Seismologen sind sich einig, dass Vorbeben das am weitesten verbreitete Signal für ein bevorstehendes Hauptbeben sind. Aber weisen diese Vorbebenfolgen charakteristische Merkmale auf, die sie von Nachbebenfolgen unterscheiden, und könnten diese Merkmale zur Vorhersage von Hauptbeben genutzt werden?
In einem neuen Artikel in Seismologische ForschungsbriefeNadav Wetzler vom Geological Survey of Israel und Kollegen identifizieren einige globale Trends bei Vorbebensequenzen für Erdbeben der Stärke 7 oder größer. Diese Trends zeigen die Arten von Erdbeben und Regionen auf, in denen Vorbebensequenzen häufiger auftreten.
Vorbeben „sind eines der wenigen – vielleicht sogar das einzige – beobachtbare Phänomen, das bevorstehenden dominanten Erdbeben vorausgeht“, sagte Wetzler. „Vorbeben treten jedoch sehr unterschiedlich auf und ihre grundsätzliche physikalische Beziehung zum Hauptbeben bleibt rätselhaft.“
Die Forscher untersuchten Daten von mehr als 400 Hauptbeben der Stärke 7 oder größer im globalen Erdbebenkatalog des US Geological Survey National Earthquake Information Center. Sie verwendeten drei Clustering-Algorithmen, um Vorbeben von seismischer Hintergrundaktivität zu unterscheiden. Mit diesen Methoden stellten Wetzler und Kollegen fest, dass zwischen 15 % und 43 % der großen Hauptbeben mindestens ein Vorbeben haben und in einem Bereich zwischen 13 % und 26 % mindestens ein Vorbeben mit einer Stärke von weniger als zwei Einheiten der Stärke des Hauptbebens auftritt.
Sie stellten fest, dass der Prozentsatz der Vorbeben bei Hauptbeben, die entlang der Plattengrenzen aufbrechen, etwas höher ist als bei Verwerfungen innerhalb einer Platte. Die Forscher stellten außerdem fest, dass Vorbebensequenzen bei Hauptbeben mit umgekehrter Verwerfung – bei denen der Block über der Verwerfungsebene gegen den unteren Block gedrückt wird – häufiger auftreten als bei Strike-Slip-Verwerfungen oder normalen Verwerfungen.
Wetzler und Kollegen bestätigen, dass Bedingungen, die eine hohe Nachbebenaktivität fördern, offenbar auch eine hohe Vorbebenaktivität begünstigen. Obwohl die genauen Bedingungen nicht bekannt sind, vermuten die Forscher, dass beide Arten von Sequenzen durch die Anzahl der verfügbaren Verwerfungen oder einen kritischen Spannungsschwellenwert gesteuert werden könnten, der zur Erzeugung einer Kaskade seismischer Aktivität erforderlich ist.
Die Forscher stellten in ihrer Studie auch fest, dass Hauptbeben in der westlichen Pazifikregion – an Orten wie Vanuatu, auf den Salomonen, auf den West-Aleuten und auf den Kurilen – stellenweise etwas mehr Vorbebenaktivität aufwiesen als in der östlichen Pazifikregion wie Südamerika und Mexiko.
Der Unterschied könnte teilweise auf Unterschiede im Alter der subduzierten Platte zurückzuführen sein, vermuten Wetzler und Kollegen. Ältere, dickere Platten weisen eine stärker gestörte Kruste auf, die sowohl Vorbeben- als auch Nachbebensequenzen beherbergen kann.
„Soweit wir wissen, wurde diese Tendenz zu Vorbeben bisher nicht gemeldet, obwohl ähnliche Unterschiede in der Nachbebenproduktivität rund um den Pazifik festgestellt wurden“, sagte Wetzler. „Die gemeinsame Tendenz unterstützt die allgemeine Ähnlichkeit der Stressbedingungen, die die Produktivität von Vor- und Nachbeben beeinflussen.“
Während noch mehr getan werden muss, um diese Ähnlichkeit zu definieren, schlagen die Seismologen vor, dass Vorbeben häufiger als eines der Prognoseinstrumente für große Erdbeben an Orten eingesetzt werden könnten, an denen die Nachbebenaktivität hoch ist.
Ein Ergebnis, das in der Studie Vorbeben von Nachbeben zu unterscheiden schien, war der globale zusammengesetzte B-Wert, ein Maß, das die Beziehung zwischen der Erdbebenstärke und der Häufigkeit des Auftretens von Erdbeben einer bestimmten Stärke charakterisiert. Der zusammengesetzte B-Wert, den die Forscher für ihren globalen Datensatz berechneten, war bei Vorbeben niedriger als bei Nachbeben.
Diese Beziehung war jedoch weniger konsistent, wenn bestimmte Vorbeben in einer Folge ausgeschlossen wurden, und die Forscher sagen, dass es wichtig sein wird, dieses Maß für einzelne Erdbeben genauer zu untersuchen.
Mehr Informationen:
Nadav Wetzler et al., Globale Merkmale beobachtbarer Vorbeben bei großen Erdbeben, Seismologische Forschungsbriefe (2023). DOI: 10.1785/0220220397