Neue Forschungen zu einer massiven Überschiebung deuten darauf hin, dass das nächste große Erdbeben unmittelbar bevorstehen könnte

Schwere Erdbeben und Tsunamis haben in der Vergangenheit die westlichen Regionen der Vereinigten Staaten und Kanadas heimgesucht, und diese Auswirkungen werden wahrscheinlich auch in Zukunft anhalten.

Vor den Südküsten von British Columbia, Washington, Oregon und Nordkalifornien gibt es einen 600 Meilen langen Streifen, in dem der Boden des Pazifischen Ozeans allmählich nach Osten unter Nordamerika absinkt.

In diesem Gebiet, das als Cascadia-Subduktionszone bezeichnet wird, befindet sich ein gewaltiger Spalt, in dem sich tektonische Platten auf sehr gefährliche Weise gegeneinander bewegen. Die Platten können in regelmäßigen Abständen zusammenbrechen und auf großen Flächen Spannungen aufbauen – nur um sich schließlich zu lösen, wenn sie schließlich gegeneinander schaukeln.

Das Ergebnis: Die größten Erdbeben der Welt, die den Meeresboden und das Land erschüttern und Tsunamiwellen mit einer Höhe von 100 Fuß oder mehr erzeugen. Eine solche Verwerfung vor Japan verursachte 2011 die Atomkatastrophe von Fukushima. Ähnliche Gebiete gibt es unter anderem vor Alaska, Chile und Neuseeland. In Cascadia kommt es Schätzungen zufolge alle 500 Jahre zu großen Erdbeben, mehr oder weniger mehr. Das letzte Erdbeben ereignete sich im Jahr 1700.

Forschungsfortschritte beim Verständnis seismischer Aktivität

Wissenschaftler arbeiten seit langem daran, die unterirdische Infrastruktur und Mechanik von Cascadia zu verstehen, um festzustellen, welche Orte am anfälligsten für Erdbeben sind, wie groß diese Orte sind und welche Warnzeichen sie hervorrufen könnten. Es gibt keine Möglichkeit, ein Erdbeben vorherzusagen; Vielmehr versuchen Wissenschaftler, die Wahrscheinlichkeiten mehrerer Szenarien vorherzusagen, in der Hoffnung, den Behörden dabei zu helfen, Bauvorschriften und Warnsysteme zu entwerfen, um den Schaden zu minimieren, wenn etwas passiert.

Eine kürzlich veröffentlichte Studie verspricht, diese Bemühungen deutlich zu verstärken. Ein Forschungsschiff, das eine Reihe hochmoderner geophysikalischer Instrumente entlang fast des gesamten Gebiets schleppt, hat die erste umfassende Untersuchung der vielen komplexen Strukturen unter dem Meeresboden durchgeführt. Zu diesen Strukturen gehören die Geometrie der subduzierenden ozeanischen Platte und der darüber liegenden Sedimente sowie die Zusammensetzung der Nordamerikanischen Platte. Die Studie wurde kürzlich in einer Fachzeitschrift veröffentlicht Wissenschaftlicher Fortschritt.

„Die derzeit von öffentlichen Stellen verwendeten Modelle basierten auf einem begrenzten Satz alter, minderwertiger Daten aus den 1980er Jahren“, sagte Susan Carbut, Meeresgeophysikerin an der Harvard University. Columbia-UniversitätDr. John Lamont Doherty, Direktor des Harvard Earth Observatory, der die Forschung leitete, sagte: „Die massive Schubkraft hat eine komplexere Geometrie als bisher angenommen. Die Studie bietet einen neuen Rahmen für die Bewertung von Erdbeben- und Tsunamigefahren.“

Die von der US National Science Foundation finanzierten Daten wurden während einer 41-tägigen Kreuzfahrt im Jahr 2021 mit Lamonts Forschungsschiff, der Marcus G. Langseth, gesammelt. Forscher an Bord des Schiffes drangen mit starken Schallimpulsen in den Meeresboden ein und lasen die Echos, die dann in Bilder umgewandelt wurden, ähnlich wie Ärzte innere Scans des menschlichen Körpers erstellen.

Neue Erkenntnisse zur Verwerfungsunterteilung und zu Tsunami-Gefahren

Zu ihren wichtigsten Erkenntnissen gehört: Die Megathrust-Verwerfungszone ist nicht nur eine kontinuierliche Struktur, sondern ist in mindestens vier Teile unterteilt, wobei jeder Teil etwas von den Bewegungen der anderen isoliert ist. Wissenschaftler diskutieren seit langem darüber, ob vergangene Ereignisse, darunter das Erdbeben von 1700, die gesamte Region oder nur einen Teil davon zerstört haben – eine Schlüsselfrage, denn je länger der Bruch anhält, desto größer ist das Erdbeben.

