Analysen des Kahramanmaraş-Erdbebens vom Februar 2023

Am 6. Februar 2023 riss das verheerende Kahramanmaraş-Erdbeben der Stärke MW 7,8 im Südosten der Türkei mehrere Verwerfungssegmente der „ostanatolischen Verwerfungszone“ auf, die die anatolische und arabische tektonische Platte trennt.

Auf dieses Erdbeben und seine Nachbebenfolge folgte etwa 9 Stunden später und etwa 90 Kilometer vom Epizentrum des ersten Hauptbebens entfernt ein zweites großes Erdbeben mit einer Stärke von MW 7,6. Zusammengenommen führten die durch diese starken, verheerenden Erdbeben verursachten Bodenerschütterungen zu fast 60.000 Todesopfern, 300.000 betroffenen Gebäuden und einem finanziellen Schaden von etwa 120 Milliarden US-Dollar.

Suche nach Vorläuferphänomenen für solche Erdbeben

Obwohl die kurzfristige Vorhersage von Zeitpunkt, Stärke und Ort zukünftiger Erdbeben derzeit nicht möglich ist, werden derzeit einige Feldbeobachtungen und zahlreiche messbare Parameter, die aus seismischen und geodätischen Daten abgeleitet werden, untersucht, um potenzielle Informationen über ein bevorstehendes Erdbeben zu erhalten .

Jetzt in einer Studie veröffentlicht im Tagebuch NaturkommunikationSeismologen um Grzegorz Kwiatek, Patricia Martínez-Garcón und Marco Bohnhoff vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ Potsdam, zusammen mit Kollegen von der Stanford University (Kalifornien, UDA), der Gebze Technical University (Türkiye) und dem Kandilli Observatory and Earthquake Research Das Institut Istanbul (Türkiye) nutzte seismische Katalog- und Wellenformdaten aus regionalen seismischen Netzwerken, die seit 2014 aufgezeichnet wurden, um seismische Prozesse vor dem Kahramanmaraş-Hauptbeben mit MW 7,8 zu untersuchen.

Raumzeitliche Analyse regionaler Seismizität unter Verwendung neuester statistischer und maschineller Lernmethoden

Die räumlich-zeitliche Analyse der regionalen Seismizität ermöglichte es uns, einen 8-monatigen Übergang der Krustenseismizität zu beobachten, was auf einen Vorbereitungsprozess in der Region um das Epizentrum hindeutet. Dies verdeutlichte die hohe und – was noch wichtiger ist – zunehmende seismische Gefahr dort. Die beobachtete räumlich-zeitliche Häufung und Lokalisierung der Seismizität ist aus kontrollierten Laborexperimenten zur Gesteinsverformung bekannt und wurde in den letzten Jahrzehnten bei einigen – aber bei weitem nicht allen – großen kontinentalen Erdbeben beobachtet.

Dr. Grzegorz Kwiatek, Hauptautor der Studie, erklärt: „Mit dem Ziel, spezifische Signaturen im seismischen Katalog und in Wellenformdaten aus der Region zu identifizieren, haben wir statistische und auf maschinellem Lernen basierende Datenverarbeitungstechniken eingesetzt. Das hat es ermöglicht.“ [us] um besondere Merkmale der Seismizität zu identifizieren, die in einem Umkreis von 50 Kilometern um das Hauptbeben ab etwa acht Monaten vor dem Erdbeben beobachtet wurde.“

Seismische Cluster in der Nähe des Epizentrums begannen acht Monate vor dem Hauptbeben

Insbesondere das Auftreten zweier vorübergehender raumzeitlicher Seismizitätscluster, die im Juni 2022 begannen und etwa 20 Kilometer vom zukünftigen Erdbeben-Epizentrum entfernt liegen, erregte die Aufmerksamkeit der Seismologen. Sie stellen eine beobachtbare Beschleunigung der seismischen Aktivität im Epizentrumsbereich dar, wobei der Anteil größerer Ereignisse im Vergleich zu kleinen Ereignissen deutlich größer ist.

