Eine neue Ursprungsgeschichte für die tödliche Schuld von Seattle

Die Seattle-Verwerfungszone ist ein Netzwerk flacher Verwerfungen, die sich durch das Tiefland des Puget Sound ziehen und für die mehr als vier Millionen Menschen, die dort leben, gefährliche Erdbeben verursachen können.

Eine neue Ursprungsgeschichte, vorgeschlagen in eine neue Studiekönnte die früheste Geschichte des Verwerfungssystems erklären und Wissenschaftlern dabei helfen, die Gefahrenmodellierung für die dicht besiedelte Region zu verbessern. Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Tektonik.

Die Seattle-Verwerfung ist heute aufgrund der Kräfte aktiv, die durch die anhaltende tektonische Verformung sowohl im Westen als auch im Süden auf die Region einwirken, aber das war nicht immer der Fall. Washington sah im Eozän anders aus als heute, mit einer Küste weit östlich der heutigen Stadt Seattle und einer Kette vulkanischer Inseln am Horizont vor der Küste.

Die Studie legt nahe, dass diese Inselkette vor etwa 55 Millionen Jahren in Richtung des Kontinents gezogen wurde. Als es auf die nordamerikanische Platte traf, stieg ein Teil davon nach oben und über die Kruste, während der Rest darunter gesaugt wurde. Die Kruste wäre zwischen diesen beiden Teilen stark beansprucht und zerrissen worden. Diese alte Risszone bildete die geologische Grundlage für die moderne Seattle-Verwerfung, postulieren die Autoren der Studie.

„Es war eine totale Überraschung“, sagte Megan Anderson, Geophysikerin beim Washington Geological Survey und Hauptautorin der Studie. „Das war ursprünglich nicht das, was wir anstrebten, aber unsere Ergebnisse sagen eine große antike Verwerfung an der Stelle voraus, an der sich heute die Seattle-Verwerfung befindet.“

Ein riesiges Mysterium

Der pazifische Nordwesten liegt landeinwärts der Cascadia-Subduktionszone, wo dichte ozeanische Kruste unter den Kontinent gezogen wird. Im Jahr 1700 löste ein etwa 1000 Kilometer (620 Meilen) langer Bruch der Subduktionszone ein gewaltiges Beben mit einer Stärke von 8,7 bis 9,2 aus; Kleinere Erdbeben erschütterten die Region im Laufe des 20. Jahrhunderts und zuletzt während des Nisqually-Erdbebens 2001.

Die Seattle-Verwerfung brach vor allem zwischen 923 und 924 n. Chr. aus, wie aus mündlichen Überlieferungen der lokalen Ureinwohner und geologischen Beweisen entlang der Küste des Puget Sound hervorgeht.

Trotz der seismischen Aktivität in der Region begannen Wissenschaftler erst in den 1990er Jahren ernsthaft mit der Untersuchung der Seattle-Verwerfungszone.

„Über die Seattle-Verwerfung besteht viel mehr Unsicherheit als beispielsweise über die San-Andreas-Verwerfung“, sagte Anderson. „Die Seattle-Verwerfung könnte so etwas wie ein Erdbeben der Stärke 7,2 auslösen, und wir wollen darauf vorbereitet sein. Es gibt noch viel zu lernen, damit Ingenieurgeologen bessere Erdbebensimulationen durchführen und die potenziellen Risiken für unsere Gemeinden verstehen können.“

Frühere Arbeiten zur Bestimmung der Geometrie der Seattle-Verwerfung in der Tiefe stützten sich hauptsächlich auf seismische Daten, bei denen es sich um Schallwellen handelt, die sich durch unterirdische Gesteinsschichten bewegen und von diesen reflektiert werden. Die Daten enthüllten Verwerfungen und geologische Strukturen, die Seismologen und Geologen unterschiedlich interpretierten. Sie wussten, dass sich in der Region eine große Verwerfungszone befand, aber die Wissenschaftler hatten verschiedene Arten vorgeschlagen, wie Teile der Verwerfung miteinander verbunden sind, wie tief sie sich ausdehnt und wie steil sie das Grundgestein durchschneidet.

Anderson und ihre Co-Autoren machten sich daran, die bestehenden Hypothesen zur Geometrie der Verwerfungszone zu testen, indem sie kilometertiefes Grundgestein im Westen Washingtons kartierten und ein vollständigeres Bild der geologischen Struktur der Region erstellten. Schwerkraft und Magnetfelder variieren auf der Erdoberfläche je nach Dichte und Zusammensetzung der Gesteine. Deshalb hat Anderson diese Daten für West-Washington zusammengestellt und mit seismischen Daten abgeglichen.

