Was Wissenschaftler gerade über Neuseelands Großes herausgefunden haben

May 21, 2024

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Für Wissenschaftler, die versuchen, die komplexe Mechanik der größten Naturgefahr Neuseelands zu verstehen, ist dies vielleicht die größte Frage überhaupt, die es zu beantworten gilt.

Was treibt die „Slow-Slip“-Erdbeben an, die wir an der Oberfläche nie spüren, die aber scheinbar so großen Einfluss auf die Aktivität an unserer Plattengrenze haben?

Eine internationale Studie hat uns nun der Lösung des Rätsels dieser tiefsitzenden Zeitlupenprozesse, die oft als Druckentlastungsventile in einer Verwerfungszone fungieren und in der Lage sind, gewaltige Erdbeben und Tsunamis auszulösen, einen großen Schritt näher gebracht.

Wenn wir den Ozean trockenlegen würden, würde dieser Rand, die Hikuarangi-Subduktionszone genannt wird, als riesige Bergkette erscheinen, die sich aus dem Meeresboden vor der Ostküste der Nordinsel erhebt.

Auf einer Karte erscheint es als lange Linie, die sich von Gewässern weit nördlich des Ostkap bis zur nordöstlichen Südinsel erstreckt und unter der die Pazifische Platte unter die Australische Platte abtaucht – oder subduziert.

Das ständige Zusammendrücken dieser beiden riesigen Brocken der Erdkruste erzeugt eine enorme Menge aufgestauter Energie, die irgendwie freigesetzt werden muss.

Die „Mega-Thrust“-Erdbeben in der Subduktionszone hinter dem Tsunami im Indischen Ozean 2004 – und die katastrophale Tōhoku-Katastrophe in Japan sieben Jahre später – zeigen, wie dies auf die schlimmste Art und Weise passieren kann.

Entlang unserer Subduktionszone schätzen Wissenschaftler die Wahrscheinlichkeit, dass innerhalb der nächsten 50 Jahre ein Ereignis mit einer Stärke von 8,0 oder größer unterhalb der unteren Nordinsel eintrifft, auf 26 Prozent.

Dies unterstreicht die Bedeutung eines großen Forschungsschwerpunkts auf der Rolle langsamer Erdbeben, die sich lautlos entlang der Grenze entfalten, aber dennoch die Kraft haben, Verwerfungen über Tage, Wochen oder Monate um Dutzende Zentimeter zu verschieben.

Es ist bekannt, dass sie in geringer Tiefe vor der Ostküste auftreten, aber auch in tieferen Ebenen vor den Regionen Manawatū und Kāpiti, wo ein anhaltendes Ereignis kürzlich aufgestaute Energie freisetzte, die einem Beben der Stärke 7,0 entspricht.

Die neue Studie, die in der Fachzeitschrift Nature GeoScience veröffentlicht wurde, wirft neues Licht darauf, wie die richtigen Bedingungen für diese mysteriösen Ereignisse geschaffen werden können.

Im Allgemeinen gehen Wissenschaftler davon aus, dass die Zusammensetzung der Kruste ein wesentlicher Faktor dafür ist, wie tektonische Energie freigesetzt wird. Weichere, feuchtere Gesteine ​​ermöglichen ein langsames Abrutschen der Platten, während trockenere, spröde Gesteine ​​Energie speichern, bis sie in heftigen und tödlichen Megabeben versagen .

Der Co-Autor der Studie und Seismologe von GNS Science, Dr. Bill Fry, sagte, dass Wissenschaftler entlang unserer Subduktionszone routinemäßig eine Vielzahl von Erdbeben beobachteten.

„Diese große Vielfalt lässt sich zu einem großen Teil durch die Auswirkungen von Flüssigkeiten auf die Plattengrenzstörung erklären, die wir ‚Megaschub‘ nennen“, sagte er.

„Wenn viel Flüssigkeit vorhanden ist, neigt die Verwerfung dazu, schwach zu sein und sich langsam zu bewegen. Wenn die Verwerfung relativ trocken ist, neigt sie dazu, stark zu sein und bei normalen „schnellen“ Erdbeben zu brechen.

„In Neuseeland sehen wir beide Phänomene und alles dazwischen.“

Es wurde angenommen, dass die Erdbeben von 1947, die Tsunamis an die Küste von Gisborne trieben, „schneller“ als schleichende Erdbeben, aber langsamer als normale Beben waren.

Zuvor hatten Wissenschaftler einen Mechanismus entdeckt, der die Verwerfungen der Subduktionszone hydrierte und sie schwach machte.

