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Tektonik: Auf und nieder

Einstürzende Bauten, Monsterwellen und Menschen in Not - das sind die offensichtlichen wie für uns schmerzlichen Phänomene von Erdbeben. Der gewaltige Stress, den die Erschütterungen auf die Erde selbst ausüben, bleibt uns aber meist verborgen. Satelliten haben nun erstmals den Abbau dieser Belastung aufgezeichnet.
Zerstörte Zitadelle von Bam
Die Bewohner von Bam hatten keine Chance: Fast exakt unter ihrer Heimatstadt im Südosten des Irans entlud sich am 26. Dezember 2003 ein schweres Erdbeben. Der Schlag überraschte die Menschen im Schlaf und zerstörte fast 90 Prozent aller Gebäude, aus deren Trümmern die rasch aus vielen Ländern herbeieilenden Helfer 26 000 Tote bargen – ein knappes Viertel der ursprünglichen Bevölkerung.

Bam nach dem Beben | Bis zu 90 Prozent aller Gebäude sollen in Bam nach dem schweren Erdbeben vom zweiten Weihnachtstag 2003 zerstört worden sein. Darunter befand sich auch die berühmte Zitadelle, die vollständig aus Lehmziegeln erbaut war (rechts neben der Bildmitte).
Verheerend wirkte sich nicht nur die unmittelbare Nähe des Epizentrums aus, sondern auch die Architektur der alten Handels- und Textilmetropole: Viele Gebäude bestanden aus einfachen Lehmziegeln, die den Erschütterungen mit der Stärke 6,6 nicht standhielten und einfach in sich zusammenklappten. Die 2000 Jahre alte Zitadelle: zerfallen zu Staub. Die Altstadt: dem Erdboden gleichgemacht – das Weltkulturerbe war nahezu völlig zerstört. Die 1989 erlassenen strengen Vorschriften Irans für bebengefährdete Regionen galten für die eingestürzten Altbauten noch nicht. Als sie zusammenfielen, hinterließen sie kaum Hohlräume, in denen es Überlebende hätte geben können.

Das Erdbeben traf Bam völlig unvorbereitet, obwohl die Region bekanntermaßen tektonisch instabil ist: Hier schiebt sich die Arabische Platte mit einer Geschwindigkeit von drei Zentimetern pro Jahr unter die Eurasiatische. Zahlreiche Verwerfungslinien und Brüche durchziehen die Wüsten und Gebirge der Region, und bereits 20 Jahre zuvor erzitterte die Erde zweimal rund 100 Kilometer nördlich von Bam. Beide Ereignisse – die ebenfalls mehrere tausend Tote forderten – erhöhten wahrscheinlich noch zusätzlich die Spannungen entlang der Störung, die sich schließlich Weihnachten 2006 in ihrem südlichen Abschnitt entluden: Auf 13 Kilometern Länge schnellte die Arabische Platte in der Tiefe um nahezu drei Meter vor – eine enorme Strecke in geologischen Maßstäben.

Neben den offensichtlichen Zerstörungen in Bam hinterließ das Beben weiträumige Deformierungen der Erdoberfläche, wie Eric Fielding vom California Institute of Technology und seine Kollegen nun berichten. Große Teile des Katastrophengebiets senkten oder hoben sich um bis zu sechs Zentimeter, weil der auftretende Druck Flüssigkeit aus Gesteinsporen drückte und damit das entsprechende Volumen des Materials am einen Ort erhöhte und am anderen senkte. Zusätzlich trat ein Phänomen namens Dilatanz auf, mit dem Seismologen das Aufquellen von Gestein bezeichnen: Durch den Tremor öffnen sich kleine Risse im Material, das wegen der gewaltigen Scherkräfte, die bei der Plattenbewegung auftreten, zudem poröser wird – beides vergrößert das Volumen.

Wie sich die Erdkruste dann in den Folgejahren verändert, hatte bislang jedoch noch niemand direkt beobachtet und vermessen. Für Fieldings Team war es deshalb ein Glücksfall, dass zwölf Tage nach dem Bam-Beben der ESA-Satellit Envisat das Gebiet erstmals überflog und mit seinem Radar abtastete: Sein so genanntes Synthetic Aperture Radar liefert über elektromagnetische Wellen ein sehr genaues Abbild der Erdoberfläche, so dass sich deren räumliche Entwicklung über längere Zeiträume hinweg exakt nachvollziehen lässt.

Zitadelle von Bam | Wie eine ausgetrocknete Sandburg zerbröselte die Zitadelle von Bam durch die Erdstöße. Nun soll das Weltkulturerbe wieder aufgebaut werden.
In den Folgejahren senkten sich demnach die während des Bebens angehobenen Krustenpartien wieder: So sackte das am stärksten aufgewölbte Gebiet bald ab, weil die Porenflüssigkeit rasch aus den Gesteinen sickerte, in die es während der Erschütterung gepresst worden war. Dieser postseismische Volumenverlust betraf jedoch nur eine sehr kleine Fläche. Da ein weit größeres Areal nachgab, mussten noch weitere Prozesse abgelaufen sein, meinen die Geologen.

So war im Gestein offensichtlich nicht genügend Flüssigkeit vorhanden, um alle neu entstandenen Poren und Risse zu füllen und damit den Volumenzuwachs über längere Zeit stabil zu halten. Stattdessen "heilte" sich das Gestein selbst, indem es unter seinem Gewicht nachgab und die aufgetretenen Hohlräume selbstständig wieder schloss. Die stärksten Abwärtsbewegungen fanden dabei dort statt, wo sich die Platte am weitesten nach vorne bewegt hatte. Von der Erdoberfläche bis hinab zur eigentlichen Rutschungszone schrumpfte das Volumen dadurch um mindestens 280 Kubikkilometer – mehrere Milliarden Tonnen Gestein bewegten sich dadurch.

Inwiefern diese Verdichtung nun wiederum den Druck und die Spannung – und damit das Erdbebenrisiko – an der Verwerfung erhöhen, können die Forscher nicht sagen. Sollte sich die Region um Bam nach den ganzen Sackungen der letzten Jahre jedoch wieder zu heben beginnen, bläht neuer Druck das Gestein durch Mikrorisse auf. Dann heißt es wieder Alarmstufe Rot für das Weltkulturerbe: Ein weiteres Beben droht die Aufbauarbeit zunichtezumachen.

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  • Quellen
Fielding, E. et al.: Shallow fault-zone dilatancy recovery after the 2003 Bam earthquake in Iran. In: Nature 458, S. 64–68, 2009.

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