Die 1.200 Meilen lange Denali-Verwerfung erstreckt sich in einem Aufwärtsbogen vom Südwesten Alaskas und der Beringsee nach Osten bis zum Yukon-Territorium im Westen Kanadas und nach British Columbia. Das langlebige und aktive Streik-Rutsch-Verwerfungssystem, das den Denali-Nationalpark und das Reservat durchschneidet, ist für die Bildung der Alaska Range verantwortlich.
„Es handelt sich um eine große, ausgedehnte Verwerfung und die Quelle eines Erdbebens der Stärke 7,9 im Jahr 2002, das mehr als 200 Meilen der Denali-Verwerfung sowie der Totschunda-Verwerfung im Osten aufbrach und dabei erhebliche Schäden an abgelegenen Dörfern und der Infrastruktur Zentralalaskas verursachte.“ sagt der Geochemiker Dennis Newell von der Utah State University.
Das Verständnis der Mantel-zu-Kruste-Verbindungen der unruhigen Verwerfung liefert wichtige Informationen zum Verständnis des seismischen Zyklus der Verwerfung im Lithosphärenmaßstab, sagt Newell, außerordentlicher Professor am Department of Geosciences der USU.
Er und seine Kollegen Jeff Benowitz, ein in Alaska ansässiger Geochronologe, Sean Regan von der University of Alaska Fairbanks und Doktorand Coleman Hiett von der USU sammelten und analysierten Helium- und Kohlenstoffisotopendaten von Quellen entlang eines fast 250 Meilen langen Abschnitts der Verwerfung veröffentlichten ihre Ergebnisse mit dem Titel „Roadblocks and Speed Limits: Mantle-to-Surface Volatile Flux in the Lithospheric Scale Denali Fault, Alaska“ in Geologie.
„Aktive Strike-Slip-Verwerfungen wie Denali haben dreidimensionale Geometrien mit möglichen tiefen Leitungsverbindungen unter der Erdoberfläche“, sagt Newell. „Aber wir wissen nicht viel darüber, wie und ob diese Verbindungen aufrechterhalten werden.“
Um diese möglichen Tiefenverbindungen zu untersuchen, beprobten Newell und Regan 12 Quellen entlang der Denali- und Totschunda-Verwerfungen per Hubschrauber und zu Fuß in die abgelegenen Bergregionen im Landesinneren Alaskas.
„Helium-3, ein seltenes Isotop des Heliumgases, in Quellen ist ein guter Indikator dafür, ob ein Gebiet eine Verbindung zum Erdmantel hat oder nicht“, sagt Newell. „Warme, sprudelnde Quellen westlich des Erdbebenbruchs von 2002, entlang des Cantwell-Abschnitts der Denali-Verwerfung, weisen eine starke Helium-3-Signatur auf, was auf intakte Verbindungen zum Erdmantel hinweist. Im Gegensatz dazu enthalten Quellen entlang des gebrochenen Verwerfungsabschnitts nur atmosphärische Gase, Dies deutet auf eine „Straßensperre“ hin, die den Fluss von Helium aus dem Erdmantel an die Oberfläche verhindert.“
Diese Beobachtungen, sagt er, haben Auswirkungen darauf, wie sich die Grundwasserwege entlang der Verwerfung durch Erdbeben verändern und in welchem Zeitrahmen sie heilen.
„Das letzte große Erdbeben im Cantwell-Segment ereignete sich vor 400 Jahren, und die Heliumdaten deuten darauf hin, dass diese Mantelverbindungen wiederhergestellt wurden“, sagt Newell. „Diese sprudelnden Quellen weisen auf die Möglichkeit eines zukünftigen großen zerstörerischen Erdbebens entlang des Denali-Verwerfungsabschnitts in der Nähe des Denali-Nationalparks hin, der jeden Sommer etwa 600.000 Besucher anzieht.“
Die Geowissenschaftler suchen auch nach Daten darüber, wie schnell sich Helium entlang aktiver Verwerfungen vom Erdmantel in die Kruste bewegen kann.
„Das ist der ‚Geschwindigkeitsbegrenzung‘-Teil unserer Forschung“, sagt Newell. „Dies ist wichtig, da es den flüchtigen Fluss vom Mantel zur Oberfläche aufzeigt und zeigt, wie Flüssigkeitsdruckgradienten die Verwerfungsstärke und Seismizität entlang der Verwerfung beeinflussen können.“
Die Strömungsgeschwindigkeiten der Mantelflüssigkeit der Verwerfung liegen in dem Bereich, der für die anderen großen und aktiven Streichverschiebungsverwerfungen der Welt beobachtet wird, die Plattengrenzen bilden, darunter die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien und die Nordanatolische Verwerfungszone in der Türkei. Bei solchen Verwerfungen kommt es zu großen, verheerenden Erdbeben, wie zum Beispiel dem tödlichen Erdbeben an der Ostanatolien-Verwerfung im Februar 2023, das in der Türkei und in Syrien weitreichende Zerstörungen anrichtete.
„Die Quantifizierung der Krusten-Mantel-Verbindungen entlang großer Streichverschiebungsfehler ist entscheidend für das Verständnis der Zusammenhänge zwischen tiefem Flüssigkeitsfluss, Seismizität und Fehlerheilung“, sagt Newell.
Mehr Informationen:
Dennis L. Newell et al., Straßensperren und Geschwindigkeitsbegrenzungen: Flüchtiger Fluss vom Mantel zur Oberfläche durch die Denali-Verwerfung im lithosphärischen Maßstab, Alaska, Geologie (2023). DOI: 10.1130/G51068.1