Im Nordwesten der USA taucht eine Erdplatte unter eine andere ab. Das sorgt für gewaltige Spannungen im Untergrund. Noch aber ist es dort gefährlich ruhig.
Stuttgart - Am 15. Oktober ließen sich Millionen Menschen weltweit auf den Boden fallen, krabbelten unter Tische und harrten dort aus. Ein Kindergeburtstag war nicht der Grund. Die Teilnehmer folgten vielmehr dem Motto „Drop! Cover! Hold on!“ einer internationalen Übung zum Erdbebenschutz. In den Bundesstaaten Washington und Oregon an der US-Westküste hatten sich 1,5 Millionen Einwohner zu der Übung angemeldet. Denn auch dort – nicht nur an der berühmten San-Andreas-Spalte weiter südlich in Kalifornien – ist mit zerstörerischen Beben zu rechnen.
Für Washington und Oregon geht die Gefahr von der Cascadia-Verwerfung aus. Anders als bei der San-Andreas-Spalte, wo sich Erdplatten aneinander vorbeischieben, handelt es sich dabei um eine Subduktionszone: Eine Erdplatte taucht unter eine andere ab. Zwischen dem kanadischen Vancouver Island und Mendocino im Nordwesten Kaliforniens rutscht über 1100 Kilometern hinweg die Juan-de-Fuca-Platte ostwärts unter die Nordamerikanische Platte, und zwar vier Zentimeter pro Jahr. Weil es dabei immer wieder klemmt, bebt in unregelmäßigen Abständen die Erde.
Bebendesaster zum Mythos verarbeitet
In Subduktionszonen kann die Erdkruste über Hunderte von Kilometern hinweg in einem Rutsch brechen und sich um zig Meter verschieben. Darum ereignen sich dort die heftigsten Beben weltweit – Megabeben, wie sie 2004 Sumatra und 2011 Japan erlebt hat. Im Laufe der letzten drei Jahrzehnte haben Wissenschaftler zahlreiche Belege dafür gefunden, dass auch an der Cascadia-Verwerfung Megabeben zu erwarten sind. Damit gehen die typischen Gefahren einher: ein meterhoher Tsunami, weitflächige Überflutungen, zusammenbrechende Häuser.
Frühere Bebendesaster hat die indigene Bevölkerung zu einem Mythos verarbeitet. Darin ist sinnbildlich die Rede von einem Kampf zwischen einem Donnervogel und einem Wal. Gemäß der mündlichen Überlieferung ereignete sich das letzte Megabeben an der Cascadia-Verwerfung um das Jahr 1700 herum. Geisterwälder zeugen noch heute von der Absenkung der Küste um mehrere Meter während des Bebens. Denn alle Bäume, die nach dem Beben im Meerwasser standen, starben damals rasch ab. 1996 gelang es einem japanischen Seismologen, das letzte historische Cascadia-Megabeben auf den Tag genau zu datieren – den 26. Januar 1700. Es passt nämlich perfekt zu einem Tsunami in Japan, der dort ohne vorangegangenes Erdbeben über die Küste hereinbrach und darum Waisenkind-Tsunami getauft wurde. Simulationen zeigen, dass die Wellen vor der US-amerikanischen Westküste ausgelöst worden sein könnten.
Sedimente als Geschichtsbücher
Wie häufig Cascadia-Megabeben auftreten, ermitteln Erdbebenforscher anhand von Sedimenten, die in unterseeischen Canyons vor der Küste lagern. Löst ein Seebeben einen Tsunami aus, dann kommt es unter Wasser zu Hangrutschen und eine Menge Material strömt in die Canyons hinunter. Der aufgewirbelte Schlamm lagert sich als sogenannter Turbidit in einer Schicht ab. Einer der Fachleute für solche Turbidite ist der Meeresgeologe Chris Goldfinger von der Oregon State University in Corvallis. Die Ablagerungen präzise zu datieren sei entscheidend, sagt er. Denn wenn sich an vielen Stellen Turbidite gleichen Alters finden, lässt dies auf ein weiträumiges, also starkes Beben schließen.
Im ersten Schritt werden die Schichten von Sedimentbohrkernen mit der Radiokarbonmethode datiert. Doch die ist ungenau. Andere Methoden helfen bei der Präzisierung: Mit Algorithmen können die Resultate aus verschiedenen Sedimenten miteinander abgeglichen werden, so dass ihre Zeitskalen übereinstimmen. Außerdem hilft es, eine größere Zahl an Sedimenten zu untersuchen. Derzeit untersucht Goldfinger auch Turbidite, die an der kanadischen Küste gefunden wurden.
