Die stärksten Erdbeben aller Zeiten

21. August 2009 von Lars Fischer in Physik

Wenn der feste Boden unter den Füßen zu schwanken beginnt, ist die Ursache meist eine Verschiebung entlang einer Verwerfung, einer Bruchfläche zwischen Gesteinen. Solche Beben können eine Stärke von über 7 auf der Richter-Skala erreichen und enorme Zerstörungen anrichten. Doch diese Ereignisse erscheinen klein neben hundertfach energiereicheren Ereignissen wie dem Sumatra-Andamanen-Beben an Weihnachten 2004, bei denen die Erdkruste auf vielen hundert Kilometern Länge aufreißt und sich der Boden um mehrere Meter hebt oder senkt. Durch den anschließenden Tsunami starben 230.000 Menschen. Solche gewaltigen Erschütterungen sind gar nicht so selten, und sie gehen alle auf einen gemeinsamen Mechanismus zurück: Sie sind Subduktionsbeben, die stärksten Erdbeben aller Zeiten.

An einer Subduktionszone treffen kontinentale und ozeanische Krustenplatten aneinander. Der Kontinent überfährt dabei quasi die dichtere ozeanische Kruste, die dort in den Erdmantel abtaucht. Doch auch der Kontinent bleibt von der Kollision nicht unbeeinträchtigt. Er wird an der Subduktionszone langsam zusammengeschoben – die vorderste Kante des Kontinents, Backstop genannt, folgt der absinkenden Platte nach hinten und in die Tiefe, während sich die Kruste dahinter um mehrere Meter aufwölbt und dabei gespannt wird wie eine Feder. Wird die Spannung zu stark, reißt die Kontaktfläche auf großer Länge ab und schnellt in die Ausgangslage zurück. Diese Erschütterungen erreichen Magnitude 9 auf der Richter-Skala und dauern oft länger als eine Minute. Die dabei freigesetzte Energie entspricht dem Einschlag eines 1000 Meter großen Asteroiden.[1]

Der besondere Mechanismus der Subduktionsbeben erklärt nicht nur die gewaltige Energie, sondern auch die relative Regelhaftigkeit ihres Auftretens.. Die Geschwindigkeit, mit der die Platten aufeinander zu gleiten verändert sich in historischen Zeiträumen praktisch nicht, genauso wenig wie die Struktur der Plattenränder. Wie der Bogen, der über eine Geigensaite streicht, lässt die Subduktion den Kontinentalrand gleichsam harmonisch schwingen – allerdings in einem extrem tiefen Ton: Ein paar Zyklen pro Jahrtausend.

Bebenzyklen in Pacific Northwest
Der größte Teil dieses Zyklus läuft unmerklich ab. Nur modernste Messgeräte können feststellen, wie sich die Feder allmählich spannt. Umso spektakulärer entlädt sich dann die aufgebaute Spannung. Der Kontinentalrand bewegt sich ruckartig seewärts. Am auffälligsten und folgenschwersten sind jedoch die vertikalen Bewegungen: Während sich die Wölbung im Hinterland entspannt und ein Stück absinkt, schnellt der vorderste Plattenrand, zuvor abwärts gezogen, mehrere Meter nach oben und verdrängen oft auf hunderte Kilometer Länge das Wasser darüber. Eine gigantische Welle rollt Richtung Küste.

Besonders gut erkennbar sind diese Zyklen an der Westküste von Nordamerika, wo sich die Juan-de-Fuca-Platte unter den Kontinent schiebt. 1987 beschrieb Brian Atwater seltsame Sedimentabfolgen, die er in den Küstenmarschen über der Hochwasserlinie entdeckt hatte. Dort enden die Reste früheren Busch- und Baumbestandes abrupt in einer weichen Schlickschicht, über der wiederum gröberes Küstensediment und Spuren von Salzmarschen liegen, bis sich nach einer Weile wieder Landvegetation gebildet hatte - über der eine neue Schlammschicht liegt. Sechs dieser Zyklen fand der Forscher in den Sedimenten der letzten 7000 Jahre.

Die Unterschiede im Bewuchs demonstrieren, dass mit jedem Zyklus der Boden ziemlich abrupt um mehr als einen halben Meter abgesunken sein muss. Was vorher trockenes Land war, lag plötzlich so tief, dass nicht einmal Salztolerante Pflanzen der Gezeitenzone dort wuchsen. Der entscheidende Hinweis auf den Verursacher der Erdbewegungen liegt direkt unter den jeweils ersten Schlammschichten einiger Zyklen. Es ist grober Sand, angespült durch Tsunamis.

Das letzte große Cascadia-Beben fand am Morgen des 26. Januar 1700 statt, wie wir unter anderem aus zeitgenössischen japanischen Berichten über den resultierenden Tsunami wissen. Seit der europäischen Besiedelung war die Region seismisch ausgesprochen ruhig, so dass man trotz benachbarter Vulkane nicht davon ausging, es mit einem Hochrisikogebiet zu tun zu haben. Heute liegt dort der Ballungsraum Vancouver-Seattle-Portland mit fast zehn Millionen Einwohnern. Ein schweres Erdbeben wird dort wahrscheinlich schwerste Verwüstungen anrichten, zumal die Notwendigkeit erdbebensicherer Bebauung erst in den 80ern erkannt wurde.

