Was sind die Ursachen für Erdbeben durch Verwerfungen? Neue Studie erklärt die ‚Faule Erde‘

Eine neue Studie hat umfangreiche Daten darüber aufgedeckt, wie sich Streik-Schlupf-Verwerfungen mit der Zeit entwickeln und schließlich Erdbeben an der Erdoberfläche verursachen. Die Forscher haben die Bewegung zweier Platten in einer Streichen-Schlupf-Bewegung als „Lazy Earth“-Hypothese bezeichnet.

Um einen Schritt zurückzutreten, sind Streichen-Schlupf-Verwerfungen die Art und Weise, wie Geowissenschaftler die Bewegung zweier Platten beschreiben, die in Kontakt miteinander stehen. Bei dieser speziellen Verwerfung bewegen sich die beiden Platten parallel, aber in entgegengesetzter Richtung zueinander. Dies kann demonstriert werden, indem man zwei Stücke Sandpapier in jede Hand nimmt und die rechte Hand vorwärts und die linke Hand rückwärts reibt.

Strike-Slip-Verwerfungen erzeugen wenig bis keinen vertikalen Versatz zwischen den beiden Platten, aber einen signifikanten seitlichen Versatz. Tatsächlich ist diese Art der Verwerfung der vorherrschende Verwerfungstyp in Westkalifornien, wie zum Beispiel das San-Andreas-Verwerfungssystem. Die Ursache von Streichen-Schlupfverwerfungs-Erdbeben liegt in der Bewegung der beiden Platten gegeneinander und der Freisetzung von aufgestauter Spannung. Da die größeren Platten in unterschiedliche Richtungen geschoben oder gezogen werden, bauen sie Spannungen gegen die benachbarte Platte auf, bis diese schließlich versagt.

Die aktuelle Studie wurde im Journal of Structural Geology von Dr. Alexandra Hatem von der University of Massachusetts Amherst veröffentlicht. Die Motivation hinter der Forschung ist es, sich speziell auf das zu konzentrieren, was unter der Erdkruste passiert, wenn sich Streichverwerfungen bilden und brechen.

Was die Bewegung von Streichverwerfungen steuert

Geologen verstehen die Mechanik von Streichverwerfungen auf der Plattenskala, aber bis jetzt wurden die Besonderheiten von Verwerfungen auf einer sehr kleinen Skala nicht so gründlich untersucht. Oftmals sehen wir Verwerfungen, wie sie gegenwärtig existieren, aber wir können die Entwicklung dieser Verwerfung von den Anfangsstadien an nicht betrachten.

Um dies zu untersuchen, baute Dr. Hatem ein Miniaturmodell der Erdkruste aus Kaolin-Ton. Das Team stellte sicher, dass die Länge zur Tiefe angemessen skaliert war, um die auf der Erde zu imitieren und mit der richtigen Viskosität. Nachdem das Team zwei Platten aus diesem Kaolin-Ton hergestellt hatte, stellte es verschiedene Randbedingungen auf, um die Entwicklung der Streichen-Rutsch-Verwerfung zu testen. In einer Randbedingung gibt es eine bereits existierende Verwerfung entlang der beiden Platten, in einer anderen eine bereits existierende Verschiebung unter den Tonplatten und im letzten Beispiel liegt die Verschiebung in einer breiteren Scherzone.

Nachdem die Modelle eingerichtet waren, bewegte das Team die beiden Tonplatten in entgegengesetzte Richtungen, um winzige Veränderungen zu messen, während sich die Streik-Schlupf-Verwerfungen entwickelten. Das Team fand heraus, dass sich die Verwerfungen durch eine „Lazy Earth“-Hypothese entwickeln, wobei die Verwerfungsausbreitung den einfachsten Weg nimmt. Dies ist eine ähnliche Eigenschaft, die wir in vielen Systemen auf der Erde sehen, von Flüssen, die den einfachsten Weg zu niedrigeren Erhebungen finden, bis hin zu Säugetieren, die den einfachsten Weg von Punkt A zu Punkt B nehmen.

Während sich die Verwerfungen ausbreiten, hat das Team gemessen, wie die Dehnung auf verschiedene Teile der Verwerfung übertragen wird, ein Prozess, der im wirklichen Leben Millionen von Jahren und über viele Kilometer dauert. Im Gegensatz zu der idealisierten linearen Bewegung einer Streik-Schlupf-Verwerfung demonstrierte das Team, was Geologen in der Theorie wussten, nämlich dass die Scherdehnung mehrere Stadien durchläuft, bevor die endgültige Bewegung entlang der Verwerfung erfolgt.

Anfänglich ist die Dehnung entlang der Verwerfung über die Verwerfungszone verteilt. Durch die weitere Dehnung und Entwicklung der Verwerfungen beginnen sich „en echelon faults“ zu bilden, zu verlängern, zu interagieren und sich entlang der breiteren Verwerfungszone auszubreiten. Schließlich wird die Dehnung durch die Bewegung entlang der dominanten durchgehenden Streik-Schlupf-Verwerfung freigesetzt.

Ein weiterer interessanter Befund ist, dass eingebaute Unregelmäßigkeiten in Verwerfungen persistent sind, ohne dass die Verwerfung die Unregelmäßigkeiten „fixiert“ und eine gerade und effektivere Verwerfung bildet. Diese allgemeine Entwicklung einer Streik-Schlupf-Verwerfung scheint unabhängig von den Randbedingungen zu sein.

Diese Studie liefert eine der detailliertestentiefe Analyse der Entstehung von Streichen-Schlupf-Verwerfungen auf einer kleinen Skala. Dies ermöglicht es Geologen, Verwerfungen wie die San-Andreas-Verwerfung besser zu verstehen, wie sie entstanden sind und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickeln. Dies ist ein weiterer Baustein, der Geologen hilft, Erdbeben besser zu verstehen und vorherzusagen.