Ein großes Erdbeben im Nordwesten der USA? / Erde

Von Miles Bodmer, University of Oregon und Doug Toomey, University of Oregon

Der pazifische Nordwesten ist bekannt für viele Dinge – sein Bier, seine Musik, seine mythischen großfüßigen Kreaturen. Die meisten Menschen assoziieren es nicht mit Erdbeben,aber sie sollten., Es ist die Heimat der Cascadia Megathrust Fault, die 600 Meilen (966 km) von Nordkalifornien bis Vancouver Island in Kanada verläuft und sich über mehrere große Metropolen wie Seattle und Portland, Oregon, erstreckt.

Dieser geologische Fehler war in den letzten Jahren relativ ruhig. Es gab nicht viele Beben entlang des Cascadia Megathrust, sicherlich nichts, was einem katastrophalen Ereignis wie dem 1989 Loma Prieta Erdbeben entlang des aktiven San Andreas in Kalifornien standhalten würde. Das heißt aber nicht, dass es ruhig bleiben wird., Wissenschaftler wissen, dass es das Potenzial für große Erdbeben hat – so groß wie Magnitude 9.

Geophysiker wissen seit über einem Jahrzehnt, dass sich nicht alle Teile des Cascadia Megathrusts gleich verhalten. Die nördlichen und südlichen Abschnitte sind viel seismischer aktiv als der zentrale Abschnitt – mit häufigen kleinen Erdbeben und Bodenverformungen, die die Bewohner nicht oft bemerken. Aber warum gibt es diese Variationen und was führt zu ihnen?,

Unsere Forschung versucht, diese Fragen zu beantworten, indem wir Bilder von dem erstellen, was tief in der Erde passiert, mehr als 144 km unter dem Fehler. Wir haben Regionen identifiziert, die sich unter diesen aktiven Abschnitten erheben, von denen wir glauben, dass sie zu den beobachtbaren Unterschieden entlang der Cascadia-Verwerfung führen.

Cascadia and the ‚Really Big One‘

Die Cascadia subduction zone ist eine Region, in der zwei tektonische Platten kollidieren. Die Juan de Fuca, eine kleine ozeanische Platte, wird unter der nordamerikanischen Platte gefahren, auf der sich die kontinentalen USA befinden.,

Die Juan de Fuca-Platte trifft auf die nordamerikanische Platte unter dem Cascadia-Fehler. Bild über USGS.

Subduktionssysteme – bei denen eine tektonische Platte über eine andere gleitet-sind in der Lage, die weltweit größten bekannten Erdbeben zu erzeugen. Ein Paradebeispiel ist das Tohoku-Erdbeben 2011, das Japan erschütterte.

Cascadia ist seismisch sehr leise im Vergleich zu anderen Subduktionszonen – aber nicht vollständig inaktiv. Untersuchungen zeigen, dass der Fehler in einer Magnitude 9.0 Ereignis im Jahr 1700 gebrochen., Das ist ungefähr 30-mal stärker als das größte vorhergesagte Erdbeben in San Andreas. Forscher vermuten, dass wir uns innerhalb des ungefähr 300 – bis 500-Jahresfensters befinden, in dem ein weiteres großes Cascadia-Ereignis auftreten kann.

In Nord-und Südkaskadien finden jedes Jahr viele kleinere unbeschädigte und ungefütterte Veranstaltungen statt. Im Zentrum von Cascadia, das den meisten von Oregon zugrunde liegt, gibt es jedoch nur eine sehr geringe Seismizität. Warum sollte sich derselbe Fehler in verschiedenen Regionen unterschiedlich verhalten?,

Im letzten Jahrzehnt haben Wissenschaftler mehrere zusätzliche Beobachtungen gemacht, die Variationen entlang des Fehlers hervorheben.

