Gespeicherte Kraft
Im klassischen Erdbeben-Zyklus entlädt sich die gesamte Spannung, die sich seit dem letzten Beben aufgebaut hat. Doch offenbar bleibt manchmal noch Energie für spätere Erschütterungen im Boden.
Im Mai 1960 erschütterte mit einer Stärke von 9,5 das schwerste jemals gemessene Erdbeben den Süden Chiles. Schuld daran, wie an einer Vielzahl weiterer Beben in anderen Landesteilen, ist Bewegung der Nazca-Platte unter dem Pazifik, die sich jährlich um sechseinhalb Zentimeter unter die Kontinentalplatte Südamerikas schiebt und damit sukzessive Spannung im Untergrund aufbaut. Wird die Spannung zu stark, bricht das Gestein zwischen den Platten und die obere springt ruckartig vorwärts. Dabei werden binnen weniger Minuten ungeheure Energiemengen freisetzt. In dem 1960er Beben brach die Erdkruste über eine Länge von 1000 Kilometer entzwei; die Kontinentalplatte verschob sich über 30 Meter seewärts und löste einen Tsunami aus. Telefon- und Verkehrsverbindungen wurden unterbrochen, über 1500 Menschen starben, rund zwei Millionen verloren ihr Zuhause.
Weihnachten 2016 bebte in derselben Region nach Jahrzehnten niedriger seismischer Aktivität die Erde erneut. Diesmal lag das Epizentrum weiter südlich, unterhalb der Insel Chiloe. Das betroffene Gebiet war viel kleiner, und bei einer für Chile eher durchschnittlichen Stärke von 7,6 fielen die Schäden gering aus.
Eine Überraschung erlebte ein Team aus Forschern des Geomar Helmholtz Zentrums für Ozeanforschung in Kiel und der Universidad Chile bei der Auswertung der Daten beider Beben: Aus ihrem zeitlichen Abstand, der Geschwindigkeit, mit der sich die Nazca-Platte nach Osten schiebt, und weiteren Kenntnissen über die Subduktionszone hatte es den seit 1960 angestauten Versatz auf 3,4 Meter berechnet. De facto hatte sich die Platte aber um 4,2 Meter verschoben, wie die Wissenschaftler in ihrer jüngst in der Fachzeitschrift »Geophysical Journal International« veröffentlichten Studie zeigen. Offen- sichtlich handle es sich bei der Differenz um eine Restspannung aus der Zeit vor 1960.
Im klassischen Erdbebenzyklus entlädt sich die aufgebaute Spannung im jeweiligen Ereignis vollständig. So habe sich 2015 nördlich von Santiago ein weiteres Erdbeben von einer Stärke von 8,2 ereignet, berichtet Dietrich Lange, Geophysiker am Geomar und Erstautor der Studie. 1943 hatte die Erde dort das letzte Mal gebebt. Dort sei genau die Magnitude, also die Erdbebenstärke, herausgekommen, die man erwartet habe, so Lange.
Verantwortlich für das abweichende Geschehen im Untergrund könnte seiner Ansicht nach die unterschiedliche Beschaffenheit der Kontinentalränder nördlich und südlich eines Unterwassergebirges sein: Südlich des Bergrückens tragen Flüsse Sedimente ins Meer, diese reichern sich an der ozeanischen Platte an. »In Nordchile handelt es sich dagegen um erosive Kontinentalränder. Dort gibt es keine großen Flüsse, und das riesige Gebirge unter Wasser blockt den Transport der Sedimente durch den Humboldtstrom nach Norden ab«, erklärt Lange.
Eine anderen Erklärungsansatz verfolgt eine Gruppe von Wissenschaftlern um den französischen Erd- bebenforscher Jean-Mathieu Nocquet, die in Ecuador ein ähnliches Phänomen beobachtet hat. Anders als Lange und sein Team stützt sie sich auf Satellitenbilder und GPS-Aufzeichnungen. Diese dokumentieren Deformationen der Erdoberfläche bis in den Zentimeterbereich und geben damit Aufschluss über die Prozesse in der Tiefe. Wie sie zeigen, übertraf auch das Erdbeben von Pedernales 2016 mit einer Magnitude von 7,8 die errechnete Stärke seit dem letzten Beben in der Region im Jahre 1942, ebenso wie alle anderen Erdbeben dort seit 1906. »Diese Ergebnisse zusammen mit der seismischen Ruhe vor 1906 (…) sprechen für einen Erdbeben-›Superzyklus‹ am Rand von Ecuador und Kolumbien«, schrieb das Forscherteam bereits Ende 2016 in der Fachzeitschrift »Nature Geoscience«. In bestimmten Gebieten werde die aufgestaute Spannung in einer Folge räumlich und zeitlich gebündelter Beben freigesetzt. Auch in Sumatra ließen sich solche Superzyklen feststellen: Seit dem großen Erdbeben 2004 fand dort eine Reihe weiterer starker Beben statt. »Vorangehende Sequenzen gebündelter großer Erdbeben konnten (dort) in den letzten 700 Jahren alle zwei Jahrhunderte identifiziert werden«, berichtet Nocquet. Wenn sich die Nazca-Platte unter die südamerikanische Platte schiebt, kommt es immer wieder zu schweren Erdbeben.
Marco Bohnhoff, Seismologe am Deutschen Geo-Forschungszentrum Potsdam und an der Freien Universität Berlin, hält als weitere Erklärung des Phänomens eine ungleiche Entladung der verschiedenen Plattenbereiche für denkbar.
Noch ist es zu früh für endgültige Schlüsse. Um zu wissen, ob auch bei zukünftigen Beben in Südchile Restspannungen im Untergrund zurückbleiben und erst bei Folgebeben freigesetzt werden, ist die Datenlage noch zu dünn. Auch die Frage danach, in welchen anderen Gebieten es zu solchen verschleppten Energiefreisetzungen kommt, ist noch unbeantwortet. Eines ist aber nach Aussage von Lange bereits klar: »Wenn man (über die bekannten Parameter) bis zum letzten Erdbeben zurückrechnet, unterschätzt man mancherorts die Magnitude.« Das spielt vor allem eine Rolle für eine erdbebensichere Bauweise. Zumindest im öffentlichen Bereich ändert das in Chile aber nichts. »Die Chilenen bauen Brücken immer so, dass sie dem letztstärksten Event standhalten«, weiß Lange, »und das war das Valdivia-Beben 1960«.
Von einer zuverlässigen Voraussage des genauen Ortes und Zeitpunktes von Erdbeben ist man im Gegensatz zu einer Abschätzung von Stärke und Region noch weit entfernt. Da sich die Prozesse in 10 bis 30 Kilometern Tiefe abspielten, gibt es dafür nur indirekte Parameter. »Die Kontinentalplatten bewegen sich wenige Zentimeter pro Jahr, die Fläche wird aufgeladen, und irgendwann reißt das Gestein. Der Zeitpunkt dafür ist jedoch materialabhängig. Um ihn zu kennen, müsste man wissen, wo welches Gestein vorliegt«, erklärt Bohnhoff. Relativ gut erforscht ist bislang die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien. Dort driften zwei Platten aneinander vorbei und der Graben dazwischen ist relativ flach. Anderenorts tappen die Forscher noch weitgehend im Dunkeln.