Die Puget-Sound-Verwerfungen unter der dicht besiedelten Puget-Sound-Region (auch Puget Lowland genannt) im US-Bundesstaat Washington bilden einen Komplex zusammenhängender seismisch aktiver geologischer Verwerfungen, die Erdbeben auslösen können. Dazu gehören (auf der nebenstehenden Karte von Nord nach Süd aufgeführt; das in den Abkürzungen verwendete „F“ stammt aus dem Englischen „fault“ = „Verwerfung“):
Devils-Mountain-Verwerfung (DMF) Strawberry-Point-Verwerfung und Utsalady-Point-Verwerfungen (SPF und UPF) Southern-Whidbey-Island-Verwerfung (SWIF) Rogers Belt (Mount-Vernon-Verwerfung/Granite-Falls-Verwerfungszone) (RB) Cherry-Creek-Verwerfungszone (CCFZ) Rattlesnake-Mountain-Verwerfungszone (RMFZ) Seattle-Verwerfung (SF) Tacoma-Verwerfung (TF) Saddle-Mountain-Verwerfungen (SMF) Olympia-Struktur (OS; möglicherweise eine Verwerfung) Doty-Verwerfung (DF) Saint-Helens-Zone und Western-Rainier-Zone (SHZ und WRZ)
Allgemeiner Hintergrund Quellen von und Gefahr durch Erdbeben Die Puget-Sound-Region im westlichen Washington bildet wegen seiner Konzentration der Bevölkerung das ökonomische Rückgrat des Bundesstaates; sieben Prozent des internationalen Handels der USA werden über diese Region abgewickelt. („Das Puget Lowland ist ein Nord-Süd ausgerichtetes strukturelles Becken, das von mesozoischen und tertiären Gesteinen der Kaskadenkette im Osten und von eozänen Gesteinen der Olympic Mountains im Westen flankiert wird.“ Das Georgia Basin im Norden ist strukturell verbunden, doch topographisch durch die Chuckanut Mountains nahe Bellingham getrennt.) Diese Region ist aufgrund dreier Quellen durch Erdbeben gefährdet:
ein großes Subduktions-Erdbeben wie das von 1700 mit einer Magnitude von 9 auf der Richterskala, verursacht durch ein Abgleiten der gesamten Cascadia-Subduktionszone von schätzungsweise Cape Mendocino in Nord-Kalifornien bis Vancouver Island in British Columbia Erdbeben innerhalb einer tektonischen Platte (intra-krustisch; Wadati-Benioff-Zone) wie das Nisqually-Erdbeben von 2001 mit einer Magnitude von 6,7 auf der Richterskala, die auf einem oder einem Bruch eines kleinen Teils einer subduzierenden Platte in einer Tiefe von etwa 50 Kilometern beruhen relativ flache Beben in der Erdkruste, im Allgemeinen weniger als 25 Kilometer tief, die durch Unruhen und Verwerfungen oberflächennaher Strukturen der Erdkruste bedingt sind; die freigesetzte Energie hängt von der Tiefe der Verwerfung ab; die hier behandelten Verwerfungen werden für fähig gehalten, Erdbeben mit Magnituden von 6 oder 7 auszulösen
mini|hochkant=2|Konzentration seismischer Aktivität in der mittleren Erdkruste (10 … 20 km tief) im Puget Lowland. (Abb. 48 aus USGS OFR 99-311) Während die großen Subduktions-Ereignisse sehr viel Energie freisetzen (mit einer Magnitude um 9), wird diese Energie über ein großes Gebiet verbreitet, das größtenteils küstennah liegt. Die Energie der um einiges kleineren Benioff-Erdbeben wird ebenso abgeschwächt über ein relativ großes Gebiet verbreitet. Die heftigsten intra-krustischen Erdbeben setzen etwa dieselbe Gesamtenergie (welche etwa ein hundertstel der eines Subduktions-Ereignisses beträgt), doch weil sie näher an der Oberfläche stattfinden, erzeugen sie mächtigere Erschütterungen und aus diesem Grund auch größere Schäden.
