Ein starkes Erdbeben der Stärke 9,0, das Japan am 11. März 2011 erschütterte, verursachte dauerhafte Bewegungen im Boden des Landes. Etwa 15 Minuten nach dem Hauptbeben, um 14:46 Uhr Ortszeit, bewegte sich das gesamte japanische Territorium nach Osten, wie aus von GPS-Stationen gesammelten Daten hervorgeht.
Diese Veränderung war zwar geringfügig und schwankte zwischen 5 und 6 Millimetern, erwies sich jedoch als dauerhaft. Zu diesem Zeitpunkt blieb das Phänomen weitgehend unbemerkt oder wurde in den Aufzeichnungen als Fehler interpretiert. Der Geophysiker Sunyoung Park von der University of Chicago war jedoch überzeugt, dass die erfassten Signale, die auf diese Verschiebung hindeuteten, ein reales Ereignis zeigten.
Eine aktuelle Studie bestätigte, dass diese Bodenbewegung ein „außergewöhnliches“ seismisches Phänomen darstellt und bis dahin in der wissenschaftlichen Dokumentation beispiellos war.
„Das Besondere an dieser Verschiebung ist, dass sich ganz Japan praktisch gleichmäßig und gleichzeitig bewegte“, erklärte Park, Leiter der Untersuchung.
Der Geophysiker wies auch darauf hin, dass die Bewegung, die die Hauptinseln Japans von Hokkaido bis Kyushu in einem Gebiet von rund dreitausend Kilometern erreichte, nicht gleichzeitig mit dem ursprünglichen Erdbeben stattfand und sich vor den wichtigsten Nachbeben manifestierte.
Nach Jahren der Analyse von GPS-Daten und seismischen Aufzeichnungen kamen Park und sein Team zu dem Schluss, dass die durch das Beben verursachten Wellen bis zum Erdkern diffundierten und dann an die Oberfläche zurückkehrten, wodurch vier wichtige tektonische Platten verschoben wurden.
Seismologen wussten bereits, dass Wellen, die durch große Erdbeben erzeugt werden, durch das Innere des Planeten wandern und im äußeren Kern, einer Schicht aus flüssigem Metall, reflektiert werden können. Die vorherrschende Meinung war jedoch, dass sich diese Energie verflüchtigte, bevor sie wieder die Erdkruste erreichte.
„Die Neuheit liegt in dieser Art von Welle, die tief eindringen und ein seismisches Ereignis auslösen kann; außerdem ist diese Episode aufgrund ihrer enormen Ausdehnung einzigartig“, erklärte Park.
Es ist bekannt, dass Erdbeben starke Bewegungen im Boden hervorrufen, Risse erzeugen und weite Gebiete um mehrere Zentimeter verschieben. Allerdings sind diese Bewegungen tendenziell stärker geografisch begrenzt als das von Park und Kollegen in der Forschung identifizierte landesweite Ereignis.
Goran Ekstrom, Geophysiker an der Columbia University, wies darauf hin, dass sich beim Erdbeben 2011 die beiden tektonischen Platten, die unter Japan aneinander rieben, etwa 10 Meter bewegten.
„Diese beschleunigte Bewegung war die Ursache für das Beben und den Tsunami und hat außerdem die Insel Honshu, Japans größte Insel, etwa 20 Zentimeter nach Osten verschoben“, kommentierte Ekstrom, der nicht an der Studie beteiligt war.
Die von Park und seinem Team aufgedeckte Verschiebung zeichnet sich trotz ihres geringeren Ausmaßes dadurch aus, dass sie sich über ein extrem großes Gebiet erstreckt und die umfangreichste ist, die jemals dokumentiert wurde. Dieses Phänomen setzte Energie frei, die mit der eines Erdbebens der Stärke 7,5 vergleichbar war, wie aus einer offiziellen Erklärung hervorgeht.
Verständnis des in Japan identifizierten neuen seismischen Risikos
Das Erdbeben im März 2011, dessen Epizentrum 372 Kilometer nordöstlich von Tokio lag, gilt als das schwerste in der japanischen Geschichte und führte zu einem kolossalen Tsunami, einer Atomkrise und dem Verlust von etwa 20.000 Menschenleben. Geophysicist Park betonte, dass die Behörden sich dieser neuen und unbekannten Quelle seismischer Risiken bewusst sein müssen.
