Um seismische Prozesse besser zu verstehen, ist es notwendig, die verschiedenen Kräfte zu kennen, die Erdbeben erzeugen, die geologische Umgebung, in der sie auftreten, und die physikalischen Eigenschaften der Strukturen, die sie erzeugen.
Die Erdkruste ist ständig tektonischen Kräften ausgesetzt, die sie verformen und unter bestimmten Bedingungen brechen können, was zu einem Erdbeben führen kann. Dieses Phänomen wird durch das Gleiten von Gesteinsmassen im Untergrund entlang komplexer Brüche, sogenannter Verwerfungen, verursacht. Dabei werden Spannungen und Energie freigesetzt, manchmal in Form seismischer Wellen. In der Studie Der Einfluss der Komplexität und Art von Verwerfungen auf die Bruchdynamik von Erdbeben, kürzlich erschienen auf Nature's Communications Erde Umwelt, Diese von Forschern des Nationalen Instituts für Geophysik und Vulkanologie (INGV) und der Sapienza-Universität in Rom herausgegebene Studie zeigt, wie die Eigenschaften eines seismischen Ereignisses je nach Komplexität der Verwerfungsstruktur, die das Erdbeben verursacht hat, und ihrer tektonischen Umgebung variieren. Um die Kräfte zu verstehen, die die Bewegungen der Erdkruste verursachen und Erdbeben zugrunde liegen, sind die Analyse immer konsistenterer und zuverlässigerer Daten sowie immer präzisere Techniken zur Analyse seismischer Signale erforderlich.
Die Entwicklung seismischer Netzwerke und die Verfeinerung von Techniken und Technologien zur Charakterisierung seismischer Aktivität ermöglichen die Analyse vieler ihrer Eigenschaften. Daher sind weitere theoretische und modellbasierte Anstrengungen unerlässlich, um die Analyse der zunehmend reichhaltigeren und zuverlässigeren Daten systematisch fortzusetzen. Dies ermöglicht die Entwicklung eines umfassenden Überblicks über die Erdbebenmechanismen und ein besseres Verständnis der seismologischen Prozesse in der flachen (bis zu 15–20 km tiefen) und kalten Erdkruste. Darüber hinaus legt die Studie nahe, dass die Stärke von Erdbeben bei niedrigen Doppelpaarwerten (zwei senkrecht zueinander stehenden Kräftepaaren, die den Erdbebenmechanismus darstellen), die nicht durch physikalische Prozesse erklärt werden können, unterschätzt werden kann. sagt Davide Zaccagnino, Doktorand an der Sapienza und Co-Autor der Veröffentlichung.
„Erdbeben sind nicht alle gleich: Die Struktur des Bruchs wird dadurch beeinflusst, dass die Krustenvolumina dazu neigen, sich zu überlappen, auseinanderzuwandern oder parallel zueinander zu gleiten.: Im ersten Fall erfolgt die Verwerfung entlang eines besonders dünnen und konzentrierten Bruchs; in den anderen Fällen ist sie jedoch tendenziell stärker über mehrere Ebenen innerhalb des Krustenvolumens verteilt. Klassische seismologische Modelle zur Untersuchung von Erdbeben gehen davon aus, dass jeder Bruch entlang einer einzelnen Verwerfung unter der Einwirkung eines doppelten Kräftepaars auftritt, das orthogonal zueinander steht und so ausgerichtet ist, dass es seismografische Beobachtungen reproduziert., erklärt Carlo Doglioni, Co-Autor der Studie. „Die Annahmen aktueller Theorien sind zwar stark, können aber die wichtigsten seismischen Observablen erklären und einige allgemeine Informationen über ein Ereignis liefern, etwa das Ausmaß und die Art der Verwerfungsbewegung. Für eine detaillierte Beschreibung der Seismizität sind diese Annahmen jedoch nur bedingt geeignet, insbesondere hinsichtlich der Art der durch die Bewegung freigesetzten Energie – d. h. elastischer oder gravitativer Energie – sowie der Beteiligung von Krustenvolumina.".
Link: https://www.nature.com/articles/s43247-022-00593-5
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ERDBEBEN | Verwerfungen, geologische Komplexität und die Mechanismen von Erdbeben
Um seismologische Prozesse besser zu verstehen, ist es notwendig, die verschiedenen Kräfte zu kennen, die Erdbeben erzeugen, die geologische Umgebung, in der sie stattfinden, und die physikalischen Eigenschaften der Strukturen, die sie erzeugen.
