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Bebenstärke überraschte Experten

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 25.03.2011 09:13

Die dramatische Krise um das japanische Kernkraftwerk Fukushima-1 hat das schwere Beben und den anschließenden Tsunami an der Nordostküste Honshus nahezu aus den deutschen Nachrichten verdrängt. Die Behörden rechnen mit mehr als 10.000 Toten, ersten Schätzungen zufolge werden die wirtschaftlichen Schäden über 200 Milliarden US-Dollar betragen. Die Schwere des Bebens war von Geowissenschaftlern nicht erwartet worden, die Kalkulationen, welche Folgen das Ereignis für das gesamte tektonische System an Honshus Ostküste haben wird, laufen derzeit.

Verwüstung in OfunatoAm Sendai-Beben vom vergangenen Freitag hat die Fachwelt vor allem seine Stärke überrascht. Inzwischen wurde es mit 9,0 der Magnitudenskala bewertet und ist damit das viertschwerste Beben seit Beginn der instrumentellen Aufzeichnungen. Der Norden der japanischen Hauptinsel Honshu ist wie der Rest des Landes an Unruhe im Untergrund gewöhnt. "Die seismogenen Zone vor Nordhonshu ist eigentlich notorisch für viele Erdbeben, es gibt eine sehr intensive Seismizität, aber vor allem kleinere Erdbeben", sagt Jan Behrmann, Professor für Geodynamik am IFM-Geomar. Beben mit einer Magnitude von 7 oder 8 kommen regelmäßig vor, das entspricht in etwa den Beben, die 2010 Port-au-Prince auf Haiti oder 1999 die türkische Stadt Izmit zerstörten. "Wir alle sind aber überrascht über dieses Beben, das eigentlich fast eine Größenordnung größer ist, auf der Magnitudenskala, als das, was typisch ist für diese Zone", erklärt Michael Strasser, Geologe am Meeresforschungszentrum Marum der Universität Bremen.

Plattentektonik im PazifikDie tektonische Situation am Westrand des Pazifischen Feuerrings ist ziemlich kompliziert. Der japanische Archipel liegt dort am Rand eines Systems von Subduktionszonen, an denen verschiedene Krustenplatten aneinander stoßen. Da gilt gerade für die Ostküste der japanischen Hauptinsel Honshu. Vor Nordhonshu treffen die Pazifische Ozeankrustenplatte und die Eurasische Kontinentalplatte aufeinander. Die Ozeanplatte ist viel schwerer als der Kontinent, sie taucht deshalb ins Erdinnere ab und reißt dabei den Japanischen Tiefseegraben auf. Rund 100 Kilometer südlich der Bucht von Tokio gesellt sich dann eine dritte Platte hinzu: die Philippinische Ozeanplatte. Sie schiebt sich von Süden unter die Eurasische Platte, dabei entsteht vor der Südküste Honshus der Nankai-Trog. Weiter draußen auf dem Pazifik wiederum taucht die Pazifische unter der Philippinischen Ozeanplatte ab, äußeres Zeichen dafür ist der Marianen-Graben. Vor Honshu machen die Plattengrenzen daher eine ausgeprägte S-Kurve, deren waagerechtes Mittelsegment direkt in die Bucht von Tokio hineinläuft.

Die Seismologen gliedern die Kontaktzonen zwischen den Krustenplatten in so genannte Segmente von 100 oder 200 Kilometern. "Sie sind unterteilt durch irgendwelche topographischen Gegebenheiten", erklärt Strasser, "irgendwo an der eintauchenden ozeanischen Kruste gibt es vielleicht Seeberge oder irgendwelches Relief, das dann wieder das nächste Stück abgrenzt." Diese Segmentgrenzen sind allerdings nicht nur topographisch, "oft spielen", so Strasser, "Erdbeben sich innerhalb eines solchen Segmentes ab". Die Länge der Segmente begrenzt dann auch die Stärke der Beben, denn die hängt von der Strecke ab, über die die Erdkruste reisst. Vor Sendai waren es rund 500 Kilometer, zuviel für ein einzelnes Segment. "Erstaunlich war jetzt, dass offenbar gleichzeitig mehrere solcher Segmente zusammen gebrochen sind", meint Strasser.

