Mecanweithiau daeargrynfeydd araf (MICA)

Mae prosiect MICA yn defnyddio labordy naturiol unigryw ffawtiau presennol a blaenorol i lunio modelau rhifiadol yn ôl terfynau geometreg gwylio ffawtiau a mecanweithiau dadffurfio sydd wedi'u diffinio gan strwythurau mân. Prif nod y gwaith hwn yw pennu'r ffactorau sy'n rheoli pa mor gyflym y gall ffawtiau lithro – hynny yw, pam y bydd ffawt yn llithro'n araf neu'n cyflymu i achosi daeargrynfeydd.

Yn y prosiect hwn sydd o dan nawdd rhaglen Horizon 2020 Cyngor Ymchwil Ewrop, rydyn ni’n asesu ymddygiad amrywiol ffawtiau sy’n darparu ar gyfer dadffurfio tectonig yng nghramen y ddaear. Hyd at yn ddiweddar, roedd tyb y byddai ffawtiau tectonig mawr yn darparu ar gyfer dadleoli trwy naill ai lithro’n barhaus neu achosi daeargrynfeydd niweidiol bob hyn a hyn. Mae rhwydweithiau geoffisegol cydraniad uchel wedi canfod 'daeargrynfeydd araf' bellach. Mae daeargrynfeydd araf yn ddulliau dadleoli dros dro sy'n gyflymach nag ymgripiad ffiniau plât ond yn arafach na daeargrynfeydd. Does neb yn deall prosesau rheoli cyflymder llithro ffawtiau yn dda, ac mae’r prosiect hwn wedi’i lunio i ystyried y prosesau daearegol sy’n gwneud hynny.

Gall canlyniadau'r prosiect lywio prosesau gwerthuso peryglon seismig trwy nodi ffawtiau a rhannau o ffawtiau a allai brofi daeargrynfeydd niweidiol neu beidio, yn ogystal â phethau a allai fod yn rhybudd rhag daeargrynfeydd. Er enghraifft, does neb yn gwybod sut mae daeargrynfeydd araf a chyflym yn gysylltiedig. Mae cwestiynau o bwysigrwydd cymdeithasol yn cynnwys: Os yw ffawt yn profi daeargrynfeydd araf, all brofi daeargrynfeydd niweidiol, hefyd? Os yw rhannau o ffawt yn profi daeargryn araf, a fydd yn cynyddu (neu'n lleihau) y tebygolrwydd y bydd daeargryn niweidiol gerllaw? All daeargrynfeydd araf gyflymu a dod yn gyflym ac yn niweidiol?

Gweithgareddau a dulliau

Daeareg maes

Yr hyn sydd wedi’i weld ar lawr gwlad yw prif agwedd y prosiect, gan gynnwys parthau ffawtiau presennol a blaenorol fel ei gilydd. Rydyn ni’n astudio ffin platiau hynafol eithriadol sydd ym Mharc Daeareg Fyd-eang UNESCO GeoMôn ar Ynys Môn. At hynny, rydyn ni wedi astudio creigiau parthau islithro hynafol yn Siapan a Namibia, islithro presennol o dan y môr ger arfordir Seland Newydd, trawsffurfio hynafol o gramen gyfandirol yn Namibia a chramen gefnforol wedi’i chadw ar Ynys Cyprus.

Microsgopeg

Rydyn ni’n defnyddio cyfleusterau microsgopeg a delweddu a phelydr micro electronau Ysgol Gwyddorau’r Ddaear a’r Amgylchedd yng Nghaerdydd i ddelweddu a dadansoddi’n fanwl gynnwys creigiau sydd wedi dadffurfio. Trwy ddadansoddi o’r fath, gallwn ni weld pa mor gyflym mae’r creigiau wedi dadffurfio, megis yn yr enghraifft hon o Kuckaus Mylonite, Namibia.

Modelau rhifiadol

O dan adain cymrodyr ôl-ddoethurol Adam Beall a Lucy Lu rydyn ni wedi defnyddio codau rhifiadol Underworld a MOPLA (MultiOrder Power-Law Approach) i feintioli effeithiau amryw newidynnau ymddygiad ffawtiau. Er enghraifft, rydyn ni wedi llunio ffyrdd o ddadansoddi cryfder parthau rhwygo dau gam. Mae’r gwaith yn mynd rhagddo gyda chymorth ARCCA (Advanced Research Computing at Cardiff).

