Schnell gestresst: Die Verwerfungen, die immer wieder schwere Erdbeben entlang von Subduktionszonen auslösen, sind schwächer als bisher gedacht. Schon relativ geringer Stress kann deshalb hier das Gestein zum Reißen bringen, wie eine US-Forscherin herausfand. Und weil der Untergrund dem Bruch kaum etwas entgegensetzt, entlädt sich die gesamte aufgestaute Spannung auf einmal – ein starkes Beben ist die Folge, so die Forscherin im Fachmagazin „Science“.
Ob das Tohoku-Beben vor Japan im März 2011 oder das Seebeben vor Sumatra, das den Tsunami von 2004 auslöste: Dort, wo eine Erdplatte unter eine andere gedrückt wird, drohen besonders starke Erdbeben. Sie ereignen sich meist in sogenannten Megathrust-Verwerfungen entlang von Subduktionszonen. Doch warum gerade diese Verwerfungen so häufig Starkbeben verursachen, ist bisher nur in Teilen geklärt.
Jeanne Hardebeck vom US Geological Survey in Menlo Park hat die Eigenschaften solcher Megathrust-Verwerfungen nun genauer untersucht. Dafür analysierte sie seismische Messdaten, die entlang der Plattengrenzen vor Japan, aber auch entlang anderer Subduktionszonen gesammelt wurden. Sie wollte wissen, wie stark oder schwach das Gesteinsmaterial in der Reibungszone zwischen den Erdplatten ist und was dies für dessen Stresstoleranz bedeutet.
Fatale Schwäche
Ihr Ergebnis: Die Megathrust-Verwerfungen sind deutlich schwächer als bisher angenommen. Gleichzeitig aber ist das sie umgebende Gestein kaum stabiler. Dadurch wirkt der Stress entlang dieser Verwerfungen nicht parallel zur Grenze zwischen den beiden Erdplatten, sondern in einem Winkel zwischen zehn und 50 Grad dazu.
Das aber hat Folgen: Zwar gleiten die Erdplatten hier meist durchaus glatt aneinander vorbei. Klemmt aber dann doch mal etwas und die Spannung staut sich auf, dann ist die Toleranzgrenze sehr niedrig. Das Gestein bricht ziemlich schnell und weil der Riss sich weit ausbreiten kann, entlädt sich die gesamte aufgestaute Spannung auf einmal. Deshalb können Megathrust-Beben so stark werden.
Ursache unklar
„Selbst eine Verwerfung mit niedriger Reibung kann genügend Stress akkumulieren, um ein starkes Erdbeben zu produzieren“, sagt Hardebeck. „Weil es dort wenige stabile Stellen gibt, die den Riss stoppen können, kann es an diesen Stellen sogar leichter sein, ein besonders schweres Erdbeben auszulösen.“ Damit verhalten sich Megathrust-Verwerfungen völlig anders als es Labortests mit brechenden Gesteinen bisher nahelegten.
Warum die Megathrust-Verwerfungen entlang der Subduktionszonen so unerwartet schwach sind, ist bisher nicht klar. Es könnte daran, dass das Gestein in den Poren besonders viel Flüssigkeit enthält, die wie ein Gleitmittel wirkt. Möglich wäre aber auch, dass die oft dicken, durch die Plattenkollision aufgeschobenen Sedimentränder entlang dieser Plattengrenzen die Stressverteilung beeinflussen. (Science, 2015; doi: 10.1126/science.aac5625)
(United States Geological Survey, 11.09.2015 – NPO)