Die Forscher sammelten auch Gesteinsproben aus geologischen Formationen, die verschiedenen Teilen des alten Verwerfungs- und Gebirgssystems entsprechen.

Die Forscher verwendeten Computermodelle, um herauszufinden, welche der Hypothesen, wenn überhaupt, mit den Schwerkraft-, Magnet- und seismischen Daten übereinstimmten. Die Schwerkraftdaten zeigten kein komplexes Muster, aber die magnetischen Daten enthüllten ein wichtiges Geheimnis, das den seismischen Daten entgangen war: Tief in der Kruste ist das Grundgestein ständig abwechselnd mehr und weniger magnetisch, was auf schräge Schichten unterschiedlicher Gesteinsart schließen lässt.

In der Kartenansicht sind die Features auf beiden Seiten der Seattle-Verwerfungszone voneinander abgewinkelt; Nördlich der Seattle-Verwerfungszone sind die Strukturen nordnordwestlich ausgerichtet, während sie im Süden nordnordöstlich ausgerichtet sind.

Diese schiefen Orientierungen ließen Anderson innehalten; Sie deuteten auf eine alte Bergkette hin, aber um das zu überprüfen, musste Anderson die Kartenansichtsdaten mit tieferen Gesteinen abgleichen. Um die Kartenansicht mit bekannter, tiefer liegender Grundgesteinsgeologie zu verknüpfen, modellierte Anderson ein vertikales Profil von Gesteinen im Untergrund und stellte fest, dass einige dieser Strukturen auch in unterschiedlichen Ausrichtungen in den Untergrund einfallen.

„Das sind alles sehr unterschiedliche Ausrichtungen“, sagte Anderson. „Das ist sehr schwierig, es sei denn, es gibt einen Ort, an dem die Strukturen voneinander getrennt werden und dann neu gestartet werden.“

Anderson war auf eine neue mögliche Erklärung für die frühe Geschichte der Seattle-Störungszone gestoßen und warum sie heute reaktiviert ist.

Ein Riss im Krustenkontinuum

Die Daten deuten darauf hin, dass vor etwa 55 Millionen Jahren, als die Subduktionszone eine Reihe ozeanischer Inseln mit sich zog, die nördliche Hälfte der Inselkette subduziert wurde, die südliche Hälfte jedoch an die Oberseite der Kruste hinzugefügt oder obduziert wurde. Im Laufe einiger Millionen Jahre zerfielen die Inseln, als sie verdrängt wurden, zu einem Falten- und Überschiebungsgebirgsgürtel mit einer Topographie, die den heutigen Blue Ridge Mountains der Appalachen ähnelte.

Die Zone, in der die Inseln von der Subduktion zur Akkretion übergingen, wäre einer unglaublichen Belastung ausgesetzt gewesen und auseinandergerissen worden.

„Es wäre dieser langsame, anhaltende Riss gewesen, fast so, als würde sich die Kruste von selbst öffnen“, sagte Anderson. „Im weiteren Verlauf wurde die Rissstörung immer länger.“

Und diese „zerrissene“ Region überschneidet sich perfekt mit der modernen Seattle-Störungszone.

Das heftige Reißen hätte aufgehört, nachdem die Inseln in den Kontinent hineingedrückt worden wären, aber der Schaden war angerichtet. Die Zone intensiver Rissbildung erzeugte eine fragmentierte, geschwächte Kruste und bereitete die geologische Grundlage für die moderne Seattle-Verwerfungszone.

Die Ergebnisse der Studie über die Geometrie der älteren Verwerfungen und geologischen Strukturen Washingtons erklären nicht nur, warum die Verwerfungszone existiert, sondern liefern auch wertvolle Details über das Grundgestein unter und innerhalb des Seattle-Beckens. Dieses Becken ist mit kilometerlangen lockeren Sedimentgesteinen gefüllt, was seismische Bodenerschütterungen verstärkt, und die neuen Daten können Wissenschaftlern dabei helfen, genauere Modelle zukünftiger Bodenerschütterungen in der Region zu erstellen.

Anderson freut sich darauf, ihre Erkenntnisse als nächstes zu nutzen, um die aktiven Verwerfungen im Westen Washingtons zu untersuchen.

„Es hat so viel Spaß gemacht, diese verborgene tektonische Geschichte zu entdecken, und jetzt wird sie eine großartige Grundlage dafür bieten, unsere ursprünglichen Fragen zur aktiven Verwerfungsgeometrie für die Seattle-Verwerfung und andere Verwerfungen im Westen Washingtons wieder zu beantworten“, sagte Anderson.