San-Andreas-Verwerfung
| San-Andreas-Verwerfung ⓘ | |
|---|---|
 Die Verwerfung (rechts) und die Carrizo-Ebene (links) | |
 Pfeile zeigen die relative Bewegung der Nordamerikanischen Platte (südöstlich) und der Pazifischen Platte (nordwestlich) | |
| Benannt von | Andrew Lawson |
| Jahr definiert | 1895 |
| Koordinaten | 35°07′N 119°39′W / 35.117°N 119.650°WKoordinaten: 35°07′N 119°39′W / 35.117°N 119.650°W |
| Land | Vereinigte Staaten (reicht bis nach Mexiko) |
| Staat | Kalifornien (Teile in Baja California und Sonora) |
| Städte | San Francisco, San Bernardino, San Juan Bautista |
| Merkmale | |
| Segmente | Calaveras, Hayward, Elsinore, Imperial, Laguna Salada, San Jacinto |
| Länge | 1.200 km (750 mi) |
| Verdrängung | 20-35 mm (0,79-1,38 Zoll)/Jahr |
| Tektonik | |
| Platte | Nordamerikanisch & Pazifisch |
| Status | Aktiv |
| Erdbeben | 1857, 1906 (Mw ≈7,8), 1957 (Mw 5,7), 1989 (Mw ≈6,9), 2004 |
| Typ | Transformstörung |
| Bewegung | Dextral |
| Alter | Neogen-Holozän |
| Orogenese | Gorda-Kalifornien-Nevada |
Die San-Andreas-Verwerfung ist eine kontinentale Transformverwerfung, die sich über eine Länge von etwa 1 200 Kilometern (750 Meilen) durch Kalifornien erstreckt. Sie bildet die tektonische Grenze zwischen der Pazifischen Platte und der Nordamerikanischen Platte und bewegt sich rechtsseitig streichend (horizontal). Die Verwerfung teilt sich in drei Segmente, die jeweils unterschiedliche Merkmale aufweisen und unterschiedlich stark erdbebengefährdet sind. Die Gleitrate entlang der Verwerfung liegt zwischen 20 und 35 mm/Jahr. Sie wurde durch eine Umwandlungsgrenze gebildet. ⓘ
Die Verwerfung wurde 1895 von Professor Andrew Lawson von der UC Berkeley identifiziert, der die nördliche Zone entdeckte. Oft wird behauptet, sie sei nach dem San-Andreas-See benannt, einem kleinen Gewässer, das sich in einem Tal zwischen den beiden Platten gebildet hat. Einigen seiner Berichte aus den Jahren 1895 und 1908 zufolge benannte Lawson sie jedoch tatsächlich nach dem umliegenden San-Andreas-Tal. Nach dem Erdbeben von San Francisco 1906 kam Lawson zu dem Schluss, dass sich die Verwerfung bis nach Südkalifornien erstreckt. ⓘ
Im Jahr 1953 kam der Geologe Thomas Dibblee zu dem Schluss, dass entlang der Verwerfung Hunderte von Kilometern an Seitenbewegungen auftreten könnten. Im Rahmen eines Projekts mit der Bezeichnung San Andreas Fault Observatory at Depth (SAFOD) in der Nähe von Parkfield, Monterey County, wurden zwischen 2004 und 2007 Bohrungen durch die Verwerfung durchgeführt, um Material zu sammeln und physikalische und chemische Beobachtungen zu machen, um das Verhalten der Verwerfung besser zu verstehen. ⓘ
Wie prinzipiell jede andere Plattengrenze auch, ist die San-Andreas-Verwerfung ein Schauplatz von Erdbebenaktivität. So wurde die Großstadt San Francisco am 18. April 1906 von einem schweren Erdbeben der Stärke 7,8 auf der Momenten-Magnituden-Skala heimgesucht. ⓘ
Die San-Andreas-Verwerfung ist eine der wenigen Plattengrenzen, die direkt auf einem Kontinent verlaufen. Die meisten Plattengrenzen verlaufen am Grund der Ozeane. ⓘ
Verwerfungszonen
Nördlich
Der nördliche Abschnitt der Verwerfung verläuft von Hollister durch die Santa Cruz Mountains, dem Epizentrum des Loma-Prieta-Erdbebens von 1989, dann die San-Francisco-Halbinsel hinauf, wo sie erstmals 1895 von Professor Lawson identifiziert wurde, und dann vor der Küste bei Daly City in der Nähe von Mussel Rock. Dies ist die ungefähre Position des Epizentrums des Erdbebens von San Francisco im Jahr 1906. Die Verwerfung kehrt an der Bolinas Lagoon nördlich von Stinson Beach in Marin County an Land zurück. Sie verläuft unter Wasser durch den linearen