Größte Erdbeben und ihre Tsunamis werden möglicherweise durch tiefe, langsame Rutschbewegungen gesteuert

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Megaschub-Erdbeben und anschließende Tsunamis, die in Subduktionszonen wie Cascadia – von der kanadischen Vancouver-Insel bis Nordkalifornien – entstehen, gehören zu den schwersten Naturkatastrophen der Welt. Jetzt glaubt ein Team von Geowissenschaftlern, dass der Schlüssel zum Verständnis einiger dieser zerstörerischen Ereignisse in den tiefen, allmählich ablaufenden, langsamen Gleitvorgängen unter den Subduktionszonen liegen könnte.

Diese Informationen könnten bei der Planung zukünftiger Erdbeben in diesem Gebiet helfen.
“Was wir gefunden haben, war ziemlich unerwartet”, sagt Kirsty A. McKenzie, Doktorandin in Geowissenschaften an der Penn State.
Im Gegensatz zu den größeren, flacheren Megathrust-Erdbeben, die sich in die gleiche Richtung bewegen und Energie abgeben, in der sich die Platten bewegen, kann sich die Energie der Slow-Slip-Erdbeben in andere Richtungen bewegen, hauptsächlich nach unten.

Subduktionszonen entstehen, wenn zwei Erdplatten aufeinander treffen und sich eine unter die andere bewegt.

Dadurch entsteht typischerweise eine Verwerfungslinie und in einiger Entfernung eine Linie von Vulkanen.

Typisch für Cascadia ist, dass die tektonischen Platten in der Nähe der Pazifikküste aufeinander treffen und sich im Osten die Cascade Mountains bilden, ein Vulkangebirge mit Mount St. Helens, Mount Hood und Mount Rainier.

Nach Angaben der Forscher ereignete sich in Cascadia im Jahr 1700 ein Megathrust-Erdbeben der Magnitude 9, und seitdem hat es dort kein großes Erdbeben mehr gegeben. Stattdessen ereignen sich immer wieder Slow-Slip-Erdbeben, also Ereignisse, die sich in der Tiefe ereignen und sich sehr langsam über sehr kurze Strecken bewegen.
“Normalerweise, wenn ein Erdbeben auftritt, finden wir, dass die Bewegung in die entgegengesetzte Richtung, wie die Platten bewegt haben, akkumulieren, dass Slip-Defizit”, sagte Kevin P.

Furlong, Professor für Geowissenschaften an der Penn State. “Bei diesen Slow-Slip-Erdbeben ist die Bewegungsrichtung direkt abwärts in Richtung der Schwerkraft, anstatt in Richtung der Plattenbewegung.”
Die Forscher haben herausgefunden, dass Gebiete in Neuseeland, die von anderen Geologen identifiziert wurden, auf die gleiche Weise langsam rutschen wie Cascadia.
“Aber es gibt Subduktionszonen, die diese Slow-Slip-Ereignisse nicht haben, also haben wir keine direkten Messungen, wie sich der tiefere Teil der subduzierenden Platte bewegt”, sagte Furlong. “In Sumatra bewegt sich die flachere seismische Zone erwartungsgemäß in Richtung der Plattenbewegung, aber auch wenn es keine Slow-Slip-Ereignisse gibt, scheint die tiefere Plattenbewegung immer noch hauptsächlich durch die Schwerkraft gesteuert zu werden.”
Slow-slip-Erdbeben treten in einer tieferen Tiefe auf als die Erdbeben, die größere Schäden und erdbebenartige Ereignisse verursachen, und die Forscher haben analysiert, wie dieses tiefe Gleiten den Zeitpunkt und das Verhalten der größeren, zerstörerischen Megathrust-Erdbeben beeinflussen kann.
“Slow-slip-Erdbeben brechen über mehrere Wochen hinweg aus, sie sind also nicht nur ein Ereignis”, so McKenzie. “Es ist wie ein Schwarm von Ereignissen.”
Nach Angaben der Forscher beträgt die Gesamtplattenbewegung im südlichen Kaskadien etwa einen Zoll pro Jahr und im Norden bei Vancouver Island etwa 1,5 Zoll.
“Wir wissen nicht, wie viel von diesen 30 Millimetern (1 Zoll) pro Jahr akkumuliert wird, um beim nächsten großen Erdbeben freigesetzt zu werden, oder ob ein Teil der Bewegung von einem nicht beobachtbaren Prozess aufgenommen wird”, so McKenzie. “Diese Slow-Slip-Ereignisse senden Signale aus, die wir sehen können.

Wir können die Slow-Slip-Ereignisse von Osten nach Westen beobachten und nicht in Richtung der Plattenbewegung.”
Slow-Slip-Ereignisse in Cascadia treten alle ein bis zwei Jahre auf, aber Geologen fragen sich, ob eines von ihnen das nächste Megathrust-Erdbeben auslösen wird.
Die Forscher messen die Oberflächenbewegung mit permanenten, hochauflösenden GPS-Stationen an der Oberfläche.

Das Ergebnis ist ein treppenförmiges Muster von Belastung und Abrutschen bei Slow-Slip-Ereignissen.

Die Ereignisse sind an der Oberfläche sichtbar, obwohl die Geologen wissen, dass sie etwa 22 Meilen unter der Oberfläche liegen.

Sie berichten über ihre Ergebnisse in Geochemistry, Geophysics, Geosystems.
“Der Grund, warum wir nicht so viel über Slow-Slip-Erdbeben wissen, ist, dass sie erst vor etwa 20 Jahren entdeckt wurden”, sagt Furlong. “Es dauerte fünf Jahre, um herauszufinden, was sie sind, und dann brauchten wir ein ausreichend präzises GPS, um die Bewegung auf der Erdoberfläche tatsächlich zu messen.

Dann mussten wir eine Modellierung verwenden, um den Schlupf an der Oberfläche in den Schlupf unter der Oberfläche an der Plattengrenze selbst umzurechnen, der größer ist.”
Die Forscher glauben, dass das Verständnis der Auswirkungen von Slow-Slip-Erdbeben in der Region in diesen tieferen Tiefen es ihnen ermöglichen wird, zu verstehen, was das nächste Megathrust-Erdbeben in diesem Gebiet auslösen könnte.

Ingenieure wollen wissen, wie stark die Erschütterungen bei einem Erdbeben sein werden, aber sie wollen auch wissen, in welche Richtung die Kräfte wirken werden.

Wenn der Richtungsunterschied bei langsam abrutschenden Ereignissen auf eine mögliche Verhaltensänderung bei einem großen Ereignis hinweist, wäre diese Information für die Planung hilfreich.
“Grundsätzlich wissen wir nicht, was das große Erdbeben in dieser Situation auslöst”, sagt McKenzie. “Jedes Mal, wenn wir neue Daten über die Physik des Problems hinzufügen, wird dies eine wichtige Komponente.

In der Vergangenheit dachte jeder, dass die Ereignisse unidirektional sind, aber sie können um 40 oder 50 Grad unterschiedlich sein.”

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