Baumringe offenbaren versteckte Erdbebengefahr im Pazifischen Nordwesten

Eine von der University of Arizona durchgeführte Studie ermittelte anhand von Baumringen, dass es in den Puget Lowlands im Westen des US-Bundesstaates Washington vor etwa 1.000 Jahren aufgrund miteinander verbundener flacher Verwerfungen zu schweren Erdbeben kam. Dies zeigt potenzielle Risiken für die derzeitigen Bewohner des Gebiets auf und legt nahe, dass die aktuellen Gefahrenmodelle möglicherweise überarbeitet werden müssen. Die Ergebnisse könnten Auswirkungen auf die Erdbebenvorsorge in der Region haben.

Im Februar dieses Jahres erschütterte ein Erdbeben der Stärke 7,8 die Grenze zwischen der Türkei und Syrien, neun Stunden später folgte ein weiteres Erdbeben fast derselben Stärke. Flache Verwerfungen, die weniger als 29 Kilometer unter der Oberfläche liegen, knickten ein und brachen, was zu heftigen, konzentrierten Erdbeben führte, die Tausende von Gebäuden dem Erdboden gleichmachten und Zehntausende Menschen töteten.

Laut einer neuen Studie der University of Arizona ereignete sich vor etwa 1.000 Jahren ein ähnlicher flacher Verwerfungsbruch in den Puget Lowlands im westlichen Bundesstaat Washington. Mithilfe von Baumringen konnte festgestellt werden, ob das Erdbeben Ende 923 oder Anfang 924 n. Chr. stattfand. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein weiteres seismisches Ereignis die Region, in der heute mehr als 4 Millionen Menschen leben, darunter Seattle, Tacoma und Olympia, erneut erschüttern könnte. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Die Forscher fanden heraus, dass das antike Erdbeben entweder alle flachen Verwerfungen der Region zusammenbrach und ein Erdbeben mit einer geschätzten Stärke von 7,8 verursachte, oder dass es sich um eine Reihe von Zwillingsbeben mit geschätzten Stärken von 7,5 und 7,3 handelte, wie es in der Türkei und in Syrien geschah. Flache Verwerfungen verursachen typischerweise stärkere und konzentriertere Erschütterungen als Erdbeben, die von anderen geologischen Formationen verursacht werden.

Der Price Lake in den östlichen Olympic Mountains entstand, als die Saddleback-Verwerfung einen Bach unterbrach und den Wald überflutete. Der Hauptautor Bryan Black und sein Taucherteam nutzten hydraulische Unterwasserkettensägen, um Proben zu sammeln. Quelle: Schwarz

Während Erdbeben im pazifischen Nordwesten nichts Neues sind, ergab diese Studie, dass Ereignisse an diesen flachen Verwerfungen in irgendeiner Weise miteinander zusammenhängen, entweder durch unterirdische Verbindungen oder dadurch, dass eine Verwerfung Stress auf eine andere überträgt. Regionale Gefahrenmodelle, die zur Entwicklung technischer Entwürfe und Richtlinien verwendet werden, spiegeln diese Möglichkeit noch nicht wider, sollten es aber tun, sagte Bryan Black, Hauptautor und außerordentlicher Professor für Dendrochronologie am Tree Ring Research Laboratory der University of Arizona.

Seit der ersten Entdeckung der Seattle-Verwerfung in den 1960er-Jahren haben Wissenschaftler flache Verwerfungen in der Region entdeckt, gefolgt von der Saddleback-Verwerfung und den Tacoma- und Olympia-Verwerfungen entlang der östlichen Ausläufer der Olympic Mountains.

Die vier flachen Verwerfungen zeigen Brüche, die vor etwa 1.000 Jahren während eines Erdbebens entstanden sind, das als Millennium-Erdbebenschwarm bekannt ist. Beispielsweise werden von West Seattle bis zum Puget Sound 25 Fuß hohe Klippen in die Luft geschleudert. Es löste auch lokale Tsunamis und Erdrutsche aus, die ganze Wälder von den Hängen rissen und sie in die nahegelegenen Lakes Washington und Sammamish stürzten. Bisher wussten Wissenschaftler nicht genau, wann und wie diese Verwerfungen zum letzten Mal brachen.

„Diese Erdbeben könnten zur gleichen Zeit passieren, sie könnten Stunden oder Hunderte von Jahren voneinander entfernt sein. Wir wissen es nicht genau“, sagte Black. Also wandte er sich den Bäumen zu.

Jedes Jahr wächst am Stamm eines Baumes ein Ring. Die Breite der Wachstumsringe hängt vom Klima ab, dem sie ausgesetzt waren. Günstige klimatische Bedingungen bedeuten breitere Wachstumsringe, ungünstige klimatische Bedingungen bedeuten dünnere Wachstumsringe. Da sich das Klima von Jahr zu Jahr ändert, fungiert es wie ein Barcode für das Baumwachstum in einem Gebiet und bildet zeitspezifische Muster.