Dr. Patricia Martínez-Garzón, die das Forschungsteam der Studie leitete, betont: „Diese Beobachtungen deuten auf einen Spannungsaufbau in der Region des zukünftigen Epizentrums in den Monaten vor seinem Bruch hin. Obwohl zuvor andere Seismizitätscluster innerhalb der Region beobachtet wurden.“ Im analysierten Zeitraum (2014–2023) zeigten sie bis zu einer Entfernung von 65 Kilometern vom künftigen Erdbeben-Epizentrum keine gleichwertigen raumzeitlichen und statistischen Eigenschaften.“

„Der Vergleich unserer Beobachtungen mit den Erkenntnissen vor anderen großen Erdbeben der letzten Zeit in Kalifornien legt nahe, dass die Überwachung von Seismizitätstransienten in Zukunft mittelfristigen Erdbebenvorhersagesystemen dabei helfen könnte, sich besser auf ein großes Erdbeben vorzubereiten.“

Kurzfristige Prognose noch nicht möglich

In den letzten Wochen vor dem Kahramanmaraş-Erdbeben zeigte das künftige Hauptbeben-Epizentrum im Umkreis von 10 Kilometern eine geringe seismische Aktivität, wie aus den Wellenformdaten mithilfe maschineller Lerntechniken abgeleitet wurde. Diese Aktivität lieferte keinen Beweis für die letzte kurzfristige Beschleunigung vor dem Hauptbeben, wie sie 1999 beim Izmit-Erdbeben der Stärke 7,6 MW im westlichen Teil der Nordanatolischen Verwerfung beobachtet wurde.

Prof. Marco Bohnhoff, Leiter der GFZ-Sektion „Geomechanik und wissenschaftliches Bohren“, kommt zu dem Schluss: „Obwohl unsere Beobachtungen eine Schlüsselerkenntnis sind, um die Prozesse, die zu großen Erdbeben auf der Zeitskala von Monaten führen, besser zu verstehen, bleibt die kurzfristige Vorhersage solcher Ereignisse bestehen.“ Dies stellt ein langfristiges Ziel in der Seismologie dar und ist derzeit nicht möglich. Allerdings liefert die Identifizierung von Hotspots für zukünftige Ereignisse Monate vor ihrem Auftreten den lokalen Behörden wichtige Informationen, um die Widerstandsfähigkeit von Bevölkerungszentren in der Nähe aktiver Verwerfungen zu verbessern.

Ausblick und Bewerbung nach Istanbul

Die Seismizität vor dem Kahramanmaraş-Erdbeben weist einige Ähnlichkeiten mit denen auf, die bei anderen vergleichbar komplexen und mehrsegmentigen Strike-Slip-Verwerfungsbrüchen wie den Landers-Erdbeben mit einer Stärke von 7,3 MW im Jahr 1992 und den Ridgecrest-Erdbeben mit einer Stärke von 7,1 MW im Jahr 2019 in Kalifornien beobachtet wurden.

Die beobachtbaren Trends der von der Seismizität abgeleiteten Parameter folgen auch denen, die zuvor sowohl in Laborexperimenten als auch in numerischen Modellen komplexer Erdbebenbrüche dokumentiert wurden, die mehrere Verwerfungssegmente betreffen.

Die Variabilität der scheinbaren Erdbebenkeimbildungsprozesse, die bei verschiedenen Ereignissen beobachtet wurden, die Schwierigkeit, vorbereitende Prozesse von anderen Verformungstransienten zu unterscheiden, die nicht zu schweren Erdbeben führen, die Beteiligung sekundärer Verwerfungen und eine unbekannte Fehlalarmrate legen jedoch alles nahe, dass dies bei unserem Fall der Fall ist Nach aktuellem Wissensstand liegt eine mittelfristige Erdbebenwarnung – wenn möglich – noch in der Zukunft der Seismologie.

Die in dieser Studie verwendeten verfeinerten Methoden werden auf Langzeitbeobachtungen in der Region Istanbul mit etwa 20 Millionen Einwohnern übertragen, in der ein großes Erdbeben (M>7) überfällig ist. Dort betreibt das GFZ Potsdam das bohrlochbasierte GONAF-Observatorium mit dem Ziel, die Beobachtungslücke zwischen kontrollierbaren Laborexperimenten und unkontrollierbaren natürlichen Erdbeben, die eine große Bedrohung für die Menschheit darstellen, zu verringern.