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Seltene Gelegenheit

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 02.11.2012 18:51

Nur selten haben Geowissenschaftler die Gelegenheit, die sogenannte seismogene Zone, in der Erdbeben ausgelöst werden, anzubohren und Gesteinsproben zu nehmen. An Land bietet das Tiefenobservatorium an der San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien so eine Gelegenheit, bei den Bruchzonen in den Ozeanen gibt es vor der Pazifikküste von Costa Rica und Panama eine solche Situation. Dort befindet sich die seismogene Zone durch besondere Umstände in einer Tiefe von nur fünf Kilometern. Das "Costa Rica Seismogenesis Project" (Crisp) soll sie daher genauer unter die Lupe nehmen. Eine der Expeditionen in diesem IODP-Paradeprojekt ist gerade unterwegs.

Das Operationsgebiet der CRISP-Expedition vor der Küste Costa Ricas. (Bild: NSF/IODP)"Bis März 2011 war sich die Fachwelt einig, dass Megabeben mit einer Magnitude von 8,5 und größer nur an akkretionären Rändern auftreten", meint Michael Stipp, Wissenschaftler im Bereich Marine Geodynamik am Geomar in Kiel, "dann gab es den 11. März 2011 mit dem Tohoku-Beben vor Japan, und das stellte die gängigen Theorien auf den Kopf." Dieses Beben hatte eine Magnitude von 9,0, rangiert derzeit an vierter Stelle auf der Liste der schwersten Erdbeben des 20. und 21. Jahrhunderts und fand eben nicht an einem solchen akkretionären, sondern an einem sogenannten erosiven Rand statt. Bei einer solchen Konstellation raspelt die ins Erdinnere abtauchende Platte Material von der oberen Platte ab und nimmt es mit nach unten, was nach bisheriger Meinung zu eher bescheidenen Beben führen sollte.

Das Tohoku-Beben verlieh dem Bohrprojekt CRISP in die Kollisionszone vor der costaricanischen Pazifikküste ganz ungeahnte Aktualität, denn auch dort gibt es einen erosiven Plattenrand. "Es ist jetzt natürlich umso interessanter, dass wir an diesem erosiven Rand arbeiten und die Prozesse verstehen, um vielleicht dann auch ein Stück weit besser zu verstehen, warum vor Tohoku dieses Erdbeben stattfand", so Stipp, der wegen eines Krankheitsfalls in der Familie seine Teilnahme an der achtwöchigen zweiten Expedition des CRISP-Projektes absagen musste und die Fahrt des US-Bohrschiffs Joides Resolution als "onshore scientist" von Deutschland aus verfolgt. Am 23. Oktober hat das Schiff den panamaischen Hafen Balboa verlassen und inzwischen das Expeditionsgebiet rund 100 Kilometer vor der panamaischen Küste erreicht und dort mit den Bohrungen begonnen.

Das US-Bohrschiff Joides Resolution vor dem Auslaufen im costaricanischen Hafen Puntarenas. (Bild: IFM-Geomar/S. Kutterolf)Obwohl erosive Ränder rund die Hälfte aller ozeanischen Plattengrenzen ausmachen, ist die Zone vor dem pazifischen Mittelamerika, wo die ozeanische Cocos-Platte unter der Karibischen Platte ins Erdinnere hinabtaucht, ein besonderer Glücksfall für die Forschung. "Die Cocosplatte ist eine relativ kleine Platte mit relativ wenig Sediment Bedeckung und es gibt den Cocos-Rücken, der dort subduziert wird", erklärt Stipp. Der Cocos-Rücken ist eine Reihe von untermeerischen Bergen, die einer nach dem anderen unter der Karibischen Platte verschwinden. Dabei wölben sie allerdings die Kollisionszone auf, "die Konsequenz daraus ist", so Stipp, "dass die Zone, in der die großen Erdbeben auftreten, schon in ungefähr fünf Kilometer Tiefe beginnt". Damit befindet sich diese Zone in Reichweite heutiger Bohrschiffe wie der japanischen "Chikyu". Für die Geophysiker ist das ein ganz seltener Glücksfall, denn so können sie in die Zone bohren, in der die Erdbeben entstehen.

Die "Joides Resolution" kann solche Tiefen zwar nicht erreichen, soll aber mit der derzeitigen CRISP-Expedition unter anderem den Einsatz der "Chikyu" vorbereiten. "Man will natürlich auch schon möglichst frühzeitig Bescheid wissen, über all das, was dann in der Hauptbohrung auf uns zu kommt", so Michael Stipp. Deshalb sollen jetzt Kerne aus bis zu 1000 Meter Tiefe unterhalb des Meeresbodens emporgeholt werden. Das Gestein wird vor allem von der Karibischen Platte und dem "Abrieb" stammen, der beim Plattenkontakt anfällt. Letztendlich dienen diese Voruntersuchungen aber als Grundlage, um den Höhepunkt des CRISP-Projektes zu planen. Eingehende Planung ist wichtig für den Einsatz des japanischen Schiffes, bei dem jeder Operationstag einige Hunderttausend Euro kostet.

CRISP-Bohrkerne an Bord der Joides Resolution. (Bild: NSF/IODP)Doch die Expedition dient nicht ausschließlich der Vorbereitung. Die Joides Resolution soll auch nach Hinweisen suchen, wie sich die Bruchzone bei den jüngsten Beben verhalten hat. So gab es im Juni 2002 ein Erdbeben der Magnitude 6,4, von dem sich möglicherweise noch Spuren finden lassen. "Vielleicht gibt es sogar Hinweise auf ein Durchbrechen der Plattengrenze bis an den Meeresboden", so Stipp, "das wäre natürlich eine kleine Sensation, denn das könnte ein Hinweis darauf sein, dass das auch Tsunamis auslösen könnte, weil dann der Meeresboden angehoben oder abgesenkt wird." An der zentralamerikanischen Pazifikküste gibt es nach Stipps Angaben mehrere Sedimentablagerungen, bei denen viel dafür spricht, dass Tsunamis verantwortlich waren.

Bis Anfang Dezember wird die "Joides Resolution" in den Gewässern vor Panama und Costa Rica bohren, am 11. Dezember wird sie im costaricanischen Hafen Puntarenas erwartet. 32 Wissenschaftler aus zehn Nationen sind an Bord, darunter auch zwei von Michael Stipps Kollegen vom Geomar. Wann die "Chikyu" in den Ostpazifik fährt, um unter anderem vor Costa Rica zu bohren, wird allerdings erst im Lauf des nächsten Meerestiefbohrprogramms entschieden, das im Herbst 2013 beginnt und bis 2023 läuft.