Arbrofion yn y labordy

Ar y cyd â labordai dadffurfiad creigiau ym Mhrifysgol Utrecht a Phrifysgol Bremen, rydyn ni’n defnyddio arbrofion i bwyso a mesur damcaniaethau sydd wedi’u llunio yn y maes a phennu paramedrau i’w cynnwys yn y modelau.

Canfyddiadau

Ffawtiau naturiol

Daw i’r amlwg fod mannau lle y gallai daeargrynfeydd araf ddigwydd yn ddigon gwan i ddadffurfio o dan rym cymharol fychan ac y bydd y math o ddadffurfio (araf neu gyflym) yn gyfnewidiol iawn yn ôl natur amrywiol ffactorau megis pwysedd hylifau, cyfraddau straen neu straen gyrru. Rydyn ni’n gweld cyflyrau o’r fath ar amryw ddyfnderoedd a haenau tectonig ac un o gryfderau’r prosiect hwn yw ei fod wedi archwilio amrywiaeth helaeth o leoedd. Dyma enghreifftiau o dystiolaeth ddaearegol:

Rhwydweithiau gwythiennau dwys wedi’u ffurfio mewn amrediad tymereddau cul lle mae mwyn clorid yn sychu ym mharthau rhwygo gludiog Damara Belt, Namibia.
O dan adain ein cydweithwyr yn Siapan, rydyn ni wedi dangos bod sustemau gwythiennau ar Ynys Kyushu wedi’u ffurfio bob yn dipyn o dan straen isel a bod modd eu hystyried yn enghraifft ddaearegol o gryndod tectonig achlysurol.
Mae meintiau grawn cwarts yn ôl cryfder grym yn awgrymu bod straen gyrru tectonig o dan barth cynhyrchu’r daeargrynfeydd yn isel iawn, yn y parthau islithro a tharo-llithro cyfandirol sydd wedi’u hagor.
Ar ddyfnderoedd bas iawn lle mae straen yn isel yn ôl diffiniad, gall ffawtiau sy’n gysylltiedig ag islithro newid rhwng dadffurfio dosbarthedig a lleol a gall dadffurfio gludio a brau fel ei gilydd ddigwydd mewn carbonadau.
Mae cryfder a chyflymder llithro trawsffurfio cefnforol yn amrywio yn ôl y natur a graddau’r gwyrdro sarffaidd.

Gyda chydweithwyr, rydyn ni wedi ystyried tystiolaeth ddaearegol gyhoeddedig o ffawtiau sydd wedi’u hastudio’n fanwl ledled y byd hefyd, a’i chymharu ag arsylwadau geoffisegol o ddaeargrynfeydd araf. Daethon ni at ystod o nodweddion cyffredin, wedi’u cyhoeddi yn Nature Reviews.

Modelau rhifiadol: Bydd parthau rhwygo gludiog dwy gydran ac ynddynt dros 50% o ddeunydd cryf yn peri cadwyni grym yn ddigymell.Felly, rydyn ni’n awgrymu y bydd cynnydd lleol yn y straen yn datblygu ac yn torri’r cadwyni hynny, gan gyflymu’r llif dros dro.

Ar raddfa ehangach, gall deinameg meintiau platiau effeithio ar straen rhwygo ffiniau platiau hefyd, gan arwain at ddaeargrynfeydd cryfach mewn rhai achosion.

Arbrofion yn y labordy

Trwy wylio ffawtiau naturiol, gwyddon ni y gall ychydig o ddwfr beri ymddygiad gwannach a mwy hydwyth.

Yn labordy MARUM (Zentrum für Marine Umweltwissenschaften) Prifysgol Bremen, profon ni’r syniad hwnnw ar bwysedd a thymheredd isel. Gwelon ni y byddai ffawtiau’n wannach, mwy cyson eu llithro, o ganlyniad i ychwanegu rhagor o glorid sy’n sbarduno hydradu.

Synthesis

Adolygon ni’r dystiolaeth naturiol a rhifiadol ynghylch effaith heterogenedd ar ddadffurfio. Yn ôl ein canfyddiadau, y rheoli mwyaf sylfaenol (sy’n gallu esbonio amryw fathau o ymddygiad) yw effaith gyfun y creigiau a’r mwynau sydd wrth ei gilydd a pha mor bell yw’r straen gyrru o’r straen y bydd ei angen i dorri’r deunydd cryfaf.