Kärntner Seen als Paleo-Seismographen

Während Österreich gemäß instrumenteller Erbebenmessung als Land mittlerer seismischer Aktivität bekannt ist, sind aus historischen Überlieferungen auch große Schadensbeben bekannt. Seismologische und historische Daten reichen aber zu wenig weit in die Vergangenheit zurück, um verlässliche Aussagen darüber zu machen, ob noch größere Erbeben möglich sein könnten und wie häufig solche Beben auftreten können. Diese Informationen sind essentiell für die Abschätzung des Gefährdungspotentials von zukünftigen Erdbeben auf Mensch und Umwelt. Die von den Antragsstellern in anderen Weltregionen entwickelten Methoden Seesedimente als natürliche Seismometer zu entschlüsseln, kann zur Schließung dieser Wissenslücke beitragen: Großerdbeben hinterlassen am Seeboden charakteristische Fingerabdrücke. Diese werden entweder als Ereignislagen (z.B. als Ablagerung von Erdbeben-induzierten Schlammlawinen) und/oder als subtile Deformationsstrukturen (durch seismischen Bodenerschüttern) in der Sedimentabfolge archiviert. Die Sedimentabfolgen sind meist zeitlich komplett erhalten, was eine sehr hohe zeitliche Auflösung des Erdbebenarchives ermöglicht. Das Quake-Lake Carinthia wendet diese Forschungsstrategie in Kärnten an, einer der seismisch aktivsten Regionen Österreichs, welche mehrfach von mitunter den größten historischen Erdbeben Zentraleuropas in Mitleidenschaft gezogen wurde. Die einzigartige Exposition verschiedener Kärntner Seen gegenüber unterschiedlichen historisch-dokumentierten Erdbebenintensitäten erlaubt es, das Seesedimentarchive zu kalibrieren. Daraus lässt sich aus dem Sedimentarchive der letzten rund 14.000 Jahre nicht nur beantworten ob und wie häufig prähistorische Erdbeben in der Region auftraten, sondern auch wie stark diese waren und in welcher Region das Epizentrum lag. Zusätzlich erlauben zeitlich weit-zurückreichende Erbebenarchive neue Einblicke in sich zeitlich verändernde Erdbebenaktivitäten als mögliche Konsequenz des Zurückschmelzens Alpinen Gletscher seit der letzten Eiszeit. Paleoseismologie als Forschungsrichtung ist sehr jung in Österreich und Österreichische Seen als Archive für Paleoerdbeben sind noch gänzlich unerforscht. Im Projekt werden die aktuellsten Methoden der modernen subaquatischen Paleoseismologie angewendet bzw. mit auf das Studiengebiet neu-konzipierte Adaptionen ergänzt, wie zum Beispiel (i) in situ geotechnische Messungen der Sedimentstabilität, um zu erfassen wie stark die Erbebenerschütterung sein muss, um Unterwasserlawinen auszulösen, oder (ii) die Anwendung verschiedener chemischer und physikalischen Proxys zum verbesserten Verständnis über die Auswirkung von Starkerdbeben auf den See und das umliegende Umweltsystem. Zudem dient die detaillierte Studie in den Kärtntner Seen auch als Grundlage für eine globale Vergleichsstudie vorhandener See-Paleoseismologie Datensätze, um zu evaluieren, wie unterschiedliche Ereignislagen von Seesedimentabfolgen quantitative Rückschlüsse auf die Erdbebenintensität erlauben. Ziel ist es, aus dem vorhandenen und neu- erworbenen Wissen eine generische methodische Vorgehensweise abzuleiten welche zu verbesserte Abschätzung der Erdbebengefahr in verschieden Erdteilen beitragen kann.

Seismologische Daten reichen im Allgemeinen nicht weit genug in die Vergangenheit zurück, um korrekte Abschätzungen der Erdbebengefährdung vorzunehmen. Infolgedessen können künftige Ereignisse "unerwartet" große Auswirkungen verursachen. In diesem Projekt wurden Seesedimente in Österreich als natürliche Seismometer verwendet, um das Auftreten und die Stärke von Erdbeben in den letzten 14.000 Jahren zu rekonstruieren. Für Kärnten haben wir herausgefunden, dass das Erdbeben von 1348 n. Chr. ein außergewöhnlich starkes Ereignis war, bzw. es war das stärkste Beben der letzten 10.000 Jahre in dieser Region. Es wird nur von einem größeren Ereignis übertroffen, das vor ca. 13.500 Jahre stattgefunden hat und das den Boden des Wörthersees komplett verändert hat. Unsere See-Paleoseismologischen Daten liefern auch den ersten Nachweis für seismische "Bursts", d.h. Perioden von einigen 100 Jahren, in denen viele starke Erdbeben in kurzer Folge auftreten. Diese Erkenntnis deutet darauf hin, dass die seismische Gefahr in den Jahren und Jahrzehnten nach einem starken Erdbeben erhöht sein kann. Außerdem konnten wir den Zusammenhang zwischen der Intensität der Erdbebenerschütterung und der Größe und Art der durch die Erschütterung verursachten Seesedimentverformungen und -umlagerungen quantifizieren. Basierend auf diesen Erkenntnissen rekonstruierten wir das Auftreten und die Erschütterungsintensität von Erdbeben in den letzten 2.800 Jahren, was zeigte, dass die nationale Erdbebengefährdungskarte die seismische Gefährdung in Mittelkärnten zuverlässig darstellt. Für Tirol lässt sich aus den Seesedimentdaten ableiten, dass mehrere große prähistorische Bergstürze durch starke Erdbebenerschütterungen ausgelöst wurden. Damit konnten wir die langjährige Debatte über die Ursachen dieser dramatischen Landschaftsveränderungen abschließen. Darüber hinaus fanden wir Hinweise auf ein geologisch aktives Bruchsystem unter dem Achensee, dass ein letztes Mal vor etwa 8.300 Jahren ein Erdbeben der Magnitude ~6-6,3 verursachte. Unsere Rekonstruktionen zeigen räumliche Migrationen der prähistorische Erdbebenaktivität, was darauf hindeutet, dass die seismische Gefährdung über Jahrtausende hinweg nicht konstant ist. Simulationen der Erschütterungsstärke haben gezeigt, dass bei Erdbeben, die in der Nähe des Inntals ihren Ursprung haben, neben Mitteltirol auch Südbayern erhebliche Schäden erleiden kann. Ein weiterer Projektpfeiler besteht aus prozessorientierten Studien zum besseren Verständnis der verschiedenen Parameter, die Erdbebenspuren in Seesedimenten beeinflussen. Durch die Untersuchung von Seen in Chile, Alaska, Israel, Taiwan und Österreich konnten wir Erkenntnisse über die Entstehung von Sedimentverformungen, Unterwasserrutschungen und Schlammlawinen gewinnen. Dies ist wichtig, um die Zuverlässigkeit und die Unsicherheiten unserer paläoseismischen Rekonstruktionen zu bewerten und neue Strategien zu entwickeln, um mehr Informationen über vergangene Erdbeben zu erhalten. Daraus konnten wir ableiten, dass die Wiederholungsmuster sehr unterschiedlich sein können: So weisen einige tektonische Plattengrenzen einen bemerkenswert regelmäßigen Zyklus starker Erdbeben auf, während Orte im Inneren der Platten eher eine zufällige oder zeitlich und räumlich gehäufte Erdbebenwiederholung zeigen. Solche Rekonstruktionen tragen zu einem besseren Verständnis der Erdbebenprozessen bei und verbessern unsere Einschätzung der Erdbebengefahr in verschiedenen Regionen weltweit.