In Kalifornien werden Fehlerspannungen erreicht, die seit einem Jahrtausend nicht mehr gemessen wurden, und Forscher sagen voraus, dass die Region für ein großes Erdbeben reif ist. )

Wissenschaftler sagen, dass der Druck auf die San-Andreas- und San-Jacinto-Verwerfungen im südlichen Kalifornien auf ein Niveau gestiegen ist, das zu den höchsten in einem 1.000-jährigen Computermodell aufgezeigt wird. Die beiden Verwerfungen tragen gleichzeitig eine hohe Belastung, was die Junction im Cajon Pass anfälliger für eine Bruchstelle macht, die sich über beide Systeme erstrecken könnte.

Dr. Liliane Burkhard von der Abteilung für Weltraumforschung und Planetarische Wissenschaften (WP) am Physikalisches Institut der Universität Bern leitete die Forschung. Wissenschaftler der University of Hawaiʻi at Mānoa, des U.S. Geological Survey Earthquake Science Center in Pasadena und der Scripps Institution of Oceanography an der UC San Diego nahmen an der Arbeit teil. Das Team modellierte etwa 1.000 Jahre seismischer Aktivität entlang der südlichen San-Andreas- und San-Jacinto-Verwerfungssysteme, um zu schätzen, wie viel Stress sich derzeit um den Cajon Pass herum aufgebaut hat.

Das Spannungsmodell

Die Forscher entwickelten ein physikbasiertes, vierdimensionales Erdbebenzyklusmodell, um zu rekonstruieren, wie sich der Stress über Jahrhunderte verändert hat. Dieses Modell simuliert Ereignisse über drei Dimensionen des Raumes und verfolgt gleichzeitig, wie sich das Verwerfungssystem im Laufe der Zeit verändert. Ein 1.000-Jahres-Datensatz vergangener Erdbeben, der aus verschiedenen Arten von Beweisen gewonnen wurde, wurde dann in das Modell integriert. Dieser Datensatz umfasst:

1. Radiokarbon-Datierung
2. Ungewöhnliche Muster, die in Baumringen aufgezeichnet wurden
3. Historische Berichte über Bruchstellen, die die Erdoberfläche brachen

„Das Modell verfolgt, wie jedes Erdbeben den Stress auf benachbarten Verwerfungssegmenten verändert, wie sich der Stress in den ruhigen Intervallen zwischen Ereignissen ansammelt und wie sich die tieferen Schichten der Erdkruste nach großen Bruchstellen langsam entspannen“, erklärt Burkhard. „Diese Simulation ermöglicht es uns zu verstehen, wie sich der Stress im Verwerfungssystem über Jahrhunderte hinweg aufbaut.“ Durch die Ausführung der Erdbebenhistorie Südkaliforniens als Simulation schätzen die Forscher, bis zu welchem Grad das Verwerfungssystem bereits heute unter Stress steht.

Das Modell zeigt, dass die Drücke im gesamten Gebiet einen Höchststand erreicht haben, der seit 1.000 Jahren nicht mehr gesehen wurde.

Was der Cajon Pass bewirkt

Anstatt lediglich als Hindernis zu wirken, variiert die Leistung der Verwerfungskreuzung je nach dem Spannungszustand quer zu den umgebenden Verwerfungen. Sie kann eine Bruchwirkung vollständig stoppen oder die Ausbreitung der Störung von einem Verwerfungssystem in ein anderes zulassen. Historische Erdbeben zeigen Beispiele für beide Ergebnisse.

Die Bruchwirkung des Fort-Tejon-Erdbebens von 1857 endete am Cajon Pass, ohne sich auf die San-Jacinto-Verwerfung auszudehnen. Das Wrightwood-Erdbeben von 1812 durchquerte jedoch die Verwerfungskreuzung und brach beide Verwerfungssysteme in einem einzigen, kontinuierlichen Ereignis. Diese Differenz wird erklärt durch: „Das Konzept des Erdbeben-Tors erfasst etwas Wichtiges darüber, wie Verwerfungskreuzungen funktionieren“. Das Intervall zwischen diesen beiden Erdbeben betrug: „Der Cajon Pass blockiert oder leitet Erdbeben nicht einfach ab: Er reagiert auf Spannungsbedingungen, und diese Bedingungen ändern sich über Jahrhunderte.“

Spannung auf beiden Verwerfungen gemeinsam

Entscheidend ist nicht nur, wie viel Druck sich auf einer einzelnen Verwerfung aufbaut. Es geht auch darum, wie sich diese Drücke über zwei separate Verwerfungssysteme zueinander verhalten. Wenn beide Systeme gleichzeitig hohe Spannungen erreichen, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Bruchwirkung den Cajon Pass durchqueren und sich über beide Systeme fortsetzen kann. Wenn sich die Spannungsspitzen jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten einstellen, ist ein Erdbeben möglicherweise eher dazu bestimmt, an dem Punkt zu enden, an dem sich die beiden Systeme treffen.

