Warum die Gezeiten Erdbeben auslösen können

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Bereits vor 20 Jahren fanden Wissenschaftler heraus, dass die Erdbeben entlang der Mittelozeanischen Rücken – also jenen Tiefsee-Gebirgszügen an der Naht zwischen zwei auseinanderdriftenden Erdplatten – im direkten Zusammenhang mit den Gezeiten ausgelöst werden. Jedoch konnten seither nur Mutmaßungen über die Gründe aufgestellt werden, die für eine Zunahme der Erschütterungen während des Gezeitenwechsels verantwortlich sind.   

“Dieses Phänomen stellte die Seismologie vor einem großen Rätsel, denn nach der konventionellen Theorie sollten die ausgelösten Erdbeben eher bei Flut auftreten”, erklärte Christopher Scholz, Seismologe am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University.

Da die mittelozeanischen Rücken überwiegend aus vertikalen oder stark geneigten Verwerfungen bestehen, gingen die Forscher bisher davon aus, dass erdbebeninduzierte Rutschungen vor allem während der Flut ausgelöst werden. Die erhobenen, seismischen Daten verdeutlichten jedoch, dass das Gegenteil der Fall ist. Nun ist es einem internationalen Forscherteam im Rahmen einer Studie gelungen, den Zusammenhang zwischen den vorherrschenden magmatischen Prozessen und dem Einfluss der Gezeiten herstellen.

“Es ist die Magmakammer, die aufgrund der Gezeiten atmet und so die Verwerfungen in Bewegung setzt”, sagte Scholz, der die Studie zusammen mit dem Lamont-Doherty-Absolventen Yen Joe Tan leitete.

Die Erdbeben entlang der Mittelozeanischen Rücken werden durch die Ausdehnung und Kontraktion der darunter liegenden Magmakammern während der Gezeitenwechsel ausgelöst. Scholz beschreibt die Störlinie der mittelozeanischen Rücken als eine geneigte Verwerfung, die zwei Erdplatten voneinander trennt. Wenn bei Ebbe nun deutlich geringere Wassermassen Druck auf die weiche Kammer aus geschmolzenem Gestein unterhalb des Tiefseekamms ausüben, dehnt sich so die Magmakammer aus. Dabei wird der untere Platte nach oben geschoben und gleitet entlang der oberen Platte. Diese Bewegung kann infolgedessen Erdbeben auslösen.

Um diesem Geheimnis auf den Grund zu gehen, studierte das Forscherteam den Axial-Vulkan entlang des Juan de Fuca Rücken im Pazifik. Da der Vulkan ungefähr alle zehn Jahre erneut ausbricht, haben die Wissenschaftler ein dichtes Netzwerk von Messinstrumenten entlang des Meeresbodens zur Überwachung errichtet. Das Team nutzte die erhobenen Daten, um verschiedene Möglichkeiten zu modellieren, warum die Erschütterungen insbesondere während der Ebbe ausgelöst werden.

Als das Team die Erdbebenrate des Juan de Fuca Rückens mit der hypothetischen Belastbarkeit der Verwerfung verglichen, erkannten sie, dass selbst kleinste Belastungen ein Erdbeben in dieser Region auslösen könnte. “Ein Grund, warum die vorherrschenden Verwerfungen so empfindlich auf äußere Einflüsse reagieren, ist, dass sie sehr flach sind”, betont Scholz. “Ihre durchschnittliche Tiefe beträgt etwa 1 Kilometer im Gegensatz zu den üblichen Erdbebentiefen kontinentaler Erdbeben in etwa 10 Kilometern. Dadurch werden die Verwerfungen geschwächt.“ So schätzt das Forscherteam, dass kleine Erschütterungen entlang der mittelozeanischen Rücken auch durch andere Mechanismen ausgelöst werden können, wie z.B. durch seismische Wellen anderer Erdbeben oder durch geothermisches Fracking – auch aus größeren Distanzen.

“Unser Modell zeigt, dass die Seismizität der Mittelozeanischen Rücken unter anderem aus den Spannungswechselwirkungen zwischen der darunterliegenden Magmakammer und den Gezeiten resultiert. Unser nächstes Projekt ist die Untersuchung des Zusammenhangs der vorherrschenden Seismizität mit den vierzehntägigen Gezeiten”, sagte Scholz. “um so den Prozess der Seismizität entlang der Mittelozeanischen Rücken auch im Hinblick auf den Wasserfluss der Ozeane besser verstehen zu können.”

Quelle: Scholz, C., Yen, J. T. & Albino, F. (2019): The mechanism of tidal triggering of earthquakes at mid-ocean ridges. Nature Communication, 2019; 10 (1).

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