La geóloga estructural Michele Cooke lo llama la "pregunta del millón de dólares" que subyace a todo el trabajo en su laboratorio en la Universidad de Massachusetts Amherst:¿qué sucede en las profundidades de la tierra cuando se forman fallas de deslizamiento en la corteza? Este es el tipo de falla que ocurre cuando dos placas tectónicas se deslizan una sobre la otra, generando las ondas de energía que a veces sentimos como terremotos.

Los geólogos no están seguros de los factores que gobiernan cómo crecen las nuevas fallas, dice Cooke. En los últimos años, ella y sus colegas han ofrecido las primeras exploraciones sistemáticas de dicha evolución de fallas. En su nuevo periódico, ella y su equipo de estudiantes proporcionan resultados experimentales para ilustrar el proceso, con videos, e informar sobre cómo recrean tales eventos en arcilla húmeda en el laboratorio. Los detalles aparecen en la edición en línea actual de Revista de geología estructural .

Cooke dice:"Cuando doy charlas con otros geólogos, pongo una foto de una falla y pregunto, ¿No te encantaría poder ver exactamente cómo se formó eso? Bien, en mi laboratorio eso es lo que hacemos. Establecemos las condiciones para fallar a pequeña escala y observamos cómo se desarrollan. La gente ha hecho esto antes pero hemos desarrollado métodos para que podamos ver que las fallas crecen en detalle muy fino, con una resolución más fina que la que nadie haya documentado antes ".

Los investigadores de UMass Amherst adoptan un enfoque de eficiencia mecánica para comprender el desarrollo de fallas. Afirma que las fallas en la corteza se reorganizan de acuerdo con los principios de "optimización del trabajo", o lo que Cooke llama la hipótesis de la "Tierra perezosa". Se centra en la eficacia de los sistemas de fallas para transformar la energía de entrada en movimiento a lo largo de las fallas. Como un rayo que golpea el objeto más cercano, cuando se forma una falla, la tierra toma el camino más fácil.

Para este trabajo apoyado por la National Science Foundation, los investigadores cargan una bandeja con caolín, también conocida como arcilla china, preparado así su viscosidad y escala de longitud a la de la corteza terrestre. Todos los experimentos involucran dos losas de arcilla húmeda que se mueven en direcciones opuestas bajo una de las tres condiciones de frontera de la base, es decir, diferentes formas de "cargar" la avería. Un escenario comienza con una falla preexistente, otro con desplazamiento localizado debajo de la arcilla, y un tercero que se caracteriza por un desplazamiento a través de una zona más amplia de cizallamiento debajo de la arcilla.

Los datos de los experimentos de dos horas registran la localización de la deformación y la evolución de las fallas que representan millones de años a una escala de decenas de kilómetros durante la maduración de las fallas por deslizamiento. Cooke dice:"Hemos capturado condiciones muy diferentes para la formación de fallas en nuestros experimentos que representan una variedad de condiciones que podrían provocar fallas en la corteza".

Ella agrega, "Descubrimos que las fallas evolucionan para aumentar la eficiencia cinemática en diferentes condiciones, y aprendimos algunas cosas sorprendentes en el camino. Uno de ellos es que las fallas se cierran en el camino. Sospechamos esto pero nuestro experimento es el primero en documentarlo en detalle. Otro hallazgo especialmente sorprendente es que las irregularidades de las fallas, que son ineficientes, persistir en lugar de que el sistema forme una línea recta, culpa eficiente. "

Los autores, que incluyen a los estudiantes graduados Alex Hatem y Kevin Toeneboehn, identificar cuatro etapas en la evolución de la falla:pre-falla, localización, vinculación y deslizamiento. El proceso comienza simplemente, avanza a un pico de complejidad, después de lo cual la complejidad cae repentinamente y la falla se simplifica nuevamente, alargamiento en un sencillo "continuo" o continuo, grieta superficial.

En videos de Hatem, Se ve claramente que la deformación por cizallamiento distorsiona la corteza a lo largo del área donde se unen dos placas base. En la siguiente etapa se desarrollan numerosas fallas escalonadas. Estas son fracturas escalonadas paralelas entre sí que se tiran a lo largo a medida que aumenta la tensión hasta que de repente se unen. En la última etapa estos se unen para formar una única falla final. Cooke dice:"Estábamos muy emocionados de ver que partes de las fallas se apagaban a medida que se reorganizaba el sistema, y también que las irregularidades persistieron a lo largo de las fallas ".

Un hallazgo interesante, pero no es una sorpresa que en su mayor parte todas las fallas pasaron por un proceso similar. Cooke dice:"Probamos los diversos extremos, pero salimos de esto con un tipo común de evolución que es cierto para todos. Si aún no hay una falla, entonces ves fallas escalonadas, pequeñas fallas paralelas entre sí pero en ángulo a la cizalla. Probablemente, la parte más reveladora son los detalles de la evolución de las fallas dentro de esos extremos. Lo que te queda al final es una falla larga con segmentos abandonados a cada lado, que es algo que vemos en el campo todo el tiempo. Es una buena confirmación de que nuestros experimentos de laboratorio replican lo que está sucediendo dentro de la Tierra ".

Otra idea los investigadores dicen, resultados de la medición de la eficiencia cinemática o geométrica, el porcentaje de desplazamiento aplicado expresado como deslizamiento en las fallas. "Una falla ineficiente tendrá menos deslizamiento y más deformación alrededor de las zonas, "Cooke explica." Podemos ver que sucede en los experimentos y apoya la idea de que las fallas evolucionan para volverse eficientes y la tierra optimiza el trabajo. Esta es la Tierra Perezosa; la eficiencia aumenta a pesar de que la falla se vuelve más compleja ".

Finalmente el geólogo agrega, "Vimos que cuando las fallas finalmente se vinculan, no necesariamente cometen una falta perfectamente directa. Eso me dice que las irregularidades pueden persistir a lo largo de fallas maduras debido al material. Es una idea de cómo se obtienen las irregularidades persistentes que vemos en la corteza terrestre real. Los geólogos estructurales se sorprenden por las irregularidades, porque si las fallas evolucionan para minimizar el trabajo, todas las fallas deberían ser rectas. Pero ahora tenemos pruebas que demuestran que estas irregularidades persisten. Tenemos fallas irregulares que están activas durante millones de años ".