Det första naturliga exemplet på en fossiliserad jordbävning i serpentinit (typ av sten) ger ny kunskap om de extrema krafter och kemiska reaktioner som uppstår vid seismiska bristningar.

Den världs första upptäckten har gjorts av University of Otago Ph.D. studenten Matthew Tarling, handledare Steven Smith och James Scott från Otagos geologiska avdelning, och Cecilia Viti från University of Siena i Italien. Deras resultat publiceras i veckan i den uppskattade tidskriften Naturkommunikation :"Dynamisk jordbävningsbrott bevarad i en krypande serpentinitskjuvzon."

Herr Tarling, som ledde forskningen, beskriver hur extrem värme kan produceras under jordbävningar, på samma sätt som att gnugga händerna för värme.

"Värmen som du känner kommer från friktionen mellan dina handflator när de rör sig mot varandra. En liknande process sker under jordbävningar, som gigantiska bitar av jordskorpan glider mot varandra längs felytor. Dock, förhållandena är så extrema under jordbävningar att ibland produceras tillräckligt med värme för att smälta stenar längs felytan. När jordbävningen stannar, smältan svalnar och stelnar för att bilda ett distinkt glasartat lager av sten:när geologer hittar bevis för denna typ av "friktionssmältning" kan de vara säkra på att ha hittat platsen för en gammal jordbävning. "

Problemet är att friktionssmältning faktiskt är ganska sällsynt, och så måste geologer söka efter andra bevis för extrem friktionsuppvärmning för att identifiera platsen för gamla jordbävningar.

I sin studie beskriver Otago-ledarteamet de första bevisen för högtemperatur-uttorkning av mineralet serpentin under en gammal jordbävning. Stöds av finansiering från ett Marsden-snabbstartspris, laget studerade små fragment av felrock från Livingstone Fault på Nya Zeeland.

"Livingstone -felet är ett spektakulärt gammalt fel som skär genom norra och södra öarna i Nya Zeeland. Eftersom klipporna som flyttades samman av felet producerar ganska karga jordar, Väldigt lite vegetation växer, vilket ger oss ett unikt tillfälle att studera de inre funktionerna i felzonen i fantastiska detaljer, "Säger Tarling.

Med hjälp av högupplöst transmissionselektronmikroskopi, forskargruppen fann att tunna skikt av serpentin inuti felet omvandlades till två nya mineraler:olivin och pyroxen. Denna typ av reaktion sker endast vid temperaturer över 800 ° C, och när reaktionen sker frigörs stora mängder vatten som kan sätta tryck på felytan. Teamet använde sedan numerisk modellering för att visa att reaktionen troligen inträffade genom friktionsuppvärmning under en gammal jordbävning med en storlek mellan tre och fyra på Richterskalan.

Dr Smith säger att upptäckten är ett sällsynt och avgörande steg för att identifiera gamla jordbävningsbrott, och erbjuder också viktig information om de processer som gör att fel försvagas och frigör energi vid bristning.

"När en jordbävning inträffar, vi kan känna och mäta effekterna av markskakningar, men själva jordbävningsbrottet äger rum många kilometer under våra fötter, och det gör det verkligen svårt att förstå vad som händer. Tänk dig att försöka sätta ihop alla delar i en bilmotor på rätt sätt bara genom att lyssna på bilen från många kilometer bort:det är i princip omöjligt, och vi måste komma på mer direkta sätt att studera själva djupbrottet. Det vi försöker göra här är att förstå vad som faktiskt sker på felytan under bristning, eftersom dessa processer har nyckeln till att förstå jordbävningens fysik. "

I detta tidiga skede av sin karriär, Tarling (29) hoppas att det inte blir den sista betydelsefulla upptäckten han är involverad i.

"Det vi har upptäckt hjälper geologer att bättre förstå beteendet hos stenar längs tektoniska plattgränser som subduktionszoner. Under en lång tid har detta bara förståtts i ett teoretiskt eller experimentellt sammanhang, men vår nyligen identifierade signatur i ett naturligt fel öppnar dörren för fler upptäckter angående de extrema krafter som har format jordens kontinenter. "