Geringe Druckveränderungen in der Erdkruste, für Menschen ohne empfindliche Instrumente nicht nachweisbar, beeinflussen, wo in den zentralen Vereinigten Staaten Erdbeben auftreten könnten. Diese neuen Ergebnisse des U.S. Geological Survey (USGS) wurden am 17. Februar 2017 im Journal Nature Communications veröffentlicht und könnten Wissenschaftlern erlauben zu kartieren, wo in den zentralen Vereinigten Staaten zukünftige seismische Aktivitäten am wahrscheinlichsten sind.
Mit einer neuen Technik, die Daten über das Gravitationsfeld der Erde und sonogrammähnliche Bilder kombiniert, konnten die Forscher Druckveränderungen in der tiefen Erdkruste kartieren. Sie stellten fest, dass diese Druckveränderungen für Erdbebenaktivitäten in dem Gebiet verantwortlich zu sein scheinen.
Erdbeben weit entfernt von den Grenzen der tektonischen Platten – so wie in den zentralen Vereinigten Staaten – sind selten. Trotzdem können potenziell zerstörerische Ereignisse stattfinden. Geologische Hinweise aus der Cheraw-Verwerfung im dünn besiedelten Südosten Colorados sprechen dafür, dass in den vergangenen 25.000 Jahren drei Erdbeben mit ungefähr der Stärke 7 auftraten. Um zu verstehen, ob vergleichbare Ereignisse auch anderswo in den zentralen Vereinigten Staaten wahrscheinlich sind, versuchten die Forscher die Kräfte zu identifizieren, die für solch unvorhergesehenen Erdbeben verantwortlich sind.
Die Wissenschaftler fanden einen Anhaltspunkt, als sie bemerkten, dass die Anziehungskraft des irdischen Gravitationsfeldes nahe der Cheraw-Verwerfung überraschend gering ist. Das ist die Folge treibender Gesteinsformationen tief innerhalb der Kruste. Diese Veränderungen in den Gesteinsdichten erzeugen Druckunterschiede unter der Oberfläche.
“Aus demselben Grund wie der Wind weht oder ein Ballon platzt, so sind die Druckgradienten in der Erde von sich aus instabil und können Deformationen hervorrufen, was letztendlich in Erdbeben resultiert”, sagte Dr. Will Levandowski, ein Postdoktorand des USGS und der Hauptautor der Studie.
Levandowski und seine Kollegen nutzten Gravitationsdaten zusammen mit seismischen Aufnahmen des Erdinneren, um die Dichte der Kruste und des oberen Mantels in den zentralen Vereinigten Staaten von der Oberfläche bis in eine Tiefe von etwa 160 Kilometern zu schätzen. Anschließend berechneten sie mit diesem 3D-Modell die damit einhergehenden Druckverhältnisse und Belastungen.
Ihre Berechnungen zeigen, dass der Großteil der natürlichen Erdbeben in Gebieten mit ungewöhnlichen Druckverhältnissen in der tiefen Erdkruste auftritt, hervorgerufen durch Veränderungen der Gesteinsdichte. Diese Druckveränderungen scheinen der kontrollierende Faktor bezüglich dessen zu sein, wo in den Great Plains natürliche seismische Aktivitäten stattfinden. “Diese Dichteveränderungen existieren seit vielen Millionen Jahren und verursachen unspürbar geringe Deformationen und unregelmäßige Erdbeben”, sagte Levandowski.
Die neue Technik könnte es möglich machen, diese alten aber anhaltenden Kräfte zu kartieren und langzeitige Erdbebenraten sogar in jenen Regionen zu schätzen, wo die Ereignisse selten vorkommen. Solche Schätzungen könnten helfen, die Wahrscheinlichkeit großer Erdbeben in der Nähe wichtiger Bevölkerungszentren oder kritischer Infrastruktur in den zentralen und östlichen Vereinigten Staaten zu beziffern, wo diese Ereignisse unüblich sind.
(THK)
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