Tōhoku-Beben versetzte Grenze zweier Erdplatten um drei Kilometer

6. August 2013, 13:27
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Drastische Veränderungen am Meeresboden im 7,5 Kilometer tiefen Japan-Graben nach Seebeben im März 2011

Am 11. März 2011 erschütterten schwere Erdstöße für 150 Sekunden die Küste der japanischen Region Tōhoku. Der von dem Seebeben der Stärke 9 ausgelöste Tsunami verwüstete weite Küstenstriche und kostete mehr als 15.000 Menschen das Leben. Nun hat ein europäisch-japanisches Forscherteam die Spuren analysiert, die das Beben auf dem Meeresgrund hinterließ: Am Abhang des bis zu 7,5 Kilometer tiefen Japan-Grabens sackten mindestens 28 Quadratkilometer Meeresboden ruckartig in die Tiefe. Die oberflächennahe Grenze zweier Erdplatten verschob sich dadurch um bis zu drei Kilometer nach Osten.

Unmittelbar nach dem katastrophalen Ereignis vor der Insel Honshu entwickelten japanische und deutsche Geowissenschafter Expeditionspläne, um den Folgen des Bebens auf den Grund zu gehen. Bereits zehn Monate später war das japanische Forschungsschiff "Mirai" vor der Tōhoku-Küste im Einsatz. Im Februar/März 2012 fand eine deutsch-japanische Fahrt mit dem Forschungsschiff "Sonne" statt. Dabei wurde der Meeresboden östlich des Epizentrums kartiert und beprobt. Erste Ergebnisse wurden nun Wissenschaftsjournal "Geology" präsentiert.

Blick in den Graben

Ziel der Expeditionen waren Gebiete, in denen die Pazifische Platte unter der Ochotsk-Platte mit dem japanischen Vulkanbogen abtaucht. Die Region ist eine stete Quelle für Erdbeben. Das Tōhoku-Beben erreichte die Stärke 9, weil an den ineinander verkeilten Plattengrenzen Energien freigesetzt wurden, die sich seit dem letzten Megabeben im Jahre 869 aufgestaut hatten. Schon vor ihrer Forschungsreise wussten die Forscher, dass das Tōhoku-Beben die Erdkruste vor Honshu auf einer Länge von 400 Kilometern aufgerissen und Teile der Küste ruckartig um bis zu fünf Meter Richtung Osten versetzt hatte. Am Rand des Japan-Grabens betrug der Versatz von Teilen der Erdkruste sogar über 50 Meter. Unbekannt war indes, was sich im 7,5 Kilometer tiefen Graben selbst abgespielt hatte.

Deshalb kartierten die Wissenschafter an Bord der "Sonne" zunächst den Kilometer breiten Japan-Graben mit Hilfe von bordeigenen Echolotsystemen. Um mehr über die Umgestaltung des Meeresbodens heraus zu finden, zog das Expeditionsteam im Japan-Graben aus Wassertiefen von über 7.000 Metern mehrere, knapp neun Meter lange Sedimentkerne. Das Ergebnis: Die lokalen Sedimentschichten waren weitgehend ungestört, lediglich an einigen wenigen Stellen fanden die Forscher Hinweise auf transportierte und umgelagerte Sedimente.

In einem weiteren Schritt analysierten die Wissenschafter das in den Sedimentkernen enthaltene Porenwasser. Es findet in den Millimeter winzigen Räumen zwischen den Sedimentpartikeln Platz. "Wir haben Profile erstellt, die zeigen, wie sich die Sulfatgehalte im Meeresboden verändern", sagt Martin Kölling, Geochemiker am MARUM. "Bei ungestörtem Meeresboden nimmt der Sulfatgehalt linear mit zunehmender Sedimenttiefe ab. Genau dieses Bild zeigte auch die Vielzahl unserer Proben." Einige der turbulent transportierten Sedimente boten die Möglichkeit, mit Hilfe von Modellen die Bewegungen im Japan-Graben zeitlich einzuordnen: Sie konnten sich erst in jüngster Vergangenheit ereignet haben und sind daher dem Tōhoku-Erdbeben zuzuschreiben.

Große Sedimentpakete en bloc versetzt

"Auf der Grundlage all dieser Untersuchungen gehen wir von folgendem Szenario aus: Der durch das Beben ausgelöste ruckartige Versatz der Erdkruste um 50 Meter führte dazu, dass am Rand des Japan-Grabens großflächig Sedimentpakete als zusammenhängende Blöcke absackten", bilanziert Michael Strasser von der ETH Zürich. "An manchen Stellen stauchten die absackenden Sedimente den Meeresboden. So entstanden Wülste und Tröge am Grund des Japan-Grabens."

Besonders erstaunt war das Forscherteam indes über einen weiteren Befund: Durch die Bewegungen der Sedimentmassen verschob sich die oberflächennahe Grenze der eurasischen Platte um zwei bis drei Kilometer nach Osten! "Als Geowissenschafter sind wir es gewohnt, in sehr langen Zeiträumen von Jahrhunderttausenden oder gar -millionen zu denken", sagt Gerold Wefer vom Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen (MARUM). "Diese Expeditionen haben uns gezeigt, dass Plattengrenzen bisweilen auch von plötzlichen Ereignissen in Sekunden oder Minuten tiefgreifend verändert werden können." (red, derstandard.at, 06.08.2013)

  • Die Lage der Erdplatten vor Japan.
    grafik: marum

    Die Lage der Erdplatten vor Japan.

  • Vergleich: Der Japan-Graben vor und nach dem Tōhoku-Erdbeben
    grafik: marum

    Vergleich: Der Japan-Graben vor und nach dem Tōhoku-Erdbeben

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