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Projekt
Die Rolle, der Kohäsion für Störungszonedynamik spielt
Antragsteller
Matt Ikari, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Physik des Erdkörpers
Förderung
Förderung von 2021 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457003631
Die Scherfestigkeit des Gesteins und des Sedimentes in und um Störungszonen bestimmt, ob die Störungszone stabil und kontinuierlich rutscht oder sich instabil verhält und wiederkehrende zerstörende Erdbeben auftreten. Die Scherfestigkeit setzt sich aus zwei Teilen zusammen: Die Reibung, welche dem Widerstand gegen das Rutschen an belasteten Oberflächen entspricht und die Kohäsion, eine innere Zusammenhangskraft, die existiert selbst wenn die Oberflächen gänzlich unbelastet sind. Der Fokus vorangegangener Störungszonenstudien liegt nahezu ausschließlich auf dem Einfluss der Reibung. Potenzielle Auswirkungen der Kohäsion werden bislang vernachlässigt. Die Kohäsion ist jedoch für Störungszonen aus zweierlei Gründen ein wichtiges Maß: (1) Erdbeben tendieren dazu eher in lithifiziertem Gestein als in Sediment aufzutreten, und (2) vorherige Experimente haben gezeigt, dass das Auftreten des Stick-slip-Effekts, welcher als Erdbeben im Labormaßstab angesehen werden kann, tendenziell in festem Gestein auftritt. Direkt gemessene Kohäsionswerte sind selten. In den Laboren des Marum haben wir eine Methode entwickelt, mit der eine sichere Kohäsionsmessung durchgeführt werden kann. Wir schlagen hiermit vor, einen systematischen Datensatz von Kohäsionsmessungen zu generieren und damit die Rolle der Kohäsion beim Auftreten von seismologischem Rutschen zu ermitteln. Wir werden Bohrproben aus ICDP Projekten verwenden, welche Probenmaterial aus der Alpine Fault, Neuseeland, der San Andreas Fault, der Oman Ophiolite, der North Anatolian Fault, und des Pärvie Fault Systems, Schweden enthalten können. Weiteres Probenmaterial könnte aus Basement Rock aus Oklahoma, USA, exhumierten Störungszonensteinen aus dem Shimanto Belt, Japan, sowie aus diversem häufig anzutreffenden Gestein und reinem Mineral, welches als Teststandard verwendet wird, gewonnen werden. Unser Ziel ist, Kohäsionsmessungen für eine große Bandbreite von Gesteinsarten unter gleichbleibenden Bedingungen zusammenzustellen und diese Messungen mit konventionellen Reibungsexperimenten von dem selben Gestein und unter den selben Bedingungen zu vergleichen. Ausgehend von dem Gesamtprojekt werden wir weitere gezielte Teilprojekte durchführen, die darauf abzielen, wie sich bestimmte Bedingungen auf die Kohäsion auswirken und welche Auswirkungen dies für Rutschungen in der Störungszone hat. Die konkreten Testbedingungen betreffen im speziellen: Die Temperatur, den Druck, die Präsenz von Porenwasser, die Schergeschwindigkeit sowie die Steinschichtung. Die Ergebnisse dieser Tests werden es uns ermöglichen die relative Bedeutung der Kohäsion zu bewerten und sie mit dem Einfluss der Reibung zu vergleichen, wobei die Kohäsion als ein möglicherweise neues leistungsfähiges Werkzeug zum Verständnis von Störungsbewegungen und Erdbeben hervor geht.
DFG-Verfahren
Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich
Professor Dr. Achim Kopf
