Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

Earthquakes generate big heat in super-small areas

14.10.2011
In experiments mimicking the speed of earthquakes, geophysicists at Brown University detail a phenomenon known as flash heating.

Anzeige


Hitting the high points
Computer-simulated topography shows high points — asperities (in red) — on the rock surface. When in contact with asperties on the adjacent surface, these asperities may undergo intense flash heating in an earthquake. Credit: Mark Robbins and Sangil Hyun, Johns Hopkins University

They report in a paper published in Science that because fault surfaces touch only at microscopic, scattered spots, these contacts are subject to intense stress and extreme heating during earthquakes, lowering their friction and thus the friction of the fault. The localized, intense heating can occur even while the temperature of the rest of the fault remains largely unaffected.

Most earthquakes that are seen, heard, and felt around the world are caused by fast slip on faults. While the earthquake rupture itself can travel on a fault as fast as the speed of sound or better, the fault surfaces behind the rupture are sliding against each other at about a meter per second.

But the mechanics that underlie fast slip during earthquakes have eluded scientists, because it’s difficult to replicate those conditions in the laboratory. “We still largely don’t understand what is going at earthquake slip speeds,” said David Goldsby, a geophysicist at Brown, “because it’s difficult to do experiments at these speeds.”

Now, in experiments mimicking earthquake slip rates, Goldsby and Brown geophysicist Terry Tullis show that fault surfaces in earthquake zones come into contact only at microscopic points between scattered bumps, called asperities, on the fault. These tiny contacts support all the force across the fault. The experiments show that when two fault surfaces slide against other at fast slip rates, the asperities may reach temperatures in excess of 2,700 degrees Fahrenheit, lowering their friction, the scientists write in a paper published in Science. The localized, intense heating can occur even while the temperature of the rest of the fault remains largely unaffected, a phenomenon known as flash heating.

“This study could explain a lot of the questions about the mechanics of the San Andreas Fault and other earthquakes,” said Tullis, professor emeritus of geological sciences, who has studied earthquakes for more than three decades.

Hitting the high points

Computer-simulated topography shows high points — asperities (in red) — on the rock surface. When in contact with asperties on the adjacent surface, these asperities may undergo intense flash heating in an earthquake.
Credit: Mark Robbins and Sangil Hyun, Johns Hopkins UniversityThe experiments simulated earthquake speeds of close to half a meter per second. The rock surfaces touched only at the asperities, each with a surface area of less than 10 microns — a tiny fraction of the total surface area. When the surfaces move against each other at high slip rates, the experiments revealed, heat is generated so quickly at the contacts that temperatures can spike enough to melt most rock types associated with earthquakes. Yet the intense heat is confined to the contact flashpoints; the temperature of the surrounding rock remained largely unaffected by these microscopic hot spots, maintaining a “room temperature” of around 77 degrees Fahrenheit, the researchers write.

“You’re dumping in heat extremely quickly into the contacts at high slip rates, and there’s simply no time for the heat to get away, which causes the dramatic spike in temperature and decrease in friction,” Goldsby said.

“The friction stays low so long as the slip rate remains fast,” said Goldsby, associate professor of geological sciences (research). “As slip slows, the friction immediately increases. It doesn’t take a long time for the fault to restrengthen after you weaken it. The reason is the population of asperities is short-lived and continually being renewed, and therefore at any given slip rate, the asperities have a temperature and therefore friction appropriate for that slip rate. As the slip rate decreases, there is more time for heat to diffuse away from the asperities, and they therefore have lower temperature and higher friction.”

Flash heating and other weakening processes that lead to low friction during earthquakes may explain the lack of significant measured heat flows along some active faults like the San Andreas Fault, which might be expected if friction was high on faults during earthquakes. Flash heating in particular may also explain how faults rupture as “slip pulses,” wrinkle-like zones of slip on faults, which would also decrease the amount of heat generated.

If that is the case, then many earthquakes have been misunderstood as high-friction events. “It’s a new view with low dynamic friction. How can it be compatible with what we know?” asked Tullis, who chairs the National Earthquake Prediction Evaluation Council, an advisory body for the U.S. Geological Survey.

“Flash heating may explain it,” Goldsby replied.

The U.S. Geological Survey funded the research.


Editors: Brown University has a fiber link television studio available for domestic and international live and taped interviews, and maintains an ISDN line for radio interviews. For more information, call (401) 863-2476.

Richard Lewis | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.brown.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht NASA's TRMM satellite sees heavy rainfall in Tropical Storm Bud
24.05.2012 | NASA/Goddard Space Flight Center

nachricht NASA sees Tropical Storm Sanvu continue to intensify
24.05.2012 | NASA/Goddard Space Flight Center

Alle Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>


Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit


Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.

Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.

„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...

Im Focus: Widerspenstiges Quasiteilchen erzeugt


Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.

Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.

Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...

Im Focus: Licht lässt Partikel wachsen - Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre


Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.

Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.

Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...

Im Focus: Abschreckung: Tabak signalisiert angreifenden Zikaden Verteidigungsbereitschaft


Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen

Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...

Im Focus: Erbgutkopie reist im Protein-Koffer


Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.

Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.

Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Aktuell

Energieversorger vor dem Umbruch

24.05.2012 | Studien Analysen

Stem-cell-growing surface enables bone repair

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Wissenschaft und Öffentlichkeit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp