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Projekt
Mechanische Eigenschaften des Störungsmaterials erosiver Subduktionszonen: Einfluß auf Erdbebenausbreitung und Slow Slip Events
Antragsteller
Matt Ikari, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Physik des Erdkörpers
Förderung
Förderung von 2013 bis 2015
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242236969
Die weltweit größten und verheerendsten Erdbeben entstehen an Subduktionszonen, wobei die Hälfte der Subduktionszonen erosive Plattengrenzen sind, wie zum Beispiel vor Costa Rica oder entlang des Japangrabens. Das Tohoku Beben mit Mw=9.0 in 2011 entlang des Japangrabens zeigte deutlich, dass auch erosive Plattengrenzen verheerende Megabeben und Tsunamis generieren können. Dabei kommt dem Bruchverhalten der Störungszone zwischen Tiefseerinne und seismogener Zone eine besondere Bedeutung zu. Zum einen kann sich das Erdbeben bis in diesen Bereich ausbreiten und zu katastrophalem Versatz am Meeresboden führen. Zum anderen entstehen zeitweise ungefährliche Slow Slip Ereignisse. Während ein direktes Monitoring oder die Probennahme von Störungszonen aus Bereichen der Seismogenese noch aussteht, konnten Störungszonen und störungsnahe Bereiche in der Vergangenheit erfolgreich bis Teufen von 1km unter Meeresboden beprobt werden. Natürliche Proben vom Japangraben und der costa-ricanischen Subduktionszone sollen daher in dem vorgeschlagenen Projekt genutzt werden, zu untersuchen. Belege für die Slow Slip Ereignisse in meeresbodennahen Teufen der costa-ricanischen Subduktionszone stammen von Strainmessungen in Bohrloch-Observatorien offshore sowie von GPS Daten. Slow Slip Erdbeben sind auch im Japangraben nachgewiesen worden. Für die beantragte Studie liegen natürliche Proben vor, die während der IODP Expedition 343 (J-Fast) am Japangraben sowie den ODP Expeditionen 170 und 205 vor der costa-ricanischen Nicoya Halbinsel abgeteuft wurden. Die mechanischen Eigenschaften der Proben sollen durch Scherexperimente untersucht werden, die die Scherfestigkeit und Reibungsstabilität beschreiben. Da das Reibungsverhalten von der Lithologie abhängig ist, werden für den Japangraben deshalb Proben untersucht, die die tektonische Situation widerspiegeln: aufliegendes Sediment, Störungszone und unterschobene Sedimente. Um horizontale Variationen nachzustellen werden Proben aus unterschiedlichen Bohrlokationen der abtauchenden Platte der costa-ricanischen Subduktionszone analysiert. Die Experimente werden mit Schergeschwindigkeiten von <1cm/s durchgeführt und simulieren so realitätsgetreu die Deformation während Slow Slip Events. Obwohl die Kohäsion eine wesentliche Kenngröße des Bruchverhaltens ist, wird sie häufig gegenüber der Geschwindigkeitsabhängigkeit vernachlässigt. Ein wesentlicher Bestandteil der Studie wird deshalb die Bestimmung der Kohäsion der Proben als Funktion vormaliger Belastung sein. Die Schertests werden durch RDA-Analysen zur Bestimmung der mineralogischen Zusammensetzung sowie durch Oberflächenanalysen an deformierten Proben mittels WLI ergänzt. Die Ergebnisse sollen einen wesentlichen Einblick in das Bruchverhalten des flachen Störungszonenbereiches der Plattengrenze liefern und somit die Steuerfaktoren erkennen helfen, die einen katastrophalen Versatz oder Slow Slip Ereignisse in erosiver Subduktionszonen ermöglichen.
DFG-Verfahren
Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Japan, USA
Beteiligte Institution
Universität Bremen
