Eines der weltweit am meisten erwarteten Erdbeben ist das nächster großer Oberflächenbruch der Alpenverwerfung auf der Südinsel Neuseelands.
Da die Wahrscheinlichkeit, dass dies innerhalb der nächsten 50 Jahre geschieht, bei 75 % liegt, besteht ein berechtigtes Interesse an der wahrscheinlichen Größenordnung, dem Ausmaß und der Intensität der Bodenerschütterungen und der Auswirkungen auf Landschaft, Infrastruktur und Gebäude.
Eine entscheidende – und bisher unbeantwortete – Frage ist, in welche Richtung der Fehlerbruch verlaufen wird.
Unser neue Forschung enthüllt zum ersten Mal, dass die Alpenverwerfung bei dem großen Erdbeben der Stärke 8+ im Jahr 1717 von Süden nach Norden brach.
Wir haben unsere Technik zur Bestimmung der Bruchrichtung basierend auf der Kekerengu-Verwerfung nach dem entwickelt Erdbeben in Kaikoura 2016. Aber unsere Methode ist weltweit für den Einsatz in realistischen Erdbebenszenarien anwendbar und kann so zu einer besseren gesellschaftlichen Vorbereitung beitragen.
Bei einem Alpine Fault-Erdbeben gibt es keine gute Richtung für die Westküste der Südinsel. Aber ein Nord-Süd-Bruch würde überschüssige seismische Energie in die relativ unbesiedelte Region Fiordland und die Tasmansee schicken.
Andererseits wird ein Bruch von Süden nach Norden voraussichtlich zu stärkeren Erschütterungen in den besiedelten Regionen Canterbury, Marlborough, Tasman und der nördlichen Westküste führen.
Eine Simulation der Erschütterungen eines Süd-Nord-Erdbebens entlang der Alpenverwerfung. Bildnachweis: Brendon Bradley, Universität Canterbury
Beim Erdbeben in Kaikōura erlebten die Wellingtoner diesen Einfluss der Bruchrichtung auf die Erschütterungsintensität. Der Bruch von Süden nach Norden bedeutete, dass sich mehr seismische Energie auf die Hauptstadt konzentrierte als beispielsweise auf Christchurch.
Obwohl beobachtet wurde, dass die Bruchrichtung bei modernen Erdbeben einen großen Unterschied macht, konnten Geologen sie bei früheren Erdbeben nicht direkt bestimmen.
Markierungen in der Felswand
Das Erdbeben in Kaikōura wurde durch Seismographen gut dokumentiert. Wir wissen, dass es in der Nähe von Waiau im Süden begann und über einen Zeitraum von zwei Minuten nach Norden bis zur Cookstraße wanderte.
Wir haben Markierungen beobachtet, die in die Verwerfungsebene eingeritzt waren. Wie grobes Sandpapier auf Holz zeichnen diese Kratzer oder „Slickenlines“ Bewegungen auf, die entstehen, wenn Felswände während des Erdbebens aneinander vorbeigleiten. Einige dieser Markierungen waren gekrümmt, und unsere Methode kann uns sagen, in welche Richtung sich der Erdbebenausbruch bewegte.
Indem wir Computermodelle verwendeten, um zu simulieren, wie sich das Erdbeben von Moment zu Moment abspielte, konnten wir die im Feld beobachteten gekrümmten Slickenlinien reproduzieren und sie mit der Bruchrichtung in Beziehung setzen. Dies gab uns den Rahmen, den wir brauchten, um die Bruchrichtung vergangener Erdbeben auf der Alpenverwerfung zu untersuchen.
Die Alpenverwerfung hatte seit 1717 keinen größeren Oberflächenbruch mehr. Während der Feldarbeit besuchten wir drei Standorte entlang der Verwerfung, untersuchten natürliche Aufschlüsse und legten die Verwerfungsebene mit Handwerkzeugen sorgfältig frei. Wir fanden 146 Slickenlines, davon 30 gekrümmt.
Die gekrümmte Geometrie der Slickenlinien des jüngsten Erdbebens der Alpenverwerfung deutete darauf hin, dass sie sich von Süden nach Norden bewegt hatte. Wir fanden auch Hinweise auf Brüche in die entgegengesetzte Richtung, was darauf hindeutet, dass Erdbeben sowohl im Norden als auch im Süden beginnen können.
Auf einem Aufschluss fanden wir Hinweise auf Slickenlines mehrerer Erdbeben – ein seltener und verlockender Fund, der darauf hindeutet, dass die Entwicklung einer längeren Geschichte der Bruchrichtung möglich sein könnte.
Bei der von uns angewandten Technik handelt es sich um eine neuartige, fehlerortbezogene Beobachtungsmethode zur Bestimmung früherer Bruchrichtungen. Sein volles Potenzial muss noch getestet werden, aber es ist bereits auf Fehler weltweit anwendbar.
Unsere Forschung zeigt, dass der letzte Bruch der Alpenverwerfung von Süden kam und dass beide Richtungen möglich sind. Neue Informationen über vergangene Erdbeben wie dieses helfen der wissenschaftlichen Gemeinschaft, realistische Szenarien für das nächste große Erdbeben zu erstellen.
Wir haben jetzt direkte Beweise aus der Verwerfung selbst, dass wir uns auf das Szenario sehr starker bis schwerer Erschütterungen für die nördlichen Westküsten-, Tasman-, Marlborough- und Canterbury-Regionen beim nächsten großen Alpine-Verwerfungsbeben vorbereiten müssen.
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