Neue Erklärung für Erdbeben am Mississippi

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Sie gehören zu den stärksten Erdbeben in der Historie von Nordamerika. Die Erdbebensequenz von New Madrid in den Jahren 1811 und 1812 traf mehrere Staaten am Unterlauf des Mississippi. Aufgrund ihrer Lage in Mitten der Nordamerikanischen Platte ist ihr Ursprung bis heute nicht restlos geklärt. Eine neue Studie des United States Geological Survey (USGS) liefert einen neuen Ansatz.

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New Madrid. Häuser stürzten ein. Der Mississippi veränderte seinen Lauf. Selbst an der Ostküste der Vereinigten Staaten brachten die Erschütterungen Kirchenglocken zum Läuten. Vier große Erdbeben, geschätzt auf über Magnitude 7, verwüsteten die damals sehr dünn besiedelte Region zwischen Illinois und Mississippi. Benannt nach dem kleinen Ort in Missouri gehört die New Madrid Seismic Zone, nach der bekannten San Andreas Störung in Kalifornien, zu den bekanntesten Erdbebenquellen der USA.

New Madrid Seismic Zone im mittleren Westen der USA
New Madrid Seismic Zone im mittleren Westen der USA

Bisherige Modelle wussten bereits: Im späten Proterozoikum bildete sich unter dem heutigen Nordamerika eine große Grabenstruktur, ähnlich der, die man heute aus dem Osten Afrikas kennt. Um sich komplett vom damaligen Superkontinent Rodinia zu lösen und einen neuen Ozean zu bilden, reichte es aber nicht. Die Grabenbildung schlief ein. Doch sind die Reste, die damaligen Störungen noch heute im Grundgebirge unter kilometerdicken Schichten aus jüngerem Gestein und Sedimenten zu finden. Es sind diese alten Störungen, die wohl die Erdbeben im 19. Jahrhundert verursachten.

Allerdings liegt das Tal des Mississippi inzwischen inmitten einer als stabil geltenden Kontinentalplatte. Die tektonische Spannung in dieser Region rührt vom Mittelatlantischen Rücken, 4500 Kilometer östlich von New Madrid, her, von wo die Nordamerikanische Platte nach Westen driftet.

Mit Hilfe seismischer Tomographie erhielten die Autoren der Studie einen neuen Einblick in die New Madrid Seismic Zone. Innerhalb der Störungen befinden sich große Plutone – dichte Gesteinseinheiten, die aus früheren Magmakammern erstarrt sind. Diese stiegen aus der unteren Kruste auf, die an dieser Stelle ungewöhnlich dicht und nach oben gewölbt ist. Durch die Messung der Geschwindigkeit seismischer Wellen konnten die Forscher ein genaueres Untergrundmodell erstellen, das diese Situation zeigt. Sie errechneten, dass die zusätzliche Graviation durch die Plutone das Spannungsfeld verändert. Die von West nach Ost geschobene Nordamerikanische Platte wird dadurch geringfügig nach unten gezogen. Dies führt dazu, dass sich auf den Proterozoischen Störungen vertikal gerichtete Spannung aufbaut und zur Reaktivierung führt.

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Die Entstehung der Erdbeben ist mit diesen Ergebnissen besser erklärt, doch hängt das tatsächliche Auftreten wohl von verschiedenen Faktoren ab. So zeigen geologische Untersuchungen, dass eine Aktivitätsphase am Übergang von Pleistozän und Holozän durch verstärkte Erosionsprozesse im Mississippi verursacht wurde. Dies habe große Mengen an Sediment verlagert und so den Druck auf die Störungen verringert.

Auf jeden Fall könne die Studie zur besseren Prognose von Starkbeben verwendet werden. Denn die Methode zeigt, welche Gebiete bereits unter Spannung stehen, die unter gewissen Bedingungen zu Erdbeben führen. Als Beispiel wird dabei die Region Oklahoma genannt, wo seit einigen Jahren durch das Einpressen von Flüssigkeiten ins Gestein, die bei der Förderung von Erdöl und Erdgas verwendet werden, vermehrt teils starke Erdbeben auftreten.

Die Einschätzung der Erdbebengefährdung ist in vielen Fällen schwierig. Häufig liegen Jahrhunderte, teils Jahrtausende zwischen zwei großen Erdbeben, während die seismische Aktivität in der Zwischenzeit unauffällig ist. Dies ist gerade in Nordamerika, wo menschliche Aufzeichnungen meist nur wenige Hundert Jahre zurückreichen, problematisch. So überraschte Ende des 19. Jahrhunderts ein Erdbeben der Stärke 7.7 den Staat South Carolina an der Ostküste.

Das seismische Potential der New Madrid Seismic Zone ist bekannt. Auch in heutiger Zeit gibt es dort noch hunderte kleine Erdbeben pro Jahr, die die Bruchstelle im Untergrund andeuten. Somit kann durch erdbebensicheren Bauten auf die potentielle Bedrohungen für große Städte wie Memphis, Jonesboro und Little Rock reagiert werden.

VERÖFFENTLICHUNG
Dense untere Kruste langfristige Erdbeben Raten in der New Madrid seismischen Zone erhöht „; Will Levandowski, Oliver S. Boyd, Leonardo Ramirez-Guzmán (30. August 2016)

Weitere Informationen: Science Magazine Online


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Jens ist 22, lebt in Bochum und studiert seit 2013 an der Ruhr-Universität Geowissenschaften. Nach dem Bachelor-Abschluss 2016 folgte das M.Sc. Studium der Geophysik.