Die Erdkruste ist ständig tektonischen Kräften ausgesetzt, die sie verformen. Unter bestimmten Bedingungen kann sie brechen und ein Erdbeben auslösen. Dieses Phänomen entsteht durch das Abrutschen von Gesteinsmassen in den Untergrund entlang komplexer Brüche, sogenannter „Verwerfungen“. Dabei werden Spannungen und Energie freigesetzt, auch in Form seismischer Wellen.
In der Studie Der Einfluss der Komplexität und Art von Verwerfungen auf die Bruchdynamik von Erdbeben, kürzlich in Nature's Communications Earth Environment veröffentlicht, von Forschern des Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) und der Sapienza-Universität Rom, wird gezeigt, wie sich die Eigenschaften eines seismischen Ereignisses in Abhängigkeit von der Komplexität der Struktur der Verwerfung, die das Erdbeben verursacht hat, und ihrer tektonischen Umgebung ändern. Um die Kräfte zu kennen, die die Bewegungen der Erdkruste hervorrufen und die Grundlage von Erdbeben bilden, ist es notwendig, immer konsistentere und zuverlässigere Daten sowie immer präzisere Techniken zur Analyse seismischer Signale zu analysieren.
„Die Entwicklung seismischer Netzwerke und die Verfeinerung der Techniken und Technologien zur Charakterisierung der Seismizität ermöglichen die Analyse vieler ihrer Eigenschaften. Daher sind weitere theoretische und modellbasierte Anstrengungen unerlässlich, um die Analyse der zunehmend reichhaltigeren und zuverlässigeren Daten systematisch fortzusetzen. Dies ermöglicht die Entwicklung eines Gesamtüberblicks über die Mechanismen, die Erdbeben zugrunde liegen, und ein besseres Verständnis der seismologischen Prozesse, die den oberflächlichen (bis zu 15-20 km tiefen) und kalten Teil der Erdkruste beeinflussen. Darüber hinaus legt die Studie nahe, dass bei niedrigen Doppelpaarwerten (zwei Paare orthogonaler Kräfte, die den Erdbebenmechanismus darstellen), die nicht durch physikalische Prozesse gerechtfertigt sind, eine Unterschätzung der Stärke von Erdbeben möglich ist.“ sagt Davide Zaccagnino, Doktorand der Sapienza und Autor der Veröffentlichung.
„Erdbeben sind nicht alle gleich: Die Struktur des Bruchs wird dadurch beeinflusst, dass die Krustenvolumina dazu neigen, sich zu überlappen, sich voneinander zu entfernen oder parallel zueinander zu fließen: Im ersten Fall erfolgt die Verschiebung entlang eines besonders dünnen und konzentrierten Bruchs; in den anderen Fällen tendiert sie dazu, sich stärker in mehrere Ebenen innerhalb des Krustenvolumens aufzuteilen. Die klassischen seismologischen Modelle, die zur Untersuchung von Erdbeben verwendet werden, gehen davon aus, dass jeder Bruch in einer einzelnen Verwerfung unter der Einwirkung eines doppelten Kräftepaars auftritt, das orthogonal zueinander steht und so ausgerichtet ist, dass es die Beobachtungen der Seismographen reproduziert.“ erklärt Carlo Doglioni, Co-Autor der Studie. „Die Annahmen der aktuellen Theorien können die wichtigsten seismologischen Beobachtungen erklären und einige allgemeine Informationen zu einem Ereignis liefern, wie etwa das Ausmaß und die Art der Bewegung der Verwerfung. Dieselben Hypothesen sind jedoch für eine detaillierte Beschreibung der Seismizität, insbesondere hinsichtlich der Art der durch die Bewegung freigesetzten Energie (elastisch oder gravitativ), sowie hinsichtlich der Beteiligung von Krustenvolumina, eingeschränkt.".
Abb. 1 – Die Dicke der Verwerfungszone wird im Durchschnitt geringer, wenn man von Dehnungs- zu Blattverschiebungs- und Kompressionsumgebungen übergeht.
Bild 1 – Die Breite des kataklastischen Bandes und die Schärfe der Verwerfungen nehmen tendenziell ab, wenn man von normalen Verwerfungen (NF) über Blattverschiebungen (SS) zu Überschiebungen (TF) übergeht.
Fig.2 - Durchschnittswerte des Prozentsatzes des Doppelpaars (DC) für die globale Seismizität als Funktion des Winkels, der die Art des Gesteinsrutsches entlang der Verwerfung während eines Erdbebens beschreibt (Daten aus dem GCMT-Katalog).
Bild 2 - Doppelpaarkomponenten für die globale Seismizität (GCMT-Katalog) als Funktion des Neigungswinkels, die den Typ des Herdmechanismus von Erdbeben beschreiben, d. h. Überschiebung, Blattverschiebung oder Abschiebung.