Late Quaternary earthquake history of normal faults revealed by 36Cl, LiDAR and REE analysis and implications on the methodic application, fault slip rates, and the seismic cycle

• Applicant: Dr. Silke Mechernich
• Subject Area: Palaeontology
• Term: from 2013 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 234274331

Das Ziel dieser Studie ist die Untersuchung der spätquartären seismischen Aktivität von Festgesteins-Abschiebungen auf Kreta (Griechenland). Dort dominieren zwei Störungssysteme, wobei das eine parallel zur Hellenischen Subduktionszone in E-W Richtung streicht, während das zweite senkrecht dazu in N-S Richtung verläuft. Einzelne Abschiebungssegmente erreichen 5 bis 20 km Länge und organisieren sich lokal zu komplexen Störungszonen. Die Abschiebungen weisen gut erhaltene Bruchstufen aus glattem Kalkstein mit einer Höhe von 6-30 m auf, deren schrittweise Exhumierung durch kumulative Versätze während starker Erdbeben entstand. Das Alter von fünf Bruchstufen soll mittels 36Cl Oberflächendatierungen bestimmt werden um unter anderem die langfristigen Bewegungsraten der Abschiebungen abzuschätzen. Alter und Magnitude einzelner Erdbeben kann durch kontinuierliche 36Cl Messungen ermittelt werden, jedoch ist dies ein sehr langwieriges und teures Verfahren. Kürzlich ergaben Konzentrationsmessungen der von Seltenen Erdelementen (REE) auf Kalksteinbruchstufen eine charakteristische REE Verteilung, die eine Interaktion des Kalksteins mit Bodenhorizonten anzeigt und vermutlich auf verschiedene erdbebenbedingte Exhumationsphasen zurückzuführen ist. Des Weiteren implizieren jüngste Messungen mittels light detection and ranging (LiDAR) verschiedene Exhumationsphasen auf Basis unterschiedlicher Verwitterungszonen auf den Bruchstufen. Die innovative Idee dieser Studie ist die Bestimmung der exakten Lokalität verschiedener Exhumationsstadien durch REE und LiDAR Messungen, gefolgt von einer Analyse ausgewählter 36Cl Proben zur Datierung der Erdbeben. Diese Prozedur benötigt deutlich weniger 36Cl Proben bei gleichzeitig erhöhter die Genauigkeit der rekonstruierten Erdbebengeschichte. Die gewonnenen Daten werden die vollständige Geschichte starker Erdbeben auf den untersuchten Abschiebungen aufdecken da sie ihr Alter, ihre Magnitude und ihr Wiederholungsintervall beinhalten. Ein Vergleich der Erdbebengeschichte benachbarter Abschiebungen kann mehrere Faktoren der Erdbebencharakteristik auf Kreta aufzeigen, z.B. ob mehr als ein Störungssegment während einem Erdbeben bricht, oder ob Erdbeben durch Spannungsänderungen bei vorangegangenen Beben ausgelöst werden. Solche Interaktionen zwischen verschiedenen Störungen werden zusätzlich durch Modellierung der Coulomb Bruchspannungen evaluiert. In dem Fall, dass mehrere Störungssegmente während eines Erdbebens brechen, wäre die bisher angenommene maximale Erdbebenstärke (Mw 6.8) eine Unterschätzung. Nicht zuletzt ermöglicht die Zeit, die seit dem letzten Erdbeben auf jeder Störung vergangen ist, eine Abschätzung der seismischen Ladung und der Wahrscheinlichkeit eines starken Erdbebens in naher Zukunft. Insgesamt erlauben die Untersuchungen eine Beschreibung der wesentlichen Faktoren der Störungsmechanik und werden somit zum Verständnis dynamischer Störungseigenschaften in ähnlichen geologischen Bedingungen beitragen.

• DFG Programme: Research Grants