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Prüfender Blick in die Tiefe

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 22.06.2009 10:53

Die San-Andreas-Verwerfung ist eine der berüchtigtsten Bruchzonen der Erde, denn – wie auf einer Perlenschnur aufgereiht – liegen an ihr nahezu alle Ballungsräume Kaliforniens, und die Menschen in den Metropolen von San Diego bis Oakland rechnen fest mit „The Big One“, dem verheerenden Beben, dem nach San Francisco 1906 die nächste Großstadt zum Opfer fallen wird. Wann das große Beben kommen wird, weiß niemand, doch die Wissenschaftler versuchen mit großem Aufwand so etwas wie ein Frühwarnsystem für die Störung zu entwickeln. Doch dafür müssen sie erst einmal genau wissen, mit wem sie es zu tun haben. Das Tiefenobservatorium Safod, ein Projekt des Internationalen Kontinentalen Tiefbohrprogramms und des Geologischen Dienstes der USA, soll das leisten. Dafür ist ein Bohrloch bis in drei Kilometer Tiefe gebohrt worden, durch das die Verwerfung in den kommenden Jahren beobachtet werden soll.

Mehr als 1300 Kilometer zieht sich die Störung vom mexikanischen Golf von Kalifornien der Länge nach durch den gleichnamigen US-Bundesstaat und taucht am Kap Mendocino nördlich von San Francisco im Pazifik unter. Hier rutschen seit Jahrmillionen die Pazifische Platte und die Nordamerikanische Platte aneinander vorbei. Das geschieht mal mit mehr, mal mit weniger großen Erschütterungen. Die Platten sind die paar Hundert Kilometer, die sie in dieser Zeit zurückgelegt haben, nicht geschmeidig gerutscht, sondern neigen dazu, sich zu verhaken. Erst wenn genügend Energie aufgebaut worden ist, um diese Verhakung zu sprengen, geht es mit einem Ruck weiter. Der Ruck ist als Erdbeben zu spüren.

San-Andreas-VerwerfungMit Safod können die Wissenschaftler jetzt zum ersten Mal beobachten, was sich in einer solchen Bruchzone ereignet. Dafür ist im vergangenen Jahr eine Bohrung bis in drei Kilometer Tiefe abgeteuft worden. Zuerst ging es westlich der Verwerfung senkrecht in die pazifische Platte hinein, bis in knapp 2000 Metern Tiefe die Bohrung nach Osten abknickte und durch die Störung hindurch in die Nordamerikanische Platte hineinführte. Schauplatz der spektakulären Operation ist Parkfield, ein 18-Einwohner-Nest irgendwo auf halbem Weg zwischen San Francisco und Los Angeles. Und das kommt nicht von Ungefähr.

„Der Bereich ist ein ganz besonderer“, erklärt Oliver Ritter, Geophysiker am Geoforschungszentrum Potsdam, der an dem Projekt beteiligt ist, „weil sich die San Andreas Verwerfung hier unterschiedlich verhält.“ Die Beobachtungen, die Safod in den ersten Monaten seines Betriebs gemacht hat, bestätigen das. Südlich von Parkfield haben sich die Platten so sehr ineinander verhakt, so dass es selten bebt. Wenn die verhakten Platten sich dann aber doch bewegen, geschieht das mit umso größerer Gewalt. Nördlich von Parkfield geht es dagegen reibungsloser zu. Dort kriechen die beiden Platten geradezu aneinander vorbei. Erdbeben gibt es daher viel häufiger, aber kaum eines davon hat genügend Energie für größere Schäden aufbauen können. Warum sich die beiden Abschnitte der Verwerfung so drastisch voneinander unterscheiden, weiß man nicht, doch in Parkfield treffen sie zusammen.

San-Andreas-BohrungDie eigentliche Nahtstelle ist ein nur wenige Dutzend Meter dickes Gesteinsband tief unten im Erdinneren. Dort entstehen durch die ungeheuren Reibungskräfte neue Minerale. Diese neuen Minerale machen das Gestein elastisch. Es verbiegt sich eher, als dass es bricht. Ganz anders reagiert das Gestein direkt daneben. „In unmittelbarer Nähe, in der Zerrüttungszone dieser Störung, gibt es charakteristische, kleine Erdbeben, die dort regelmäßig vorkommen“, erklärt Ritter. Wie gut die Bohrstelle in Parkfield gewählt ist, haben die Wissenschaftler in den vergangenen Monaten ebenfalls erfahren können. Sie registrierten im Süden, wo das Potential für katastrophale Beben viel höher ist, ein bisher unbekanntes Phänomen, nach dem sie im Norden vergeblich fahndeten: ein Zittern in der Erdkruste, das auf den Seismometern ganz anders aussieht als Erdbeben.

Dieses Zittern wird Tremor genannt und ist den Geophysikern von Vulkanen her bekannt. Dort signalisiert es, dass Magma tief im Erdinneren in Bewegung geraten ist. Doch unter Parkfield gibt es bis in viele Kilometer Tiefe kein Magma,  aber trotzdem registrieren die Instrumente diese Tremorsignale. Sie stammen offenbar aus einer Tiefe von 20 bis 40 Kilometern, mithin aus der Kontaktzone zwischen Erdkruste und Erdmantel. Ritter: „Man sieht, dass es eine ganz klare Korrelation gibt zwischen den Tremoraktivitäten aus großer Tiefe und eigentlicher Erdbebenaktivität. Über die Ursache können die Geowissenschaftler bislang nur spekulieren. Ritter: „Die Idee ist, dass vermutlich Fluide, Gesteinswässer aus dem Bereich des oberen Mantels, dort unten eingeschlossen sind durch geologische Besonderheiten.“

San-Andreas-VerwerfungMöglicherweise haben die Forscher damit einen Ansatzpunkt für ein Frühwarnsystem entdeckt. Ritter: „Fass es eventuell dort größere Mengen an Fluiden gibt, die eingeschlossen sind, wo sich größerer Druck aufbaut, könnte es einen kausalen Zusammenhang zwischen Bruchbeben und diesen Tremorsignalen geben.“ Ein erhöhter Druck in dem Flüssigkeitsreservoir könnte vielleicht einen erhöhten Tremor auslösen, bevor er zu heftigeren Bewegungen der Krustenplatten führt, und so die Menschen vor dem Beben warnen. Allerdings ist dieses Zittern der Erdkruste für die Geophysiker ganz neu und entsprechend vorsichtig sind sie mit ihrer Wertung. „Das ist sehr spekulativ“, meint denn auch Oliver Ritter.

Die Entdeckung macht jedoch deutlich, wie genau die Forscher hinschauen müssen, um das Geschehen an den Verwerfungen der Welt zu verstehen. „Das ist zwar insgesamt ein Gebilde, was mehrere hundert oder tausend Kilometer lang ist“, erklärt der Potsdamer Geophysiker, „aber diese einzelnen Segmente haben offensichtlich eine ganz andere Charakteristik und offensichtlich entstehen auch Erdbeben ganz anders.“ Die Störungszonen der Welt, von Japan über Istanbul bis nach Kalifornien, müssen daher viel genauer und individuell beobachtet werden, bevor man so etwas wie ein Frühwarnsystem für Erdbeben installieren kann.

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