Im Gegensatz zu Nachbeben, bei denen es sich um schwer vorhersehbare Nachbeben handelt, dauert der Hin- und Rückweg der Wellen zum Erdkern, eine Entfernung von etwa 5.800 Kilometern, etwa 15 Minuten. Dieses Zeitintervall bietet ein entscheidendes Fenster für die Erkennung und möglicherweise Vorbereitung und unterscheidet dieses Phänomen von anderen seismischen Ereignissen.
Aus diesem Grund wird das Phänomen als seismisches Ereignis mit Potenzial für Vorhersage und Planung zur Abschwächung seiner Auswirkungen konfiguriert. Aufgrund der großen Fläche der Energieverteilung wurde das Beben jedoch mit geringerer Intensität wahrgenommen und verursachte weniger Schäden als ein herkömmliches Erdbeben der Stärke 7,5, das seine Energie tendenziell auf eine begrenztere Region konzentriert.
„Selbst wenn es Schäden gäbe, wäre es ziemlich komplex, diese von den Schäden zu unterscheiden, die durch den Hauptschock und die darauffolgenden Nachbeben verursacht wurden“, sagte Park.
Die im Jahr 2011 festgestellte Verschiebung, die durch die seismische Welle verursacht wurde, die bis zum Kern vordrang, wirkte sich auf die Konvergenzbereiche der tektonischen Platten des Pazifischen Ozeans und des Ochotskischen Kontinents sowie auf die Grenze zwischen dem Philippinischen Meer und der Eurasischen Platte aus.
Tektonische Platten sind Teile der Erdkruste, die sich allmählich und kontinuierlich bewegen. Es ist möglich, dass die Intensität des anfänglichen Zitterns des Erdbebens den Anstieg der vom Kern ausgehenden Welle erleichterte, wodurch Verwerfungen in der Nähe des Hauptbebens reaktiviert und Bewegungen in weiter entfernten Regionen erzeugt wurden, in denen sich Platten treffen, wie Park angibt.
Japan verfügt über ein „außergewöhnliches“ Netzwerk seismischer und Satellitenüberwachungsstationen, das die Aufzeichnung dieses Phänomens ermöglichte, bemerkte Vedran Lekić, Professor am Department of Geological, Environmental and Planetary Sciences der University of Maryland. Er war jedoch der Ansicht, dass „diese Art von Vorkommnissen auch an anderen Orten mit unzureichender Instrumentierung auftreten könnte, was eine schlüssige Dokumentation unmöglich macht“.
Bisher seien Bodenbewegungen in einem ausgedehnten Verwerfungssystem, wie es auf japanischem Territorium existiert, nie mit der Ankunft einer seismischen Welle verbunden gewesen, die vom Kern reflektiert wurde, stellte Lekić, der nicht an der Forschung beteiligt war, per E-Mail klar.
Park und seine Mitarbeiter bestätigten, dass sie andere Theorien analysierten, um Japans Ostverschiebung zu erklären, beispielsweise das Auftreten eines Unterwasser-Erdrutschs. Sie kamen jedoch zu dem Schluss, dass die Auswirkungen eines Ereignisses dieser Art wesentlich lokaler sein würden.
Wenn die Interpretation der Daten korrekt sei, erhalte die Forschung „eine große Relevanz“, sagte Amanda Thomas, Geophysikerin an der University of California in Davis, die ebenfalls nicht an der jüngsten Studie beteiligt war.
„Die wichtigste Schlussfolgerung der Studie ist, dass große Erdbeben noch viele Minuten nach dem ersten Bruch Verwerfungssysteme auf unvorhergesehene Weise beeinflussen können, nicht nur durch Nachbeben, sondern auch durch den Durchgang später eintreffender seismischer Wellen“, sagte sie.
„Unser Verständnis darüber, wie Fehler funktionieren, ist noch unvollständig, und diese Art der Beobachtung fügt diesem komplexen Puzzle ein neues Teil hinzu“, schloss er.