Laufzeit: 2015-2019

Zuwendungsgeber: CONICYT - Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica (Chile)

Projektverantwortliche:Oliver Heidbach, Onno Oncken and Marcos Moreno

ProjektmitarbeiterInnen: Carlos Pena, Doktorand

Kooperationen: Jonathan Bedford, GFZ Sektion 4.1,  Deutschland; Fabrice Cotton und Steffi Lammers, Sektion 2.6, Deutschland; Sergio Barrientos, Univ. de Chile, Chile

Erdbeben in Subduktionszonen und von ihnen ausgelöste Tsunamis sind eine der größten Naturgefahren auf der Erde.  Das mussten wir im letzten Jahrzehnt von solchen Megabeben wie Indonesien 2004 (M_w 9.2), Japan 2011 (M_w 9.0) und von den beiden Ereignissen in Chile von 2010 und 2014 (M_w 8.8 und M_w 8.2).  Insbesondere ist in Chile die seismische Gefährdung aufgrund der 3000km langen Subduktionzone entlang der Küste und der relativ hohen Subduktionsrate der NAZCA-Platte (6-7 cm/Jahr) sehr hoch. Die hohe Gefährdung drückt sich auch dadurch aus, dass sich hier ein Viertel der globalen seismischen Energiefreisetzung im letzten Jahrhundert ereignete. Voraussetzung für die Verbesserung der Schadensbegrenzungsstrategien ist das quantitative Verstehen der geodynamischen Prozesse, die durch den Spannungsaufbau und -freisetzung innerhalb des seismischen Kreislaufs gesteuert werden. Es ist außerdem wichtig, die Zuverlässigkeit von Vorhersagemodellen für die Maximalmagnitude und die co-seismische Gleitverschiebung zu verbessern.

Der einzigarte seismologische und geodätische Datensatz, der vor, während und nach dem Maule- und Iquique-Ereignis von 2010 und 2014 aufgezeichnet wurde, erlaubt uns die Schlüsselfrage im folgenden Kontext zu stellen: Ist die räumlch-zeitliche Entwicklung des Porendrucks (Flüssigkeitsdrucks) an der Plattengrenzfläche der Schlüssel zum seismischen Kreislauf? Im Einzelnen scheint die Vergrößerunge des Flüssigkeitdrucks in der zwischenseismischen Phase und seine Neuverteilung in der nachseismischen Phase eine Schlüsselrolle für die co-seismische Verschiebung, z.B. Magnitude, Lokation der starken Nachbeben (Bedford et al. 2013; Moreno et al. 2014) zu spielen.  Eine andere wichtige Frage ist: Hat die Änderung des Flüssigkeitsdrucks Einfluss auf das geodätische Deformationssignal und wie stehen diese Änderungen mit den seismischen Wellengeschwindigkeiten in Zusammenhang? Diese Arbeit konzentriert sich auf diese zwei Fragen, indem sie sich auf die ausführlichen und einzigartigen Daten stützt, die in den letzten Jahren in Chile gewonnen wurden. Es werden 2D semi-generische Modelle entwickelt, um die zugrunde liegenden hydro-thermisch-mechanischen Prozesse, die den Flüssigkeitsdruck in der Plattengrenzschicht steuern, zu studieren.

Tektonische Gegebenheiten des Untersuchungsgebietes, Daten, Beobachtungen und Ergebnisse: (Moreno et al. 2012) a), Reliefkarte der Subduktionszone der Anden in Süd-Zentral Chile. Erdebebenverteilung an der Plattengrenze wird durch Ellipsen, die die ungefähren Bruchgebietevon historischen Erdbeben (aktualisiert von Ref. 4–6),  dargestellt. Die Einblendung zeig das Untersuchungsgebiet relativ zum südamerikanischen Kontinent. b) Zusammenstellung der beobachteten GPS-Oberflächengeschwindigkeiten (1996–2008) hinsichtlich des Zustandes von Südamerika vor dem 2014 Maule-Erdbeben (für Referenzen s. Methoden die nur Online verfügbar sind). Die zu den Pfeilen zugehörigen Ellipsen representieren die 95% Konfidenzgrenzen. c) GPS1 FEM modellierte Verteilung der Grenzschichtblockierung (Reibung an der Plattenkonvergenzzone) entlang der Subduktionszone der Anden im Jahrzehnt vor dem 2010 Maule-Erdbeben. Das Epizentrum (weisser Stern, nach USGS, NEIC) und Herdflächenlösung  (beach ball, GCMT, www.globalcmt.org ) des 2010 Maule-Erdbeben werden in Abbildung a) und c) gezeigt.

Publikationen/Ergebnisse

• Hergert, T. und O. Heidbach (2006). New insights in the mechanism of postseismic stress relaxation exemplified by the June 23rd 2001 M_w = 8.4 earthquake in southern Peru. Geophys. Res. Lett., 33, L02307, doi.org/1029/2005GL024585

• Moreno, M., Rosenau, M. und O. Oncken (2010). Maule earthquake slip correlates with pre-seismic locking of Andean subduction zone. Nature 467, 198-204, doi.org/110.1038/nature09349

• Moreno, M., C. Haberland, O. Oncken, A. Rietbrock, S. Angiboust und O. Heidbach (2014). Locking of the Chile subduction zone controlled by fluid pressure before the 2010 earthquake. Nature Geosciences, doi.org/10.1038/ngeo2102

• Bedford, J., M. Moreno, S. Li, O. Oncken, J. C. Baez, M. Bevis, O. Heidbach und D. Lange (2016). Separating rapid relocking, afterslip, and viscoelastic relaxation: An application of the postseismic straightening method to the Maule 2010 cGPS data. J. Geophys. Res., 121, doi.org/10.1002/2016JB013093

• Li, S., Moreno, M., Bedford, J., Rosenau, M., Heidbach, O., Melnik, D. und O. Oncken (2017). Postseismic uplift of the Andes following the 2010 Maule earthquake: Implications for mantle rheology. Geophys. Res. Lett. 44, 1768–1776, doi.org/10.1002/2016GL071995