Folgen für tektonisches System werden berechnet

Was noch niemand abschätzen kann, sind die Folgen, die das Sendai-Beben für die benachbarten Segmente hat. Die Südgrenze des jetzt gerissenen Segments liegt sozusagen am Drei-Platten-Eck, wo Pazifische, Eurasische und Philippinische Platte zusammentreffen. Diese von den Geodynamikern Tripelpunkt genannte Stelle befindet sich 250 Kilometer südöstlich von Tokio mitten im Pazifik. "Dort kann man sehr gut eine Barriere erkennen, die die Erdbebentätigkeit begrenzt", erklärt der Geophysiker Birger-Gottfried Lühr vom Geoforschungszentrum Potsdam. Von diesem Punkt aus läuft das sogenannte Sagami-Segment schnurstracks in die Bucht von Tokio. In der S-Kurve, die die Plattengrenzen hier beschreiben bildet es den waagerechten Strich.

Tektonik vor HonshuDie Berechnungen der Geodynamiker zu den sogenannten Spannungsumlagerungen laufen noch, "doch das Sagami-Segment", sagt Frank Roth, Professor am GFZ, "hat sich definitiv aufgeladen". Mit den Spannungsumlagerungen wollen die Geodynamiker erfassen, wie sich die Energieverteilung im tektonischen System verändert, wenn ein Segment in einem Erdbeben gerissen ist und seine aufgestaute Energie entladen hat. Das Sendai-Beben hat die Bebenwahrscheinlichkeit im Sagami-Segment erhöht, um wie viel, ist noch unklar. Der Abschnitt ist kein unbeschriebenes Blatt: 1923 verursachte er das Große Kanto-Beben, das die Hauptstadt Tokio verwüstete und zwischen 100.000 und 140.000 Todesopfer forderte. Dieses bislang verheerendste Beben der japanischen Geschichte erreichte eine 7,9 auf der Magnitudenskala. Bislang rechnete der japanische Katastrophenschutz damit, dass sich hier ein erneutes Beben wahrscheinlich in den nächsten 100 oder 200 Jahren ereignen werde. Wie die Abschätzung nach dem Sendaibeben lautet, ist noch nicht klar.

Weiter südlich wird es richtig interessant. Die Kontaktzone zwischen der Philippinischen und der Eurasischen Platte machte dem japanischen Katastrophenschutz bis zum vergangenen Freitag die größten Sorgen. "Tokio hat eigentlich Angst oder Respekt vor diesem südlichen Erdbeben", so Strasser, "und wenn die Japaner von dem 'big one' sprechen, dann sprechen sie eigentlich von diesem Erdbeben." Im Nankai-Trog zwischen den Ballungsräumen von Tokio und Osaka gibt es drei Segmente: Tokai an der Bucht von Tokio, To-Nankai vor Nagoya und Nankai vor Osaka-Kobe. Die Region ist das Herz der japanischen Wirtschaft, ein schweres Beben, gefolgt gar von einem Tsunami, würden das Land in heftigstes Taumeln versetzen. Für die Weltwirtschaft wären die Folgen unabsehbar. Die Experten rechnen auf dem Segment mit einer Wiederholungsrate von etwa 100 Jahren. "Das letzte große Beben war das Nankai- und das To-Nankai-Beben in den vierziger Jahren des letzten Jahrhunderts", erklärt Jan Behrmann, "man erwartet eigentlich die Wiederholung dieses Ereignisses für spätestens 2050."