Die Daten zeigen, dass die Teile durch vergrabene Merkmale einschließlich großer Verwerfungen unterteilt sind, bei denen gegenüberliegende Seiten senkrecht zum Ufer gegeneinander gleiten. Dadurch kann verhindert werden, dass Bewegungen von einem Teil auf das nächste Teil übertragen werden. „Wir können nicht sagen, dass dies definitiv bedeutet, dass nur einzelne Teile zerbrechen oder dass das Ganze auf einmal zerbricht“, sagte Harold Tobin, Geophysiker am Massachusetts Institute of Technology. Universität Washington „Aber das verstärkt die Beweise für fragmentarische Brüche.“

Die Bilder zeigen auch die Gründe für diese Teilung: Der feste Rand der nordamerikanischen Kontinentalplatte besteht aus vielen verschiedenen Gesteinsarten, die zu unterschiedlichen Zeiten im Laufe von mehreren zehn Millionen Jahren entstanden sind, und einige sind dichter als andere. Diese Vielfalt kontinentaler Gesteine ​​führt dazu, dass sich die einströmende, flexiblere ozeanische Platte biegt und verdreht, um den Druckunterschieden über ihr Rechnung zu tragen. An einigen Stellen weisen die Abschnitte ein relativ steiles Gefälle auf, an anderen Stellen ein flaches Gefälle.

Die Forscher konzentrierten sich insbesondere auf einen Abschnitt, der vom Süden Vancouver Islands entlang des Bundesstaates Washington verläuft und ungefähr an der Grenze zu Oregon endet. Die unterirdische Topographie anderer Teile ist relativ rau, mit ozeanischen Merkmalen wie Verwerfungen und abtauchenden Seebergen, die an der oberen Platte reiben – Merkmale, die die obere Platte erodieren und das Ausmaß der Ausbreitung eines Erdbebens innerhalb des Abschnitts und damit die Stärke begrenzen können des Erdbebens. Im Gegensatz dazu ist der Abschnitt von Vancouver nach Washington völlig glatt. Dies bedeutet, dass es wahrscheinlicher ist, dass es über die gesamte Länge auf einmal reißt, was es zum gefährlichsten Abschnitt macht.

Laufende Forschung und ihre Auswirkungen auf die regionale Integrität

Auch in diesem Teil sinkt der Meeresboden im Vergleich zu anderen Teilen in einem relativ flachen Winkel unter die Kontinentalkruste. In anderen Teilen liegt der größte Teil der erdbebengefährdeten Grenzfläche zwischen den Platten vor der Küste, aber hier ergab die Studie, dass sie sich aufgrund des flachen Subduktionswinkels wahrscheinlich direkt unter der Olympic-Halbinsel in Washington erstreckt. Dies kann eventuelle Erschütterungen am Boden verstärken. „Es erfordert viel Forschung, aber für Orte wie Tacoma und Seattle könnte es den Unterschied zwischen alarmierend und katastrophal bedeuten“, sagte Tobin.

Mit Mitteln des US Geological Survey hat ein Konsortium aus staatlichen und bundesstaatlichen Behörden sowie akademischen Institutionen die Daten untersucht, seit sie verfügbar sind, um ihre Auswirkungen zu klären.

Was das Tsunami-Risiko angeht, so ist das „noch in Arbeit“, sagt Kellin Wang, ein Forscher beim Geological Survey of Canada, der nicht an der Studie beteiligt war. Wangs Gruppe verwendet die Daten, um Meeresbodenmerkmale vor Vancouver Island zu modellieren, die Tsunamis verursachen könnten. (Im Allgemeinen treten Tsunamis auf, wenn sich der Tiefseeboden während eines Erdbebens nach oben oder unten bewegt und eine Welle an die Oberfläche sendet, die ihre Energie konzentriert und an Höhe gewinnt, wenn sie flache Küstengewässer erreicht.) Wang sagte, seine Ergebnisse würden an eine andere Gruppe weitergegeben, die die Tsunamiwellen selbst modelliert, und dann an eine andere Gruppe, die die Risiken vor Ort analysiert.

Forscher sagen, dass praktische Bewertungen, die sich auf Bauvorschriften oder andere Aspekte der Vorbereitung auswirken könnten, bereits im nächsten Jahr veröffentlicht werden könnten. „Hier gibt es viel mehr Komplexität, als bisher vermutet wurde“, sagte Carbot.

Referenz: „Subduzierte Plattenstruktur und massive Schubmorphologie aus tiefen seismischen Bildern im Zusammenhang mit der Segmentierung von Erdbebenbrüchen in Cascadia“ von Susan M. Carbot, Brian Boston, Shushu Han, Brandon Schock, Jeffrey Bisson, J. Pablo Canales, Harold Tobin, Nathan Miller, Mladen Nedimovic, Anna Treho, Michelle Li, Madeleine Lucas, Hanshao Jian, Danqi Jiang, Liam Moser, Chris Anderson und Darren Good, Jaime Fernandez, Chuck Campbell, Antara Goswami und Rajendra Jalawat, 7. Juni 2024, Wissenschaftlicher Fortschritt.
DOI: 10.1126/sciadv.adl3198

Die Studie wurde von der US National Science Foundation finanziert.