Eine Studie über die seismische Anfälligkeit von Brücken im Gebiet Seattle–Tacoma schätzte, dass Erdbeben der Stärke 7 in der Seattle- oder Tacoma-Verwerfung nahezu denselben Schaden verursachen würde wie ein Subduktions-Erdbeben der Stärke 9. Weil die beiden Verwerfungen direkt unter der höchsten Bevölkerungs- und Wirtschaftskonzentration der Region verlaufen, wären größere Schäden zu erwarten, aber alle hier behandelten Verwerfungen könnten in der Lage sein, lokal schwere Schäden anzurichten und die regionale Infrastruktur wie Autobahnen, Eisenbahnlinien und Pipelines zu unterbrechen. (Links mit mehr Informationen über verschiedene Gefahren sind im Artikel zur Seattle-Verwerfung zu finden.)
Die Puget-Sound-Region bietet nicht nur potenziell seismische Aktivitäten, sie ist tatsächlich seismisch aktiv. Eine Karte des Pacific Northwest Seismic Network zeigt, dass der Großteil der Erdbeben im westlichen Washington an vier Orten konzentriert ist: in zwei nahegelegenen Zonen unter dem Mt. Saint Helens und dem Mt. Rainier, entlang der DDMFZ und unter dem Puget Sound zwischen Olympia und annähernd der Southern-Whidbey-Island-Verwerfung. Die Südgrenze verläuft annähernd auf der Südgrenze der pleistozänen Vereisung; möglicherweise spiegelt die seismische Aktivität das Wiederanheben der oberen Erdkruste nach der Depression durch die Gletschermassen wider.
Entdeckung Mächtige Ablagerungen von Gletschern und anderen Quellen, eine üppige Vegetation, die urbane Entwicklung und eine von scharfem Relief und schneller Erosion geprägte Topographie verdecken die oberflächlichen Anzeichen von Verwerfungen in dieser Region und haben ihre Entdeckung behindert. Die ersten sicheren Anzeichen für die meisten Verwerfungen stammen aus einer gravitätischen Kartierung von 1965, und ihre wahrscheinliche Existenz wurde in Kartierungen von 1980 und 1985 angemerkt. Bis 1985 zeigte sich nur bei den Saddle-Mountain-Verwerfungen eine holozäne Aktivität (seit der letzten Vereisung vor etwa 12.000 Jahren). Noch bis 1992 war die erste der Tiefland-Verwerfungen, die Seattle-Verwerfung, nicht als echte Verwerfung mit holozäner Aktivität erkannt, oder auch nur ein Minimum über ihre Geschichte bekannt.
Die Entdeckung der Verwerfungen wurde mit der Entwicklung von Lidar, einer Technik, die normalerweise die Vegetationsdecke einschließlich des Blätterdaches von Wäldern durchdringen und die Erdoberfläche mit der beispiellosen Auflösung von etwa einem Fuß (30 cm) abbilden kann, großartig unterstützt. Ein informelles Konsortium regionaler Behörden hat eine LIDAR-Kartierung eines Großteils des zentralen Puget Lowland koordiniert, was zur Entdeckung zahlreicher Bruchstufen an Verwerfungen führte, welche in der Folge durch Grabungen und anschließende paläoseismologische Untersuchungen erforscht wurden. Marine Untersuchungen mittels Reflexionsseismik im Puget Sound, wo dieser von verschiedenen Verwerfungen zerschnitten wird, haben Querschnitts-Ansichten der Struktur einiger dieser Verwerfungen erbracht, und eine intensive, großflächige kombinierte küstennahe/küstenferne Studie (Seismic Hazards Investigation in Puget Sound, kurz SHIPS) erbrachte 1998 ein dreidimensionales Modell eines Großteils der unter der Oberfläche verborgenen Geometrie. Aeromagnetische Untersuchungen, seismische Tomographie und andere Untersuchungsmethoden haben gleichfalls zur Lokalisierung und zum Verständnis dieser Verwerfungen beigetragen.
