Neotektonik in den Ostalpen untersucht in Höhlen

Diverse Geländeuntersuchungen, seismische Daten und GPS-Beobachtungen weisen auf eine rezente Aktivität der großen Störungssysteme der Alpen hin. Trotzdem gibt es nur wenige geologische Geländeindikatoren, die die aktiven Störungen charakterisieren. Tektonisch deformierte Speläotheme (Höhlensinter) und Mikroversatzmessungen in Karsthöhlen haben sich als verlässliche Indikatoren für die Quantifizierung neotektonischer Aktivität erwiesen. Daher soll im Rahmen dieses Projekts die erste umfassende und detaillierte Untersuchung der quartären Tektonik und der rezenten Dynamik von Mikroversätzen an den großen Störungssystemen der Ostalpen anhand von Höhlenaufschlüssen durchgeführt werden. In einem ersten Schritt sollen Aufschlüsse aktiver Störungen in ostalpinen Höhlen aufgrund von Geländeuntersuchungen, Literaturrecherche und aufgrund von Hinweisen von Höhlenforschern dokumentiert werden. Höhlengänge, die von aktiven Störungen zerschert wurden und von Sinter überzogen sind, die vor und nach dem tektonischen Ereignis gewachsen sind, werden mittels der Th/U-Methode datiert, um das Alter des neotektonischen Ereignisses zu bestimmen. Um die lokalen Stressbedingungen während der (Re)aktivierung der Störung zu rekonstruieren, soll das Paläostressfeld, wenn möglich, aufgrund von strukturgeologischen Messdaten der rezenten Versätze berechnet werden. Um zwischen seismischem Versatz und aseismischem Kriechen unterscheiden zu können, was für den Nachweis von Paläoerdbeben essenziell ist, sollen mikrotektonische Untersuchungen an deformierten Höhlensintern mittels Kathodolumineszenzmikroskopie und EBSD (Elektronen Rückstrahl Diffraktometrie) durchgeführt werden. An ausgewählten Aufschlüssen wird die rezente Dynamik der Mikroversätze entlang einzelner Störungen, die Teil großer Störungssysteme sind, mittels des hochpräzisen 3D-Versatzmessgerätes TM71 aufgezeichnet. Die vermutlich aufgezeichneten Mikroversätze werden dann mit der regionalen seismischen Aktivität in den Ostalpen und mit anderen potentiellen Faktoren korreliert. Die gewonnenen Daten sind ein wichtiger Beitrag zur Aktualisierung des Datensatzes über paläoseismische Aktivität in den Ostalpen, welcher für regionale Erdbebengefährdungskarten essenziell ist.

Erdbeben entstehen, wenn sich Gesteinsmassen relativ zu einander entlang von Störungen ruckartig bewegen. Geländeuntersuchungen, seismische Daten und GPS-Beobachtungen wiesen auf eine andauernde, wiederkehrende Aktivität der großen ostalpinen Störungssysteme und damit einhergehender Erdbebengefährdung hin. Geologische Geländedaten zu aktiven Störungen gab es bisher wenige, da der starke Oberflächenabtrag in den Alpen die Spuren junger Tektonik zerstört und Temperaturschwankungen exakte Bewegungsmessungen verhindern. Im Gegensatz dazu bieten Höhlen mit tektonisch deformierte Tropfsteinen und Höhlensintern gute Möglichkeiten die aktive Tektonik zu untersuchen und ihr konstantes Klima ermöglicht Messungen von Störungsbewegungen im Sub-Millimeterbereich. Daher erfolgte im Rahmen des SPLEOTECT-Projekts die erste umfassende Untersuchung der aktiven Tektonik von ostalpinen Störungssystemen anhand von Befunden aus Höhlen. In einem ersten Schritt wurden Höhlen mit Anzeichen aktiver Tektonik mittels Geländeuntersuchungen, Literaturrecherche und Hinweisen von Höhlenforschern dokumentiert. Bei Sintern an Höhlenwände, die von Störungen versetzt und danach erneut übersintert wurden, konnten mit der Thorium-Uran-Methode die Alter der tektonischen Ereignisse bestimmen werden. Herausragend sind Störungen mit Versätzen von 40 cm in den Obir-Tropfsteinhöhlen (Kärnten) die zwischen 19 und 42 tausend Jahren entstanden und belegen, dass das die plattentektonische Grenze zwischen den Ost- und den Südalpen (i.e. das Periadriatischen Störungssystem) aktiv ist. Ob diese Versätze ruckartig erfolgten und mit Erdbeben einhergingen oder langsam abliefen, sollte mittels elektronenmikroskopischen Untersuchungen an verformten Kalzitkristallen in Höhlensintern beantwortet werden. Dies gestaltete sich schwieriger als erwartet, da bisherige Literaturangaben zu revidieren sind, wie im Rahmen des Projekts durchgeführte Laborexperimente zeigten. Aufgrund anderer geologischer Beobachtungen kann aber angenommen werden, dass die beobachteten Störungsbewegungen, wie in den Obirhöhlen, starke Erdbeben auslösten. Zusätzliche Studien in Höhlen nahe des Epizentrums des starken Erdbebens von Kos (Griechenland, Juni 2017) dienten Vergleichszwecken. Weiters wurden in sieben ostalpinen Höhlen ein Monitoring-Netzwerk errichte, wo Mikroversätze an Störungen laufend aufgezeichnet und mit lokalen Erdbeben vergleichen wurden. Es zeigte sich, dass die Störungsbewegungen mit Phasen erhöhter Erdbebenaktivität übereinstimmen, aber nicht gleichzeitig mit den Erdbeben stattfanden. Diese Datenreihen tragen wesentlich zum Verständnis seismischer Prozesse und Erdbeben bei. Generell bringen die im SPELEOTECT-Projekt gewonnenen Daten Erkenntnisse zur Störungsaktivität in den Ostalpen und liefern direkte geologische Aufschlüsse über die Erdbebengefährdung, welche sonst nur indirekt aus geophysikalischen Daten abgeleitet werden kann.