Trog der Tomales Bay, der die Halbinsel Point Reyes vom Festland trennt, verläuft östlich von Bodega Head durch die Bodega Bay und wieder unter Wasser und kehrt bei Fort Ross an Land zurück. (In dieser Region um die San Francisco Bay Area verlaufen mehrere bedeutende "Schwesterverwerfungen" mehr oder weniger parallel, und jede dieser Verwerfungen kann sehr zerstörerische Erdbeben verursachen). Von Fort Ross aus verläuft das nördliche Segment weiter über Land und bildet zum Teil ein lineares Tal, durch das der Gualala River fließt. Bei Point Arena geht er wieder auf See. Danach fließt er unter Wasser an der Küste entlang, bis er sich dem Kap Mendocino nähert, wo er beginnt, nach Westen abzubiegen und an der Mendocino Triple Junction endet. ⓘ
Zentral
Der zentrale Abschnitt der San-Andreas-Verwerfung verläuft in nordwestlicher Richtung von Parkfield nach Hollister. Während der südliche Abschnitt der Verwerfung und die durch Parkfield verlaufenden Teile erdbebengefährdet sind, zeigt der Rest des zentralen Abschnitts der Verwerfung ein Phänomen, das als aseismisches Kriechen bezeichnet wird, bei dem die Verwerfung kontinuierlich rutscht, ohne Erdbeben zu verursachen. Sie wurde durch eine Transformationsgrenze gebildet. ⓘ
Südlich
Das südliche Segment (auch als Mojave-Segment bezeichnet) beginnt in der Nähe von Bombay Beach, Kalifornien. Der Box Canyon in der Nähe des Salton Sea enthält aufgeworfene Schichten, die mit diesem Abschnitt der Verwerfung verbunden sind. Die Verwerfung verläuft dann entlang der südlichen Basis der San Bernardino Mountains, überquert den Cajon Pass und verläuft weiter nordwestlich entlang der nördlichen Basis der San Gabriel Mountains. Diese Berge sind das Ergebnis der Bewegung entlang der San-Andreas-Verwerfung und werden gemeinhin als Transverse Range bezeichnet. In Palmdale lässt sich ein Teil der Verwerfung leicht an einem Straßeneinschnitt für den Antelope Valley Freeway untersuchen. Die Verwerfung verläuft weiter nordwestlich entlang der Elizabeth Lake Road bis zur Stadt Elizabeth Lake. Beim Passieren der Städte Gorman, Tejon Pass und Frazier Park beginnt die Verwerfung, sich nach Norden zu biegen und bildet den "Big Bend". Man geht davon aus, dass sich die Verwerfung in Südkalifornien an dieser Biegung mit einem Erdbebenintervall von etwa 140-160 Jahren verfestigt. Nordwestlich von Frazier Park verläuft die Verwerfung durch die Carrizo-Ebene, eine lange, baumlose Ebene, in der ein Großteil der Verwerfung deutlich sichtbar ist. Die Elkhorn Scarp definiert die Verwerfungsspur entlang eines Großteils ihrer Länge innerhalb der Ebene. ⓘ
Der südliche Abschnitt, der sich von Parkfield in Monterey County bis zum Salton Sea erstreckt, ist für ein Erdbeben der Stärke 8,1 geeignet. An ihrer engsten Stelle verläuft diese Verwerfung etwa 56 km nordöstlich von Los Angeles. Ein solch starkes Erdbeben auf diesem südlichen Abschnitt würde Tausende von Menschen in Los Angeles, San Bernardino, Riverside und den umliegenden Gebieten töten und Schäden in Höhe von Hunderten von Milliarden Dollar verursachen. ⓘ
Plattengrenzen
Die Pazifische Platte westlich der Verwerfung bewegt sich in Richtung Nordwesten, während sich die Nordamerikanische Platte im Osten unter dem Einfluss der Plattentektonik in Richtung Südwesten, aber relativ südöstlich bewegt. Die Verschiebungsrate beträgt in Kalifornien durchschnittlich 33 bis 37 Millimeter pro Jahr. ⓘ
