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Geophysik: Verheerender Doppelschlag

Nach einem schweren Erdbeben überrollte ein Tsunami im September 2009 die Samoainseln. Doch schon bald stutzten Geowissenschaftler, als sie versuchten, den Ablauf zu rekonstruieren: Die Messwerte passten einfach nicht zusammen. Des Rätsels Lösung bietet sich in einem weiteren schweren, aber in den Daten gut kaschierten Beben in der Nähe.
Samoa-BebenLaden...
Keine halbe Stunde blieb den Menschen am 29. September 2009 Zeit, sich in Sicherheit zu bringen: Nachdem knapp 200 Kilometer vor der Küste ein schweres Seebeben der Magnitude 8 den Boden erschüttert hatte, raste ein Tsunami auf die Samoainseln und Tonga zu. Trotz Warnung per SMS erreichten daher viele Bewohner und Touristen, vor allem Kinder und ältere Menschen, nicht mehr rechtzeitig sichere Gefilde, offiziell starben 192 Menschen.

Wie immer nach einer solchen Katastrophe folgt im Nachhinein die gründliche Analyse seismischer und GPS-Daten, um das Geschehen nachzuvollziehen. Schnell zeigten sich hier Ungereimtheiten, beginnend mit dem Herd des Bebens: Es hatte nicht, wie bei solch starken Erschütterungen üblich, an einer Subduktionszone stattgefunden, sondern im Inneren der Pazifischen Platte. Ein weiteres Rätsel stellte die Insel Niuatoputapu im Norden Tongas dar, die sich nicht an dem Ort befand, wo sie nach dem Einfluss des Bebens hätte sein sollen: Statt 80 Millimeter weiter im Südwesten vermeldeten sie die GPS-Koordinaten nun 350 Millimeter weiter im Osten. Und schließlich gelang es Forschern nicht, anhand der seismischen Messwerte die Wellen des Tsunami nachzubilden.

Als Wissenschaftler die Fakten im Dezember 2009 auf einer Tagung der American Geophysical Union diskutierten, äußerte Chen Ji von der University of California in Santa Barbara den Gedanken, es könnte sich um zwei Beben gehandelt haben, deren Effekte sich dann überlagerten. Begeistert griffen Thorne Lay von der University of California in Santa Cruz und seine Kollegen diese Idee auf und präsentieren nun eine These, die – weil sie den üblichen Ablauf des Geschehens schlicht umkehren würde – reichlich revolutionär wäre. So sie denn stimmt.

Ihrer Ansicht nach, die sie mit entsprechenden Computersimulationen untermauern, löste das erfasste Beben innerhalb der Platte binnen zwei Minuten zwei weitere schwere Erschütterungen der Magnitude 7,8 im 50 Kilometer entfernten Tongagraben aus, wo sich die Pazifische Platte unter die Tonga-Mikroplatte schiebt. Diese kurze Zeitspanne hätte das Signal des zweiten Schlags in den seismischen Daten kaschiert, erklären die Forscher. Erst bei gründlicher Spurensuche wurden sie fündig [1].

Epizentren der Erdbeben vor SamoaLaden...
Epizentren der Erdbeben vor Samoa | Thorne Lay und seine Kollegen sind davon überzeugt, dass nicht ein, sondern letztlich drei schwere Erdbeben am 29. September 2009 einen Tsunami auslösten, der 192 Menschenleben forderte. Dabei habe das erste Beben im Inneren der Pazifischen Platte zwei weitere Beben in der Subduktionszone bewirkt – normalerweise ist die Reihenfolge umgekehrt.
Dass Erdbeben in Subduktionszonen Nachbeben weiter platteneinwärts auslösen, kommt häufiger vor – wenn auch nicht in so kurzem zeitlichem Abstand und auch von derart schwerem Ausmaß. Die von Lay und Kollegen vorgeschlagene Reihenfolge allerdings ist in den gut 100 Jahren seismischer Beobachtungen bislang nicht aufgetreten.

Dagegen ist die Erklärung, die John Beavan von der neuseeländischen Forschungsinstitution GNS Science und seine Kollegen für den Ablauf bieten, nicht ganz so revolutionär – obwohl sie die These von Lay und Co nicht völlig ausschließen. Ihre eigene Rekonstruktion kommt ebenfalls zu einem zweiten beteiligten Beben, aber in gewohnter Reihenfolge: erst im Graben, dann im Inneren der Platte.

Alternative ErklärungLaden...
Alternative Erklärung | Das Schema verdeutlicht die Hypothese von John Beavan und seinen Kollegen: Sie kommen zu dem Schluss, dass zwei beinahe gleichzeitig stattfindende Beben den Tsunami auslösten, wobei hier die Erschütterung in der Subduktionszone wahrscheinlich als Erstes stattfand.
Nur: Auch ihnen fehlt zunächst die Signatur eines solchen Grabenbebens in den seismischen Daten. Das sei aber auch nicht zu erwarten, weil es sich um ein langsames Beben gehandelt habe, erläutern die Wissenschaftler: Solche Erschütterungen bewirken derart niederfrequente Signale, dass sie im Hintergrundrauschen der Seismometer untergehen. Indem sie verschiedene Modelle mit den Messdaten verglichen, ermittelten sie, dass das erste Beben im Tongagraben wohl einige Minuten vor dem zweiten Beben erfolgt sein müsste [2].

Beide Varianten bedeuten für die Tsunamiwellen, dass sie von zwei Beben beeinflusst wurden und daher ein komplexes Ausbreitungsmuster aufwiesen. Und tatsächlich stimmen Simulationen, die das berücksichtigen, mit den real gemessenen Höhen und Ankunftszeiten überein. Welche Forschergruppe nun richtig liegt oder ob es noch weitere Alternativen gibt, wird sich allerdings erst anhand weiterer Analysen und Diskussionen herauskristallisieren.
33. KW 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 33. KW 2010

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  • Quellen
[1] Lay, T. et al.: The 2009 Samoa-Tonga great earthquake triggered doublet. In: Nature 466, S. 964–968, 2010.
[2]Beavan, J. et al.: Near-simultaneous great earthquakes at Tongan megathrust and outer rise in September 2009. In: Nature 466, S. 959–963, 2010.

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