Eine neue Ursprungsgeschichte für den tödlichen Seattle-Fehler.

6. Februar 2024

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Von Rebecca Dzombak, American Geophysical Union

Die Seattle-Störungszone ist ein Netzwerk flacher Störungen, das sich durch die Niederungen des Puget Sounds zieht und für die mehr als vier Millionen Menschen, die dort leben, gefährliche Erdbeben verursachen könnte.

Eine neue Ursprungsgeschichte, die in einer neuen Studie vorgeschlagen wird, könnte die früheste Geschichte des Störsystems erklären und den Wissenschaftlern helfen, die Gefahrenmodellierung für die dicht besiedelte Region zu verbessern. Die Studie wurde im Journal Tectonics veröffentlicht.

Die Seattle-Störung ist heute aktiv, aufgrund der Kräfte, die auf die Region durch laufende tektonische Deformationen sowohl im Westen als auch im Süden ausgeübt werden, war dies jedoch nicht immer der Fall. Washington sah im Eozän anders aus als heute, mit einer Küstenlinie weit östlich von Seattle und einer Kette von vulkanischen Inseln, die den Horizont vor der Küste säumten.

Die Studie legt nahe, dass vor etwa 55 Millionen Jahren diese Inselkette auf den Kontinent gezogen wurde. Als sie auf die nordamerikanische Platte traf, wurde ein Teil davon über die Erdkruste gehoben, während der Rest darunter gesogen wurde. Die Kruste wäre einem großen Druck ausgesetzt gewesen und wäre zwischen diesen beiden Teilen zerrissen worden. Diese antike Risszone bildete den geologischen Hintergrund für die moderne Seattle-Störung, so die Autoren der Studie.

"Es war eine absolute Überraschung", sagte Megan Anderson, Geophysikerin beim Washington Geological Survey und Hauptautorin der Studie. "Es war nicht das, wonach wir ursprünglich gesucht haben, aber unsere Ergebnisse deuten auf eine große antike Störung hin, dort wo sich heute die Seattle-Störung befindet."

Der pazifische Nordwesten liegt unmittelbar vor der Cascadia-Subduktionszone, wo die dichte ozeanische Erdkruste unter den Kontinent gezogen wird. Im Jahr 1700 verursachte ein etwa 1000 Kilometer langer Riss der Subduktionszone ein massives Erdbeben mit einer Magnitude zwischen 8,7 und 9,2; kleinere Beben erschütterten die Region im Laufe des 20. Jahrhunderts und zuletzt während des Nisqually-Erdbebens im Jahr 2001.

Die Seattle-Störung brach bemerkenswert im Jahr 923-924 nach mündlichen Überlieferungen der örtlichen indigenen Bevölkerung und geologischen Hinweisen entlang der Puget Sound Küstenlinie.

Trotz der seismischen Aktivität in der Region begannen Wissenschaftler erst in den 1990er Jahren ernsthaft mit der Untersuchung der Seattle-Störungszone.

"Es gibt noch viel mehr Unsicherheit über die Seattle-Störung als zum Beispiel über die San Andreas-Störung", sagte Anderson. "Die Seattle-Störung könnte ein Erdbeben der Magnitude 7,2 verursachen, und wir wollen darauf vorbereitet sein. Es gibt noch viel zu lernen, damit Ingenieurgeologen bessere Erdbebensimulationen durchführen können und die potenziellen Risiken für unsere Gemeinschaften verstehen können."

Frühere Arbeiten zur Bestimmung der Geometrie der Seattle-Störung in der Tiefe stützten sich hauptsächlich auf seismische Daten, die Schallwellen sind, die durch unterirdische Gesteinsschichten reisen und von ihnen reflektiert werden. Die Daten enthüllten Störungen und geologische Strukturen, die von Seismologen und Geologen unterschiedlich interpretiert wurden. Man wusste, dass die Region eine große Störungszone beherbergt, aber Wissenschaftler hatten verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen, wie Teile der Störung miteinander verbunden sind, wie tief sie reicht und wie steil sie durch das Gestein schneidet.