Die südwestliche Bewegung der nordamerikanischen Platte in Richtung Pazifik führt zu Druckkräften auf der Ostseite der Verwerfung. Dieser Effekt kommt in den Coast Ranges zum Ausdruck. Die nordwestliche Bewegung der pazifischen Platte führt ebenfalls zu erheblichen Druckkräften, die dort besonders ausgeprägt sind, wo die nordamerikanische Platte die San-Andreas-Verwerfung nach Westen drückt. Dies hat zur Bildung der Transverse Ranges in Südkalifornien und in geringerem, aber immer noch bedeutendem Ausmaß zur Bildung der Santa Cruz Mountains (dem Ort des Loma-Prieta-Erdbebens von 1989) geführt. ⓘ
Untersuchungen der relativen Bewegungen der pazifischen und der nordamerikanischen Platte haben gezeigt, dass nur etwa 75 % der Bewegungen auf die Bewegungen der San-Andreas-Verwerfung und ihrer verschiedenen Verzweigungen zurückgeführt werden können. Der Rest der Bewegung wurde in einem Gebiet östlich der Sierra Nevada gefunden, das Walker Lane oder Eastern California Shear Zone genannt wird. Der Grund dafür ist nicht klar. Es wurden mehrere Hypothesen aufgestellt, und die Forschung ist noch nicht abgeschlossen. Eine Hypothese - die nach dem Landers-Erdbeben von 1992 an Interesse gewann - besagt, dass sich die Plattengrenze von der San-Andreas-Kette nach Osten in Richtung Walker Lane verschiebt. ⓘ
Unter der Annahme, dass sich die Plattengrenze nicht wie angenommen verändert, deutet die projizierte Bewegung darauf hin, dass die Landmasse westlich der San-Andreas-Verwerfung, einschließlich Los Angeles, schließlich an San Francisco vorbeigleiten und sich dann über einen Zeitraum von vielleicht zwanzig Millionen Jahren weiter nach Nordwesten zum Aleutengraben bewegen wird. ⓘ
Formation
Die San-Andreas-Verwerfung begann sich im mittleren Känozoikum vor etwa 30 Mya (Millionen Jahren) zu bilden. Zu dieser Zeit begann ein Spreizungszentrum zwischen der Pazifischen Platte und der Farallon-Platte (die heute größtenteils subduziert ist, mit Resten der Juan-de-Fuca-Platte, der Rivera-Platte, der Cocos-Platte und der Nazca-Platte), die Subduktionszone vor der Westküste Nordamerikas zu erreichen. Da sich die Relativbewegung zwischen der Pazifischen und der Nordamerikanischen Platte von der Relativbewegung zwischen der Farallon-Platte und der Nordamerikanischen Platte unterschied, begann der Spreizungsrücken zu "subduzieren", was zu einer neuen Relativbewegung und einer neuen Art der Verformung entlang der Plattengrenzen führte. Diese geologischen Merkmale sind vor allem entlang der San-Andreas-Verwerfung zu beobachten. Sie ist auch eine mögliche Ursache für die Verformung des Basin and Range, die Abtrennung der Halbinsel Baja California und die Rotation des Transverse Range. ⓘ
Der südliche Hauptabschnitt der eigentlichen San-Andreas-Verwerfung existiert erst seit etwa 5 Millionen Jahren. Die erste bekannte Ausprägung des südlichen Teils der Verwerfung war die Clemens-Well-Fenner-San-Francisquito-Verwerfungszone um 22-13 Ma. Dieses System fügte die San-Gabriel-Verwerfung als primären Bewegungsschwerpunkt zwischen 10-5 Ma hinzu. Derzeit geht man davon aus, dass die moderne San-Andreas-Verwerfung ihre Bewegung schließlich auf eine Verwerfung innerhalb der ostkalifornischen Scherungszone verlagern wird. Diese komplizierte Entwicklung, vor allem entlang des südlichen Abschnitts, wird hauptsächlich entweder durch den "Big Bend" und/oder durch einen Unterschied im Bewegungsvektor zwischen den Platten und dem Trend der Verwerfung und ihrer umliegenden Äste verursacht. ⓘ
Studie
Frühe Jahre
