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Radiokarbonanalyse enthüllt Spuren verborgener Erdbeben im Tiefseeboden
Erdbeben und untermeerische Hangrutschungen können am Meeresgrund Spuren hinterlassen, die selbst in Röntgenbildern kaum auffallen. In einem Sedimentkern vor Japan haben Radiokarbondatierungen nun sieben ungewöhnliche Ablagerungshorizonte enthüllt. Einige passen zeitlich zu historischen Erdbeben am Nankai-Trog, doch die einzelnen Auslöser lassen sich damit nicht zweifelsfrei bestimmen.
Kashiwa (Japan). Vor der japanischen Kii-Halbinsel erstreckt sich der Nankai-Trog, an dem die Philippinische Meeresplatte unter eine andere Erdplatte abtaucht. In dieser tektonisch aktiven Region ereigneten sich in der Vergangenheit wiederholt schwere Erdbeben und Tsunamis. Um die Gefährdung besser einzuschätzen, ist auch die Rekonstruktion weit zurückliegender Ereignisse von Bedeutung.
Am Meeresgrund können Erschütterungen und abrutschende Sedimentmassen charakteristische Ablagerungen hinterlassen. Doch nicht jede Bewegung des Schlamms erzeugt eine deutlich erkennbare Schicht oder eine Veränderung der Korngröße. So könnten Hinweise auf frühere Ereignisse in scheinbar einheitlichem Tiefseesediment verborgen bleiben.
Forscher der University of Tokyo (UTokyo) um Prof. Yusuke Yokoyama haben einen 40 Zentimeter langen Sedimentkern aus dem Kumano-Becken untersucht. Die Probe stammt aus rund 2.080 Metern Wassertiefe und umfasst Ablagerungen aus etwa 600 Jahren. Anstatt nur nach sichtbaren Schichtgrenzen zu suchen, datierte das Team organischen Kohlenstoff im Schlamm in Abständen von nur 0,5 bis einem Zentimeter.
„Wir haben mehrere neue geologische Schichten gefunden, die zuvor nicht sichtbar waren und aus untermeerischen Hangrutschungen stammen, die möglicherweise durch Erdbeben am Nankai-Trog ausgelöst wurden“, erklärt Yusuke Yokoyama.
Dabei stießen die Forscher auf sieben Horizonte, in denen das Kohlenstoffalter nicht zur Reihenfolge der Ablagerungen passt. In einzelnen Bereichen wirkte das organische Material bis zu etwa 700 Jahre älter als Material aus tiefer liegenden Schichten. Solche Altersumkehrungen deuten darauf hin, dass bereits vorhandener Schlamm aufgewirbelt, verlagert und später erneut abgelagert wurde.
Die Radiokarbonmethode bestimmt anhand des Zerfalls von Kohlenstoff-14, wie lange organisches Material bereits nicht mehr mit seiner Umwelt im Austausch steht. Allerdings entspricht das Alter des gesamten organischen Kohlenstoffs im Meeresboden nicht automatisch dem Zeitpunkt seiner Ablagerung. Denn selbst in gewöhnlichem Meeresschlamm können ältere Kohlenstoffreste enthalten sein.
Als Vergleich nutzte das Team deshalb die Kalkschalen winziger Meeresorganismen, sogenannter Foraminiferen. Ihre Datierung lieferte Anhaltspunkte für das tatsächliche Alter ausgewählter Sedimentlagen und half, den Altersversatz der Kohlenstoffmessungen zu korrigieren. Stabile Kohlenstoffisotope und das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff sprachen zudem überwiegend für Material marinen Ursprungs statt für eingetragenen Boden von Land.
„Wir verwendeten eine neue, hochempfindliche Methode, um die winzigen Mengen an Kohlenstoff-14 in den Sedimenten des Meeresbodens mit einer sehr hohen Auflösung von höchstens einem Zentimeter zu messen. Dadurch wurden mehrere Ereignisse sichtbar, die bei früheren Sichtprüfungen sowie Röntgen- oder CT-Untersuchungen nicht erkannt worden waren“, sagt Yokoyama.
Der Sedimentkern erscheint mit bloßem Auge nahezu einheitlich, während Computertomografien nur vereinzelt schwache Strukturen zeigen. Zwei der auffälligen Horizonte lassen sich mit solchen Veränderungen in den CT-Bildern in Verbindung bringen. Bei den übrigen identifizierten Ereignislagen fehlen dagegen charakteristische sichtbare Entsprechungen.