Der Sommer könnte große Erdbeben auslösen (es ist nicht so, wie du denkst)

Am 24. August 2014 riss ein Erdbeben das nordkalifornische Napa-Sonoma Valley durch. Es war das größte in der San Francisco Bay Area in 25 Jahren und hinterließ zwei Tote und Hunderte Verletzte und verursachte Schäden, die eine halbe Milliarde Dollar kosteten.

Als Meredith Kraner, eine Geophysikerin der Universität von Nevada, hochpräzise GPS-Zeitreihen aus der Region um das Beben untersuchte, "fanden wir diese wirklich interessante Signatur in den Daten", sagte sie Live Science: ein verräterisches Muster von Expansion und Kontraktion in der Erdkruste. In einer Studie, die diese Entdeckung im Journal of Geophysical Research beschreibt, untersuchen Kraner und ihre Kollegen auch, ob saisonale Fluktuationen in lokalen Grundwasserleitern diesen Zyklus von Expansion und Kontraktion erklären könnten, ein Phänomen, das das Erdbeben selbst ausgelöst haben könnte. [7 Wege, wie sich die Erde im Augenwinkel verändert]

Erdbeben treten auf, wenn sich die sich langsam bewegenden tektonischen Platten der Erde plötzlich gegeneinander verschieben, normalerweise aufgrund einer Ansammlung von Stress, der die beiden destabilisiert. "Es ist, als würde man einen Stock brechen", sagte Kraner. "Wenn du daran ziehst und daran ziehst, kommt es irgendwann zur Bruchstelle."

Aber die von Kraner beobachteten Schwankungen in der Erdkruste deuten darauf hin, dass möglicherweise ein zusätzliches saisonales Element diesen Prozess ausgelöst hat. Sie identifizierte dieses Muster, indem sie Daten von Earthscope sammelte, einem riesigen Netzwerk hochpräziser GPS-Sensoren, die über die erdbebengefährdeten westlichen Vereinigten Staaten verteilt sind. Seit 2005 zeichnen diese Sensoren millimetergroße Verschiebungen in der Erdkruste auf und bilden einen riesigen und detaillierten Datensatz. Anhand dieser Informationen konnte Kraner die Ausdehnung und Kontraktion der Kruste um die Erdbebenzone genau bestimmen.

"Die Kruste ist im Spätsommer in Ausdehnung, und im Winter ist sie zusammengezogen. Das sieht man jedes Jahr an diesem Ort", sagte Kraner. "Unsere Theorie ist, dass diese saisonale Komponente das letzte Strohhalm für dieses Erdbeben war", sagte Kraner gegenüber Live Science.

Aber was war hinter diesem ungewöhnlichen jahreszeitlichen Zyklus und wie könnte er mit dem Beben zusammenhängen? Nachdem das Team mehrere andere Faktoren ausgeschlossen hatte, "war das einzige, was wir davon halten konnten, eine Art örtliches Grundwasserleitersystem", sagte Kraner.

Um diese Idee zu testen, verwendete Kraner Satellitendaten des Napa-Sonoma-Tals, die bemerkenswerte saisonale Veränderungen der Bodenhöhe über den Gebieten aufzeigten, in denen Aquiferbecken existieren. [Bildergalerie: Destruktive Erdbeben dieses Jahrtausends]

Es ist bekannt, dass steigende und abnehmende Grundwasserstände dazu führen können, dass die Höhe an der Erdoberfläche steigt und fällt. Kraner hat die Wassermenge in diesen Becken nicht gemessen, aber sie vermutete, dass, wenn der Grundwasserspiegel im Sommer aufgrund der geringen Wasserverfügbarkeit zurückgehen würde, dies dazu führen würde, dass das Land oben nachlässt. Wenn dies geschieht, würde es an der Kruste ziehen, es horizontal zusammenziehen und das Land um den Aquifer "dehnen" oder "ausdehnen".

Wenn nach dieser Logik Aquiferbecken auf beiden Seiten der Verwerfungslinie zurückwichen, würde dies auch dazu führen, dass sich das Land horizontal auf jeder Seite des Verwerfungsabschnitts zusammenzieht. (In der Tat zeigten die GPS-Aufzeichnungen in Kraners Daten im Sommer eine Ausdehnung von 3 Millimeter über die Landschaft.) Wie das Lösen einer Klemme würde dies den stabilisierenden Druck auf den Fehler freigeben, wodurch die Platten gegeneinander gleiten und ein Erdbeben auslösen , Erklärte Kraner: "Das Erdbeben ereignete sich in dieser expansiven Region zwischen diesen beiden Aquiferen."

Bedeutet dies, dass die vom Menschen verursachte Verarmung von Grundwasserleitern diesen Prozess in Gang setzen und Erdbeben verursachen kann? Kraner warnte, dass die Studie diese Frage nicht beantworten könne. Dennoch ist die Region von wasserfressenden Weinbergen geprägt, die zu einer Kontraktion der Erdoberfläche in diesem Gebiet führen könnten.

"Auf den [Aquifers] haben Sie kalifornische Weingüter. Sie pumpen eine Menge Wasser. Wir wissen nicht, wie viel", sagte Kraner. Und diese Abhängigkeit vom Grundwasser könnte während der trockenen Sommermonate und während der Trockenheit zunehmen. Aber Kraner stellte schnell fest, dass ihre Studie das Wasservolumen oder die Pumprate um die Zeit des Bebens nicht maß.

Grundwasserspiegel schwanken auch natürlich, angetrieben durch Regen, Verdunstung und andere natürliche Phänomene, sagte sie.

Aber als erste Studie, um dieses lokalisierte Muster der Expansion und Kontraktion in der Erdkruste zu identifizieren, zeigen Kraners Forschung entscheidend, dass saisonaler Stress einer von vielen Faktoren sein kann, die helfen, Erdbeben auszulösen. Das Verständnis dieses jahreszeitlichen Elements könnte Wissenschaftlern eines Tages helfen, reichhaltigere und genauere Vorhersagen für diese Phänomene zu erstellen, sagte sie.

"Sie fügen der Erdbebenvorhersage eine Zeitabhängigkeit hinzu", sagte Kraner. "Dies ist wichtig, um zu verstehen, wie Erdbeben ausgelöst werden."

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