Gefährliche Plattengrenze: Forscher haben erstmals dreidimensionale Einblicke in eine der großen Erdbeben-„Fabriken“ der Erde gewonnen – die Megathrust-Verwerfung vor der Küste von Costa Rica. Ihre akustischen Messungen enthüllten, dass die Plattengrenze entlang dieser Subduktionszone von breiten, tiefen Furchen gezeichnet ist. Dies ist das erste Mal, dass solche Furchen an einer Plattengrenze im Ozean nachgewiesen wurden, so die Forscher im Fachmagazin „Nature Geoscience“.
Ob der Sumatra-Tsunami im Jahr 2004 oder das Tohoku-Erdbeben im März 2011 vor Japan: Viele der schwersten Starkbeben ereignen sich an sogenannten Megathrust-Verwerfungen entlang von Subduktionszonen. Dort wird eine Erdplatte unter die andere gedrückt und die im Untergrund schräg verlaufende Plattengrenze kann bei einem Erdbeben besonders stark nach oben und zur Seite rutschen.
Schrammen im Gestein
Schon länger vermuten Geologen, dass die Plattenbewegungen an solchen Megathrust-Verwerfungen zu gewaltigen Verformungen des Gesteins führen müssen. Ähnlich wie ein Gletscher bei seiner Bewegung Schrammen in seinem Bett hinterlässt, muss auch das hakende Aneinandervorbeigleiten der beiden Erdplatten Furchen im Gestein der Plattengrenze hinterlassen.
Diese Furchen wiederum beeinflussen, wie gut die Platten sich gegeneinander bewegen können und wie weit die Verwerfung bei einem Erdbeben aufreißt. „Doch trotz des Wissens um die wichtige Rolle solcher Furchen für das Verhalten der Verwerfungen wurden sie bisher noch nie vor Ort, direkt an der Grenzfläche der subduzierenden Platten beobachtet“, erklären Joel Edwards von der University of California in Santa Cruz und seine Kollegen.
Mit dem Messfloß über die Plattengrenze
Um das zu ändern, haben sie die Megathrust-Verwerfung vor der Küste Costa Ricas erstmals akustisch genau „durchleuchtet“. Dafür zogen sie Messflöße mit Akustiksendern und Unterwassermikrophonen hinter einem Forschungsschiff her und werteten die reflektierten Schallwellen aus. Ähnlich wie bei einem Sonar konnten sie so 3D-Aufnahmen des Untergrunds erhalten.
„Unsere Messungen haben uns einen noch nie dagewesenen Einblick in eine Megathrust-Verwerfung verschafft“, berichten die Wissenschaftler. „Das sind die besten 3D-Perspektiv-Aufnahmen, die bisher jemals von einer flachen Megathrust-Verwerfung gemacht wurden. Die Aufnahmen zeigen die Oberfläche der Plattengrenzfläche bis auf wenige Meter genau.
Gewaltige Furchen
Es zeigt sich: Das Gestein entlang der Megathrust-Verwerfung ist mit unterschiedlich langen und breiten Furchen förmlich übersät. Die Breite der Furchen reicht dabei von 113 bis zu 729 Metern und ihre Tiefe von 2,70 bis 53 Meter. „Sie könnten damit eine wichtige Rolle spielen für die Entstehung seismischer Wellen und Erschütterungsherde, aber auch für die Verteilung von Flüssigkeiten im Gestein“, berichten die Forscher.
Möglicherweise könnten diese Furchen auch erklären, warum entlang der Subduktionszone vor Costa Rica meist komplexe Erdbeben mit sprunghaft wechselnden Herden auftreten: Die stellenweise tiefe Furchung wirkt wie eine Barriere für die Plattenbewegung, aber auch für die Ausbreitung von Rissen entlang der Verwerfung.
Erdbebengefahr besser verstehen
„Unsere 3D-Information ist entscheidend, damit wir Megathrust-Verwerfungen und die von ihnen ausgehende Gefahr künftig besser verstehen können“, sagt Edwards‘ Kollege Jared Kluesner. Deshalb wollen die Forscher als nächstes auch andere Subduktionszonen mit häufigeren Megathrust-Erdbeben mit ihrem akustischen Verfahren untersuchen. (Nature Geoscience, 2018; doi: 10.1038/s41561-018-0061-4)
(University of California – Santa Cruz, 13.02.2018 – NPO)
