Rätsel um balancierende Felsen im Bebengebiet

Geologisches Rätsel: In den kalifornischen San Bernardino Mountains stehen einige Felsbrocken seit Jahrtausenden buchstäblich auf der Kippe. Doch trotz aller Erdbeben in dieser Region sind diese balancierenden Felsen stabil geblieben – und das, obwohl die San Andreas Verwerfung nur wenige Kilometer entfernt liegt. Warum sie nicht schon längst durch starke Erdstöße gefallen sind, haben Seismologen nun untersucht – und Überraschendes entdeckt.

Sie scheinen der Schwerkraft zu trotzen: In vielen Gegenden der Welt gibt es sogenannte prekär balancierende Felsen – tonnenschwere Gesteinsbrocken, die kippelig auf der Spitze stehen oder nur durch winzige Unebenheiten auf einer schiefen Ebene gehalten werden. Doch normalerweise ist die Lebensdauer solcher Felsen endlich, weil irgendwann die Erosion ihren Halt abträgt oder ein Erdbeben sie von ihrem luftigen Platz herunterrüttelt.

Mitten im Bebengebiet

Umso rätselhafter sind die balancierenden Felsen in den westlichen San Bernardino Mountains in Kalifornien. Die riesigen Granitbrocken halten seit mehr als 10.000 Jahren scheinbar ungerührt ihre Balance, obwohl sie mitten in einem der aktivsten Erdbebengebiete der USA liegen. „Es ist ein echtes wissenschaftliches Rätsel“, sagt Lisa Grant Ludwig von der University of California in Irvine. „Wie kann es diese Felsen direkt neben der San Andreas Verwerfung geben?“

Einige dieser Balancekünstler liegen nur rund zehn Kilometer von der San Andreas und der benachbarten San Jacinto Verwerfung entfernt im Grass Valley und am Silverwood Lake. „Angesichts ihres Alters von gut 10.000 Jahren müssten diese Brocken daher die Erschütterungen von mindestens 50 bis 100 starken, die Oberfläche einreißenden Beben miterlebt haben“, so die Forscher. Auf der Suche nach den Ursachen ihrer mysteriösen Stabilität haben sie die Stabilität von 36 dieser Felsen genauer untersucht.

Schlafender Riese: Blick auf die San Andreas Verwerfung © USGS

Wie stabil sind sie?

Um die Stabilität der Brocken zu messen, analysierten die Forscher ihre Geometrie und führten zudem Neigungstests durch. Dabei wird der Brocken mittels Flaschenzügen oder anderen Hilfsmitteln so weit ins Kippen gebracht, bis er fallen würde, wenn man ihn loslässt. Die dafür benötigte Kraft gibt Auskunft darüber, wie stark beispielsweise die seitliche Beschleunigung durch Bebenwellen sein müsste, um die balancierenden Felsen zu stürzen.

In einem seismischen Modell der Region setzen die Wissenschaftler dann die gemessene Standfestigkeit der Brocken unter anderem drei Bebenszenarien aus: einem Starkbeben der Magnitude 7,8 in der südlichen San Andreas Verwerfung, einem Beben der Stärke 7,4 im Verwerfungsbereich nahe San Bernardino und dem stärksten historischen Erdbeben Kaliforniens, Erdstößen der Magnitude 7,9 bei Fort Tejon.

Seismische „Schattenzone“

Das Ergebnis: In zwei der drei Bebenszenarien hätten die Felsbrocken fallen müssen und auch bei fast allen stärkeren Beben entlang der südlichen San Andreas Verwerfung. „Die Wahrscheinlichkeit, dass diese Brocken 50 Erdbeben überstehen ohne zu fallen, entspricht dem 50-maligen Werfen einer Münze, bei dem man jedes Mal Kopf erhält – sie liegt bei weniger als einem Billionstel“, konstatieren Grant Ludwig und ihre Kollegen.

Lage der beiden Verwerfungen und der balancierenden Felsen (blaue Rauten) © Grant Ludwig et al. / Seism. Res. Let

Ihrer Ansicht nach gibt es daher nur eine Erklärung für die mysteriöse Stabilität der Felsen: ihre Lage in einer seismischen „Schattenzone“, in der Bodenbewegungen durch Erdbeben stark abgeschwächt werden. Und tatsächlich könnte gerade die Nähe der beiden Verwerfungen zueinander zu diesem Puffereffekt führen. Denn beide Störungen liegen hier nur rund zwei Kilometer voneinander entfernt und bilden einen sogenannten Stepover – eine Stelle, an der Spannungen von einer auf die andere überspringen. Seismische Modelle zeigen, dass es an solchen Stepover-Stellen zu einer lokalen Abschwächung der Erschütterungen kommen kann – sie liegen sozusagen im Sprungschatten des Stepovers.

„Für einen Bruch, der in der San Andreas Verwerfung beginnt und dann auf die San Jacinto Verwerfung überspringt, liegen Grass Valley und Silverwood Lake in einer solchen Zone“, berichten die Forscher. Die balancierenden Felsen könnte daher so lange überdauert haben, weil das Überspringen der Spannung von einer Verwerfung auf die andere ihren Standort sozusagen beruhigte.

Hinweise auf Erdbebengefahr

Damit aber liefern die balancierenden Felsen von Silverwood Lake und Grass Valley auch wertvolle Informationen über die seismische Geschichte der Region. Denn sie deuten darauf hin, dass die San Andreas Verwerfung und ihr Nachbar, die San Jacinto Verwerfung in diesem Gebiet seismisch enger miteinander verkoppelt sind als bisher angenommen.

„Die San Jacinto Verwerfung war seismisch sehr aktiv, sie hat in der Geschichte schon viele Erdbeben ausgelöst“, erklärt Grant Ludwig. Die südliche San Andreas Störung unweit von Los Angeles blieb dagegen seit 1857 sehr ruhig. Doch das könnte sich ändern, wenn die Spannung von der San Jacinto auf die San Andreas überspringt. Durch ein solches Doppelbeben wären weit größere Gebiete und mehr Menschen gefährdet als bisher angenommen. (Seismological Research Letters, 2015; doi: 10.1785/0220140239)

(Seismological Society of America, 05.08.2015 – NPO)