A geóloga estrutural Michele Cooke chama isso de "questão de um milhão de dólares" que está por trás de todo trabalho em seu laboratório na Universidade de Massachusetts Amherst:o que se passa nas profundezas da terra quando as falhas de deslizamento se formam na crosta? Este é o tipo de falha que ocorre quando duas placas tectônicas deslizam uma sobre a outra, gerando as ondas de energia que às vezes sentimos como terremotos.

Os geólogos têm dúvidas sobre os fatores que governam o crescimento de novas falhas, diz Cooke. Nos últimos anos, ela e seus colegas ofereceram as primeiras explorações sistemáticas dessa evolução de falhas. Em seu novo jornal, ela e sua equipe de alunos fornecem resultados experimentais para ilustrar o processo, com vídeos, e relatar como eles reencenam tais eventos em argila úmida no laboratório. Os detalhes aparecem na edição online atual de Journal of Structural Geology .

Cooke diz, "Quando dou palestras para outros geólogos, apresento uma imagem de uma falha e pergunto:você não gostaria de poder ver exatamente como isso se formou? Nós vamos, no meu laboratório é o que fazemos. Estabelecemos as condições para falhas em pequena escala e as observamos se desenrolar. As pessoas já fizeram isso antes, mas desenvolvemos métodos para que possamos ver as falhas crescendo em muito, detalhes muito finos, em uma resolução melhor do que qualquer um documentou antes. "

Os pesquisadores da UMass Amherst adotam uma abordagem de eficiência mecânica para compreender o desenvolvimento de falhas. Afirma que as falhas na crosta se reorganizam de acordo com os princípios de "otimização do trabalho", ou o que Cooke chama de hipótese da "Terra Preguiçosa". Ele se concentra na eficácia dos sistemas de falha em transformar a energia de entrada em movimento ao longo das falhas. Como um raio atingindo o objeto mais próximo, ao formar uma falha, a Terra segue o caminho mais fácil.

Para este trabalho apoiado pela National Science Foundation, os pesquisadores carregam uma bandeja com caulim, também conhecido como argila chinesa, preparada assim sua viscosidade e escala de comprimento para a crosta terrestre. Todos os experimentos envolvem duas placas de argila úmida movendo-se em direções opostas sob uma das três condições de limite de base, isso é, diferentes maneiras de "carregar" a falha. Um cenário começa com uma falha pré-existente, outro com deslocamento localizado sob a argila, e um terceiro que é caracterizado por um deslocamento através de uma zona mais ampla de cisalhamento sob a argila.

Os dados dos experimentos de duas horas registram a localização da deformação e a evolução da falha que representa milhões de anos na escala de dezenas de quilômetros durante a maturação da falha de ataque-deslizamento. Cooke diz, "Capturamos condições muito diferentes para a formação de falhas em nossos experimentos que representam uma gama de condições que podem levar à falha na crosta."

Ela adiciona, "Descobrimos que as falhas evoluem para aumentar a eficiência cinemática em diferentes condições, e aprendemos algumas coisas surpreendentes ao longo do caminho. Um deles é que as falhas são interrompidas ao longo do caminho. Nós suspeitamos disso, mas nosso experimento é o primeiro a documentá-lo em detalhes. Outra descoberta especialmente surpreendente é que irregularidades de falha, que são ineficientes, persistem em vez de o sistema formar uma linha reta, falha eficiente. "

Os autores, que incluem os alunos de graduação Alex Hatem e Kevin Toeneboehn, identificar quatro estágios na evolução da falha:pré-falha, localização, ligação e deslizamento. O processo começa simplesmente, avança para um pico de complexidade, depois do qual a complexidade cai repentinamente e a falha simplifica novamente, alongando-se em um "contínuo" ou contínuo, rachadura superficial.

Em vídeos de Hatem, a deformação de cisalhamento distorce a crosta ao longo da área onde duas placas de base se encontram. No estágio seguinte, numerosas falhas de escalão se desenvolvem. Essas são fraturas semelhantes a degraus, paralelas entre si, que são puxadas no sentido do comprimento à medida que a deformação aumenta até que se liguem repentinamente. Na última etapa, estes se juntam para formar uma única falha final. Cooke diz, "Ficamos muito entusiasmados em ver que partes das falhas foram desligadas enquanto o sistema se reorganizava, e também que as irregularidades persistiram ao longo das falhas. "

Um achado interessante, mas não é surpresa que, na maioria das vezes, todas as falhas passaram por um processo semelhante. Cooke diz, "Testamos os vários extremos, mas saímos disso com um tipo comum de evolução que vale para todos. Se ainda não houver uma falha, então você vê falhas de escalão, pequenas falhas paralelas umas às outras, mas em ângulo em relação ao cisalhamento. Provavelmente, a parte mais perspicaz são os detalhes da evolução da falha dentro desses extremos. O que resta no final é uma longa falha com segmentos abandonados em ambos os lados, que é algo que vemos em campo o tempo todo. É uma boa confirmação de que nossos experimentos de laboratório replicam o que está acontecendo na Terra. "

Outro insight, os pesquisadores dizem, resultados da medição da eficiência cinemática ou geométrica, a porcentagem de deslocamento aplicado expressa como escorregamento nas falhas. "Uma falha ineficiente terá menos escorregamento e mais deformação ao redor das zonas, "Cooke explica." Podemos ver isso acontecendo nos experimentos e apóia a ideia de que as falhas evoluem para se tornarem eficientes e a terra otimiza o trabalho. Esta é a Terra Preguiçosa; a eficiência está aumentando, embora a falha esteja se tornando mais complexa. "

Finalmente, o geólogo acrescenta, "Vimos que quando as falhas eventualmente se ligam, eles não cometem necessariamente uma falha perfeitamente direta. Isso me diz que irregularidades podem persistir ao longo de falhas maduras por causa do material. É uma visão de como você consegue irregularidades persistentes que vemos na crosta terrestre real. Geólogos estruturais são surpreendidos por irregularidades, porque se as falhas evoluem para minimizar o trabalho, todas as falhas devem ser retas. Mas agora temos evidências para mostrar que essas irregularidades persistem. Temos falhas irregulares que estão ativas há milhões de anos. "