Beben-Rekonstruktion der letzten 10 000 Jahre
Zusammen mit Fachkollegen hat der Geologe in den letzten Jahren so eine Zeitleiste großer Cascadia-Beben rekonstruiert, die 10 000 Jahre zurückreicht. Aus der Dicke und den Datierungen der Turbidite lassen sich durchschnittliche Wiederkehrzeiten für Beben errechnen, die durch den partiellen oder kompletten Bruch der Cascadia-Verwerfung hervorgerufen werden. Demnach beträgt die Wiederkehrzeit für ein Megabeben – bei dem die Verwerfung auf ganzer Länge reißt – etwa 500 Jahre. Das bedeutet eine Wahrscheinlichkeit von ungefähr zehn Prozent für die nächsten 50 Jahre. Simulationen weisen auf einen Tsunami, der bis zu 25 Meter hoch werden kann. Wahrscheinlicher indes sind kleinere Subduktionsbeben, bei denen nur ein Teil der Verwerfung bricht. Im Süden ist diese Gefahr besonders groß.
Dafür, dass sich an der Cascadia-Subduktionszone Megabeben ereignen können, ist sie außergewöhnlich ruhig. „Den Grund dafür kennt man noch nicht“, sagt Goldfinger. Die seismische Ruhe verringert aber keineswegs die Gefahr. GPS-Daten, die großräumige Verschiebungen dokumentieren, lassen keinen Zweifel daran, dass die Verwerfung lediglich blockiert ist. Irgendwann wird sie wieder brechen.
Häufige schwache Beben
An einzelnen Stellen bebte es in letzter Zeit gelegentlich doch, aber nur schwach. Forscher vermuten, dass die kleinen Erschütterungen Hinweise auf die Feinstruktur der Subduktionszone liefern könnten. Um die Beben zu messen, wurden in der sogenannten Cascadia-Initiative vor vier Jahren 60 Seismometer auf dem Meeresboden installiert und Details der Observierung verbessert. Jetzt sind die ersten Resultate da. Demnach wurden schwache Erdbeben öfter registriert als erwartet, berichtet die Seismologin Susan Schwartz von der University of California in Santa Cruz. Vielleicht hängen die Erdstöße mit einem ehemaligen unterseeischen Berg zusammen, der in die Subduktionszone hinuntertransportiert wurde. „Solche Beobachtungen am Meeresgrund nah an den Bruchzonen benötigen wir, um die Prozesse in den relevantesten Gebieten genauer zu verstehen“, erklärt der Seismologe Roland Bürgmann, Universitätskollege von Schwartz.
Für die Region geht Gefahr nicht nur von Erdbeben an dem klemmenden Stück der Subduktion aus. 2003 wurde zum Beispiel Seattle durch ein sogenanntes tiefes Beben getroffen, das Kosten von mehr als zwei Milliarden Dollar verursachte. Tiefe Beben ereignen sich dort, wo die Juan-de-Fuca-Platte schon weit unter die Nordamerikanische Platte hinuntergeglitten ist, 40 bis 80 Kilometer unter der Oberfläche. Solche Beben lösen zwar weniger starke Erschütterungen aus, sind dafür aber in einem sehr großen Gebiet zu spüren.
Stille Beben in der Tiefe
Doch damit ist die seismische Palette von Cascadia immer noch nicht erschöpft. Manchmal ereignen sich unten in der Tiefe nämlich Erdbeben, die überhaupt nicht spürbar sind: die sogenannten stillen Erdbeben. Sie seien noch nicht vollständig verstanden, räumt Bürgmann ein. Bekannt ist aber, dass sie wie in Zeitlupe an einem tief gelegenen Teil der Grenzfläche zwischen den zwei Platten einer Subduktionszone ablaufen. Nur feine Messinstrumente registrieren das Zittern. An der Cascadia-Verwerfung wurden die stillen Beben in einer Tiefe von 40 Kilometern an der Grenze zwischen der Juan-de-Fuca-Platte und der Nordamerika-Platte nachgewiesen. Alle zehn bis zwanzig Monate kehren sie wieder – offenbar bedingt durch Gezeitenkräfte. Die damit einhergehende schleichende Verschiebung erhöht die Spannung an dem blockierten Stück der Verwerfung und damit die Gefahr des nächsten Megabebens. Dagegen wollen sich die verantwortlichen Behörden nun unter anderem mit neuen Katastrophenplänen und regelmäßigen Übungen der Bevölkerung rüsten.
Pazifischer Feuerring
Gürtel
Bis auf den Süden ist der Pazifik auf drei Seiten von einer Kette von Vulkanen umgeben. Außerdem reiben sich an seinen Rändern – etwa im Nordwesten der USA – Erdplatten aneinander. Daher treten entlang dieses Feuerrings gehäuft teils sehr heftige Beben auf, die nicht selten mit starken Tsunamis verbunden sind.
Warnung
Da die Gefahren bekannt sind, rüsten sich die Behörden in vielen Ländern entlang dieses Rings mit verschiedenen Maßnahmen gegen die Bedrohung. So soll unter anderem die Vorwarnzeit für Tsunamis verkürzt werden.