LiDAR-Video zeigt Vorher-Nachher-Bilder einer Erdbebenregion

Geologen besitzen ein neues Werkzeug, mit dem sie zentimetergenau untersuchen, wie Erdbeben die Landschaft verändern und das ihnen Einblicke in das Verhalten von Erdbebenbrüchen gibt. In der Science-Ausgabe vom 10. Februar 2012 stellt ein Forschungsteam aus den Vereinigten Staaten, Mexiko und China die umfangreichsten Vorher-Nachher-Bilder einer Erdbebenzone vor, für die Daten des Magnitude-7,2-Bebens benutzt wurden, das im April 2010 nahe Mexicali im Norden Mexikos stattfand.

„Durch die Untersuchung frischer Brüche können wir so viel darüber lernen, wie Erdbeben arbeiten“, sagte Michael Oskin, Professor für Geologie an der University of California in Davis und leitender Autor der Studie.

Das Team arbeitete mit dem National Center for Airborne Laser Mapping (NCALM) zusammen und überflog das Gebiet mit einem LiDAR (light detection and ranging), das Laserimpulse auf den Boden schickt. Moderne LiDAR-Ausrüstung kann Oberflächenstrukturen von wenigen Zentimetern Größe erfassen. Die Forscher seien in der Lage gewesen, in weniger als drei Tagen einen detaillierten Scan von 360 Quadratkilometern Fläche zu machen, sagte Oskin.

Oskin sagte, sie wussten, dass die Region im Jahr 2006 von der mexikanischen Regierung mit LiDAR kartografiert wurde. Nach dem Auftreten des Erdbebens erbaten und erhielten Oskin und Ramon Arrowsmith von der Arizona State University finanzielle Unterstützung von der National Science Foundation, um unverzüglich eine neue Kartierung aus der Luft durchzuführen und die Ergebnisse zu vergleichen.

Die Co-Autoren John Fletcher und der Student Orlando Teran vom Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) führten eine traditionelle Bodenuntersuchung des Bruches durch, die dabei half, die LiDAR-Beobachtung zu planen und deren Ergebnisse zu interpretieren.

Vom Boden aus sind Strukturen wie die 1,5 Meter hohe Steilstufe deutlich sichtbar, die entstand, als ein Teil eines Abhangs sich plötzlich nach oben und seitwärts bewegte. Aber die LiDAR-Beobachtungen offenbaren auch die Verwerfungen neben Brüchen, welche vorher nicht leicht registriert werden konnten. Beispielsweise enthüllten sie die Faltungen über dem Indiviso-Bruch, der durch Landwirtschaftsgebiete in der Überschwemmungsebene des Colorado läuft. „Sie wären vom Boden aus sehr schwer zu erkennen“, sagte Oskin.

Die Teammitglieder nutzten die „Virtual Reality“-Einrichtung am W. M. Keck Center for Active Visualization in Earth Sciences der UC Davis, um die Daten der Untersuchung zu sichten und zu bearbeiten. Indem sie Beobachtungen vor und nach dem Erdbeben verglichen, konnten sie genau sehen, wo und wie stark sich der Boden bewegt hatte.

Die Beobachtungen offenbarten Deformationen um das System kleiner Brüche, die das Erdbeben verursachten und erlaubten Messungen, die Anhaltspunkte darüber lieferten, wie diese Multibruch-Erdbeben auftreten.

3D-Karte der Erdbebenregion in Nordmexiko, basierend auf den LiDAR-Daten vor und nach dem Beben (UC Davis / KeckCAVES/video)

Das Mexicali-Erdbeben von 2010 trat nicht auf einem Hauptbruch wie der San-Andreas-Verwerfung auf, sondern bewegte sich durch eine Reihe kleinerer Brüche in der Erdkruste. Diese kleineren Brüche kommen häufig in der Umgebung von Hauptverwerfungen vor, werden aber „unterschätzt“, sagte Oskin. „Diese Art Erdbeben kommt aus heiterem Himmel.“ Die neuen LiDAR-Beobachtungen zeigen, wie sieben dieser kleinen Brüche zusammentrafen, um ein schweres Erdbeben auszulösen.

Ken Hudnut, ein Geophysiker vom U.S. Geological Survey und Co-Autor der Studie, machte den ersten Gebrauch des luftgestützten LiDAR-Systems vor rund zehn Jahren, um Oberflächenbrüche des Hector-Mine-Erdbebens zu dokumentieren. Aber es mangelte an Daten aus der Zeit vor dem Beben. Seitdem habe das NCALM LiDAR-Beobachtungen des San-Andreas-Systems (das „B4 Projekt“) und anderer aktiver Bruchsysteme in den westlichen Vereinigten Staaten (ein Teil des EarthScope Projekts) durchgeführt und zukünftigen Erdbeben eine Falle gestellt, sagte er.

„In diesem Fall hatten unsere Kollegen vom CICESE glücklicherweise solch eine Falle aufgestellt und dieses Erdbeben tappte direkt hinein und wurde das erste Beben, das LiDAR ‚vorher‘ und ‚danach‘ beobachtete. Es ist aufregend für mich, in dem Team zu sein, das diesen wichtigen Meilenstein erreicht hat“, sagte Hudnut.

Die von dem Team gesammelten Datensätze ist öffentlich verfügbar unter:
http://opentopography.org/.

Weitere Autoren der Studie sind der Student Austin Elliot und der Wissenschaftler Peter Gold von der UC Davis, Ramon Arrowsmith von der Arizona State University, Alejandro Hinojosa Corona und J. Javier Gonzalez Garcia vom CICESE in Mexiko, Eric Fielding vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena und Jing Liu-Zeng von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking. Die Arbeit wurde von der National Science Foundation, dem U.S. Geological Survey, dem Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Mexiko) und der NASA unterstützt.

Quelle: http://www.news.ucdavis.edu/search/news_detail.lasso?id=10143

(THK)