Geologischer Aufbau hochkant=2.4|mini|Vereinfachte Sicht auf die Washington betreffenden tektonischen Kräfte. Der „Hang-Komplex“ aus Sedimenten und Basalten, die in dem Trog akkumuliert wurden, wo die Juan-de-Fuca-Platte abtaucht, ist in grau dargestellt. Der über Vancouver Island hinausreichende Ausläufer befindet sich dort, wo sich die Subduktionszone nach Süden wendet und dort eine Falte (heute die Olympic Mountains) in der abtauchenden Platte aufwarf. Eine Reihe von Terranen, die in dem Trog oberhalb der Subduktionszone nordwärts strömten, sind zwischen dieser Falte und dem Grundgestein („fixed block“) der North Cascades gefangen; letztere bestehen aus anderen Terranen, welche mit dem nordamerikanischen Kraton verschmolzen sind. Im Ergebnis wird Washington durch eine Reihe von Falten (gepunktete Linien zeigen Synklinalen und Antiklinalen) und Verwerfungen zerquetscht, und Oregon rotiert in der Art eines zusammenklappenden Anhängers. Die Faltung hat den Basalt der Crescent-Formation („mafische Kruste“, schwarz) zutage treten lassen. (USGS ) Der ultimative Treiber der Spannungen, die Erdbeben hervorrufen, sind die Bewegungen der tektonischen Platten: Material aus dem Erdmantel strebt in mittelozeanischen Rücken an die Oberfläche und bewegt sich als Platten der ozeanischen Kruste vom Rücken weg, welches schließlich unter die eher auftreibenden Platten der kontinentalen Kruste subduziert wird. West-Washington liegt über der Cascadia-Subduktionszone, wo die Juan-de-Fuca-Platte unter den östlichen Teil subduziert wird (siehe Grafik rechts). Diese wird schräg mit der von Nordosten kommenden nordamerikanischen Platte überschoben, welche eine Krümmung in der subduzierten Platte und dem darüber liegenden Forearc-Becken gebildet hat. Diese Krümmung hat die subduzierte Scholle zu einem Bogen deformiert, der die Olympic Mountains emporhob und sie vor der Subduktion bewahrte. Während der vergangenen etwa 50 Millionen Jahre (seit dem frühen Eozän) wurden diese von der Subduktion aufwärts gegen die North Cascades („fixed block“ in der Grafik) gepresst, welche auf der nordamerikanischen Platte sitzen. Dies bildet eine Tasche oder einen Trog – was eine vor Ort ansässige Geologin das „große Loch zwischen den Bergen“ nannte – zwischen den Cascades im Osten und den Olympic Mountains und den Willapa Hills im Westen. Diese Tasche hält einen Strom von Terranen (Krusten-Blöcken von etwa 20 … 30 Kilometern Dicke) fest, welche mit der pazifischen Platte über die Westgrenze von Nordamerika geschoben wurden, und in dem Prozess eine im Uhrzeigersinn gerichtete Rotation des südwestlichen Washington und des Großteils von Oregon vermitteln; das Ergebnis wurde als Wrack eines Zuges beschrieben. Diese Terrane wurden von den Basalten der Crescent-Formation (Teilen von Siletzia) überlagert. Faltung und Verwerfung haben diese Basalte stellenweise an die Oberfläche gebracht (in der Grafik die schwarzen Gebiete); die dazwischen liegenden Becken wurden von verschiedenen Sedimenten aufgefüllt, von denen einige schließlich auch emporgehoben wurden. Ablagerungen von Gletschern und verformte Füllungen bedecken den größten Teil der Tieflagen am Puget Sound. Diese bilden das Puget Lowland. Die prinzipiellen Auswirkungen dieser komplexen Interaktion der Kräfte an der oberflächennahen Erdkruste unter dem Puget Lowland sind:
Das Grundgebirge der Crescent-Formation wird an den südlichen, östlichen und nördlichen Flanken der Olympic Mountains sowie in mehreren Falten emporgehoben. Einige Formationen der äußeren Erdkruste (wie der Western und der Eastern Melange Belt, siehe Karte) würden auf die ältere (prä-tertiäre) Basis der North Cascades gedrückt. Es gibt eine generelle nördlich oder nordöstlich gerichtete Kompression innerhalb der das Tiefland bildenden Faltungen, welche schließlich auseinanderbrechen, um zu dip-slip-Verwerfungen (vertikale Bewegung), Überschiebungen oder Aufschiebungen zu werden. Einige Blattverschiebungen (horizontale Bewegung) werden entlang der peripheren Verwerfungen erwartet (wie im Falle der Southern-Whidbey-Island- und der Saddle-Mountain-Verwerfungen).