Das Eintreffen seltsamer seismischer Wellen führte zur Entdeckung einer umgestürzten Felsplatte im Mittelmeer

Seltsame seismische Wellen, die 2010 bei einem Erdbeben in Spanien eintrafen, waren die Hinweise, die zu einer unerwarteten Entdeckung unter dem westlichen Mittelmeer führten: eine subduzierte Meeresplatte, die vollständig umgekippt ist.

Die Wellenformen zeichnen das Bild einer Platte, die schnell in den Erdmantel abgesunken und umgekippt ist, so dass sich das Wasser, das sie beim Abstieg auf ihrer Oberfläche trug, nun unter der Platte befindet, heißt es in der Studie veröffentlicht In Der seismische Rekord.

Die Ergebnisse könnten Forschern helfen, die komplizierte tektonische Struktur des westlichen Mittelmeerbeckens zu verstehen, wo Afrika und Eurasien zusammenlaufen, insbesondere ein Gebiet namens Rif-Betic-Alboran-Region. Diese Region umfasst einen Bogen, der von den Betic-Gebirgsketten in Spanien und den Rif-Gebirgsketten im Süden in Marokko gebildet wird, und umfasst das Alboran-Meeresbecken östlich der Straße von Gibraltar.

Die Studie könnte auch Licht auf die Mechanismen werfen, die hinter seltenen und tiefen (mehr als 600 Kilometer) Erdbeben in Südspanien stehen, schreiben Daoyuan Sun von der University of Science and Technology of China und Meghan S. Miller von der Australian National University.

Seismische Wellen von einem dieser Erdbeben, einem Beben der Stärke 6,3, das sich im April 2010 unterhalb von Granada ereignete, wurden von einer Reihe seismischer Stationen in Spanien und Marokko im Rahmen des PICASSO-Projekts (Programme to Investigate Convective Alboran Sea System Overturn) erfasst.

Die Forscher stellten fest, dass die Coda-Wellen des Erdbebens – die Signatur der Restschwingungen am Ende eines Seismogramms – ungewöhnlich lange anhielten und von Stationen in Marokko aufgezeichnet wurden. Zusätzlich zu den normalen anfänglichen P-Wellen, die von den Stationen in Spanien erfasst wurden, gab es auch Anzeichen einer spät eintreffenden „zusätzlichen“ P-Wellen-Phase.

„Ursprünglich hatten wir nicht das Ziel, die Mechanismen tiefer Erdbeben besser zu verstehen, da mehrere frühere Studien die Quelle gut untersucht haben. Unsere Absicht bestand lediglich darin, die Wellenformen aus Neugier zu zeichnen, da man aus einzelnen Wellenformen so viel lernen kann, wenn man sie aufnimmt.“ Zeit, sie genau zu betrachten“, erklärte Sun. „Bei der Untersuchung bemerkten wir diese seltsamen Neuzugänge, einschließlich der langen Coda und der Extraphase.“

Sun und Miller kamen zu dem Schluss, dass die lange Coda und die zusätzliche P-Wellen-Phase am besten durch eine Schicht mit niedriger Geschwindigkeit an der Basis der subduzierenden Alboran-Platte erklärt werden könnten. Schichten mit niedriger Geschwindigkeit, durch die seismische Wellen verlangsamt und absorbiert werden, weisen häufig darauf hin, dass die Wellen geschmolzenes oder flüssiges Material passiert haben.

Subduzierte Platten enthalten aufgrund des Wassers, das sie in den Mantel transportieren, normalerweise eine Schicht mit niedriger Geschwindigkeit auf ihrer Oberfläche. „Hier sind wir durch die Modellierung der detaillierten Wellenformen in der Lage, die nach Nordosten abfallende Schicht niedriger Geschwindigkeit unter der Plattenoberfläche abzubilden, im Gegensatz zu einer normalen subduzierten Platte mit einer Schicht niedriger Geschwindigkeit oben auf der Plattenoberfläche“, sagte Sun. „Dieses seltsame Vorkommnis zwischen der Platte und der Niedriggeschwindigkeitsschicht lässt auf das Vorkommen der umgestürzten Alboran-Platte schließen.“

Ihre Studie sei die erste, die zu dem Schluss komme, dass die Platte umgekippt sei, anstatt senkrecht zu stehen oder steil einzutauchen, fügte er hinzu.

Die Niedriggeschwindigkeitsschicht stelle auch einen möglichen Mechanismus hinter den tiefen Erdbeben in Spanien dar, sagten die Forscher, da sie auf das Vorhandensein von wasserhaltigen Magnesiumsilikaten hinweist, die Wasser in Tiefen von 600 Kilometern transportieren. Wenn diese Silikate austrocknen, könnten sie spröder werden, was zu schweren Erdbeben führen kann.

Das Vorhandensein wasserhaltiger Silikate könnte Seismologen auch Aufschluss über die Geschwindigkeit der Plattensubduktion in der Region geben. Die wasserhaltigen Magnesiumsilikate bedeuten, dass „eine beträchtliche Menge Wasser bis in die Mantelübergangszone transportiert wurde, was auf eine relativ kalte Platte hindeutet“, bemerkte Sun.

„Angesichts des relativ jungen Meeresbodenalters im westlichen Mittelmeerraum muss die Subduktionsgeschwindigkeit recht hoch sein, beispielsweise eine moderate Geschwindigkeit von etwa 70 Millimetern pro Jahr, damit die Platte kühl bleibt“, fügte er hinzu. „Mit anderen Worten: Wir glauben, dass unsere Studie eine vernünftige Untergrenze für die Subduktionsgeschwindigkeit in dieser Region liefern könnte.“

Sun und Miller sagen, es könnte vielversprechend sein, die seismischen Wellenformen zu untersuchen, die durch tiefe Erdbeben an anderen Orten wie Nordostchina, Südamerika, Sunda-Banda und Orten wie der Fidschi-Tonga-Region erzeugt werden, um herauszufinden, ob ähnliche Mechanismen am Werk sind. Für die Forschung wären jedoch dichte seismische Stationen direkt über diesen Erdbeben erforderlich, wie es beim Erdbeben in Spanien im Jahr 2010 der Fall war.