Gefürchteter Nankai-Trog

Vielleicht ändert aber das schwere Beben im Norden von Honshu das Spiel. "Kann man sich vorstellen, dass jetzt als nächstes Tokai und damit die Hauptstadt Tokio dran ist? Kann man sich vorstellen, dass Tokai, Nankai und To-Nankai zusammen brechen als nächstes? Auch nicht undenkbar, historisch nicht beobachtet, aber nicht undenkbar", fragt sich nicht nur der Geodynamiker Behrmann. Alternativ kann das Risiko im Nankai-Trog auch unverändert geblieben sein, weil eben doch die Distanz zum Bebenherd von Freitag recht groß ist. "Ich möchte weder der einen Version noch der anderen Version das Wort reden", erklärt Behrmann, "aber weil wir so wenig verstehen über Erdbeben und ihre Mechanik, müssen wir eigentlich relativ viele denkbare Varianten in die Überlegung einbeziehen."

Blick aus einem US-MilitärhubschrauberDaher hat die japanische Regierung in der Vergangenheit keine Kosten und Mühen gescheut, die kritische Zone im Süden der Hauptstadt so genau wie möglich zu untersuchen. Nantroseize heißt das Projekt, es ist eines der Flaggschiffe des Internationalen Meeresbohrprogramms IODP. Behrmann gehört zum Team, das viele Hundert Wissenschaftler aus aller Welt umfasst. Das zentrale Instrument des Projektes ist das gewaltige Bohrschiff "Chikyu", das größte, bestausgestattete, aber auch teuerste Schiff, das die Wissenschaft zur Verfügung hat.

Bislang untersucht man erst den Sedimentkeil, der von der japanischen Küste kommend über der Störung liegt und bis zu sechs Kilometer dick ist. In Sedimenten wie diesen liegt der Auslöser von Tsunamis. Reißen sie bei einem Erdbeben wie die Kruste darunter, oder geraten sie sogar ins Rutschen, dann kommt die Welle. "Diese Sedimentvolumina sind auf dem Kontinentalabhang mit Geschwindigkeiten von bis zu 200 km/h unterwegs", erklärt Behrmann. Beim letzten schweren Beben im Nankai-Trog hat es 1946 eine fünf bis sechs Meter hohe Welle gegeben.

In den Bohrkernen aus dem Nankai-Sediment fanden Behrmann und seine Kollegen zwei Arten von Gestein, deren Verhalten unter Druck sich diametral unterschied. Das Sediment im unteren Teil des Keils wurde immer fester, wenn der Druck sich erhöhte, das Sediment im oberen, wesentlich dickeren Teil schwächelte dagegen bei steigendem Druck. "Die Gesteine, die immer schwächer werden, befinden sich einige Kilometer den Kontinentalhang herauf, in etwas geringerer Wassertiefe", erklärt der Geowissenschaftler, "das ist im Bereich der so genannten splay fault, oder Zweigstörung." Diese Zweigstörung ist berüchtigt, denn "wenn es dort zu einem seismogenen Bruch kommt", so Behrmann, "gibt es relativ große vertikale Verschiebungen". Diese Verschiebungen in der Vertikalen erzeugen in der darüber stehenden Wassersäule einen Tsunami. Behrmanns Schlussfolgerung: "Zusammen mit den Gesteinen, die wir gefunden haben, verstärkt das die Tsunamigefahr noch."

Tsunami v. 11.03.11Der Tsunami von 1946 galt bislang als Ausnahmeereignis. Behrmanns Untersuchungen an den Sedimenten zeigen, dass die Hoffnung wohl getrogen hat. "Beim nächsten Beben wird es vielleicht etwas ähnliches geben", betont er, "wir sind ein bisschen sicherer, dass der Tsunami in den 40er-Jahren, dass das kein freak-Ereignis gewesen ist, sondern dass das möglicherweise zum tektonischen, geodynamischen Verhaltensrepertoire dieses Plattenrandes gehört." Keine beruhigenden Aussichten für Mittelhonshu. Das nächste Beben erwarten die Experten, wie gesagt, bis zur Mitte des Jahrhunderts.

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