Die Forschung hat neue Erkenntnisse über die tektonischen Plattenverschiebungen geliefert, die einige der größten Erdbeben und Tsunamis der Erde verursachen.
„Dies ist die erste Studie, die Küstengeologie nutzt, um die Bruchgeschichte des Splay-Verwerfungssystems zu rekonstruieren“, sagte Jessica DePaolis, Postdoktorandin am Department of Geosciences der Virginia Tech. „Diese Spreizungsverwerfungen liegen näher an der Küste, daher werden diese Tsunamis die Küste schneller treffen als ein Tsunami, der nur durch ein Erdbeben in der Subduktionszone entsteht.“
Subduktionszonen auf der ganzen Welt, Gebiete, in denen sich eine tektonische Platte unter eine andere verschiebt, verursachen die größten Erdbeben – solche über der Stärke 8,0 –, die Tsunamis auslösen und in deren Folge Ökosysteme verändern.
DePaolis fand zusammen mit Tina Dura, Assistenzprofessorin für Naturgefahren, und Kollegen vom United States Geological Survey Hinweise darauf, dass sich Splay-Verwerfungen, die mit den Subduktionszonen verbundenen Krustenverwerfungen, bei Erdbeben in Subduktionszonen verschieben und zur Zerstörung lokaler Küsten beitragen können ökologischere Veränderungen häufiger als bisher angenommen.
Eine solche Verschiebung der Splay-Verwerfung unter Wasser könne einen Tsunami auslösen, der die nächsten Küsten in 30 Minuten oder weniger erreichen könnte, sagte DePaolis.
Veröffentlicht im Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Feste Erde, sollte die Studie das Gefahrenbewusstsein in Subduktionszonen auf der ganzen Welt beeinflussen. In Subduktionszonen an der Grenze zu Ecuador, Kaskadien, Chile und Japan gibt es Spreizungsverwerfungen, was darauf hindeutet, dass sie auch an diesen Standorten zur Tsunami-Gefahr beitragen können.
Wenn sich tektonische Platten in einer Subduktionszone verschieben, geschieht dies kilometerweit unter der Meeresoberfläche. Da Splay-Störungen mit diesen Zonen verbunden sind, macht ihre Lage ihre Erforschung zu einer Herausforderung.
Glücklicherweise wurden auf Montague Island im Prince William Sound in Alaska sekundäre oder oberflächennahe Auswirkungen dieser Verschiebungen geologisch erfasst, sodass es sich derzeit um die einzige Landmasse handelt, die auf einer Verwerfung liegt und solche Auswirkungen im Boden aufweist.
Typischerweise kann die resultierende Abhebung des Landes von der darunter verschobenen tektonischen Platte, die sogenannte Hebung, bei Erdbeben in der Subduktionszone bis zu 1 bis 3 Meter betragen. Dies gilt für die meisten an Land gelegenen Standorte, die von dem Erdbeben von 1964 betroffen waren, das eine Stärke von 9,2 auf der Richterskala erreichte. Auf Montague Island führten Spreizungsverwerfungen jedoch zu einer Hebung von 11 Metern und leiteten die Entwässerung einer Küstenlagune ein, wodurch sich das Ökosystem von einer Meereslagune in ein Süßwassermoor verwandelte.
„Die Insel steckt gewissermaßen in der Mitte dieser Spreizungsverwerfungen fest, und jedes Mal, wenn diese Spreizungsverwerfungen brechen, zeichnet sie tatsächlich die Hebung auf“, sagte DePaolis. „Es gibt diese übertriebene Hebung, die bei Erdbeben, die nur in der Subduktionszone auftreten, einfach nicht üblich ist.“
DePaolis und ihr Team untersuchten die Auswirkungen der Spreizungsbrüche auf Montague Island. Durch die Analyse von 42 Sedimentkernen fanden sie stratigraphische Hinweise auf das Erdbeben von 1964 und eine durch die Splay-Verwerfung verursachte Sekundärverschiebung. Sie stellten fest, dass es eine deutliche Sedimentveränderung vom Lagunenschlamm vor dem Erdbeben zu verwurzeltem Boden nach dem Erdbeben gab.
„Es gibt definitiv Inseln, die durch Erdbeben in der Subduktionszone angehoben werden, aber es gibt nicht unbedingt durch sie verlaufende Verwerfungen, die diese übertriebene Anhebung verursachen, es ist also ein wirklich einzigartiger Ort“, sagte Dura, ein angegliedertes Fakultätsmitglied des Global Change Center und des Global Change Center Fralin Life Sciences Institute.
Forscher haben geglaubt, dass eine sekundäre Verschiebung von den Spreizungsverwerfungen möglich sei. Aber diese Idee war bisher nur theoretisch, da dies die erste bekannte Landmasse ist, die stratigraphische Beweise aufweist.
Die Teammitglieder nutzten auch Kieselalgen, eine Art silikatischer Mikroalgen, die in den Sedimenten konserviert sind und empfindlich auf Änderungen des Salzgehalts reagieren, um die paläoökologischen Veränderungen nach dem Erdbeben von 1964 zu rekonstruieren. Sie fanden eine deutliche Verschiebung von einer stark salzhaltigen Meereslagunenumgebung außerhalb der Reichweite der Gezeiten, was auf eine Hebung der Küste hindeutet.
Beim Vergleich der Ergebnisse der Kernproben des Erdbebens von 1964 mit Proben tiefer in der Küstenstratigraphie entdeckte das Forschungsteam Sediment- und Kieselalgennachweise für drei weitere Fälle, in denen die Spreizungsverwerfung brach. Diese Beweise korrelierten mit vier der letzten acht dokumentierten Erdbeben in der Subduktionszone in der Region.
„Auf diesen Verwerfungen kommt es zu enormen Verschiebungen, die zu sehr schnellen, lokalen, großen Tsunamis führen können“, sagte DePaolis. „Es kommt also sehr schnell dieser lokale Tsunami und direkt dahinter kommt der Tsunami, der durch die Subduktionszone selbst verursacht wurde. Plötzlich kommen diese massiven und zerstörerischen Tsunamis auf uns zu.“ schnell nacheinander.
Mehr Informationen:
Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Feste Erde (2024).