Ein Dendrologe kann diese zeitspezifischen Wachstumsmuster toter Bäume denen lebender Bäume zuordnen. Bei Überschneidungen mit lebenden Bäumen können die genauen Überlebens- und Sterbedaten des toten Baumes ermittelt werden. Mit dieser Methode wird ermittelt, wann durch Erdbeben in der Region Puget Sound zerstörte Bäume abgestorben sind.

Im Jahr 2021 wanderte Black in die Berge des pazifischen Nordwestens, um an der Ernte von Baumstümpfen teilzunehmen, die abgestorben waren, als durch die Ma'anshan-Verwerfung blockierte Bäche den Wald überschwemmten. Der See und diese versunkenen Baumstümpfe existieren heute noch.

Das Team band zwei Kanus zusammen und legte ein großes Stück Sperrholz über die beiden Kanus. So entstand ein provisorischer Lastkahn, auf dem ein Generator platziert werden konnte, der eine Unterwasserkettensäge antreibt. Mit diesen Geräten können Taucher ins Wasser springen und Proben von Bäumen fällen, die abgetötet wurden, als die tausend Jahre alte Baumgruppe den See bildete. Black und sein Team nahmen auch Stücke von nahegelegenen Bäumen, die bei einem Steinschlag ums Leben kamen, der einen Bach überschwemmte und das nahegelegene Flussbett überschwemmte. Sie erhielten auch Proben von vor mehr als 30 Jahren entnommenen Baumscheiben, die während eines massiven Erdbebens an der Seattle-Verwerfung in den Lakes Washington und Sammamish durch Erdrutsche überschwemmt wurden.

Black verglich die Wachstumsmuster der Bäume und stellte fest, dass die Bäume an den Verwerfungen Saddleback und Seattle in genau denselben Jahren starben. Er fand auch heraus, dass diese Bäume während der Ruhephase abstarben, was den Todeszeitpunkt – also den Zeitpunkt des Erdbebens – auf den Spätherbst bis zum frühen Frühling verkürzte.

Um das genaue Jahr des Baumsterbens zu bestimmen, erstellte das Forscherteam eine 1.300-jährige Chronologie aus lebenden, aber sehr alten Bäumen. Nach einem Vergleich mit Bäumen, die bei dem Erdbeben starben, stellten sie fest, dass die Ruhephase des Baumsterbens von Ende 923 bis Anfang 924 reichte.

„Unser Team hatte auch Glück, dass zwischen 774 und 775 ein gewaltiger Sonnensturm auftrat, der weltweit einen plötzlichen Anstieg des Radiokohlenstoffs verursachte“, sagte Charlotte Pearson, außerordentliche Professorin für Dendrochronologie und Co-Autorin. „Schwankungen des Radiokohlenstoffs, wie auch des Klimas, können zur Datierung von Baumringen genutzt werden.“ Wir haben Radiokohlenstoff in Baumringen gemessen, die durch Erdbeben zerstört worden waren, und die Ergebnisse zeigten, dass die Spitze genau dort auftrat, wo wir dachten, dass sie hätte auftreten sollen. Dies bestätigte unabhängig ihre Erdbebendaten. "

„Zusammengenommen zeigen uns diese Beweise, dass diese Bäume in der gesamten Region zusammen starben und dass dies tatsächlich ein zusammenhängendes Ereignis war“, sagte Black. „Wir haben die Unsicherheit dieser beiden Verwerfungen aus vergangenen Jahrzehnten oder Jahrhunderten auf eine einzige Saison eingegrenzt. Wenn die Erdbeben an diesen beiden Verwerfungen 100 Jahre statt 100 Stunden voneinander entfernt wären, wäre das eine ganz andere Geschichte. Der Nachweis, dass diese Verwerfungen gleichzeitig oder in schneller Folge brechen können, verändert unser Verständnis der Gefahren in der Region wirklich.“

Aktuelle Gefahrenmodelle erkennen jedoch noch nicht die Möglichkeit korrelierter Fehler.

„Wenn die Saddleback-Verwerfung und die Seattle-Verwerfung gleichzeitig auftreten würden, wäre das vergleichbar mit dem Erdbeben von San Francisco im Jahr 1906“, sagte Black. „Oder, wie die Erdbeben in der Türkei, könnten sie nacheinander passieren. Wenn das der Fall ist, würden Infrastruktur und Landschaften, die bereits durch ein Erdbeben geschwächt wurden, durch ein zweites verwüstet.

Glücklicherweise, sagte er, seien die Erdbeben umso seltener, je größer und schwerer sie seien. Obwohl Erdbeben dieser Stärke in der Region Schaden anrichten können, sind sie relativ selten.