Studie untersucht Zusammenhang zwischen Unterwasser-Erdrutschen und Tsunamis

Wissenschaftler haben eine Möglichkeit berechnet, die Geschwindigkeit vergangener Unterwasser-Erdrutsche zu bestimmen. Zu diesem Zweck untersuchten Forscher der Ohio State University die Überreste eines Unterwasser-Erdrutschs direkt vor der Küste Oregons – der sogenannten 44-N-Rutsche –, der Teil der Cascadia Subduction Zone (CSZ) ist.

Die CSZ erstreckt sich von Vancouver Island in Kanada bis zum Kap Mendocino in Nordkalifornien und ist eine abfallende Verwerfungslinie, die die Quelle einiger der stärksten Erdbeben war, die jemals aufgezeichnet wurden. Diese Beben können zu Unterwasser-Erdrutschen (auch U-Boot-Erdrutschen genannt) führen, die zu Tsunamis führen können.

Mithilfe von Eigenschaften, die anhand von Verformungen im Meeresboden in der Nähe der 44-N-Rutsche gemessen wurden, haben Forscher nun einen neuartigen Ansatz zur Analyse des Risikos entwickelt, dass Unterwasser-Erdrutsche tödliche Tsunamis auslösen können.

Frühere Untersuchungen zeigten, dass große Blöcke der 44-N-Rutsche 1.200 Meter in einer Neigung von 13 Grad in die Tiefe fielen und 10 Kilometer horizontal rutschten, bevor sie schließlich zum Stillstand kamen. Die Forscher dieser Studie untersuchten die Form und das Volumen der Gesteinsstrukturen im Ablagerungsgebiet und schufen so eine sogenannte „Deformationszone“.

Ihre Ergebnisse zeigten, dass sich die 44-N-Rutsche während ihres Sturzes schätzungsweise mit einer Geschwindigkeit von 60 Metern pro Sekunde bewegte und mit so großer Wucht auf den Meeresboden prallte, dass eine 275 Meter dicke und 10 Kilometer lange Region aus verzerrten und verzerrten Felsen entstand deformiertes Meeresbodensediment. Aufgrund seiner Geschwindigkeit könnte es wahrscheinlich auch „tsunamigen“ gewesen sein, was bedeutet, dass es stark genug war, um selbst einen riesigen Tsunami auszulösen, obwohl unklar ist, ob dies in diesem speziellen Fall der Fall war.

Die Forscher sind sich nicht sicher, wann der 44-N-Rutsch aufgetreten sein könnte.

„Genau wie an Land kommt es zu Erdrutschen unter Wasser, wenn riesige Gesteins- und Sedimentmassen herabfallen“, sagte Derek Sawyer, Co-Autor der Studie und außerordentlicher Professor für Geowissenschaften an der Ohio State University. „Sie können für Menschen sehr gefährlich sein, wenn sie Tsunamis auslösen. Deshalb wollen wir verstehen, wie, wann und warum sie entstehen.“

Die Studie wurde veröffentlicht in Geophysikalische Forschungsbriefe.

Obwohl es sich um ein relativ häufiges Vorkommen handelt, sind nur sehr wenige Fälle bekannt, in denen es zu Tsunami-Erschütterungen kam. Darüber hinaus kann es eine schwierige Aufgabe sein, die Art des Unterwasser-Erdrutschs zu erkennen und festzustellen, ob dieses Ereignis eine solche Katastrophe verursachen könnte – vor allem, weil Forscher nur anhand der Ablagerungen, die sie hinterlassen, interpretieren können, wie schnell sich diese Erdrutsche fortbewegen, sagte Sawyer.

Die Mindestgeschwindigkeit, die ein Unterwasser-Erdrutsch benötigt, um einen Tsunami auszulösen, sei noch unbestätigt, sagte Sawyer. Ein Beweis dafür sind die Storegga-Rutschen, eine Reihe von Erdrutschen, die sich über einen Zeitraum von Tausenden von Jahren im Norwegischen Meer ereigneten und deren Geschwindigkeit auf schätzungsweise 35 bis 60 Meter pro Sekunde geschätzt wurde. Es verursachte so gewaltige Tsunamis, dass einige Wissenschaftler glaubten, es sei dafür verantwortlich, die Landbrücke zwischen Großbritannien und dem Rest Europas wegzuspülen.

Das Grand-Banks-Erdbeben von 1929 löste außerdem Unterwasser-Erdrutsche und Trübungsströme aus, die sich mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 30 Metern pro Sekunde bewegten, und verursachte so hohe Tsunamiwellen, dass sie mehrere Küstengemeinden zerstörten. Die Unterwasser-Erdrutsche selbst rissen Unterwasser-Kommunikationskabel, die die USA und Europa verbanden, auseinander.

„U-Boot-Erdrutsche können sich manchmal so schnell fortbewegen, dass sie Infrastrukturschäden an den globalen Internetkabeln verursachen, die den Meeresboden säumen, und außerdem durch Erdbeben verursachte Tsunamis auslösen und sogar verstärken“, sagte Sawyer.

Dennoch dienten sowohl die Storegga-Rutschungen als auch das Grand-Banks-Erdbeben als Wissensquelle für Forscher, die sich bemühten, die Komplexität hinter diesen seismisch induzierten Phänomenen genauer zu untersuchen.

„Aufgrund des Zeitpunkts der Kabelbrüche konnten Wissenschaftler zurückrechnen, wie schnell diese Strömungen waren. Das war das erste Mal, dass uns das in der Meeresumwelt gelang“, sagte Sawyer. „Die Schwere dieser Ereignisse, etwa wie groß oder gefährlich der Tsunami ist, hängt eng davon ab, wie schnell sich der Erdrutsch fortbewegt.“

Die Aufklärung vergangener Erdrutsche sei von entscheidender Bedeutung, nicht nur für den Schutz von Unterwasserkabeln, sondern auch für die an Küsten lebenden Menschen und für politische Entscheidungsträger, die Notfallpläne als Reaktion auf Tsunamis steuern, sagte Sawyer.

Denn ein besseres Verständnis der Mechanismen von Unterwasser-Erdrutschen könnte der Öffentlichkeit Zeit geben, sich auf die von ihnen verursachten Gefahren vorzubereiten. Aber ohne bessere Technologien zur Bildgebung des Meeresbodens könnten vergangene Rutschungen und Bedrohungen durch zukünftige unentdeckt bleiben, sagte Sawyer.

„Wir sind noch weit davon entfernt, wirklich mit einiger Sicherheit vorhersagen zu können, welche Art von Erdrutsch im Falle eines Erdbebens wahrscheinlich passieren wird“, sagte er. „Aber diese Art von Studie hilft uns, die gesamte Bandbreite möglicher Ergebnisse zu verstehen.“

Die in der Arbeit hervorgehobenen Techniken werden auch Forschern zur Verfügung gestellt, die an der Modellierung von Unterwasser-Erdrutschdeformationszonen in anderen Teilen der Welt interessiert sind.

Weitere Mitautoren der Ohio State waren die Doktorandin Brandi L. Lenz, jetzt an der Texas A&M University, und W. Ashley Griffith, ein außerordentlicher Professor für Geowissenschaften.