Baumringe offenbaren eine neue Art von Erdbebengefahr für den pazifischen Nordwesten

Im Februar erschütterte ein Erdbeben der Stärke 7,8 die türkisch-syrische Grenze, neun Stunden später folgte ein fast ebenso großes Erdbeben. Flache Verwerfungen, die weniger als 29 Kilometer unter der Oberfläche liegen, knickten ein und brachen, was zu heftigen, gezielten Beben führte, die Tausende von Gebäuden dem Erdboden gleichmachten und Zehntausende töteten.

Ähnliche flache Verwerfungen brachen vor etwa 1.000 Jahren in den Puget Lowlands im Westen Washingtons auf, wie aus einer neuen Studie der University of Arizona hervorgeht. Mithilfe von Baumringen konnte festgestellt werden, dass sich das seismische Ereignis Ende 923 oder Anfang 924 n. Chr. ereignete. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein wiederholtes Ereignis das Potenzial hat, die Region, in der heute über 4 Millionen Menschen leben, darunter Seattle, Tacoma und Olympia, erneut zu erschüttern. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.

Das antike Beben war entweder das Ergebnis eines Zusammenbruchs aller flachen Verwerfungen in der Region, wodurch ein geschätztes Erdbeben der Stärke 7,8 entstand, oder – wie in der Türkei und in Syrien – zwei aufeinanderfolgende Erdbeben mit einer geschätzten Stärke von 7,5 und 7,3. Forscher herausgefunden. Flache Verwerfungen führen typischerweise zu heftigeren und gezielteren Erschütterungen als Erdbeben, die aus anderen geologischen Konfigurationen stammen.

Während Erdbeben im pazifischen Nordwesten nichts Neues sind, ergab die Studie, dass Ereignisse an diesen flachen Verwerfungen in irgendeiner Weise miteinander verbunden sind, entweder durch unterirdische Verbindungen oder dadurch, dass eine Verwerfung Stress auf die andere überträgt. Regionale Gefahrenmodelle, die zur Entwicklung technischer Entwürfe und Richtlinien verwendet werden, spiegeln diese Möglichkeit derzeit nicht wider – sollten es aber tun, sagte der Erstautor der Arbeit, Bryan Black, außerordentlicher Professor für Dendrochronologie am UArizona Laboratory for Tree-Ring Research.

Wir konzentrieren uns auf den Millennial-Cluster

Wissenschaftler haben in der Region seit den 1960er Jahren flache Verwerfungen entdeckt, als erstmals die Seattle-Verwerfung entdeckt wurde, gefolgt von der Saddle-Mountain-Verwerfung, die entlang der östlichen Ausläufer der Olympic Mountains verläuft, sowie der Tacoma- und Olympia-Verwerfungen.

„Dabei handelt es sich um vier flache Verwerfungen, bei denen es Hinweise darauf gab, dass sie vor etwa 1.000 Jahren in einer Erdbebengruppe namens Millennial Cluster gebrochen waren“, sagte Black. Zum Beispiel „wurde eine 25 Fuß hohe Klippe vom Westen Seattles bis zum Puget Sound in die Luft geschleudert. Sie löste auch einen lokalen Tsunami und Erdrutsche aus, die Berghänge von ganzen Wäldern befreiten und sie in die nahegelegenen Seen Washington und Sammamish warfen.“

Bisher war den Wissenschaftlern nicht genau klar, wann und wie diese Fehler zuletzt auftraten.

„Diese Beben könnten zur gleichen Zeit, im Abstand von Stunden oder Jahrhunderten, ausgebrochen sein“, sagte Black. „Wir waren uns nicht sicher.“

Also wandte er sich den Bäumen zu.

Tief tauchen

Mit jedem Jahr fügen Bäume einen Ring um ihre Stämme hinzu. Die Ringbreite wird durch das Klima bestimmt, dem sie ausgesetzt sind. Günstige Bedingungen bedeuten breitere Ringe und ungünstige Bedingungen bedeuten dünnere. Da das Klima von Jahr zu Jahr schwankt, entstehen zeitspezifische Muster wie ein Strichcode im Wachstum von Bäumen innerhalb einer Region.

Dendrochronologen können diese zeitspezifischen Wachstumsmuster abgestorbener Bäume mit Mustern lebender Bäume abgleichen. Wenn es Überschneidungen mit lebenden Bäumen gibt, können die genauen Daten ermittelt werden, zu denen die toten Bäume lebten – und starben. Mit diesem Ansatz wurde ermittelt, wann die durch das Erdbeben zerstörten Bäume in der Region Puget Sound starben.

