Kaikoura-Erdbeben: Analyse ungewöhnlicher Bewegungen der Papatea-Verwerfung könnte die Erdbebenforschung revolutionieren

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Eine der 24 Gesteinsschollen, die im Jahr 2016 während des Kaikōura-Erdbebens in Neuseeland zerbrochen sind, hat sich im Rahmen einer erneuten Analyse der seismischen Daten als deutlich ungewöhnlicher herausgestellt, als Forscher bislang annahmen. Dies könnte nun zu einem dauerhaften Umdenken bei der Berechnung der Gefahren durch Erdbeben führen.

Als im Jahr 2016 ein schweres Erdbeben der Stärke 7,8 den Ort Kaikoura an der Ostküste Neuseelands erschütterte, nahm dies nicht nur einen erheblichen Einfluss auf die Morphologie der dortigen Landschaft, sondern auch auf das Leben der Einheimischen.

So kam es während der Erschütterung zu erheblichen Brüchen der Gesteinsschollen an mindestens 24 Verwerfungen. Nun konnte eine ungewöhnliche Verwerfung dieser Region durch die erneute Auswertung der gemessenen, seismischen Daten von 2016 die Aufmerksamkeit von Seismologen aus der gesamten Welt auf sich ziehen.

Während des Bebens bildete sich entlang der sogenannten Papatea-Verwerfung ein 19 Kilometer langer Riss an der Erdoberfläche; dabei wurde ein großes Areal des Berglandes von Kaikoura innerhalb von Sekunden dauerhaft um 8 Meter angehoben. Die Einzigartigkeit der Papatea-Verwerfung resultiert aus der Tatsache, dass die Gesteinsscholle so erheblich zerbrechen konnte, obwohl vor dem Erdbeben keinerlei Spannungen im Gestein entlang der Verwerfung gemessen werden konnten.

(A) Verortung des Kaikoura-Erdbebens bei der Hikurangi-Subduktionszone in Neuseeland
(B) Übersicht aller Verwerfungen des Kaikoura-Erdbebens von 2016
Quelle: Diederichs et al.

Eine neue Studie zum Papatea-Bruch, die vor kurzem in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, könnte nun zu einem dauerhaften Umdenken bei der Berechnung von Gefahren durch Erdbeben führen.

Co-Autor und Seismologe Rob Langridge erklärte dazu, dass die Verwerfung durch den Bruch benachbarter Gesteinsschollen ruckartig gestaut und zusammengepresst wurde, was zur anschließenden Bildung des Oberflächenrisses und dem Bodenversatz von 8 Meter in Kaikoura führte. “Dies erzeugte mit Abstand die größte vertikale Bewegung aller Gesteinsschollen, die während des Erdbebens zerbrachen.“, so Langridge.

Für die Studie nutzte das Forscherteam die Computeranalyse von LIDAR-Bildern (Light Detection and Ranging) zur Messung der reflektierten Intensität eines gepulsten Laserstrahls in Abhängigkeit von der nach dessen Aussendung vergangenen Zeit, um so eine Lösung für das ungewöhnliche Verhalten der Verwerfung zu erhalten.

Bildung eines 19 km langen Grabens entlang der Papatea-Verwerfung.
Quelle: RNZ / Tracy Neal

Die Studie wurde von Anna Diederichs und Ed Nissen, Geologen der University of Victoria in British Columbia, initiiert und verfasst. Drei Wissenschaftler vom Institute of Geological and Nuclear Sciences Limited, darunter Langridge, fungierten dabei als Co-Autoren.

“Wir haben eine Reihe ungewöhnlicher Merkmale des Papatea-Bruchs feststellen können. Am ungewöhnlichsten ist, dass das Modell des elastischen Rückschnellens, welches als Standardmodell zur Entstehung von Erdbeben gilt, nicht zu der beobachteten Bodenverformung passt”, sagte Nissen. “Wir sind zu dem Schluss gekommen, dass manche Verwerfungen außerhalb des typischen Verhaltens von Verwerfungen liegen und herkömmliche wissenschaftliche Modellierungen die Gefahren, die von solchen Brüchen ausgehen, nicht vollständig erfassen können.”

Das Prinzip der Erdbebenvoraussage basiert auf der Analyse sämtlicher Bodenbewegungen, sowie zunehmende Spannungen im Gestein entlang von Verwerfungen. “Der Papatea-Bruch scheint diesem Prinzip jedoch nicht zu folgen. Solche Besonderheiten müssen in zukünftigen Erdbebenvorhersagemodellen berücksichtigt werden.”, so Nissen.

Quelle: A. Diederichs et al. Unusual kinematics of the Papatea fault (2016 Kaikōura earthquake) suggest anelastic rupture, Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aax5703

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