Die Verwerfung wurde erstmals 1895 von dem Geologieprofessor Andrew Lawson von der UC Berkeley in Nordkalifornien entdeckt und nach der Laguna de San Andreas benannt, einem kleinen See, der in einem von der Verwerfung gebildeten linearen Tal südlich von San Francisco liegt. Elf Jahre später entdeckte Lawson, dass sich die San-Andreas-Verwerfung in Richtung Süden bis nach Südkalifornien erstreckte, nachdem er die Auswirkungen des Erdbebens von San Francisco im Jahr 1906 untersucht hatte. Eine großräumige (Hunderte von Kilometern) seitliche Bewegung entlang der Verwerfung wurde erstmals 1953 von den Geologen Mason Hill und Thomas Dibblee in einem Aufsatz vorgeschlagen. Diese Idee, die damals als radikal angesehen wurde, hat sich inzwischen durch die moderne Plattentektonik als richtig erwiesen. ⓘ
Aktuelle Forschung
Seismologen entdeckten, dass die San-Andreas-Verwerfung in der Nähe von Parkfield in Zentralkalifornien etwa alle 22 Jahre ein Erdbeben der Stärke 6,0 auslöst. Nach den in den Jahren 1857, 1881, 1901, 1922, 1934 und 1966 aufgezeichneten seismischen Ereignissen sagten Wissenschaftler für 1993 ein weiteres Erdbeben in Parkfield voraus. Dies geschah schließlich im Jahr 2004. Aufgrund der Häufigkeit der vorhersehbaren Aktivität ist Parkfield zu einem der wichtigsten Gebiete der Welt für die Erforschung großer Erdbeben geworden. ⓘ
Im Jahr 2004 begannen nördlich von Parkfield die Arbeiten für das San Andreas Fault Observatory at Depth (SAFOD). Ziel von SAFOD ist es, ein fast 3 km tiefes Loch in die Erdkruste und in die San-Andreas-Verwerfung zu bohren. Dort soll eine Reihe von Sensoren installiert werden, um Erdbeben in der Nähe dieses Gebiets aufzuzeichnen. ⓘ
Das San-Andreas-Verwerfungssystem war bereits Gegenstand zahlreicher Studien. Insbesondere die wissenschaftliche Forschung der letzten 23 Jahre hat zu etwa 3.400 Veröffentlichungen geführt. ⓘ
Der nächste "Big One"
Eine 2006 in der Zeitschrift Nature veröffentlichte Studie von Yuri Fialko, einem außerordentlichen Professor am Cecil H. and Ida M. Green Institute of Geophysics and Planetary Physics am Scripps Institution of Oceanography, ergab, dass die San-Andreas-Verwerfung ein ausreichendes Spannungsniveau erreicht hat, um ein Erdbeben der Stärke 7,0 auf der Momenten-Magnituden-Skala auszulösen. Diese Studie ergab auch, dass das Risiko eines großen Erdbebens möglicherweise schneller zunimmt, als die Wissenschaftler bisher angenommen hatten. Außerdem konzentriert sich das Risiko derzeit auf den südlichen Abschnitt der Verwerfung, d. h. die Region um Los Angeles, da sich auf dem mittleren (1857) und dem nördlichen (1906) Abschnitt der Verwerfung in jüngster Zeit starke Erdbeben ereignet haben, während der südliche Abschnitt seit mindestens 300 Jahren keinen ähnlichen Bruch mehr erlebt hat. Dieser Studie zufolge würde ein schweres Erdbeben auf diesem südlichen Abschnitt der San-Andreas-Verwerfung zu großen Schäden im Großraum Palm Springs-Indio und in anderen Städten in den Countys San Bernardino, Riverside und Imperial in Kalifornien sowie in der Gemeinde Mexicali in Baja California führen. Es wäre in weiten Teilen Südkaliforniens stark zu spüren (und könnte erhebliche Schäden verursachen), einschließlich der dicht besiedelten Gebiete von Los Angeles County, Ventura County, Orange County, San Diego County, der Gemeinden Ensenada und Tijuana, Baja California, San Luis Rio Colorado in Sonora und Yuma, Arizona. Ältere Gebäude wären besonders anfällig für Schäden oder Einstürze, ebenso wie Gebäude, die auf unbefestigtem Schotter oder in Küstengebieten mit hohem Grundwasserspiegel (und damit anfällig für Bodenverflüssigung) errichtet wurden. Zu der Studie erklärte Fialko:
Alle diese Daten deuten darauf hin, dass die Verwerfung für das nächste große Erdbeben bereit ist, aber wir können nicht genau sagen, wann die Auslösung erfolgt und wann das Erdbeben stattfinden wird. Es könnte schon morgen sein, aber auch erst in 10 oder mehr Jahren. ⓘ
