Erdbeben werden durch die Bewegung der tektonischen Platten verursacht, aus denen die Erdkruste besteht. Vor der Küste Alaskas schiebt sich die pazifische Platte unter die nordamerikanische Platte und erzeugt an der Alaska-Aleuten-Verwerfung einen enormen Druck. Zwischen 2020 und 2021 rutschten die beiden Platten entlang dieser Verwerfung und lösten eine Reihe von Erdbeben aus, darunter das Erdbeben in Chignik (Alaska) am 29. Juli 2021 mit einer Stärke von 8,2 – das stärkste Erdbeben auf US-Territorium seit 58 Jahren.
Jeffrey Freymueller, Professor am College of Natural Science der Michigan State University, erforscht dieses Erdbeben, um mehr darüber zu erfahren, wo genau dieser Ausrutscher aufgetreten ist (und wie stark), um besser zu verstehen, wie Verwerfungen funktionieren, und um das Risiko zukünftiger Erdbeben einzuschätzen Tsunamis. Freymueller ist ein international anerkannter Experte für Geodäsie, also das Studium der Größe und Form der Erde, und fungiert als Stiftungslehrstuhl für Geologie der festen Erde an der MSU. Diese Forschung erschien kürzlich in der Zeitschrift Wissenschaftliche Fortschritte.
Was sind die Herausforderungen bei der Untersuchung der Alaska-Aleuten-Verwerfung?
Die größte Herausforderung besteht darin, dass die Verwerfung weit vor der Küste am Meeresboden an die Oberfläche tritt und kilometerlanges Wasser im Weg steht! Wir müssen messen, wie die Erde durch das Erdbeben dauerhaft bewegt wurde, und wir brauchen wirklich Messungen, die direkt über dem Teil der Verwerfung durchgeführt werden, der verschoben wurde.
An Land können wir GPS- bzw. GNSS-Instrumente (Global Positioning Systems oder Global Navigation Satellite Systems) einrichten und die Positionen der Platten relativ einfach aufzeichnen, aber der Teil der Verwerfung, der bei dem Erdbeben verrutscht ist, liegt ziemlich weit entfernt Land. Funksignale von den GPS-Satelliten werden nicht durch Wasser übertragen. Um also Daten zu erhalten, müssen wir die GPS-Positionierung einer schwimmenden Plattform mit der akustischen oder Schallwellen-Positionierung derselben Plattform relativ zu einer Reihe von Transpondern kombinieren, die Daten empfangen und empfangen senden Signale auf dem Meeresboden aus. Diese Technik wird GPS-akustische Positionierung genannt. Durch die Wiederholung der Vermessungsmessungen vor und nach dem Erdbeben können wir messen, wie stark sich der Meeresboden bewegt hat, und damit besser bestimmen, wie sich die Verwerfung bewegt hat.
Warum ist die Untersuchung des Erdbebens in Chignik, Alaska, für die Erdbebenforschung wichtig?
Das Wichtigste, was wir gelernt haben, ist, dass die Gesamtbewegung an der GPS-Akustikstelle vor der Küste viel größer war, als frühere Modelle für das Erdbeben vorhergesagt hatten. Es ist wichtig, große Erdbeben zu untersuchen, da sie die größten Bewegungen erzeugen und die größten Spannungsänderungen in der Erde verursachen. Das bedeutet für uns ein großes Signal zum Messen, was immer hilfreich ist. Die GNSS-akustischen Positionsmessungen der Bewegung des Meeresbodens sind ziemlich verrauscht, da die Schallgeschwindigkeit durch das Wasser sehr empfindlich von der Meerestemperatur abhängt und sich mit der Zeit stark ändert. Das bedeutet, dass es schwierig ist, die akustische Reichweite so genau zu messen wie den GPS-Anteil. Daher ist es hilfreich, eine größere Bewegung zu messen, wenn der Geräuschpegel hoch ist.
Wie hilft diese Forschung bei der Bewertung des Tsunami-Gefahrenrisikos?
Diese Forschung hilft bei der Einschätzung von Gefahren und Risiken. Eines der interessanten Merkmale dieses Erdbebens ist, dass es KEINEN großen Tsunami auslöste. Warum nicht? Der Grund dafür ist, dass der Großteil der Verschiebung an der Grenzfläche zwischen den Platten nur auf dem Teil der Grenzfläche auftrat, der noch ziemlich tief war – das Erdbeben brach nicht bis zum Meeresboden oder auch nur in dessen Nähe durch.
Aber wir müssen wirklich wissen, wie nahe es an die Oberfläche gelangt ist und ob der flachere Teil der Verwerfung, der bei diesem Erdbeben nicht abgerutscht ist, dazu in der Zukunft in der Lage ist. Wenn dies der Fall ist, ist das Risiko eines künftigen großen Tsunamis hoch. Wenn der flache Teil der Verwerfung bei Erdbeben einfach nicht verrutscht, sondern stetig weiterkriecht, ist die Gefahr eines großen Tsunamis aus diesem Teil der Verwerfung deutlich geringer. Wir sind uns immer noch nicht sicher, aber jetzt wissen wir mehr als zuvor über die Ereignisse des Erdbebens. Wir schauen uns weiterhin andere Daten an und hoffen, dass wir auch mehr GPS-Akustikdaten erhalten, um herauszufinden, wie sich der flachste Teil der Verwerfung verhält.
Mehr Informationen:
Benjamin A. Brooks et al., Schneller flacher Megathrust-Nachrutsch des Erdbebens M8.2 in Chignik, Alaska 2021, entdeckt durch Meeresbodengeodäsie, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf9299