Selbstheilende Verwerfung nach nur wenigen Stunden entdeckt, Erdbebenrisiko steigt unvorhersehbar an

động đất - Ảnh 1. — Eine neu veröffentlichte Studie zeigt, dass sich tiefe unterirdische Verwerfungen nach einem langsamen seismischen Ereignis überraschend schnell innerhalb weniger Stunden selbst verschließen können – Foto: SciTechDaily.com

Eine neue Studie zeigt, dass tiefe unterirdische Verwerfungen sich innerhalb weniger Stunden nach langsamen Gleitereignissen „heilen“ können – schnell genug, um die Art und Weise, wie sich Energie vor einem Erdbeben aufbaut und freisetzt, völlig zu verändern.

Forschungsergebnisse der University of California Davis, die am 19. November in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurden, zeigen, dass Mineralien wie Quarz unter extrem hohem Druck und extrem hoher Temperatur mikroskopisch heilen können, wodurch Brüche innerhalb weniger Stunden wieder an Festigkeit gewinnen.

Laut Professorin Amanda Thomas zeigen die experimentellen Ergebnisse, dass die Verwerfungen als Selbstheilungssystem fungieren. Nach jeder langsamen Gleitbewegung kann sich das gebrochene Gestein schnell wieder verbinden, wodurch sich die Spannung weiter aufbauen und möglicherweise in Zukunft zu stärkeren Erdbeben führen kann.

Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass die Verwerfungen sehr lange brauchen, um ihre Festigkeit wiederzuerlangen. Die neuen Erkenntnisse zeigen jedoch, dass die Erholung so schnell vonstattengeht, dass bereits geringe Veränderungen durch die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne weitere Bewegungen auslösen können.

Um diesen Mechanismus zu testen, schufen Thomas’ Team und der Geochemieprofessor James Watkins Bedingungen, die die Umgebung tief in der Erdkruste nachbildeten. Quarzpulver wurde in Silberzylindern unter einem Druck von 1 Gigapascal und einer Temperatur von 500 Grad Celsius komprimiert. Nach diesem „Kochprozess“ wurden die Proben mittels Ultraschall und Elektronenmikroskopie untersucht.

Die Ergebnisse zeigten, dass die zerbrochenen Mineralpartikel begannen, sich miteinander zu verbinden. Die neue Verbindung erreichte bereits nach 6 bis 24 Stunden eine signifikante Festigkeit, ähnlich dem Wirkmechanismus von Sofortklebstoffen.

Die Rekompression von Verwerfungen spielt in vielen geologischen Systemen eine entscheidende Rolle, nicht nur in tiefen Subduktionszonen, sondern auch in oberflächennahen Verwerfungen, wo starke Erdbeben auftreten. Dieser Faktor wurde in seismischen Vorhersagemodellen lange Zeit weitgehend vernachlässigt, obwohl er die Geschwindigkeit des Spannungsaufbaus und die Häufigkeit von Erdbeben bestimmen kann, so Professor Thomas.

Die Studie erweitert zudem das Verständnis von langsamen Gleitvorgängen, insbesondere in der Cascadia-Subduktionszone im pazifischen Nordwesten , wo Bewegungen Tage bis Monate andauern können. Die dortigen Verwerfungen zeigen die Fähigkeit, bereits nach Stunden oder Tagen wieder zu gleiten, was auf eine rasche Spannungsrelaxation hindeutet.

Nach Angaben von Wissenschaftlern kann die mikroskopische Heilungsfähigkeit zwischen Mineralpartikeln Welleneffekte in einem Ausmaß von Hunderten von Kilometern erzeugen, also im Bereich großer Erdbeben.

Das bedeutet, dass selbst geringfügige Veränderungen im Gestein, etwa im Zusammenhalt der Quarzkörner, Einfluss darauf haben können, wie sich Energie an einer Verwerfung im Laufe der Zeit aufbaut oder freisetzt. Wird der Zusammenhalt schnell wiederhergestellt, kann die Verwerfung eine stärkere Blockierung erleiden, wodurch die Energie weiterhin komprimiert wird, anstatt allmählich durch kleine Bewegungen freigesetzt zu werden.

Umgekehrt kann diese Selbstheilung unter bestimmten Bedingungen auch den langsamen Gleitrhythmus verändern und somit beeinflussen, wann und wie sich Spannungen in der Erdkruste ausbreiten.

Aus diesem Grund sagen Wissenschaftler, dass das Verständnis des mikroskopischen Selbstheilungsprozesses nicht nur dazu beiträgt, das ungewöhnliche Verhalten des langsamen Gleitens zu erklären, sondern auch der Schlüssel zu einer genaueren Vorhersage des Erdbebenrisikos in Regionen mit aktiven Subduktionszonen ist.

Schlupfereignis (SSE)

Dies ist eine sehr langsame Form seismischer Bewegung, die nicht die starken Erschütterungen eines Erdbebens verursacht. Anstatt innerhalb von Sekunden Energie freizusetzen, dauert ein solches langsames Gleiten Tage bis Monate. Die tektonischen Platten bewegen sich nur wenige Zentimeter, aber das reicht aus, um Spannungen in der Erdkruste aufzubauen und auszugleichen.

Diese Ereignisse sind wichtig, weil sie auf Veränderungen der Spannungen in Verwerfungen hinweisen können, sogar mit Auswirkungen auf die Wahrscheinlichkeit zukünftiger großer Erdbeben.

Subduktionszone

Dies ist die Grenze, an der eine ozeanische Platte unter eine kontinentale Platte gleitet. Beim Abtauchen der Platte in den Erdmantel entstehen enorme Hitze und Drücke. Es handelt sich um die seismisch aktivste Region der Erde, in der sowohl langsame als auch starke Erdbeben auftreten.

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