nästa ingrediens på den här bilden är den andra kraften som håller felet låst: tryck som genereras av vikternas sten. Ju större detta litostatisk tryck, desto mer belastning som felet kan ackumuleras.

Krypa i ett nötskal

Nu kan vi känna till felkrypning: det händer nära ytan där litostatisk tryck är tillräckligt lågt för att felet inte låses. Beroende på balansen mellan låsta och olåsta zoner kan krypningshastigheten variera. Försiktiga studier av felsökning kan då ge oss antydningar om var låsta zoner ligger nedanför. Från det kan vi få ledtrådar om hur tektonisk belastning bygger sig längs ett fel, och kanske till och med få insikt i vilken typ av jordbävningar som kommer.

Mätning av kryp är en intrikat konst eftersom det förekommer nära ytan. De många strejkfelfelarna i Kalifornien inkluderar flera som kryper. Dessa inkluderar Hayward-felet på östra sidan av San Francisco Bay, Calaveras-felet precis söderut, det krypande segmentet av San Andreas-felet i centrala Kalifornien och en del av Garlock-felet i södra Kalifornien. (Men krypningsfel är i allmänhet sällsynt.) Mätningar görs genom upprepade undersökningar längs linjer med permanenta märken, som kan vara lika enkla som en rad spikar i en gata trottoar eller så detaljerade som creepmeters placerade i tunnlar. På de flesta platser växer krypningen när fukt från stormar tränger in i jorden i Kalifornien, vilket betyder vintern regnsäsong.

Creeps effekt på jordbävningar

På Hayward-felet är krypningshastigheterna inte högre än några millimeter per år. Till och med det maximala är bara en bråkdel av den totala tektoniska rörelsen, och de grunda zonerna som kryper skulle aldrig samla in mycket belastningsenergi i första hand. Krypzoner där övervägs överväldigande av storleken på den låsta zonen. Så om en jordbävning som kan förväntas varje 200 år i genomsnitt inträffar några år senare eftersom krypning lindrar lite påfrestning, kunde ingen veta.

San Andreas-felets krypande segment är ovanligt. Inga stora jordbävningar har någonsin registrerats på den. Det är en del av felet, cirka 150 kilometer långt, som kryper runt 28 millimeter per år och verkar ha endast små låsta zoner om några. Varför är ett vetenskapligt pussel. Forskare tittar på andra faktorer som kan smörja felet här. En faktor kan vara förekomsten av rikligt med lera eller serpentinit berg längs felzonen. En annan faktor kan vara underjordiskt vatten fångat i sedimentporer. Och bara för att göra saker lite mer komplexa kan det vara att krypning är en tillfällig sak, begränsad i tid till den tidiga delen av jordbävningscykeln. Även om forskare länge har tänkt att den krypande delen kan stoppa stora sprickor från att spridas över den, har nyligen genomförda studier gjort det i tvivel.

SAFOD-borrprojektet lyckades ta prov på berget precis vid San Andreas-felet i sitt krypande område, på ett djup på nästan 3 kilometer. När kärnorna först avslöjades var förekomsten av serpentinit uppenbar. Men i labbet visade högtryckstester av kärnmaterialet att det var mycket svagt på grund av närvaron av ett lermineral som kallas saponit. Saponit bildar där serpentinit möts och reagerar med vanliga sedimentära bergarter. Lera är mycket effektiv när det gäller att fånga porvatten. Så, som ofta händer inom jordvetenskapen, verkar alla ha rätt.