Im Jahr 2021 wanderte Black in die Berge des pazifischen Nordwestens, um an der Ernte von Baumstümpfen teilzunehmen, die abgestorben waren, als die Saddle-Mountain-Verwerfung einen Bach aufstaute, der einen Wald überschwemmte. Der See und die Stümpfe dieser versunkenen Bäume sind noch heute erhalten.

Das Team schnallte zwei Kanus zusammen und legte ein großes Stück Sperrholz auf beide, um einen provisorischen Lastkahn zu bauen, der einen Generator zum Antrieb von Unterwasserkettensägen enthalten sollte. Mit diesen in der Hand sprangen Taucher ins Wasser, um Proben von Bäumen zu entnehmen, die bei der Entstehung des Sees aus der tausendjährigen Gruppe getötet wurden.

Black und sein Team ließen auch Teile von nahegelegenen Bäumen sterben, etwa zur gleichen Zeit, als eine Steinlawine einen Bach überschwemmte und ein nahegelegenes Bachbett überschwemmte. Sie erwarben auch Abschnitte von Bäumen, die vor mehr als 30 Jahren gesammelt wurden und während eines großen Erdbebens an der Seattle-Verwerfung bei Erdrutschen in den Lake Washington und den Lake Sammamish ertrunken waren.

Als er die Wachstumsmuster verglich, stellte Black fest, dass die Bäume sowohl an der Saddle Mountain- als auch an der Seattle-Verwerfung im selben Jahr abstarben. Er sah auch, dass die Bäume während ihrer Ruhezeit abstarben, was den Todeszeitpunkt – und damit auch das Erdbeben – auf den späten Herbst bis zum frühen Frühling einschränkt.

Um ein genaues Kalenderjahr des Todes zu bestimmen, erstellte das Team eine 1.300-jährige Chronologie aus lebenden, aber extrem alten Bäumen, die im Vergleich mit den durch das Erdbeben getöteten Bäumen zeigte, dass die ruhende Todeszeit Ende 923 bis Anfang 924 lag.

„Unser Team hatte auch Glück, dass es zwischen den Jahren 774 und 775 einen massiven Sonnensturm gab, der einen plötzlichen globalen Anstieg des Radiokohlenstoffs verursachte“, sagte Charlotte Pearson, außerordentliche Professorin für Dendrochronologie und Co-Autorin. Radiokarbonschwankungen wie das Klima können zur Datierung von Baumringen genutzt werden. „Wir haben Radiokohlenstoff in den Ringen erdbebengestürzter Bäume gemessen, um zu zeigen, dass dieser Anstieg genau dort auftrat, wo wir es erwartet hatten.“

Diese bestätigten unabhängig ihr Erdbebendatum.

„In ihrer Gesamtheit zeigten uns die Beweise, dass diese Bäume aus der gesamten Region zusammen starben, und dies war tatsächlich ein zusammenhängendes Ereignis“, sagte Black. „Wir haben die Unsicherheiten rund um diese beiden Verwerfungen, die sich früher über Jahrzehnte oder Jahrhunderte erstreckten, berücksichtigt und sie auf eine Saison eingegrenzt. Es ist ein ganz anderes Szenario, wenn wir Erdbeben an diesen beiden Verwerfungen haben, die 100 Jahre und nicht 100 Stunden voneinander entfernt sind. Das zeigen wir Verwerfungen können synchron oder in sehr schneller Folge auftreten, hat unser Verständnis der Gefahr in der Region wirklich verändert.“

Aktuelle Gefahrenmodelle erkennen jedoch derzeit nicht an, dass verknüpfte Fehler möglich sind, sagte er.

„Wenn die Verwerfungen von Saddle Mountain und Seattle zusammenkommen würden, wäre das auf Augenhöhe mit dem Erdbeben von 1906 in San Francisco“, sagte Black. „Oder, wie die Beben in der Türkei, können sie auch schnell hintereinander auftreten. Wenn das der Fall wäre, würden die Infrastruktur und Landschaftsformen, die bereits durch ein Beben geschwächt wurden, durch ein zweites Beben den entscheidenden Schlag bekommen. Es wird immer noch ruhig sein.“ zerstörerisch: Durchbrechen von Wasserleitungen, Durchtrennen von Straßen, Auslösen von Erdrutschen und lokalen Tsunamis.“

Glücklicherweise, sagte er, sei es umso seltener, je größer und schwerer das Beben sei. Obwohl Erdbeben dieser Stärke für die Region verheerende Folgen hätten, sind sie relativ selten.