Ein seismisches Gerät folgt einem Forschungsschiff während einer Untersuchung der Hikurangi-Subduktionszone in Neuseeland. Eine vom Geophysics Institute der University of Texas durchgeführte Untersuchung ergab das Vorhandensein eines riesigen und alten Wasserreservoirs, das kilometerweit unter dem Meeresboden vergraben liegt. Bildnachweis: University of Texas Geophysics Institute/Adrian Arnulf
Ein großes Wasserreservoir, das unter dem Meeresboden in der Nähe von Neuseeland entdeckt wurde, könnte Einblick in die Mechanismen langsamer Erdbeben und tektonischer Aktivität geben.
Forscher haben das Äquivalent von Meerwasser entdeckt, das in Sedimenten und Gesteinen in einem verlorenen Vulkanplateau eingeschlossen ist, das sich jetzt tief in der Erdkruste befindet. Ein seismisches 3D-Bild zeigte, dass das Wasser zwei Meilen unter dem Meeresboden vor der Küste Neuseelands liegt, wo es wahrscheinlich eine große Erdbebenstörung gegenüber der Nordinsel des Landes abfedert.
Langsame Erdbeben und Wasser
Es ist bekannt, dass Verwerfungen zu langsamen Erdbeben führen, die als Slow-Slip-Ereignisse bezeichnet werden. Diese können den aufgestauten tektonischen Druck über Tage und Wochen hinweg schadlos abbauen. Wissenschaftler wollen wissen, warum sie bei manchen Defekten häufiger auftreten als bei anderen.
Es wird angenommen, dass viele langsame Erdbeben mit vergrabenem Wasser in Zusammenhang stehen. Bisher gibt es jedoch keine direkten geologischen Beweise für die Existenz eines derart großen Wasserreservoirs in diesem besonderen neuseeländischen Grabenbruch.
Das Hikurangi-Plateau ist das Überbleibsel einer Reihe epischer Vulkanausbrüche, die vor 125 Millionen Jahren im Pazifischen Ozean begannen. Eine aktuelle seismische Untersuchung (rotes Rechteck) unter der Leitung des University of Texas Institute of Geophysics hat das Plateau abgebildet, während es in die Hikurangi-Subduktionszone in Neuseeland subduziert (rote Linie). Bildnachweis: Andrew Gas
„Wir können noch nicht tief genug blicken, um genau zu wissen, welche Auswirkungen die Verwerfung hat, aber wir können sehen, dass die Wassermenge, die hier fließt, viel höher als normal ist“, sagte Hauptautor Andrew Ghez, der die Studie durchführte. Arbeitet als Postdoktorand am University of Texas Institute of Geophysics (UTIG).
Die Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschritt der Wissenschaft Es basiert auf seismischen Expeditionen und wissenschaftlichen Meeresbohrungen unter der Leitung von Forschern der UTIG.
Suchen Sie nach tieferem Verständnis
Gase, jetzt Postdoktorand an der Western Washington University, fordert tiefere Bohrungen, um herauszufinden, wo das Wasser landet, damit Forscher feststellen können, ob es den Druck um die Verwerfung herum beeinflusst – eine wichtige Information, die zu einem genaueren Verständnis führen könnte. Er sagte von schweren Erdbeben.
Wassertankanlagen
Der Ort, an dem Forscher das Wasser fanden, ist Teil einer riesigen Vulkanprovinz, die entstand, als vor 125 Millionen Jahren eine Lavawolke von US-Größe die Erdoberfläche im Pazifischen Ozean durchbrach. Dieses Ereignis war einer der größten bekannten Vulkanausbrüche auf der Erde und dauerte mehrere Millionen Jahre.
Gaz nutzte seismische Scans, um ein 3D-Bild des alten Vulkanplateaus zu erstellen, in dem er dicke, geschichtete Sedimente rund um vergrabene Vulkane sah. Seine Mitarbeiter am UTIG führten Laborexperimente an Proben vulkanischen Gesteins durch und stellten fest, dass Wasser fast die Hälfte seines Volumens ausmachte.
Ein seismisches Bild des Hikurangi-Plateaus enthüllt Details über das Erdinnere und seine Zusammensetzung. Die blaugrüne Schicht unterhalb der gelben Linie zeigt im Gestein vergrabenes Wasser. Forscher des Geophysics Institute der University of Texas glauben, dass das Wasser Erdbeben in der nahegelegenen Hikurangi-Subduktionszone dämpfen könnte. Bildnachweis: Andrew Gas
„Normale Meereskruste sollte, wenn sie etwa 7 oder 10 Millionen Jahre alt ist, viel weniger Wasser enthalten“, sagte er. Die Meereskruste war in seismischen Untersuchungen zehnmal älter, blieb aber viel feuchter.
Gaz vermutet, dass die flachen Meere, in denen die Ausbrüche stattfanden, einige Vulkane in poröses, gebrochenes Gestein erodiert haben, das beim Vergraben Wasser wie einen Grundwasserleiter speichert. Im Laufe der Zeit verwandelten sich die Steine und ihre Fragmente in Schlamm und sammelten noch mehr Wasser.
Implikationen für das Verständnis von Erdbeben
Diese Entdeckung ist wichtig, da Wissenschaftler glauben, dass der Grundwasserdruck ein Schlüsselelement bei der Schaffung der Bedingungen sein könnte, die tektonische Spannungen durch langsame Erdbeben auslösen. Dies geschieht normalerweise, wenn wasserreiche Sedimente in der Verwerfung vergraben werden und Wasser im Untergrund eingeschlossen wird. Allerdings enthält der New Zealand Rift nur wenige dieser typischen ozeanischen Ablagerungen. Stattdessen glauben Forscher, dass alte Vulkane und metamorphe Gesteine – heute tonige Gesteine – große Mengen Wasser nach unten beförderten, als der Grabenbruch sie verschluckte.
UTIG-Direktor Demian Saffer, Co-Autor der Studie und Co-Chefwissenschaftler der wissenschaftlichen Bohrmission, sagte, die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich andere Erdbebenverwerfungen auf der ganzen Welt in ähnlichen Situationen befinden könnten.
„Es ist ein wirklich klares Beispiel für die Beziehung zwischen Flüssigkeiten und der Art und Weise, wie sich eine tektonische Verwerfung bewegt – einschließlich des Verhaltens von Erdbeben“, sagte er. „Dies ist etwas, was wir anhand von Laborexperimenten vermutet und durch einige Computersimulationen vorhergesagt haben, aber es gibt nur sehr wenige eindeutige Feldexperimente, um dies auf der Skala tektonischer Platten zu testen.“
Referenz: „Die Überschwemmung vulkanreicher oberer Kruste liefert Flüssigkeiten für flachen Schub und langsames Gleiten“ von Andrew C. Gas, Nathan L. Bangs, Demian M. Safar, Shushu Han, Peter K. Miller, Rebecca E. Bell, Ryota Arai, Stuart A. Henrys, Shuichi Kodaira, Richard Davey, Laura Fram und Daniel H.N. Parker, 16. August 2023, Fortschritt der Wissenschaft.
doi: 10.1126/sciadv.adh0150
Die Forschung wurde von der US National Science Foundation und den Wissenschafts- und Forschungsbehörden Neuseelands, Japans und des Vereinigten Königreichs finanziert.