Das große Tokai-Beben
Die Intervalle zwischen den großen Erdbeben der Region liegen etwa zwischen 200 und 800 Jahren, die Bewohner haben also höchstwahrscheinlich noch mehr als genug Zeit, sich angemessen vorzubereiten und über die Jahrzehnte anfällige Bausubstanz auszutauschen. In einer anderen Region dagegen ist ein gefürchtetes Superbeben bereits überfällig. In der Tokai-Nankai-Region der Subduktionszone zwischen der Philippinischen Platte und den Japanischen Inseln treten Subduktionsbeben alle 100 bis 150 Jahre auf. Ein Teil dieser Verwerfung ist seit 1854 ruhig und nach Ansicht der meisten Geologen überfällig, denn die historisch belegte Bruchspannung an der Plattengrenze gilt längst als erreicht.

Das große Beben steht also unmittelbar bevor, und deswegen ist das große Tokai-Beben ein beliebter Test für die moderne Erdbebenvorhersage. Bereits in den 70er Jahren berechneten japanische Wissenschaftler die Bebenwahrscheinlichkeit im Zeitraum von 1980 bis 1990 auf etwa 30-40 Prozent, aktuelle Berechnungen geben vergleichbare Werte für den Zeitraum bis 2010. Mechanistische Methoden, die auf Pegelständen und fraktalen Modellen der Reibung zwischen den beiden Platten basieren, sagten eine maximale Bebenwahrscheinlichkeit für das Jahr 2007 voraus (pdf), plusminus drei Jahre. Wir werden sehen.

Die Küste von Tokai wird von der abtauchenden ozeanischen Platte normalerweise mit einer Rate von einem halbern Zentimenter pro Jahr abwärts gezogen. Seit Ende der 90er ist dieser Prozess in einem Teil der Subduktionszone deutlich abgeschwächt worden, was als Ausgleich durch Hebung interpretiert wird. Vergleichbare lokale Hebungen, festgestellt anhand von Pegelständen, traten in den Jahren vor dem verheerenden Kanto-Beben von 1923 und anderen Großbeben auf. Die Ursache ist allerdings unbekannt, naheliegende Annahmen wie lokale, dem eigentlichen Bruch vorausgehende Verschiebungen an der Kontaktzone, laufen über Wochen und Monate ab statt wie beobachtet über Jahre.

Der Kontinentrand im Tokai-Gebiet ist jedenfalls eines der am besten untersuchten und überwachten Erdbebengebiete der Welt. Sensoren messen dort feinste Höhenveränderungen und Spannungen im Gestein, und wenn das große Beben dort zuschlägt, werden Wissenschaftler die Vorgänge in den Daten verfolgen können. Tokai ist der Testfall nicht nur für mittelfristige Vorhersagen, sondern auch dafür, ob schon im Vorfeld Anzeichen für ein bevorstehendes Beben zu sehen sind.

Mögliche kurzfristige Anzeichen für ein bevorstehendes Erdbeben ist eine plötzliche Änderung der lokalen Seismizität. An einem dynamischen Plattenrand sind auch Verwerfungen innerhalb der Kruste eigentlich die ganze Zeit am rumoren, und eine Veränderung in der Häufigkeit kleinerer Erdbeben deutet auf eine Änderung der Spannungsverhältnisse im Untergrund. Im Tokai-Bereich hat die Seismizität seit den 90er Jahren stark abgenommen. Das änderte sich allerdings am 10. August, als ein Beben der Stärke 6,5 die Tokai-Region erschütterte.

Dabei handelte es sich nicht um das Subduktionsbeben selbst, das um etwa den Faktor zehn stärker sein wird. Die meisten Bebenforscher sind sich jedoch einig, dass einem großen Subduktionsbeben ein kleinerer "pre-slip" der Stärke 6 bis 7 vorausgeht. Für kurze Zeit schien es möglich, dass ein Mega-Beben kurz bevor stand, bis ein ständig bereit stehendes Expertenkommitee feststellte, dass wahrscheinlich kein direkter Zusammenhang zwischen dem jetzigen Beben und einem möglichen Tokai-Subduktionsbeben besteht. Das Beben hatte sein Epizentrum tief in der subduzierten ozeanischen Platte. Grund zur Erleichterung ist das allerdings nicht, denn die Experten sind sich keineswegs einig was die Definitionen von "direktem Zusammenhang" und "kurz bevorstehen" angeht. Fest steht nur: Das nächste große Tokai-Beben kommt bestimmt.
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[1] Alaska 1964: ~ 380 Exajoule, Einschlag berechnet mit dem Impact Calculator: ~270 Exajoule


Ein Kommentar zu “Die stärksten Erdbeben aller Zeiten”

  1. lara christen Antworten | Permalink

    dir hättet e lischte söue mache wos dinne steit.so chunnt me jo gar nid noche.

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