Während der 1.000-jährigen Simulation steht der Abschnitt San Jacinto-Bernardino unter der größten Spannung innerhalb des Modells, bei 3,6 MPa, ein Wert, der den Druck übersteigt, der in jedem anderen Teil des Systems aufgezeichnet wurde. Diese Messung wird in Megapascal (MPa) angegeben, einer wissenschaftlichen Einheit zur Messung von Kraft oder Spannung. Der angrenzende Abschnitt Mojave South der San-Andreas-Verwerfung hat Modellspannungen gesehen, die auf 2,8 MPa ansteigen.

Beide Verwerfungssegmente halten derzeit ungewöhnlich hohe und eng abgestimmte Spannungsbeträge, und die Forscher sagen, dass diese Anordnung dem entspricht, was ihr Modell unmittelbar vor früheren Bruchwirkungen zeigte, die sich über beide Verwerfungssysteme erstreckten.

Der Vergleich von 1857

1) Eines der am stärksten beobachteten Verwerbungsnetzwerke in den Vereinigten Staaten liegt unter Südkalifornien. Wo sich Abschnitte der Erdkruste gegeneinander bewegen, aneinanderkleben und langsam Spannungen aufbauen, treten Erdbeben eher auf. Die Freisetzung dieser gespeicherten Energie erzeugt die Erschütterung, die wir als Erdbeben bezeichnen.

2) Die San-Andreas- und San-Jacinto-Verwerfungen gehören zu den bedeutendsten Verwerbungssystemen in Südkalifornien. Zwischen ihnen wird ein großer Teil der tektonischen Bewegung in der Region absorbiert. Nordöstlich von Los Angeles konvergieren die beiden Systeme am Cajon Pass – einem komplexen geologischen Treffpunkt, an dem ein Bruch, der sich entlang einer Verwerfung bewegt, unter den richtigen Umständen auf die andere übergehen kann.

3) Die Bedeutung ergibt sich aus der Tatsache, dass das Großraum Los Angeles seit dem Erdbeben der Stärke 7,9 in Fort Tejon im Jahr 1857 auf ein vergleichbares starkes Erdbeben verzichtet hat. Während dieses langen Zeitraums wurden tektonische Spannungen entlang von Abschnitten des Verwerbungsnetzes weiterhin aufgebaut, was offene Fragen darüber aufwirft, wie ein anschließender großer Bruch ablaufen könnte.

4) Was das bedeutet

5) Der Bericht beschreibt Umstände, die eine Bruchbewegung über beide Verwerfungssysteme hinweg ermöglichen würden. Eine zeitliche Vorhersage für ein Erdbeben wird nicht vorgenommen. Die Wissenschaftler charakterisieren Cajon Pass als ein „Erdbeben-Tor“, einen Punkt, an dem Verwerfungen aufeinandertreffen und möglicherweise entscheiden, ob ein starkes Erdbeben auf einer Verwerfung eingeschränkt bleibt oder sich über beide Systeme ausbreitet. Die Forschung erscheint im Journal of Geophysical Research: Solid Earth.

12) Ein Blick darauf, wie die beiden Beben verglichen werden, ist aussagekräftig. Die Bruchbewegung von 1857 in Fort Tejon endete am Cajon Pass. Das Erdbeben von 1812 in Wrightwood setzte seinen Weg direkt hindurch fort. Das Modell weist auf Spannungsverhältnisse hin, anstatt auf feste Barrieren, als entscheidend dafür, ob ein Bruch stoppt oder weitergeht.

Die Ergebnisse der Studie sind besorgniserregend. Sie beschreiben einen seltenen Moment, in dem sich Druck auf beiden Verwerfungssystemen gleichzeitig aufgebaut hat. Eine solche Ausrichtung ist in der Vergangenheit bereits von Brüchen über beide Systeme auszugehen.

Quellenangabe: „Wissenschaftler finden ein „Erdbeben-Tor“, während der Stress auf der kalifornischen Verwerfung einen 1.000-jährigen Höchststand erreicht“, ScienceDaily.