Die meisten Erdbeben unter dem Great Basin des Westens ereignen sich in Schüben, die zeitlich und örtlich gehäuft auftreten. Wissenschaftler nennen diese seismischen Gruppen „Schwärme“, was eine andere Kategorie als die zahlreichen Nachbeben nach einer großen Erschütterung wie der darstellt Magna-Beben der Stärke 5,7 2020 zur Wasatch-Verwerfung.
Viele dieser kleinen, oft unmerklichen Beben breiten sich nicht gleichmäßig über die Zeit aus, sondern treffen eine Region innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise einiger Tage oder Wochen.
Zentral-Utah war Schauplatz für Dutzende von Menschen Erdbebenschwärme die in den letzten 40 Jahren von einem ständig wachsenden Netzwerk seismischer Arrays aufgezeichnet wurden, die von der University of Utah verwaltet werden.
Jetzt analysieren Seismologen aus Utah jahrzehntelange seismische Daten in der Hoffnung, die Bedeutung dieser Schwärme in einer geologisch komplexen Region zu erkennen, die als geothermischer Hotspot bekannt ist und für den – geologisch gesehen – jüngsten Vulkanismus bekannt ist.
„In Zentral-Utah kommen seismische Schwärme viel häufiger vor als jede andere Art von Sequenz. Wir haben alle Arten von Sequenzen untersucht, aber 80 % der Sequenzen sind Schwärme. Das ist bemerkenswert“, sagte Gesa Petersen, eine Postdoktorandin. „Wir haben auch gesehen, dass diese sehr heterogen sind. Ein Ort in Zentral-Utah kann sich also ganz, ganz anders verhalten als andere Orte, die nur 30, 40, 50 Kilometer entfernt sind.“
Die Ergebnisse wurden am 13. Juli in der Zeitschrift veröffentlicht Geochemie, Geophysik, Geosysteme.
Ein geothermischer Hotspot
FORGE liegt außerhalb von Milford im Forschungsgebiet, das die Landkreise Beaver, Iron, Sevier und Paiute umfasst. Das Forschungsgebiet beherbergt drei geothermische Kraftwerke und umfasst die Städte Circleville, Beaver und Richfield.
Die Forscher vermuten, dass die Erdbeben durch heißes Wasser ausgelöst werden, das durch geothermische Aktivität angetrieben wird und durch Risse in der Erdkruste fließt.
In den letzten 40 Jahren haben die Seismographenstationen der University of Utah Erdbebensequenzen mit Erdbeben der Stärke 1,5 oder mehr festgestellt. Bei der weiteren Untersuchung der Daten konnten Peterson und Pankow jedoch Hunderte weiterer kleinerer Erdbeben mit einer Stärke von nur 0,5 identifizieren, die in 50 verschiedenen Sequenzen aufgezeichnet wurden.
Sie kamen zu dem Schluss, dass sich 40 als Schwärme qualifizierten. Aus diesen kleineren Beben lässt sich viel lernen, aber sie sind schwer zu untersuchen, so Pankow, der stellvertretende Direktor der Seismograph Station.
„Wir machen uns alle Sorgen wegen der Wasatch-Front, aber das andere, was man wissen muss, ist, dass wir überall in Utah Erdbeben haben“, sagte Pankow. „Wir haben einen bestimmten Pegel gemessen, aber an einigen dieser Orte passieren wahrscheinlich ständig Erdbeben, die wir einfach nicht sehen. Es ist wirklich wichtig, das zu verstehen.“
Tausende Erdbeben
Insgesamt analysierte die Studie 2.300 Erdbeben, von denen die meisten eine Stärke zwischen 1 und 3 hatten. Das größte war ein Erdbeben der Stärke 5,1, das 1989 östlich von Richfield ereignete. Dieses Erdbeben war nicht Teil eines Schwarms, sondern ein Hauptbeben, dem zahlreiche Nachbeben folgten. Der Gesamtkatalog für das Untersuchungsgebiet enthält laut Petersen 20.000 Ereignisse zwischen 1981 und 2023.
„Wir können jedoch nicht genau sagen, wie viele von ihnen Teil einer Sequenz sind, da wir die Studie auf Sequenzen beschränken, die innerhalb von 10 Tagen mindestens 20 Erdbeben aufweisen. Wir untersuchen kleinere Sequenzen nicht, weil wir ein Minimum benötigen, um statistische Parameter zu betrachten und charakteristische Muster der Sequenzen zu vergleichen“, sagte sie.
„In den 1980er und 1990er Jahren war das seismische Netzwerk von Utah jedoch nicht so dicht wie heute. Es gab deutlich weniger Stationen. Daher können wir aus dieser Zeit nur größere Sequenzen mit größeren Magnituden untersuchen. Es gab wahrscheinlich viel mehr Schwärme oder seismische Sequenzen.“
Die Studie baute eine andere aktuelle Studie deutlich auf, die sich ausschließlich auf einen Schwarm Hunderter kleiner Beben rund um Milford im Frühjahr 2021 konzentrierte. In diesem Gebiet gab es während des gesamten 40-Jahres-Fensters der Seismographendaten keine große Erdbebenaktivität. Mittlerweile kam es im gleichen Zeitraum alle paar Monate in den nahegelegenen Mineral Mountains im Westen zu Erdbeben, sagte Petersen.
„Es ist also ein sehr heterogenes System dort“, sagte sie. „Sie haben eine Reihe von Erdbeben am selben Ort und können anfangen, etwas über die Strukturen zu lernen, die an diesem Ort aktiviert werden. Wenn Sie nur ein einziges Erdbeben haben, können Sie dann nicht so viel lernen.“
Die Mineral Mountains-Schwärme wurden erstmals vor einigen Jahren entdeckt, als neue Seismometer für das Geothermie-Forschungsprojekt FORGE installiert wurden.
„Vorher hatten wir keine Lösung, aber jetzt können wir sehen, dass es immer Ereignisse gibt, und zwar schnell“, sagte Petersen. „Innerhalb von ein paar Stunden hat man plötzlich 30, 40, 50 Ereignisse und dann pausiert es wieder. Das passiert immer wieder, man hat viel Aktivität. Man kann es nicht wirklich spüren. Dafür ist es zu klein, aber wir können es auf den Seismometern sehen.“
Der Artikel trägt den Titel „Small-Magnitude Seismic Swarms in Central Utah (US): Interactions of Regional Tectonics, Local Structures and Hydrothermal Systems.“
Mehr Informationen:
GM Petersen et al., Small-Magnitude Seismic Swarms in Central Utah (US): Interactions of Regional Tectonics, Local Structures and Hydrothermal Systems, Geochemie, Geophysik, Geosysteme (2023). DOI: 10.1029/2023GC010867