Forscher haben Bilder einer Subduktionszone vor Vancouver Island aufgenommen, die sich scheinbar auflöst, was zeigt, dass diese riesigen tektonischen Systeme möglicherweise in Fragmenten anstelle von einem Vorgang enden. Der Befund könnte Licht auf antike zerbrochene Plattenstücke, vulkanische Aktivitäten und die Art und Weise werfen, wie verdeckte Risse unterhalb von Cascadia zukünftige Erdbeben beeinflussen könnten.
Eine Subduktionszone geht auseinander
An den Stellen, an denen ein Teil der Erdoberfläche unter einen anderen drückt und tief in den Planeten absinkt, entstehen Subduktionszonen. Diese Zonen sind die Ursache für einige der größten Erdbeben der Aufzeichensgeschichte, für gewaltige Vulkanausbrüche und für die langsame, aber ständige Veränderung von Kontinenten und Ozeanbecken. Bisher hatten Forscher nur wenige Gelegenheiten, klar zu beobachten, was geschieht, wenn eines dieser riesigen Systeme das Ende seiner Existenz erreicht.
Eine in Science Advances veröffentlichte Studie beschreibt eine Subduktionszone, die aktiv in kleinere Teile zerfällt. Die Juan-de-Fuca- und die Explorer-Platte werden langsam unter die nordamerikanische Platte vor der Küste von Vancouver Island gedrückt. Dieses Gebiet liegt innerhalb der Cascadia-Subduktionszone, einer riesigen tektonischen Grenze, die sich entlang des pazifischen Nordwestens erstreckt.
Experten verbanden detaillierte Erdbebenaufzeichnungen mit seismischen Reflexionsbildern, um weit unter dem Meeresboden zu blicken. Diese Methode funktioniert ähnlich wie medizinische Ultraschalluntersuchungen, die Schallwellen in den menschlichen Körper aussenden. Wissenschaftler senden Schallwellen in den Boden und messen, wie sie von unterschiedlichen Merkmalen unter dem Meeresboden zurückkehren.
Die Messungen der Bodenbewegung stammten aus dem von der NSF geförderten Cascadia Seismic Imaging Experiment (CASIE21) aus dem Jahr 2021, bei dem Ermittler an Bord eines Schiffes Schallwellen in den Meeresboden sendeten. Ein 15 Kilometer langer Schlitten, der Unterwasser-Hörinstrumente trug, fing die zurückkehrenden Signale auf.
Wissenschaftler erstellten detaillierte Bilder von Strukturen unter dem Meeresboden, indem sie die Echos untersuchten. Die Ergebnisse waren verblüffend: Verwerfungen und Risse wurden entdeckt, die durch die absinkende Platte verliefen, darunter Stellen, an denen die Platte scheinbar aktiv auseinanderbricht.
„Dies ist das erste Mal, dass wir ein klares Bild einer Subduktionszone haben, die dabei zum Sterben gebracht wird“, sagte Brandon Shuck, ein Geologe an der Louisiana State University und Erstautor der Studie. „Anstatt abrupt das Handtuch zu werfen, reißt die Platte Stück für Stück auseinander, wodurch kleinere Mikroplatten und neue Grenzen entstehen. Es ist also eher wie das Beobachten eines langsam entgleisenden Zuges, Wagen für Wagen.“
Brandons Analogie zum Zugunglück
Brandons Analogie ist von der Sorte, die einen im Gedächtnis bleibt. Eine anlaufende Subduktionszone ist wie der Versuch, einen Zug einen Berg hinaufzuschieben – es erfordert eine enorme Anstrengung. Aber sobald er in Bewegung ist, entsteht das Gefühl, dass ein Zug bergab an Geschwindigkeit aufnimmt, völlig außer Kontrolle.
Das Beenden erfordert etwas Dramatisches – im Grunde ein Zugunglück.
Die Bilder der Cascadia könnten den genauen Prozess aufdecken, der ablief, als eine ausgereifte Subduktionszone zu Ende kommt, wobei Geologen vor eine fundamentale Frage gestellt werden: Was verursacht das eigentlich, damit eine solche Zone aufhört?
Der 75 Kilometer lange Riss
Die Forscher fanden mehrere Risse durch die ozeanische Platte. Einer sticht unter ihnen durch seinen Umfang hervor: eine massive Verschiebung, bei der sich ein Teil der Platte um etwa fünf Kilometer abgesenkt hat.
„Es gibt eine sehr große Verwerfung, die die Platte aktiv auseinanderreißt“, erklärte Shuck. „Sie ist noch nicht zu 100 % abgerissen, aber es kommt nahe.“
Tremoren geben Wissenschaftlern eine Möglichkeit, zu erlesen, was sich unter der Oberfläche abspielt. Über einen Riss, der sich über eine Länge von etwa 75 Kilometern erstreckt, erzeugen einige Segmente weiterhin Tremoren, während andere ungewöhnlich still geworden sind. Der Kontrast ist erheblich, weil Tremoren auftreten, wenn verbundene Gesteinsblöcke Stress aufbauen und plötzlich verrutschen.