Man hat mit der Plattenverriegelung zu tun, die uns sagt, wo sich entlang des Fehlers Stress ansammelt. Wenn die tektonischen Platten verriegelt sind – das heißt, wirklich zusammenkleben und sich nicht aneinander vorbei bewegen können-baut sich Stress auf. Schließlich kann diese Belastung schnell als Erdbeben freigesetzt werden, wobei die Größe davon abhängt, wie groß der Fehlerfleck ist, der reißt.

Ein GPS-geosensor in Washington., Bild über Bdelisle.

Geologen konnten kürzlich Hunderte von GPS-Monitoren in Cascadia einsetzen, um die subtilen Bodenverformungen aufzuzeichnen, die sich aus der Unfähigkeit der Platten ergeben, aneinander vorbei zu gleiten. Genau wie die historische Seismizität ist die Plattenverriegelung in den nördlichen und südlichen Teilen von Cascadia häufiger.

Geologen können nun auch schwer zu erkennende seismische Gerüchte beobachten, die als Tremor bekannt sind. Diese Ereignisse treten über einen Zeitraum von mehreren Minuten bis zu Wochen auf und dauern viel länger als bei einem typischen Erdbeben., Sie verursachen keine großen Bodenbewegungen, obwohl sie erhebliche Mengen an Energie freisetzen können. Forscher haben diese Signale erst in den letzten 15 Jahren entdeckt, aber permanente seismische Stationen haben dazu beigetragen, einen robusten Ereigniskatalog aufzubauen. Auch das Zittern scheint sich entlang des nördlichen und südlichen Teils der Verwerfung stärker zu konzentrieren.

Was würde diese Situation verursachen, da das Gebiet unter Oregon durch all diese Maßnahmen relativ weniger aktiv ist? Zur Erklärung mussten wir tief, über 100 Kilometer unter der Oberfläche, in den Erdmantel schauen.,

Grüne Punkte und blaue Dreiecke zeigen Standorte von seismischen Überwachungsstationen an. Bild über Bodmer et al., 2018, Geophysical Research Letters.

Bildgebung der Erde mit fernen Beben

Ärzte verwenden elektromagnetische Wellen, um innere Strukturen wie Knochen zu „sehen“, ohne dass ein menschlicher Patient sie direkt sehen muss. Geologen stellen die Erde ähnlich dar. Anstelle von Röntgenstrahlen verwenden wir seismische Energie, die von entfernter Größe 6 ausstrahlt.,0 – plus Erdbeben, die uns helfen, Funktionen zu „sehen“, zu denen wir physisch einfach nicht gelangen können. Diese Energie wandert wie Schallwellen durch die Strukturen der Erde. Wenn Gestein um eine winzige Menge heißer oder teilweise geschmolzen ist, verlangsamen sich seismische Wellen. Durch die Messung der Ankunftszeiten von seismischen Wellen erstellen wir 3D-Bilder, die zeigen, wie schnell oder langsam sich die seismischen Wellen durch bestimmte Teile der Erde bewegen.

Seismometer am Meeresboden warten darauf, während der Cascadia Initiative eingesetzt zu werden. Bild über Emilie Hooft.,

Um diese Signale zu sehen, benötigen wir Aufzeichnungen von seismischen Überwachungsstationen. Mehr Sensoren bieten eine bessere Auflösung und ein klareres Bild – aber das Sammeln von mehr Daten kann problematisch sein, wenn die Hälfte des Bereichs, an dem Sie interessiert sind, unter Wasser ist. Um dieser Herausforderung zu begegnen, waren wir Teil eines Teams von Wissenschaftlern, die Hunderte von Seismometern auf dem Meeresboden vor den westlichen USA über einen Zeitraum von vier Jahren einsetzten, beginnend im Jahr 2011. Dieses Experiment, die Cascadia Initiative, war das erste, das eine ganze tektonische Platte mit Instrumenten in einem Abstand von etwa 50 km bedeckte.,