Anderson und ihre Co-Autoren machten sich daran, die bestehenden Hypothesen zur Geometrie der Störungszone durch Kartierung von Kilometer tiefen Gesteinen in ganz West-Washington zu testen und ein vollständigeres Bild der geologischen Struktur der Region zu erstellen. Schwerkraft- und magnetische Felder variieren an der Erdoberfläche aufgrund der Dichte und Zusammensetzung der Gesteine, also sammelte Anderson diese Daten für West-Washington und kombinierte sie mit seismischen Daten.

Die Forscher sammelten auch Gesteinsproben aus geologischen Formationen, die verschiedenen Teilen der antiken Störung und des Gebirgssystems entsprechen.

Die Forscher verwendeten Computermodelle, um zu sehen, welche der Hypothesen mit den Schwerkraft-, Magnet- und seismischen Daten übereinstimmen. Die Schwerkraftdaten zeigten kein komplexes Muster, aber die magnetischen Daten enthüllten ein wichtiges Geheimnis, das von den seismischen Daten übersehen wurde: Tief in der Erdkruste wechselt der Untergrund konsequent zwischen mehr und weniger magnetisch, was auf geneigte Schichten wechselnden Gesteinstyps hinweist.

In der Kartenansicht neigen sich die Merkmale auf beiden Seiten der Seattle-Störungszone voneinander weg: Nördlich der Seattle-Störungszone sind die Strukturen nord-nordwestlich ausgerichtet, während sie im Süden nord-nordöstlich ausgerichtet sind.

Diese eigenartigen Ausrichtungen gaben Anderson zu denken; sie deuteten auf ein antikes Gebirge hin, aber um das zu überprüfen, musste Anderson die Daten der Kartenansicht mit tiefer liegenden Gesteinen abgleichen. Um die Kartenansicht mit der bekannten, tiefer liegenden Gesteinsgeologie in Verbindung zu bringen, modellierte Anderson ein vertikales Profil der unterirdischen Gesteine und stellte fest, dass einige dieser Strukturen unterirdisch in unterschiedlichen Ausrichtungen abtauchen.

'These are all very different orientations,' Anderson said. 'It's very hard to do that unless there's a place where the structures get disconnected from each other and then restart.'

Anderson had stumbled upon a new possible explanation for the Seattle fault zone's early history and why it's reactivated today.

The data suggested that about 55 million years ago, as the subduction zone pulled in a string of oceanic islands, the northern half of the island chain was subducted, but the southern half was added to the top of the crust, or obducted. Over a couple million years, as the islands were obducted, they crumpled into a fold-and-thrust mountain belt with topography similar to the Blue Ridge Mountains of Appalachia today.

The zone where the islands switched from being subducted to being accreted would have been under incredible strain and been ripped apart.

'It would have been this slow, ongoing tear, almost like the crust unzipping itself,' Anderson said. 'As this progressed, the tear fault got longer and longer.'

And that 'torn' region overlaps perfectly with the modern Seattle fault zone.

The intense tearing would have stopped after the islands were crunched into the continent, but the damage was done. The zone of intense tearing created a fragmented, weakened crust, setting the geologic stage for the modern Seattle fault zone.

Beyond explaining why the fault zone exists, the study's results about the geometry of Washington's more ancient faults and geologic structures provide valuable details about the bedrock under and within the Seattle basin. This basin is filled with kilometers of looser sedimentary rock, which makes seismic ground shaking stronger, and the new data can help scientists make more accurate models of future ground shaking in the area.

Anderson is excited to use her findings to study western Washington's active faults next.

'This buried tectonic story was so much fun to discover, and now it will provide a great basis for getting back to answering our original questions about active fault geometry for the Seattle fault and other faults in western Washington,' Anderson said.

Provided by American Geophysical Union