Die Hintergründe zum Ridgecrest-Erdbeben (Kalifornien)

USA – Nur 36 Stunden nach dem stärksten Erdbeben in Kalifornien seit rund 20 Jahren folgte ein Hauptbeben, das die Magnitude des ersten Bebens deutlich übertraf. Mit Magnitude 7.1 handelte es sich um ein Erdbeben in der Größenordnung des Lone Pine Erdbebens 1999.
Als erste Folgen des Erdbebens werden schwere Schäden vor allem in der Stadt Ridgecrest und an umliegenden Straßen gemeldet. Mehrere Personen wurden verletzt, durch Gaslecks entstanden zahlreiche Brände. Selbst in Los Angeles kam es noch zu Stromausfällen.

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Das Erdbeben ereignete sich, wie bereits das Vorbeben der Stärke 6.4, an einer eher unbekannten kleinen Störungszone im Osten Südkaliforniens. Dabei ist, vor allem in Kombination mit dem Vorbeben, eine interessante tektonische Kontellation zu beobachten.

Lage der Epizentrum der letzten drei großen Beben an der Scherzone im Südosten Kaliforniens

Grundsätzlich zunächst die tektonischen Hintergründe: Der Großteil der seismischen Aktivität in Kalifornien resultiert aus den Bewegungen der Pazifischen Platte im Westen und der Nordamerikanischen Platte im Osten. Dabei bewegt sich die Pazifische Platte nach Nordwesten und schrammt an der Nordamerikanischen vorbei. Der Großteil der dabei aufgebauten Energie entlädt sich entlang der San Andreas Störung im Westen Kaliforniens. Doch wie bei tektonischen Grenzen üblich ist es nicht nur diese eine Hauptstörung, an der diese Bewegung vollzogen wird. Zahlreiche kleinere vor allem im Raum Los Angeles und San Francisco, so zum Beispiel die Hayward-Störung, sind inzwischen auch in der Öffentlichkeit recht bekannt.
Doch auch der Osten Kaliforniens gehört noch dieser Scherzone an. Auch hier gibt es Störungen, die parallel zur San Andreas Störung verlaufen, und an denen sich ein Teil der Energie abbaut. Dass eben diese Störungen, wovon viele nur grob bekannt sind, auch große Beben hervorrufen können, zeigte sich beim Landers-Erdbeben 1992 (M7.8), zeigte sich beim Hector Mine Erdbeben 1999 (M7.1), zeigte sich beim Ridgecrest-Erdbeben 2019 (M7.1). All diese drei Beben gehören der östlichen Scherzone an, alle drei lösten ein Wenig der Jahrhunderte aufgebauten Spannung.

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Betrachtet man die Ridgecrest-Sequenz etwas näher fällt auf, dass nicht nur eine dem San Andreas Streichen* folgende Störung aktiv gewesen ist. Es waren zwei Strike-Slip Störungen (horizontale Verschiebung), wovon die erste beim Vorbeben aktive senkrecht zur Hauptstreichrichtung verläuft. Diese unter dem Namen Little Lake Fault bekannte Störung war bereits in den vergangenen Jahrzehnten mit kleinen Beben aktiv.
So begann auch das Vorbeben an der Little Lake Fault, breitete sich dann aber auch auf die schon länger inaktive Airport Lake Fault aus. Diese Airport Lake Störung verläuft parallel zur San Andreas Störung und nimmt somit einen größeren Teil der in der Scherzone aufgebauten Spannung auf – Kann also auch mehr Spannung abbauen.

Hier beginnt jetzt eine frühe Interpretation: Da nur ein kleiner Teil der Airport Lake Störung beim Vorbeben aktiv gewesen ist, erhöhte sich durch dieses Erdbeben die Spannung auf die umliegenden, teils zu diesem Zeitpunkt noch nicht bekannten Segmente: Ein neues großes Erdbeben, das die Airport Lake Störung über ihre gesamte Länge aufbricht, war somit wahrscheinlicher geworden – oder zumindest die Wahrscheinlichkeit für erhöhte Aktivität an dieser Störung. Ein Zustand, der sich auch in der USGS-Nachbebenprognose durch eine recht hohe Wahrscheinlichkeit stärkerer Beben widerspiegelte.

Nur 36 Stunden nach dem Vorbeben (bis dahin war nicht abzusehen, dass es als Vorbeben enden würde), trat dann genau dieses Szenario ein: Ein Bruch entlang der Airport Lake Störung, beginnend am Übergangsbereich zu dem kleinen vom Vorbeben aktivierten Segment. Ein Lehrbuch-Beispiel für das Triggern von Erdbeben.
Der Verlauf der Störung lässt sich gut anhand der bisher lokalisierten Nachbeben verfolgen. So scheint es, dass sich der Bruch im Süden bis zur Garlock-Störung ausgebreitet hat, diese Störung möglicherweise das Erdbeben „gebremst“ und so zunächst schlimmeres verhindert hat. Im Norden endete der Bruch an einem diffusen Segment, wo die Störung in einer sogenannten Horsetail-Struktur ausläuft, die stark verästelt ist und wo auch die bisherige Nachbebenaktivität am höchsten ist.

Interpretation der tektonischen Situation: Als farbige Kreise im Hintergrund sind (gemäß der Legende links) die registrierten Erdbeben eingetragen (USGS Daten). Die farbigen dicken Linien markieren die Bruchzonen von Vor- (blau) und Hauptbeben (rot). Der Bewegungssinn ist mit Pfeilen markiert. Weiterhin stellen schwarze Linien den Verlauf bekannter relevanter Störungen dar. Alle Zeiten in MESZ.

