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Gezeitenbeben an der San-Andreas-Verwerfung

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 22.07.2016 14:26

Die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien ist eine der bekanntesten tektonischen Störungen auf der Erde. Mit großem Aufwand wird sie daher vom Geologischen Dienst der USA USGS beobachtet. In den Aufzeichnungen des Observatoriums Parkfield haben USGS-Seismologen jetzt Schwärme schwacher Beben analysiert, die durch die Anziehungskräfte von Mond und Sonne ausgelöst werden und Informationen über den tieferen Bereich der Verwerfung liefern. In den Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaften berichten sie darüber.

Gezeitenunterschied in der Bay of Fundy, Kanada. (Bild: Tttrung, CC BY-SA 3.0)Tiden sind an den meisten Küsten ein alltägliches Phänomen. Zweimal am Tag erreicht das Wasser seinen Höchststand, zweimal sein Minimum. An der deutschen Nordseeküste sind Höhenunterschiede von zwei oder drei Metern, in den Flussmündungen bis zu vier Metern üblich. Im britischen Bristolkanal werden dagegen zwölf Meter erreicht, in der kanadischen Bay of Fundy sogar mehr als 13. Mit den Anziehungskräften von Sonne und Mond beschäftigt sich auch der Geophysiker Nicholas van der Elst, allerdings liegt sein Arbeitsgebiet rund 70 Kilometer vom nächsten Ozean entfernt. „Die Kräfte von Sonne und Mond zerren auch an der Erdkruste“, erklärt der Geowissenschaftler, der für den Geologischen Dienst der USA USGS arbeitet, „nur fließt diese nicht wie das Meer, sondern hebt und senkt sich.“ Die seismologische Station Parkfield liegt in der Diablo Range, einem Höhenzug der kalifornischen Küstenkordillere. Sie ist vor allem dafür bekannt, dass sie genau auf der San-Andreas-Verwerfung liegt und dort den Übergang von der kriechenden Sektion im Norden zur „verhakten“ im Süden markiert.

Natürlich betragen hier die Bewegungen der festen Erde nur Bruchteile des ozeanischen Tidenhubs, dennoch haben sie offenbar eine Wirkung – wenn sie an der richtigen Stelle ansetzen. Die San-Andreas-Verwerfung in Parkfield ist so eine Stelle. „Seit fast zehn Jahren wissen wir, dass es dort diese besonderen Erdbeben gibt, die sehr tief entstehen und deren Wellen langsamer sind als die der normalen“, erklärt van der Elst. Außer in Kalifornien haben Seismologen solche „Gezeitenbeben“ auch in der Cascadia-Verwerfung vor Seattle und Vancouver und in den Tiefseegräben vor Japans Ostküste gefunden. In Parkfield haben die Seismometer in 20 bis 30 Kilometer Tiefe, also rund doppelt so tief wie die Herdtiefe der großen Beben, ganze Schwärme von Erdbeben aufgezeichnet. Manche dieser Schwärme reagieren auf den täglichen Tidenhub in der Kruste, manche sind jedoch mit dem 14-tägigen Rhythmus der Spring- und Nipptiden gekoppelt. Springtiden sind besonders stark und entstehen, wenn die Anziehungskräfte von Sonne und Mond sozusagen an einem Strang ziehen. Bei den schwachen Nipptiden verlaufen die Kraftlinien dagegen im 90 Grad-Winkel zueinander.

Wie eine Furche zieht sich die San-Andreas-Verwerfung durch die Carrizo-Ebene. (Bild: USGS)
Die Beben sind natürlich winzig und an der Oberfläche nicht zu spüren, „sie sind“, meint der kalifornische Wissenschaftler, „sogar mit den heutigen Seismometern schwer zu entdecken“. Doch die Station in Parkfield gehört zu den am besten ausgerüsteten seismologischen Observatorien der Welt, denn der USGS erforscht hier mit großem Aufwand die Entwicklung der San-Andreas-Verwerfung. Schließlich ist diese Störung die größte seismische Bedrohung der USA und gehört weltweit zu den tektonischen Hochrisikogebieten.

Van der Elst und seine Kollegen wollen daher weniger das kuriose Phänomen der Gezeitenbeben in der irdischen Kruste erforschen, sondern aus den Mikrobeben-Schwärmen Informationen über Aufbau und Verhalten der San-Andreas-Störung herausfiltern. Die Entstehungszone der Mikrobeben ist für Seismologen wie Nicholas van der Elst besonders interessant. „Es ist eine Übergangszone zwischen dem spröden Verhalten, bei dem die Gesteine in Erdbeben brechen, und dem elastischeren tiefer in der Erdkruste, wo sich die Gesteine bruchlos verformen.“ Wegen dieses plastischen Verhaltens des Gesteins sind in der tieferen Zone Erdbeben sehr selten, wenn auch nicht gänzlich auszuschließen. „Wir sehen in diesem Bereich Flicken von kleinen Störungen, an denen diese tiefen, niederfrequenten Beben entstehen“, sagt van der Elst. Und diese „Flicken“ reagieren offenbar besonders stark, wenn sich die Springtiden aufbauen. Offenbar ist es weniger die absolute Stärke der Kraft, sondern die Veränderung in der Wirkung, die in der Erdkruste die stärksten Reaktionen auslöst. Und zwar, weil die Störungen nach etlichen Tagen mit schwacher Gezeitenkraft nur geringem Gezeitenstress ausgesetzt waren, erklärt der Forscher. Dieser Verlauf der Erdbeben beweise also, dass in dieser Zwischenzeit der tektonische Stress an den Störungen wieder aufgeladen worden ist.

Das aber ist eine der Informationen, die die USGS-Geophysiker für ihre Modellrechnungen der San-Andreas-Verwerfung brauchen. „Wenn wir die Verbindung zwischen dem zweiwöchigen Gezeitenzyklus und den tiefen ,Gezeitenerdbeben‘ messen, können wir abschätzen, wie schnell sich Spannungen an diesem tiefen Teil der San-Andreas-Verwerfung aufbauen“, sagt Van der Elst. Zusammen mit dem täglichen Tremor durch die normalen Tiden liefert das 14-tägige Muster Informationen darüber, was an den „Wurzeln“ der Störungen geschieht, wo die Bewegungen im Erdinneren an die Oberfläche übertragen werden. Und vielleicht sind beide Gezeiten-Signale auch mit den großen Schadbeben verknüpft, mit denen man in Kalifornien rechnen muss. „Wir hoffen auf jeden Fall, dass wir Muster entdecken, die die schweren Erdbeben in flacheren Schichten anzeigen“, sagt Nicholas van der Elst, „aber derzeit fehlen uns dafür einfach die Beobachtungsdaten.“ Und so warten die Forscher auf das nächste große Beben von Parkfield um zu sehen, ob sich der Tremor zuvor verändert - und sich vielleicht etwas aus seinem Verhalten ablesen lässt.