Alterierung und Deformation von Pseudotachylyten aus Störungszonen
Mineralogie, Petrologie und Geochemie
Physik des Erdkörpers
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bei Pseudotachylyten aus Störungszonen handelt es sich um erstarrte, ursprünglich aufgrund von Reibungswärme während eines Erdbebens gebildete Schmelzen. Im Feld werden Pseudotachylyte in Anbetracht der Anzahl der Erdbeben, die einen ausreichenden Temperaturanstieg erwarten lassen, relativ selten beobachtet. Dies motiviert die Frage, die diesem Projekt zugrunde liegt, ob Pseudotachylyte nur selten erzeugt werden – was derzeitige Erdbebenmodelle in Frage stellte – oder ob sie selten in einer im Feld erkennbaren Form erhalten bleiben. Um die makroskopischen und mikroskopischen Alterationsmerkmale und die Alterationskinetik der Pseudotachylyte zu erforschen, führten wir hydrothermale Alterationsexperimente mit natürlichen und synthetischen Pseudotachylyten bei Temperaturen von 200–500 °C und Alterationsdauern von bis zu 100 Tagen durch. Unter fluidarmen Alterationsbedingungen wird nach dem Experiment keine signifikante Veränderung der Mikrostruktur beobachtet, während das Vorhandensein von Fluiden zur Lösung von Mineralen, Bildung von Porosität und zum Wachstum von Sekundärmineralen führen, vergleichbar mit Beobachtungen an natürlich alterierten Pseudotachylyten. Diese poröse Mikrostruktur alterierter Pseudotachylyte kollabiert wahrscheinlich in der Natur aufgrund der in der Tiefe, in der Erdbeben entstehen, vorherrschenden hohen Spannungen, so dass die Pseudotachylyte eher Kataklasiten ähnelten. Da die Verfügbarkeit von Fluiden für die Pseudotachylyt-Alteration entscheidend ist, untersuchten wir die hydraulischen Eigenschaften von Pseudotachylyten sowie ihre Festigkeit, da diese das Potenzial für die Entwicklung von Rissen, also Fluidwegsamkeiten, bestimmt. Die Durchlässigkeit und die hydraulische Diffusivität der Wirtsgesteine ist, wie bei kristallinen Gesteinen zu erwarten, relativ gering, die der Pseudotachylyte aber noch um mindestens zwei Größenordnungen kleiner als die der umgebenden Gesteine. Daher erscheint ein Eindringen von Fluiden in Pseudotachylyte unwahrscheinlich. In Deformationsversuchen, die wir bei einer Temperatur T = 500°C , einem Umgebungsdruck pc = 500 MPa und einer axialen Dehnungsrate ε = 5 ∙ 10^-6 s^-1 durchführten, zeigten Pseudotachylyte eine relativ hohe Festigkeit; spröde Deformation konzentrierte sich im Wirtsgestein, während sich im Pseudotachylyt nur wenige Scherbrüche bildeten. Diese Ergebnisse erklären, warum hydrothermale Alteration von Pseudotachylyten im Adamello-Gebiet eingeschränkt war. Unsere experimentelle Studie zeigt also, dass Pseudotachylyte bei Vorhandensein von Fluiden auf geologisch kurzen Zeitskalen aus dem Gesteinsarchiv verloren gehen können. Ihre Erhaltung in Störungszonen, in denen intensive hydrothermale Alteration stattgefunden hat, ist auf den hohen Kontrast zwischen Umgebungsgestein und Pseudotachylyten sowohl in Bezug auf ihre Permeabilität als auch auf ihre Festigkeit zurückzuführen, der den Kontakt der Fluide mit den Pseudotachylyten einschränkt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2019). Hydrothermal Alteration of Natural Pseudotachylytes and Synthetic Glasses. AGU Fall Meeting 2019, abstract MR51B-0046
Rempe, M., Renner, J., Di Toro, G.
- (2020). Permeability evolution of pseudotachylytes during hydrothermal alteration experiments, EGU General Assembly 2020, Online, 4–8 May 2020, EGU2020-8269
Rempe, M. and Renner, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-826) - (2020). Pseudotachylyte alteration and the rapid fade of earthquakes scars from the geological record. Geophysical Research Letters, 47(22)
Fondriest, M., Mecklenburgh, J., Passelegue, F., Artioli, G., Nestola, F., Spagnuolo, E., Rempe, M., Di Toro, G.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1029/2020GL090020)
