Reflektierte Erdbebenwellen aus dem Erdinneren können nach einem starken Beben sehr großräumige Bewegungen entlang von Plattengrenzen auslösen. Das berichten Fachleute der University of Chicago, die das große Tohoku-Erdbeben von 2011 per Simulation untersuchten. Wie die Forscher um Sunyong Park in »Science« berichten, reiste eine Scherwelle des Tohoku-Erdbebens Tausende Kilometer durch die Erde, wurde am Erdkern reflektiert und gelangte zurück zur Erdoberfläche. Kurz danach verschoben sich große Teile Japans gegenüber einem Referenzpunkt in China um bis zu sechs Millimeter nach Osten. Mit Bewegungen entlang von insgesamt 3000 Kilometer langen Bruchzonen ist es die großräumigste Verschiebung, die jemals nach einem einzelnen Ereignis registriert wurde.

Das sogenannte Tohoku-Erdbeben ereignete sich am 11. März 2011 im Meer östlich von Japan. Mit einer Stärke von 9,0 auf der Magnituden-Momenten-Skala war es das stärkste Beben in Japan seit Beginn der Messungen. Der dadurch ausgelöste Tsunami überflutete mehr als 500 Quadratkilometer an der Pazifikküste und kostete mehr als 20 000 Menschen das Leben. Rund 13 Minuten nach dem Hauptbeben registrierte das japanische Erdbebenbeobachtungssystem Geonet die am Erdkern reflektierte Welle – und anschließend die großräumige Verschiebung der Erdoberfläche. Geonet bezieht Daten von globalen Navigationssatellitensystemen sowie 1300 in Japan verteilten Stationen. Es handele sich um die erste Beobachtung eines von reflektierten Erdbebenwellen ausgelösten großflächigen seismischen Ereignisses überhaupt, schreibt die Arbeitsgruppe.

Wie die Bewegung gen Osten zustande kam

Die Forscher vermuten, dass das starke Beben die Reibungskräfte an Bruchzonen in der Erdkruste verringert haben könnte. Die reflektierten Erdbebenwellen hätten dann über eine große Region ruckartige Verschiebungen entlang der Schwächezonen ausgelöst. Das Team um Park simulierte verschiedene Möglichkeiten solcher Verschiebungen in 20 bis 60 Kilometern Tiefe und verglich die Ergebnisse mit den aufgezeichneten Geonet-Daten. Dadurch konnte es ausschließen, dass die Bewegungen nur im Bereich des Epizentrums des Hauptbebens stattgefunden hatten. Dann hätte die Verschiebung mit der Entfernung vom Epizentrum deutlich nachlassen müssen, was aber nicht der Fall war.

Den Geonet-Aufzeichnungsdaten deutlich näher kam eine Simulation, bei der die Verschiebungen entlang der Bruchzonen zwischen vier Erdplatten erfolgten: im Nordosten zwischen der Pazifischen Platte und der Ochotsk-Platte sowie südwestlich davon zwischen der Philippinischen Platte und der Eurasischen Platte. Über den Bereich, in dem den Simulationen zufolge Verschiebungen auftraten, schreiben die Studienautoren: »Seine Gesamtlänge entspricht etwa der Länge des japanischen Festlands; sie übertrifft die Bruchlänge des Hauptbebens um das Sechs- bis Siebenfache und ist mehr als doppelt so groß wie die des gewaltigen Sumatra-Erdbebens von 2004.«