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Was treibt Nachbeben an?

02.12.2013
Hochauflösende GPS-Signale geben neue Einblicke in die Mechanismen der Spannungsumlagerung in Subduktionszonen.

Am 27. Februar 2010 erschütterte ein Erdbeben mit der Magnitude 8,8 den Süden Zentralchiles in der Nähe der Stadt Maule. Das Hauptbeben erzeugte dabei an der Herdfläche einen Versatz von bis zu 16 Metern. Wie nach jedem starken Beben, erschütterten zahlreiche Nachbeben mit tendenziell abnehmender Stärke noch über Monate die Region.


GPS-Messungen der Verlagerungsvektoren (Abbildung: GFZ)

Ein erstaunliches Ergebnis stellte sich jetzt bei der Untersuchung der tektonischen Verschiebungen nach dem Beben heraus: bis zu zwei Meter zusätzlicher Versatz innerhalb von nur 420 Tagen entstand nach dem Hauptbeben durch nahezu bebenfreies Nachgleiten an der Grenzfläche der beiden Platten, und dieser Prozess lief über die Grenzfläche pulsierend ab.

Eine internationale Forschergruppe unter Leitung des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ untersuchte das Beben selbst sowie die anschließende, postseismische Phase mit einem dichten Netzwerk von Messgeräten, darunter mehr als hochauflösende 60 GPS-Stationen (Earth and Planetary Science Letters v. 01. 12. 2013).

Die Nachbeben und das jetzt gefundene „stille“ Nachkriechen erweisen sich als Schlüsselgrößen zum Verständnis der Vorgänge nach einem starken Erdbeben. Die GPS-Daten in Verbindung mit seismologischen Daten ermöglichen erstmals eine vergleichende Analyse: Wird die Nachbebentätigkeit allein durch die Span-nungsumlagerungen des Starkbebens gesteuert oder spielen weitere Mechanismen eine Rolle? „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die bisherigen Annahmen über den Spannungsabbau durch Nachbeben zu einfach sind,“ erläutert Jonathan Bedford vom GFZ den neuen Befund: „Gebiete mit großen Spannungsumlagerungen korrelieren in allen Magnitudenklassen nicht wie bisher angenommen mit dem Auftreten von Nachbeben und als spannungsfrei vorhergesagte Bereiche zeigen überraschenderweise eine erhöhte seismische Aktivität.“

Eine Schlussfolgerung daraus ist, dass lokale Prozesse an der Erdbebenfläche der abtauchenden tektonischen Platte stattfinden, die eine große Wirkung auf das lokale Spannungsfeld haben, die aber wiederum kein Signal an den GPS-Stationen an der Erdoberfläche erzeugen. Unter großem Druck stehende Fluide, also Flüssigkeiten in Erdkruste und Mantel, könnten ein Grund dafür sein. Man vermutet schon lange, dass durch das Haupt- und Nachbeben an der Herdfläche Wegsamkeiten erzeugt werden, in die wässrige Lösungen eindringen. Dadurch wird lokal das Spannungsfeld beeinflusst und Nachbeben können weitgehend unabhängig vom bruchgesteuerten Spannungsfeld auftreten können. Die vorliegende Studie liefert Hinweise auf einen solchen Mechanismus. Methoden der dreidimensionalen seismischen Tomographie, die sensitiv auf Fluiddruckänderungen reagieren, bilden zusammen mit den genannten GPS-Messungen eine Möglichkeit, diese Prozesse und deren zeitlichen Verlauf abzubilden.

Das Hauptbeben wurde durch einen Bruch der Plattengrenze zwischen der Nazca-Platte und der Südamerikanischen Platte ausgelöst. Mit den Nachbeben gehen große Gefahren einher, weil diese oft annähernd so groß wie das Hauptbeben sein können und, im Gegensatz zum tieferen Bruchzentrum des Hauptbebens, in flacheren Bereichen der Erdkruste vorkommen können.

Jonathan Bedford et al.: “A high-resolution, time-variable afterslip model for the 2010 Maule Mw=8.8, Chile megathrust earthquake”, Earth and Planetary Science Letters 383 (2013), pp. 26–36, 01. December 2013

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2013.09.020

Abb. in druckfähiger Auflösung finden sich unter:
http://www.gfz-potsdam.de/medien-kommunikation/bildarchiv/erdbeben-in-chile/

Franz Ossing | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.gfz-potsdam.de

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