Forscher haben entdeckt, dass ein Meer an Wasser im Sediment und Gestein eines verlorenen Vulkanplateaus eingeschlossen ist, das sich jetzt tief in der Erdkruste befindet. Ein seismisches 3D-Bild zeigt, dass das Wasser zwei Meilen unter dem Meeresboden vor der Küste Neuseelands liegt, wo es möglicherweise eine große Erdbebenstörung auf der Nordinsel des Landes dämpft.
Die Verwerfung ist dafür bekannt, Erdbeben in Zeitlupe zu erzeugen, sogenannte Slow-Slip-Ereignisse. Diese können den aufgestauten tektonischen Druck über Tage und Wochen hinweg schadlos abbauen. Wissenschaftler wollen wissen, warum sie an manchen Verwerfungen häufiger auftreten als an anderen.
Es wird angenommen, dass viele langsame Erdbeben mit vergrabenem Wasser zusammenhängen. Bisher gab es jedoch keine direkten geologischen Beweise dafür, dass an dieser besonderen neuseeländischen Verwerfung ein so großes Wasserreservoir existierte.
„Wir können noch nicht tief genug blicken, um die Auswirkungen auf die Verwerfung genau zu kennen, aber wir können sehen, dass die Wassermenge, die hier hinunterfließt, tatsächlich viel höher als normal ist“, sagte der Hauptautor der Studie, Andrew Gase, der dies tat die Arbeit als Postdoktorand am University of Texas Institute for Geophysics (UTIG).
Die Forschung wurde publiziert im Tagebuch Wissenschaftliche Fortschritte und basiert auf seismischen Kreuzfahrten und wissenschaftlichen Meeresbohrungen unter der Leitung von UTIG-Forschern.
Gase, der jetzt Postdoktorand an der Western Washington University ist, 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 von großen Erdbeben, sagte er.
Der Ort, an dem die Forscher das Wasser fanden, ist Teil einer riesigen Vulkanprovinz, die entstand, als vor 125 Millionen Jahren eine Lavawolke von der Größe der Vereinigten Staaten die Erdoberfläche im Pazifischen Ozean durchbrach. Das Ereignis war einer der größten bekannten Vulkanausbrüche der Erde und dauerte mehrere Millionen Jahre.
Gase nutzte seismische Scans, um ein 3D-Bild des alten Vulkanplateaus zu erstellen, in dem er dicke, geschichtete Sedimente rund um vergrabene Vulkane sah. Seine UTIG-Mitarbeiter führten Laborexperimente an Bohrkernproben des Vulkangesteins durch und stellten fest, dass Wasser fast die Hälfte seines Volumens ausmachte.
„Normale Meereskruste sollte, sobald sie etwa 7 oder 10 Millionen Jahre alt ist, viel weniger Wasser enthalten“, sagte er. Die Meereskruste in den seismischen Scans war zehnmal so alt, aber viel feuchter geblieben.
Gase vermutet, dass die flachen Meere, in denen die Ausbrüche stattfanden, einige der Vulkane zu einem porösen, aufgebrochenen Gestein erodierten, das beim Vergraben Wasser wie einen Grundwasserleiter speicherte. Im Laufe der Zeit verwandelten sich das Gestein und die Gesteinsfragmente in Ton und schlossen noch mehr Wasser ein.
Der Befund ist wichtig, da Wissenschaftler glauben, dass der Grundwasserdruck eine Schlüsselrolle bei der Schaffung von Bedingungen spielen könnte, die tektonische Spannungen durch langsame Erdbeben abbauen. Dies geschieht normalerweise, wenn wasserreiche Sedimente in der Verwerfung vergraben sind und das Wasser im Untergrund eingeschlossen ist. Allerdings enthält die neuseeländische Verwerfung nur wenig von diesem typischen Meeressediment. Stattdessen gehen die Forscher davon aus, dass die alten Vulkane und das umgewandelte Gestein – heute Ton – große Mengen Wasser nach unten transportieren, da sie von der Verwerfung verschluckt werden.
UTIG-Direktor Demian Saffer, Co-Autor der Studie und Co-Chefwissenschaftler der wissenschaftlichen Bohrmission, sagte, die Ergebnisse deuten darauf hin, dass es bei anderen Erdbebenverwerfungen rund um den Globus zu ähnlichen Situationen kommen könnte.
„Es ist ein wirklich klares Beispiel für den Zusammenhang zwischen Flüssigkeiten und der Art der tektonischen Verwerfungsbewegung – einschließlich des Erdbebenverhaltens“, sagte er. „Dies ist etwas, das wir anhand von Laborexperimenten vermutet haben und das auch durch einige Computersimulationen vorhergesagt wurde, aber es gibt nur sehr wenige eindeutige Feldexperimente, um dies im Maßstab einer tektonischen Platte zu testen.“
Mehr Informationen:
Andrew C. Gase et al.: Die Subduktion vulkanoklastischer Oberkruste liefert Flüssigkeiten für flachen Megaschub und langsamen Schlupf. Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adh0150