Kontinentverschiebung: Wenn die Platte springt

Man hatte gerade einem Fachvortrag gelauscht. Das Seminar zur Geowissenschaft des Ozeanbodens findet am Atmosphere and Ocean Research Institute der Universität Tokio freitags statt, im ersten Stock eines erst vor kurzem fertiggestellten Gebäudes. Diese Woche ging es um den Meeresboden vor Sumatra und das Erdbeben der Magnitude 9,1 vom Dezember 2004. Gegen Viertel vor drei Ortszeit waren die Forscher noch in die Diskussion vertieft, da wurde ihr Gegenstand auf einmal unheimlich real.

„Wir spürten zunächst eine starke Auf- und Abwärtsbewegung“, berichtet der Seismologe Frederik Tilmann vom Geoforschungszentrum in Potsdam in einer E-Mail aus Tokio. „Nach etwa zehn bis fünfzehn Sekunden war klar, dass es sich um ein größeres Beben handeln würde, und wir sind schnell aus dem Gebäude gerannt. Während der Evakuierung kamen dann die Horizontalbewegungen hinzu, die sehr viel heftiger waren, aber auch eine recht geringe Frequenz hatten. Bewegungen der Strukturen im Gebäude verursachten ein metallisches Rasseln. Als wir draußen versammelt waren, bewegte sich der Boden in einer rollenden Bewegung. Dies fühlte sich so ähnlich an wie auf einem Boot, dass in sanften Wellen rollt. In dieses Rollen kamen dann die auch noch recht starken Erschütterungen von Nachbeben, die anfangs fast im Minutentakt zu spüren waren.“

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Wie gingen die Forscher mit der Situation um? „Es war kein Anzeichen von Panik zu bemerken“, erinnert sich Tilmann. „Nachdem klar war, dass keine persönliche Gefahr mehr bestand, überwog zunächst die wissenschaftliche Neugierde. Recht schnell konnten wir dann aber auf den Mobiltelefonen unserer japanischen Kollegen die Tsunami-Warnung und dann auch die schrecklichen Bilder vom Tsunami sehen, und da waren wir natürlich sehr bestürzt über die vielen Opfer, die sich da schon absehen ließen.“

Nach allem, was sich bislang sagen lässt, war das Desaster vom Freitag in seinem Ausmaß eine Besonderheit, nicht aber in seiner Ursache. Vor der Ostküste Japans schiebt sich die Pazifische Platte mit einer Geschwindigkeit von 85 Millimetern im Jahr unter Eurasien. Die Pazifikplatte ist aus vergleichsweise altem, dichtem und kühlem Gestein, knickt vor der leichten und daher obenauf schwimmenden kontinentalen Krustenplatte Eurasiens in den Erdmantel ab und wird dann von seinem eigenen Gewicht in die Tiefe gezogen. Die Linie dieses Knicks, markiert durch eine Tiefseerinne, den sogenannten Japangraben, verschiebt sich daher langsam immer weiter nach Osten. Das übt einen ebenfalls nach Osten gerichteten Zug auf den Rand Eurasiens aus und hat dadurch im Laufe von Jahrmillionen den Inselbogen vom eurasischen Festland getrennt. Japan als Insel gibt es eigentlich nur wegen dieses sogenannten Subduktionsprozesses.

„Das ist ein ganz erhebliches Stück Kruste“

Subduktionszonen aber sind Erdbebengebiete. 95 Prozent aller Beben finden entlang solcher aktiven Plattengrenzen statt, die sich weltweit über mehr als 40.000 Kilometer erstrecken. Dort reiben sich die übereinandergleitenden Platten und verhaken sich, bis der horizontale Druck zu groß wird und die Kontaktstelle über eine gewisse Strecke bricht. Am Freitag brach sie vor der Küste der japanischen Hauptinsel Honshu auf einer Länge von etwa 390 Kilometern. „Das ist ein ganz erhebliches Stück Kruste“, zitiert die New York Times den Erdbebenexperten Dave Applegate vom US Geological Survey, der amerikanischen Geologiebehörde. Mit einem Ruck habe sich die Platte dabei um etwa 15 Meter bewegt. Das dabei ausgelöste Beben hatte nach vorläufigen Schätzungen eine Stärke - oder Magnitude - von 8,9.

Laut Applegate kündigte es sich in diesem Fall durch Vorbeben an, darunter eines mit Magnitude 7,2, das am Mittwoch nur 40 Kilometer südlich des späteren Epizentrums auftrat. Im Grunde, sagt Applegate, war das Freitagsbeben ein Nachbeben dieses Ereignisses. Weitere Nachbeben, darunter eines der Stärke 7,1, folgten im Laufe des Freitags, und solche mit 5 und 6 wurden noch am Samstag registriert. Doch da Magnitude ein sogenanntes logarithmisches Maß ist - eine um eins höhere Magnitude bedeutet das 30-Fache der freigesetzten Energie -, waren sie vergleichsweise unbedeutend.

