Das große Erdbeben von 2011, das den Tsunami im Nordosten Japans verursachte, ist immer noch wegen seiner zerstörerischen Kraft in Erinnerung.
Auch als Tohoku-Erdbeben Mw 9,0 bekannt, war die seismische Natur dieser Katastrophe zunächst nicht ganz klar. Während Erdbeben, die aus aufgebauter tektonischer Spannung in Umkehrverwerfungen resultierten, nur teilweise freigesetzt worden waren. In früheren Studien, in denen vollständige Freisetzungen postuliert wurden, basierte die Hypothese auf Seismizitätsbeobachtung und -simulation oder auf direkten Spannungsmessdaten über der Verwerfung nur unter Verwendung von Protokolldaten.
Jetzt hat ein Forscherteam der Universität Kyoto Beweise dafür gefunden, dass ein vollständiger Stressabbau zu dem rekordverdächtigen Ereignis beigetragen haben könnte.
„Die geringfügigen Unterschiede zwischen den maximalen und minimalen horizontalen Spannungen nach dem Erdbeben in der Nähe der Verwerfung deuten darauf hin, dass das Tohoku-Erdbeben nach einer vollständigen Spannungsfreisetzung auftrat“, erklärt Hauptautor Weiren Lin.
Das Team fand heraus, dass sowohl Sedimentformationen oberhalb als auch unterhalb der Plattengrenzenstörung im Spannungszustand normaler Störungen liegen, in denen die vertikale Spannung größer ist als die maximale horizontale Spannung.
„Das Wissen über Spannungsänderungen vor und nach diesem Erdbeben, sowohl über als auch unter einer sanft abfallenden Verwerfung, kann uns Aufschluss darüber geben, wie das Verrutschen der Verwerfung den darauffolgenden Tsunami verursachte“, überlegt der Autor.
Lins Team war in der Lage, Daten für den Spannungszustand über der Quellverwerfung des Tohoku-Erdbebens an der Grenze zwischen der nordamerikanischen Platte und der abtauchenden pazifischen Platte zu sammeln. Die geophysikalischen Daten für den Spannungszustand unterhalb dieser Zone waren jedoch unzuverlässig.
Um dieses Problem anzugehen, untersuchte das Team eine von vier Bohrkernproben, die vom Bohrprojekt Japan Trench Fast – oder JFAST – unterhalb der Quellverwerfung entnommen wurden, und war das erste, das den Spannungszustand in dieser Tiefe erfolgreich aufdeckte.
„Unsere neuen Daten zeigen eine gute Übereinstimmung mit früheren Ergebnissen über der Verwerfung, was darauf hindeutet, dass die Kombination von geophysikalischen Daten und Kernproben zur umfassenden Untersuchung von Spannungszuständen effektiv ist.“
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Erd- und Planetenwissenschaftsbriefe.
Mehr Informationen:
Weiren Lin et al., Dreidimensionaler Spannungszustand über und unter der Plattengrenzenstörung nach dem Tohoku-Erdbeben 2011 Mw 9,0, Erd- und Planetenwissenschaftsbriefe (2022). DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117888