Was wir gefunden haben, sind zwei anomale Regionen unter dem Fehler, in denen seismische Wellen langsamer als erwartet verlaufen. Diese Anomalien sind groß, etwa 150 km im Durchmesser und zeigen sich unter den nördlichen und südlichen Abschnitten der Verwerfung. Denken Sie daran, dort haben Forscher bereits eine erhöhte Aktivität beobachtet: die Seismizität. Interessanterweise sind die Anomalien unter dem zentralen Teil des Fehlers unter Oregon nicht vorhanden, wo wir eine Abnahme der Aktivität feststellen.,

Regionen, in denen sich seismische Wellen im Durchschnitt langsamer bewegten, sind röter, während die Bereiche, in denen sie sich schneller bewegten, blauer sind. Die langsameren anomalen Bereiche 90 Meilen (150 km) unter der Erdoberfläche entsprachen dort, wo die kollidierenden Platten stärker verriegelt sind und wo Tremor häufiger auftritt. Bild über Bodmer et al., 2018, Geophysical Research Letters.

Was genau sind diese Anomalien?

Die tektonischen Platten schweben auf der felsigen Mantelschicht der Erde., Wo der Mantel über Millionen von Jahren langsam aufsteigt, dekomprimiert sich der Fels. Da es bei so hohen Temperaturen ist, fast 1500 Grad Celsius (2700 F) bei 100 km (60 mi) Tiefe, kann es immer so leicht schmelzen.

Diese physikalischen Veränderungen führen dazu, dass die anomalen Regionen lebhafter werden – geschmolzenes heißes Gestein ist weniger dicht als festes kühleres Gestein. Es ist dieser Auftrieb, von dem wir glauben, dass er beeinflusst, wie sich der obige Fehler verhält. Der heiße, teilweise geschmolzene Bereich drückt auf das, was oben ist, nach oben, ähnlich wie ein Heliumballon gegen ein darüber drapiertes Blatt aufsteigen könnte., Wir glauben, dass dies die Kräfte zwischen den beiden Platten erhöht, wodurch sie stärker gekoppelt und somit vollständiger verriegelt werden.

Eine Allgemeine Vorhersage für wo, aber nicht, wenn

Unsere Ergebnisse liefern neue Einblicke in die Funktionsweise dieser Subduktionszone, und möglicherweise andere, verhält sich über geologische Zeiträume von Millionen von Jahren. Leider können unsere Ergebnisse nicht vorhersagen, wann das nächste große Cascadia Megathrust Erdbeben auftreten wird., Dies erfordert mehr Forschung und eine aktive Überwachung der Subduktionszone, sowohl an Land als auch vor der Küste, mit seismischen und GPS-ähnlichen Stationen, um kurzfristige Phänomene zu erfassen.

Unsere Arbeit legt nahe, dass ein großes Ereignis eher in den nördlichen oder südlichen Abschnitten des Fehlers beginnt, wo die Platten vollständiger verriegelt sind, und gibt einen möglichen Grund dafür, warum dies der Fall sein kann.,

Es bleibt wichtig für die Öffentlichkeit und die politischen Entscheidungsträger, über das potenzielle Risiko des Zusammenlebens mit einem Subduktionszonenfehler informiert zu bleiben und Programme wie die Erdbebenfrühwarnung zu unterstützen, die unsere Überwachungsfähigkeiten erweitern und den Verlust im Falle eines großen Bruchs verringern sollen.

Miles Bodmer, Ph. D. Student in Geowissenschaften, University of Oregon und Doug Toomey, Professor für Geowissenschaften, University of Oregon

Dieser Artikel wird aus dem Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.,

Fazit: Teile des Cascadia Fault im pazifischen Nordwesten sind seismischer aktiv als andere. Bildgebende Daten legen nahe, warum.

Mitglieder der EarthSky – Community – darunter Wissenschaftler sowie Wissenschafts-und Naturwissenschaftler aus der ganzen Welt-wiegen in auf das, was ihnen wichtig ist. Foto von Robert Spurlock.