Elastotermobarometria jest niezależną od równowagowej termodynamiki faz mineralnych metodą rekonstrukcji warunków metamorfizmu, która przeżywa w ostatnich latach rozkwit dzięki rozwojowi mikrospektroskopii ramanowskiej umożliwiającej pośredni pomiar naprężenia rezydualnego w minerałach. Niewielkie wrostki kwarcowe szczelnie zamknięte w ziarnach granatów występujących w skałach metamorficznych ekshumowanych z dużych głębokości powszechnie wykazują naprężenia rezydualne („nadciśnienie”), sięgające niekiedy poziomu kilkuset MPa. Niepełna relaksacja ciśnienia w obrębie inkluzji kwarcowych powodowana jest ich wyraźnie odmiennymi parametrami termosprężystymi względem otaczających ziaren granatów, a modelowanie mechaniczne pozwala na odtworzenie pierwotnych warunków ciśnienia, w których wzrastał układ kwarc-granat.
W artykule pt. „Lower crustal earthquake associated with highly pressurized frictional melts” opublikowanym w ostatnich dniach w Nature Geosciences, autorzy (Zhong i in., 2021b) opisali wyniki pomiarów rezydualnych ciśnień we wrostkach kwarcowych w obrębie dendrytycznych granatów występujących w pseudotachylitach z okolic Bergen w zachodniej Norwegii. Badane pseudotachylity powstały w dolnej skorupie w efekcie przetopienia skał wzdłuż powierzchni uskoków i stanowią doskonały materiał do badania trzęsień ziemi rozwijających się na dużych głębokościach. Uzyskane wyniki pomiarów pozwoliły zrekonstruować pierwotne ciśnienie stopu na poziomie ok. 2 GPa - o 0,5 GPa wyższym od szacunków ciśnienia dla otaczającego ośrodka skalnego. Modelowanie mechaniczne wykluczyło możliwość rozwoju nadciśnienia stopu wyłącznie w efekcie jego rozszerzalności cieplnej. Według modelu zaproponowanego przez autorów cytowanej pracy tak znaczne nadciśnienie stopu mogło rozwinąć się w warunkach wysokich naprężeń dyferencjalnych pod wpływem odpowiednio zorientowanego maksymalnego naprężenia głównego. Dzięki przeprowadzonym badaniom bezpośrednio udokumentowano wystąpienie nadciśnienia w stopie towarzyszącym głębokiemu trzęsieniu ziemi, co wskazuje na istotny, wspomagający wpływ procesów topienia w strefie przyuskokowej na sejsmogeniczność dolnej skorupy. Zaproponowany przez autorów model wskazuje także na możliwość rozwoju wysokich, sięgających poziomu 1GPa, naprężeń dyferencjalnych w warunkach dolnoskorupowych.
Udział dr. hab. Marcina Dąbrowskiego z Centrum Modelowania Procesów Geologicznych w Państwowym Instytucie Geologicznym-PIB w projekcie naukowym, który zwieńczony został publikacją w Nature Geosciences jest pokłosiem jego kilkuletniej współpracy z dr. Xinem Zhong, zatrudnionym obecnie w Wolnym Uniwersytecie Berlińskim (wcześniej w Uniwersytecie w Oslo). W metodycznym artykule Zhonga i in. (2019a) autorzy analizowali stopień redukcji rezydualnego ciśnienia w inkluzji w zależności od jej oddalenia od powierzchni płytki cienkiej. W pracy Zhong i in. (2019b) analizowany był termometr bazujący na parze cyrkon-granat, a wyniki uzyskane dla eklogitów z okolic Bergen w zachodniej Norwegii na podstawie elastotermobarometrii oraz klasycznej geotermobarometrii wykazały wysoką zbieżność. W polemicznym artykule Zhong i in. (2020) poruszyli kwestie metodyczne związane z obliczeniami pierwotnych warunków ciśnienia i temperatury w elastotermobarometrii.
Prowadzono także systematyczne badania nad wpływem anizotropii mechanicznej oraz kształtu inkluzji na wielkość naprężeń rezydualnych (Zhong i in., 2021a). Dzięki współpracy z dr hab. prof. UWr Jackiem Szczepańskim z Instytutu Nauk Geologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego metoda elastotermobarometryczna została zastosowana do skał z pasma metamorficznego Kamieńca Ząbkowickiego w Sudetach (Szczepański i in., 2021).
We wcześniejszym okresie dr hab. Marcin Dąbrowski zajmował się zagadnieniem relaksacji naprężeń rezydualnych w układach mineralnych, w tym m.in. wpływem nieliniowości reologicznej na stałą czasową relaksacji.
Rysunek "a" przedstawia zdjęcie terenowe pseudotachylitu, a rysunek "b" pokazuje ścięte ziarno granatu na kontakcie pseudotachylitu z otaczającą skałą. Żyła pseudotachylitowa zawiera niewielkie, dendrytyczne ziarna granatu, których rozmiar wzrasta ku jej wnętrzu (autor ilustracji: Xinem Zhong)
- Dabrowski, M., Powell, R., Podladchikov, Y. (2015) Viscous relaxation of grain-scale pressure variations. Journal of Metamorphic Geology, 33 (8), 859-868
- Szczepański J., Zhong X., Dąbrowski M., Wang H., Goleń M. Combined phase diagram modelling and quartz‐in‐garnet barometry of HP metapelites from the Kamieniec Metamorphic Belt (NE Bohemian Massif) (2021c) Journal of Metamorphic Geology, 00: 1– 35
- Zhong X., Dabrowski M., Jamtveit B. (2019a) Analytical solution for the stress field in elastic half space with a spherical pressurized cavity or inclusion containing eigenstrain. Geophysical Journal International, 216(2), 1100-1115
- Zhong X., Andersen, N.H. Dabrowski M., Jamtveit B. (2019b) Zircon and quartz inclusions in garnet used for complementary Raman thermobarometry: application to the Holsnøy eclogite, Bergen Arcs, Western Norway. Contributions to Mineralogy and Petrology, 174, 50
- Zhong X., Dabrowski M., Powell R., Jamtveit B. EosFit-Pinc: A simple GUI for host-inclusion elastic thermobarometry —Discussion (2020) American Mineralogist 105(10), 1585-1586
- Zhong X., Dabrowski M., Jamtveit B. Analytical solution for residual stress and strain preserved in anisotropic inclusion entrapped in an isotropic host (2021a) Solid Earth 12(4), 817-833 Zhong X., Petley-Ragan A. J., Incel S. H., Dabrowski M., Andersen N. H., & Jamtveit B. (2021b). Lower crustal earthquake associated with highly pressurized frictional melts. Nature Geoscience, 1-7, doi: 10.1038/s41561-021-00760-x
