Tektonik
Spannungen von Südkaliforniens Erdbebenlinien haben Rekordniveau erreicht
Ein aktuelles Modell mit historischen Daten zeigt: Die Spannung entlang der San-Andreas- und San-Jacinto-Verwerfung ist so hoch wie nie in den vergangenen 1000 Jahren
Thomas Bergmayr
Das Erdbeben von San Francisco am 18. April 1906 legte weite Teile der Stadt in Schutt und Asche und forderte mehr als 3000 Menschenleben. Ein ähnlich schweres Beben droht künftig dem Süden Kaliforniens, wo die Spannungen im Untergrund mittlerweile ein Rekordniveau erreicht haben.
Südkalifornien wartet auf das große Beben. Seit über 160 Jahren hat kein schweres Erdbeben mehr den Großraum Los Angeles erschüttert. Das letzte, das Fort-Tejon-Beben von 1857, brachte es auf die Stärke 7,9 und riss die San-Andreas-Verwerfung auf einer Länge von mehr als 300 Kilometern auf. Das San-Francisco-Erdbeben weiter im Norden von 1906 brachte es auf eine ähnliche Stärke und kostete mehr als 3000 Menschen das Leben. Seither gibt die Falte weitgehend Ruhe, abgesehen von kleineren Erschütterungen, die für die Kalifornier zum Alltag gehören.
Energie staut sich auf
Es ist freilich eine trügerische Ruhe, mit der es früher oder später vorbei sein dürfte: Eine internationale Forschungsgruppe unter Leitung von Liliane Burkhard von der Universität Bern hat tausend Jahre Erdbebengeschichte am Computer nachgespielt. Die nun im Journal of Geophysical Research: Solid Earth veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass die Spannung in der Erdkruste entlang der südlichen San-Andreas- und der San-Jacinto-Verwerfung heute so hoch ist wie nie zuvor in den vergangenen Jahrhunderten. Stellenweise hat sie die höchsten Werte der gesamten Simulation bereits übertroffen.
Dort, wo die pazifische und die nordamerikanische Erdplatte aneinander vorbeischrammen, gleiten sie nicht glatt, sondern verhaken sich ineinander. Über Jahrzehnte und Jahrhunderte schiebt sich das Gestein weiter, ohne dass sich die Verwerfung bewegt – die Energie wird gespeichert wie in einer gespannten Feder. Irgendwann jedoch gibt das Gestein nach, die Feder schnellt zurück, und was sich entlädt, spüren die Menschen an der Oberfläche als Erdbeben. Die beiden genannten Verwerfungen nehmen zusammen rund 90 Prozent der Plattenbewegung in der Region auf. Diese Linien tragen die Hauptlast Südkaliforniens.
Das "Erdbebentor" vom Cajon Pass
Besonderes Augenmerk richtete das Forschungsteam auf einen Punkt nordöstlich von Los Angeles, wo sich die beiden Systeme fast bis auf Tuchfühlung nähern: den Cajon Pass. Tektonisch ist das ein neuralgischer Punkt, denn hier könnte ein Beben, das auf der einen Verwerfung beginnt, auf die andere überspringen. Ob dies tatsächlich geschieht, ist ungewiss und hängt maßgeblich vom Verhalten dieses "Erdbebentors" ab, wie die Forschenden den Cajon Pass bezeichnen.
Laut Burkhard und ihren Kolleginnen und Kollegen funktioniert der Pass wie eine Schranke. Mal hält er ein Beben auf, mal lässt er es passieren. Für beide Verhaltensweisen gibt es historische Belege. 1857 endete der Bruch am Cajon Pass und ließ die San-Jacinto-Verwerfung unberührt. Beim Wrightwood-Beben von 1812 dagegen durchquerte ein einziges zusammenhängendes Ereignis beide Systeme.
Was aber entscheidet, ob das Tor offensteht oder geschlossen bleibt? Man möchte annehmen, die Höhe der Spannung spiele die Hauptrolle, doch so einfach ist es nicht. Burkhards Modell deutet darauf hin, dass es weniger auf den Absolutwert an einer einzelnen Verwerfung ankommt als auf das Verhältnis zwischen beiden. Steigt die Spannung auf den zwei Systemen im Gleichschritt und nähern sie sich dabei ähnlich hohen Niveaus, dann begünstigt das ein gemeinsames Beben, das beide Verwerfungen erfasst. Laufen die Spannungsverläufe dagegen auseinander, endet ein Bruch eher am Knotenpunkt.
Die Grafik zeigt die für das Jahr 2025 modellierte Coulomb-Spannungsakkumulation des südlichen San-Andreas-Verwerfungssystems im regionalen Kontext.
Tausendjährige Erdbebenchronik
Um diesen Zusammenhang überhaupt sichtbar zu machen, bauten die Forschenden ein physikbasiertes Modell, das die Vorgänge in drei Raumdimensionen und über die Zeit hinweg abbildet. Gefüttert wurde es mit einer tausendjährigen Erdbebenchronik, rekonstruiert aus geologischen Spuren, darunter Radiokohlenstoffdatierungen verschobener Sedimente, Anomalien in Baumringen und historische Aufzeichnungen von Bodenaufbrüchen.
"Das Modell verfolgt, wie jedes Erdbeben die Spannung auf benachbarten Verwerfungssegmenten verändert, wie sie sich in den ruhigen Zwischenzeiten wieder aufbaut und wie sich die tieferen Krustenschichten nach großen Beben langsam entspannen", sagt Burkhard. Lässt man diese Geschichte als Simulation bis in die Gegenwart durchlaufen, ergibt sich eine Schätzung, wie stark das System heute belastet ist.
Die Zahlen, die dabei herauskommen, sprechen dafür, dass die geologische Ruhe mit einem großen Knall enden wird. Am San-Jacinto-Bernardino-Absc…
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