Dennoch hat es in den 16 Jahren seit dieser Veröffentlichung kein größeres Beben im Gebiet von Los Angeles gegeben, und zwei wichtige Berichte des U.S. Geological Survey (USGS) haben unterschiedliche Vorhersagen über das Risiko künftiger seismischer Ereignisse gemacht. Die Fähigkeit, große Erdbeben mit ausreichender Genauigkeit vorherzusagen, um erhöhte Vorsichtsmaßnahmen zu rechtfertigen, ist nach wie vor schwer zu erreichen. ⓘ
Die jüngste Vorhersage des U.S. Geological Survey, bekannt als UCERF3 (Uniform California Earthquake Rupture Forecast 3), die im November 2013 veröffentlicht wurde, schätzt, dass ein Erdbeben der Stärke 6,7 M oder mehr (d. h. gleich oder stärker als das Northridge-Erdbeben von 1994) landesweit etwa alle 6,7 Jahre auftritt. Derselbe Bericht schätzte auch die Wahrscheinlichkeit, dass sich in den nächsten 30 Jahren irgendwo entlang der San-Andreas-Verwerfung ein Erdbeben der Stärke 8,0 oder mehr ereignen wird, auf 7 %. In einer anderen USGS-Studie aus dem Jahr 2008 wurde versucht, die physischen, sozialen und wirtschaftlichen Folgen eines schweren Erdbebens in Südkalifornien abzuschätzen. In dieser Studie wurde vorausgesagt, dass ein Erdbeben der Stärke 7,8 entlang der südlichen San-Andreas-Verwerfung etwa 1 800 Todesopfer und Schäden in Höhe von 213 Milliarden Dollar verursachen könnte. ⓘ
Verbindung zu Cascadia
In einer Studie aus dem Jahr 2008, in der frühere Erdbeben entlang der Pazifikküste untersucht wurden, wurde eine zeitliche Korrelation zwischen seismischen Ereignissen an der nördlichen San-Andreas-Verwerfung und dem südlichen Teil der Cascadia-Subduktionszone (die sich von Vancouver Island bis Nordkalifornien erstreckt) festgestellt. Die Wissenschaftler glauben, dass die meisten großen Beben an der nördlichen San-Andreas-Verwerfung in den letzten 3.000 Jahren durch Beben an der Cascadia-Subduktionszone ausgelöst wurden. Die Beweise zeigen auch, dass die Bruchrichtung bei jedem dieser zeitlich korrelierten Ereignisse von Norden nach Süden verlief. Das Erdbeben von 1906 in San Francisco scheint jedoch eine Ausnahme von dieser Korrelation gewesen zu sein, da die Plattenbewegung hauptsächlich von Süden nach Norden verlief und dem Beben kein größeres Beben in der Cascadia-Zone vorausging. ⓘ
Erdbeben
An der San-Andreas-Verwerfung gab es in der Vergangenheit einige bemerkenswerte Erdbeben:
- Das Fort-Tejon-Erdbeben von 1857: Auf einer Länge von etwa 350 Kilometern kam es in Zentral- und Südkalifornien zu einem Bruch. Obwohl es als Fort-Tejon-Erdbeben bekannt ist, wird angenommen, dass das Epizentrum weit im Norden, südlich von Parkfield, lag. Es wurden zwei Todesopfer gemeldet. Das Beben hatte eine Stärke von 7,9.
- 1906 Erdbeben in San Francisco: In Nordkalifornien kam es auf einer Länge von etwa 430 Kilometern zum Ausbruch. Das Epizentrum lag in der Nähe von San Francisco. Mindestens 3.000 Menschen starben bei dem Erdbeben und den anschließenden Bränden. Die Magnitude wurde auf 7,8 geschätzt.
- Erdbeben von San Francisco 1957: Ein Beben der Stärke 5,7 mit einem Epizentrum auf der San-Andreas-Verwerfung im Ozean westlich von San Francisco und Daly City.
- 1989 Loma-Prieta-Erdbeben: In der Nähe von Santa Cruz, Kalifornien, kam es auf einer Länge von etwa 40 Kilometern zum Bruch der Verwerfung (obwohl der Bruch die Oberfläche nicht erreichte), der 63 Todesopfer forderte und an einigen gefährdeten Stellen in der San Francisco Bay Area leichte Schäden verursachte. Das Beben hatte eine Stärke von etwa 6,9. Dieses Beben ereignete sich am 17. Oktober 1989 um ca. 17:04 Uhr PDT.
- 2004 Parkfield-Erdbeben: Am 28. September 2004 um 10:15 Uhr PDT erschütterte ein Erdbeben der Stärke 6,0 das Gebiet um Parkfield. Es war im ganzen Bundesstaat zu spüren, auch in der San Francisco Bay Area. ⓘ