„Sobald ein Teilstück vollständig abgebrochen ist, erzeugt es keine Erdbeben mehr, weil die Gesteine nicht mehr zusammenkleben“, sagte er.
Dieser Teil des Risses weist keine Erdbeben auf, was darauf hindeutet, dass sich bereits ein Abschnitt der Platte gelöst hat. Die Forscher sagen, dass dieses abgetrennte Stück mit der Zeit immer größer wird.
Auseinanderbrechen braucht Zeit
Während der Zusammenbruch eines einzelnen Abschnitts mehrere Millionen Jahre dauern kann, können diese separaten Episoden gemeinsam eine ganze Subduktionszone ihrem Ende entgegenstoßen.
Der Prozess wird von Forschern als „schrittweise“ oder „episodisch“ bezeichnet. Dabei brechen einzelne Abschnitte zu unterschiedlichen Zeiten auseinander und zerstören so allmählich das größere tektonische System.
Diese Störungen durchschneiden die Platte und markieren Stellen, an denen sich Abschnitte der Erdkruste seitlich aneinander vorbeibewegen. Solche Grenzen können dazu beitragen, einzelne Fragmente zu isolieren und spielen eine wichtige Rolle für die Umgebung.
Ein Stück der äußeren Schicht der Erde kann abbrechen und zu einem kleineren, unabhängigen Bewegungselement werden, sobald es sich von den umliegenden großen Platten getrennt hat. Dieses abgetrennte Fragment wird als Mikroplatte bezeichnet, die fast wie ein Miniatur-Pendant zu den größeren Platten wirkt, die die starre äußere Schale des Planeten dominieren.
In der Zwischenzeit können nahegelegene Teile der größeren Platte weiterhin absinken.
Wenn Teile abbrechen, verliert die verbleibende Platte einen Teil des nach unten gerichteten Drucks, der die Subduktion aufrechterhält. Shuck vergleicht den Prozess damit, Wagen von einem entgleisten Zug zu entfernen. Irgendwann ist nicht mehr genug des Systems vorhanden, um auf die gleiche Weise weiterzumachen.
Alte Mysterien Erklärt
Der Fund könnte Licht auf geologische Rätsel werfen, die anderswo beobachtet wurden. Shuck sagt, dass die Subduktionszone, die auf schrittweise Weise zusammenbricht, erklären könnte, wie einige alte Fragmente entstanden sind. Es könnte auch helfen zu erklären, warum bestimmte Regionen vulkanische Aktivitäten aufweisen, die scheinbar von aktiven Subduktionszonen getrennt sind.
| Prozess | Beschreibung |
|---|---|
| Subduktionsstart | Wie das Anschieben eines Zuges bergauf – enorme Anstrengung erforderlich |
| Subduktionsvorgang () | Wie ein Zug, der einen Berg hinunterrast, unaufhaltsam () |
| Subduktionsabschaltung () | Stück für Stück, wie ein Zug, bei dem ein Wagen nach dem anderen entgleist () |
| Transformationsgrenzen () | Schneiden quer durch die Platte () |
Was das für Erdbeben bedeutet ()
Was CASIE21 anzeigt, ist nicht nur das Abschalten einer Maschine, sondern ein System, das aktiv seine eigene Struktur verändert. Der fünf Kilometer große Versatz der 75 Kilometer langen Risse dient als ein dramatisches Beispiel für diese Umordnung. ()
Die ruhigen Abschnitte deuten darauf hin, dass Teile bereits gelöst worden sind, während die aktiven Zonen, die weiterhin Beben verursachen, markieren, wo die Platte noch verbunden ist. ()
Die Idee eines sich unkontrolliert bewegenden Zuges eignet sich gut, um zu beschreiben, was geschieht. Genauso wie das Abnehmen von Wagen an einem Zug die Leistung des gesamten Systems verändert, so verändert auch das Wegnehmen von Teilen der Subduktionsplatte das System ebenfalls. Mit der Zeit bleibt nicht mehr genügend Platte übrig, um den Prozess aufrechtzuerhalten. ()
Eine Katastrophe in Zeitlupe ()
Das Verständnis des Prozesses beruht auf der Erkenntnis, wie langsam er voranschreitet. Eine Subduktionszone ist nicht eine einzelne Maschine, sondern ein System von Platten, Verwerfungen und Spannungen, das Millionen von Jahren benötigt, um seine Wechselwirkungen zu klären. ()
Die neuen Bilder von Cascadia zeigen, dass dieses System in Bewegung ist, Stück für Stück auseinanderbricht, anstatt plötzlich zusammenzubrechen, und dabei kleinere Mikroplatten und neue Grenzen entstehen lässt.
Wie die Strukturen unter dem Meeresboden anderswo funktionieren, hängt davon ab, was diese neuen Bilder zeigen. Sie zeigen ein System, das sich aktiv neu ordnet, wobei große Verwerfungen und Brüche durch die absinkende Platte schneiden.
Der fünf Kilometer große Versatz, der mit einem 75 Kilometer langen Riss verbunden ist, dient als ein eindrucksvolles Beispiel für den Prozess.
Der Zug entgleist, Wagen für Wagen.
Quelle: “Earth is tearing apart beneath the Pacific Northwest,” ScienceDaily.
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