Interessant wird in den kommenden Stunden, Tagen, Wochen die mögliche Reaktion von Störungssegmenten, die bisher nicht aktiv gewesen sind. Dazu gehören viele parallel oder schräg zur Hauptstörung verlaufende Segmente sowie einige große Nachbarstörungen. Sowohl entlang der Airport Lake als auch der Little Lake Störungszonen gibt es viele kleine Segmente, an denen durch die immense Energie des heutigen Bebens zusätzliche Spannung induziert wurde. Das heißt es gibt potentielle Kandidaten für weitere starke Beben. Da das Hauptbeben nun auch bis (fast) an die großen Garlock und Sierra Nevada Störungen reichte, müssen diese in nächster Zeit ebenfalls beachtet werden, da auch hier stellenweise die tektonische Spannung erhöht worden sein könnte. Genauere Auswertungen dazu stehen aber noch aus. Sowohl die Garlock Störung als auch die Sierra Nevada Störung gelten als aktiv, haben seit Beginn der menschlichen Beobachtungen im 19. Jahrhundert aber keine nennenswerten Beben hervorgebracht.

Diese recht komplexe und unübersichtliche tektonische Situation spiegelt sich auch in der Nachbebenprognose des USGS wider, die nun die Wahrscheinlichkeit eines neuen, stärkeren Bebens innerhalb einer Woche mit 9% beziffert. Auch die Wahrscheinlichkeit für starke Nachbeben ist sehr hoch. Nachbeben bis Magnitude 6 scheinen unvermeidbar, was aber bei Hauptbeben dieser Stärke die Regel ist. Somit müssen sich die Bewohner von Ridgecrest und umliegender Orte in den kommenden Wochen auf weitere Erdbeben vorbereiten. Wann genau was wie stark und wo passiert, lässt sich natürlich nicht exakt berechnen. Die Nachbebenprognose des USGS basiert lediglich auf statistischen Modellen und darf nicht als exakte Vorhersage angesehen werden.

Die für die Großstädte LA und San Francisco relevante Frage, wie das heutige Erdbeben die San Andreas Störung beeinflussen könnte, scheint aber ziemlich eindeutig beantwortbar zu sein: Kaum. Zwischen Epizentrum und San Andreas Störung liegen mehr als 100 Kilometer. Zwar war das Hauptbeben selbst noch in LA stark zu spüren, doch ist diese Distanz in der Regel zu groß, um nennenswerten Einfluss zu haben. Jedoch sollte in ganz Südkalifornien und angrenzenden Regionen Nevadas in den kommenden Wochen eine erhöhte Wahrscheinlichkeit starker Erdbeben angenommen werden. Das Triggern weiterer Erdbeben an nahe gelegenen Störungszonen ist bei solch starken Erdbeben häufig der Fall, meist beschränkt sich dies jedoch auf die direkte Umgebung des Epizentrums. Doch gerade bei Strike-Slip Beben kann man auch weiter entfernte Effekte nicht ausschließen.

Sicher scheint hingegen, dass es sich um rein tektonische Erdbeben handelt. Spekulationen um mögliche militärische Aktivitäten auf einem entsprechenden Gelände nahe des Epizentrums sowie Zusammenhänge mit den Vulkanfeldern Coso und Lava Mountains können definitiv begraben werden. Die Störungszonen waren zumindest in Teilen vorher bekannt und auch der Mechanismus und die Stärke der Erdbeben ist für die Region nicht unüblich (siehe Landers, Hector Mine) – auch wenn es durch glückliche Zufälle seit 20 Jahren zu keinem solchen Erdbeben gekommen ist.

Zusammengefasst handelt es sich um eine für Kalifornien klassische Erdbebensequenz, wie man sie im 20. Jahrhundert mehrfach beobachten durfte. Glücklicherweise traf es eine vergleichsweise dünn besiedelte Region, auch wenn die Schäden in der Stadt Ridgecrest natürlich immens sind. Zumindest Todesopfer sind bislang nicht zu beklagen.
Nicht absehbar bleibt, wie die Sequenz weiter verläuft. Starke Nachbeben sind sehr wahrscheinlich. Durch das Vorhandensein zahlreicher anderer, teils großer Störungen und Segmente sowie die bisherige Charakteristik der Nachbebensequenz ist zumindest die Chance gegeben, dass in kommender Zeit weitere schwere Erdbeben getriggert werden können. Was genau passieren wird – vielleicht nichts weiter, vielleicht ein neues großes Erdbeben – kann aber niemand sagen. Trotz massiver Verbesserungen in den letzten Jahren ist die Arbeit des United States Geological Survey noch nicht perfekt – eine Erdbebenvorhersage noch weit entfernt. Das Ridgecrest-Erdbeben wird (sofern nichts größeres folgt) für viele Jahre ein Lehrbuchbeispiel eines Erdbebens sein, da viel Forschung ermöglicht wird und es dem USGS aufzeigte, wo aktuell die technischen Grenzen sind. Besonders in der Webverarbeitung von Daten und dem Veröffentlichen von Informationen kam es in den ersten Stunden nach dem Erdbeben zu massiven Problemen, die spätestens zum unausweichlichen „Big One“ behoben sein sollten.

(Falls Fragen zu diesem Erdbeben offen sind: Der Kommentarbereich wird bis einschließlich Montag freigeschaltet und ich werde mich bemühen, auf alle Fragen zu reagieren)

*: Streichen: Orientierung, bzw. Verlauf einer geologischen Struktur an der Erdoberfläche


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Jens ist 25 Jahre alt und studierte von 2013 bis 2019 an der Ruhr-Universität Bochum, zunächst Geowissenschaften (B.Sc. Abschluss) und später mit Spezialisierung auf Erdbebenphysik und -gefährdung. Seit Juni 2019 lebt er in Karlsruhe und arbeitet im Bereich Katastrophenforschung.
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