Aber sie hatten immer noch nicht genau herausgefunden, was die Flüssigkeiten über Zeiträume von Zehntausenden von Jahren an Ort und Stelle hielt.

„Die große vorherige Herausforderung bestand darin, die Herkunft des Wassers zu zeigen, da wir dachten, dass bei jedem Erdbebenzyklus ein Teil davon verloren gehen und schnell abfließen würde, wodurch die Verwerfung mit jedem Erdbeben stärker würde“, sagte Fry.

„Das ist nicht das, was wir auf dem Hikurangi sehen.“

Dort identifizierte eine seismische Meeresuntersuchung im Jahr 2018 eine mögliche Antwort auf das Rätsel in Seebergen – riesigen Unterwasserbergen, die sich vom Meeresboden erstrecken, ohne die Oberfläche zu erreichen.

Bei der Aufnahme des allerersten 3D-Scans eines solchen Erdbebens fanden sie auch Hinweise darauf, dass diese Flüssigkeiten in einem Trog eingeschlossen bleiben, der entsteht, wenn Seeberge ihren Weg durch die Subduktionszone bahnen, wodurch die Verwerfung über viele Erdbebenzyklen hinweg geschwächt wird.

Ihre Bilder zeigten den Pāpaku Seamount – einen seit langem erloschenen Vulkan, der Kilometer unter dem Meeresboden östlich der Nordinsel liegt – wie er inmitten eines Musters aus Spannungen, Flüssigkeiten und Sedimenten mit der Subduktionszone kollidierte.

Während frühere Modelle darauf hindeuteten, dass Sedimente in die Subduktionszone vor dem Seeberg gedrückt wurden, zeigte der Scan etwas anderes: eine riesige Sedimentspur im Kielwasser von Pāpaku.

Eine weitere Überraschung war, dass die Wissenschaftler die verblassende Spur eines viel größeren Seebergs entdeckten, der längst unter der Nordinsel Neuseelands gesunken war.

Die Entdeckung deutete darauf hin, dass sinkende Seeberge genügend wasserreiches Sediment nach unten ziehen, um zumindest in Neuseeland Bedingungen in der Kruste zu schaffen, die für langsame Erdbeben geeignet sind.

„Dieser ältere Berg scheint eng mit einem emporgehobenen Bergrücken verbunden zu sein, der genau ins Schwarze trifft, wo die jüngsten langsamen Aktivitäten stattgefunden haben“, sagte der Leiter der Studie, Dr. Nathan Bangs von der University of Texas in Austin in den USA.

Letztendlich, so Fry, hätten die Ergebnisse den Wissenschaftlern ermöglicht, besser zu verstehen, „warum“ langsame Erdbeben funktionierten.

„Es geht auch über die Verbesserung unseres Verständnisses langsamer Erdbeben hinaus bis hin zur Verbesserung unseres Wissens über Tsunami-Erdbeben und sogar über die Art und Weise, wie schnelle, riesige Erdbeben diese schwachen Regionen durchqueren oder um sie herum passieren könnten“, sagte er.

„Letztendlich unternehmen wir Arbeiten wie diese, um unsere gesellschaftliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Erdbeben und Tsunamis zu verbessern.

„Dieses Ergebnis stellt ein weiteres Puzzleteil dar, das wir in unseren groß angelegten Erdbebenzyklussimulationen verwenden können.“

Möglicherweise hatte die Entdeckung Auswirkungen auf Subduktionszonen anderswo auf dem Planeten.

Bangs sagte, es könnte andere Gebiete wie Cascadia im pazifischen Nordwesten der USA geben, in denen es abtauchende Seeberge und viel Sediment gibt, „aber da die abtauchende Kruste dort normalerweise weniger Wasser enthält als Hikurangi, ist es möglicherweise weniger wahrscheinlich, dass sie die gleiche Art haben.“ von flacher Slow-Slip-Aktivität“.

Unterdessen haben Fry und Kollegen in Neuseeland damit begonnen, die Auswirkungen eingeschlossener Flüssigkeiten auf Erdbeben mit Megaschub bis hin zur Kermadec-Subduktionszone zu modellieren, mit Plänen, die Arbeit auf den gesamten Südwestpazifik auszudehnen.

„Wir glauben, dass damit eine der wichtigsten letzten Hürden überwunden wird, bevor wir große Computermodelle verwenden, um die physikbasierte probabilistische Tsunami-Gefahr für alle unsere lokalen und regionalen Erdbeben zu berechnen“, sagte Fry.

Jamie Morton ist Spezialist für Wissenschafts- und Umweltberichterstattung. Er kam 2011 zum Herald und schreibt über alles von Naturschutz und Klimawandel bis hin zu Naturgefahren und neuen Technologien.

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