Tsunamis sind charakteristisch für das Erdbebengebiet Japan

Mit 8,9 war das Hauptbeben mindestens 20 Mal heftiger als etwa das große Beben von San Francisco 1906, das folgenreichste, das bisher in den Vereinigsten Staaten stattfand, und auch 30 Mal stärker als das „Große Kanto-Beben“, das 1923 im Raum Tokio mehr als 100.000 Menschen das Leben kostete. Dennoch wurden bei der aktuellen Katastrophe die schwersten Zerstörungen nicht durch das Beben selbst angerichtet, sondern - ähnlich wie 2004 in Indonesien - durch den dabei ausgelösten Tsunami. Dass es sich dabei um ein japanisches Wort handelt, ist kein Zufall. Tsunamis sind charakteristisch für das Erdbebengebiet Japan. Denn einerseits liegt die seismisch aktive Reibungsfläche dort oft weit draußen im Meer (anders als etwa an der Westküste Südamerikas), andererseits taucht die subduzierte Platte dort dennoch vergleichsweise flach in den Erdmantel ein, was die Reibungsfläche vergrößert und stärkere Beben wahrscheinlicher macht als bei Subduktionszonen unter rein ozeanischen Inselbögen wie etwa den Marianen.

Im aktuellen Fall könnte die Sache durch die Nähe des Bebens zu dem sogenannten Anwachskeil erschwert worden sein. Das ist ein Wulst aus Sedimenten, den die Subduktion von der unterschobenen ozeanischen Kruste geschabt und vor der Tiefseerinne aufgestapelt hat. Das Sumatra-Beben von 2004 fand im Gebiet des enormen Anwachskeils statt, dessen Material letztlich aus der Erosion des Himalaja stammt. „Alle Beben über Magnitude 8,5 treten an Plattengrenzflächen in Subduktionszonen auf und schließen manchmal den Anwachskeil ein“, sagt Frederik Tilmann. „Wenn dies der Fall ist, wird das Erdbeben aufgrund der größeren Bruchfläche auch potentiell größer. Besonders schlimm ist es aber, dass eine größere Deformation des Seebodens in sehr großen Wassertiefen passiert. Je tiefer das Wasser dort ist, wo die Deformation stattfindet, desto größer wird im Allgemeinen der Tsunami.“

Beben liegen über dem Durchschnitt

Die Frage, die nicht zuletzt die Versicherungswirtschaft bewegt, ist nun, wie häufig mit solchen „Megabeben“ zu rechnen ist - und ob sie nur in bestimmten Gebieten entlang der Subduktionszonen auftauchen. Bis 2004 war man davon ausgegangen, dass nur besonders junge und damit warme, schwimmfähige Ozeankruste, die sich zudem besonders schnell unter einen Kontinent schiebt, Beben der stärksten Klasse auslösen kann. Doch dann ereignete sich das Sumatra-Beben in einer Region, die besonders weit entfernt von solchen geologischen Bedingungen war. Robert McCaffrey von der Portland State University hat 2008 in Geology geschlossen, dass sich für keinen Abschnitt einer Subduktionszone sagen lässt, ein Megabeben sei dort unmöglich. In seiner Studie schätzte McCaffrey ab, dass im langfristigen Durchschnitt einmal pro Jahrhundert irgendwo auf der Welt ein Beben der Magnitude 9 (M9) und größer auftritt. Nun hatten wir aber seit 1952 bereits fünf - „eine zufällige Häufung und nicht der langfristige Mittelwert“, glaubt McCaffrey.

Das aktuelle Honshu-Beben war noch eine zehntel Magnitude von einem M9-Beben entfernt. „Weltweit treten Ereignisse solcher Größe vielleicht im Durchschnitt alle zehn Jahre auf“, sagt Tilmann. „Allerdings haben wir noch nicht genügend lange seismologische Beobachtungen, um hier eine verlässliche Zahl liefern zu können. Die letzten sieben Jahre waren aber außergewöhnlich aktiv mit den Magnitude-9,2- und -8,6-Beben in Sumatra 2004 und 2005 und dem M8,8-Beben in Chile im Februar letzten Jahres. Vor Sumatra 2004 traten solche Beben mit Magnitude jenseits 8,5 zum letzten Mal in den fünfziger und sechziger Jahren auf.“

Die Folgen solcher Beben für die Menschheit ändern sich indes mit der Siedlungsstruktur und mit der technischen Entwicklung etwa auf dem Gebiet der Informationstechnik, der erdbebensicheren Stadt- und Gebäudeplanung sowie Zivilschutzmaßnahmen, die in Japan nun Tausenden, vielleicht Hunderttausenden das Leben retteten. Doch wenn man die Situation am Kernkraftwerk Fukushima Daiichi berücksichtigt, gilt auch, dass manche Technik in Erdbebengebieten die Folgen eines Bebens auch verschlimmern kann.

Literaturtipp: Wolfgang Frisch, Martin Meschede: „Plattentektonik“, Primus-Verlag. Neuauflage erscheint im April 2011.

Quelle: F.A.S.
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