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Geophysik: Beben schüttelte Erde bis zur Ionosphäre durch

Erde
Das schwere Tohoku-Erdbeben vom 11. März und die nachfolgenden Tsunamis zerstörten nicht nur weite Gebiete im Norden der japanischen Insel Honshu. Die Erschütterungen waren sogar noch in 350 Kilometer Höhe in der Ionosphäre der Erde nachweisbar, wie Jann-Yenq Liu von der National Central University in Chung-Li, Taiwan, nun zeigen konnte.

Die Ionosphäre enthält eine hohe Konzentrationen an Ionen und freien Elektronen, deren lokale Dichte schwanken kann – etwa wenn starke UV-Strahlung auf sie trifft oder wenn sie durch seismische Wellen gestört werden. Nimmt die Dichte der geladenen Teilchen zu oder erhöht sich der Ionisationsgrad in diesem Atmosphärenabschnitt, so absorbieren sie verschiedene Wellenlängen – etwa von Funkwellen – oder reflektieren sie stärker. Das entsprechende Signal lässt sich dann auf dem Erdboden auswerten. Mit Hilfe von GPS-Empfängern, die an verschiedenen Stellen in Japan die geotektonischen Verschiebungen des so genannten Tohoku-Bebens aufzeichneten, konnten die Forscher seismisch ausgelöste Störungen in der Ionosphäre nachweisen und so Aussagen über Wellenbewegungen in diesen Höhenschichten machen.

Schon sieben Minuten nach dem Beben verdichteten sich demnach erstmals Elektronen in der Ionosphäre 200 Kilometer östlich des Epizentrums. Weitere Störungen durch Rayleigh-Wellen, die bei einem Erdbeben den Boden und damit auch die Atmosphäre darüber auf und ab bewegen, folgten. Mit Geschwindigkeiten von 8,2 bis 11,9 Kilometern pro Stunde breiteten sie sich aber relativ langsam aus. Begleitet und überholt wurden sie von schnellen TEC-Rippeln, die von den im Meer rasenden Tsunamis induziert wurden und sich mit Geschwindigkeiten von 720 bis 800 Kilometern pro Stunde durch die Atmosphäre bewegten.

Nach den Angaben von Liu und Kollegen handelte es sich bei diesem Ereignis um die erste Ionosphärenstörung, die in dieser Heftigkeit beobachtet werden konnte und an der gleichzeitig Rayleigh-Wellen und Tsunamis sowie weitere geotektonische Signale beteiligt waren. Die massive Energiefreisetzung des Tohoku-Bebens war damit sogar noch an der Grenze zum Weltraum spürbar. (dl)

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