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Freitag, 30.09.2016
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Kriechen statt Brechen: Unterkruste verformt sich weiträumig

Erdbebenwellen in der Ägäis enthüllen Deformationsformen der letzten Millionen Jahre

Während sich an der Erdoberfläche Verformungen in lokalen Brüchen und Beben entladen, finden in der unteren Kruste eher großflächige, kriechende Bewegungen statt. Das zeigt die jetzt in „Nature Geoscience“ erschienene Studie eines internationalen Forscherteams. Sie entdeckten anhand von seismischen Messungen, dass sich in der südlichen Ägäis überraschenderweise die Ausrichtung früherer Deformationen erhalten hat und konnten so auf die Bewegungsform schließen.
Ausbreitungsrichtung der seismischen S-Wellen in unterschiedlichen Tiefen in der Ägäis

Ausbreitungsrichtung der seismischen S-Wellen in unterschiedlichen Tiefen in der Ägäis

Bei der Kollision von Erdplatten kommt es zu komplexen Deformationsvorgängen in der Lithosphäre, welche die obersten 60 bis 100 Kilometer des Erdkörpers mit der Erdkruste und Teilen des Erdmantels umfasst. In der oberen Erdkruste verhält sich das Gestein spröde. Durch Verformungen bauen sich Spannungen auf, die sich lokal begrenzt in Erdbeben entladen. In der wärmeren Unterkruste ab 20 Kilometern Tiefe und dem obersten Erdmantel kann es aber auch zu langsamen Kriechbewegungen des Gesteins kommen, die über geologische Zeiträume von mehreren Millionen Jahren hinweg zu beträchtlichen Verschiebungen anwachsen können.

Was genau in der Unterkruste passiert, war jedoch bislang unklar. Ein internationales Forscherteam um Wolfgang Friederich von der Ruhr-Universität Bochum hat jetzt die Deformationsvorgänge in der Lithosphäre der Ägäis untersucht, wo die Afrikanische mit der Europäischen Platte zusammenstößt. Die Forscher stützten sich dabei auf die Messungen von Erdbebenwellen an verschiedenen Seismographennetzen in der Region.

Geschwindigkeit von Erdbebenwellen zeigt die Richtung


„In der Ägäis finden jeden Monat 1000 Erdbeben statt, die drei bis fünf stärkeren kommen für eine Analyse in Frage“, erklärt Friederich. Dabei kommt es darauf an, Erdbebenwellen verschiedener Richtungen zu analysieren. Denn die Geschwindigkeit ihrer Ausbreitung lässt Rückschlüsse auf die Struktur tief liegender Gesteinsschichten zu. „Die Deformation von Gesteinen verändert das Kristallgefüge“, so der Geophysiker. „Im Laufe von Millionen Jahren richten sich die
gesteinsbildenden Minerale durch die Verformung aus. Ohne diese Deformationen haben sie eine zufällige Verteilung in alle Richtungen.“ Wenn es zu einer Ausrichtung der Minerale gekommen ist, breiten sich Erdbebenwellen parallel dazu schneller aus als senkrecht dazu.


Aktuelle Messungen der Verschiebung der Erdplatten in der Ägäis an der Erdoberfläche mit GPS (Global Positioning System) zeigen eine Ausdehnung der nördlichen Ägäis in nord-südlicher Richtung, während die südliche Ägäis nur eine sehr geringe Deformation erfährt. Wie zu erwarten war, sind die Minerale in der nördlichen Ägäis durch die gesamte Lithosphäre bis in den Erdmantel hinein konsistent in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet und zeigen damit die jüngere Extensionsrichtung an.

Überraschender Fund in der südlichen Ägäis


In der südlichen Ägäis sieht es jedoch anders aus. Der oberste Erdmantel zeigt hier nur eine schwache Ausrichtung der Minerale – entsprechend der nur schwachen Deformation in der jüngeren Erdgeschichte. „In der Unterkruste haben wir aber überraschenderweise eine deutliche Ausrichtung in Nord-Ost nach Süd-West-Richtung gefunden“, berichtet Friederich. Diese Ausrichtung stimmt mit der Extensionsrichtung der Ägäis im Miozän, der Zeitperiode vor 20 bis fünf Millionen Jahren überein.

„Offenbar wurden die Minerale in der Unterkruste im Miozän ausgerichtet und haben diese Orientierung bis heute beibehalten“, folgert der Geophysiker. Das deutet darauf hin, dass die Unterkruste sich nicht lokalisiert in Brüchen und plötzlichen Entladungen verformt, sondern großräumig durch allmähliches „Kriechen“. (Nature Geoscience, 2011; doi: 10.1038/ngeo1065)
(Ruhr-Universität Bochum, 07.02.2011 - NPO)
 
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