Heftige Supershear-Erdbeben sind häufiger als bisher angenommen

Starke Superscherbeben, die einst als selten galten, sind laut einer Studie unter der Leitung von UCLA-Geophysikern viel häufiger als bisher angenommen heute veröffentlicht in Natur Geowissenschaften.

Die Wissenschaftler analysierten alle seit dem Jahr 2000 weltweit aufgetretenen Blattrutscherdbeben der Stärke 6,7 oder mehr – insgesamt waren es 87 – und identifizierten 12 Erdbeben vom Typ Superscherung oder etwa 14 %. (Vier dieser Erdbeben wurden zuvor nicht gemeldet.)

Dieser Prozentsatz ist mehr als doppelt so hoch wie von Wissenschaftlern erwartet; Bisher wurden weniger als 6 % der Blattrutscherdbeben als Supershear identifiziert.

Blattverschiebungserdbeben entstehen, wenn die Kanten zweier tektonischer Platten seitlich aneinander reiben. Superscherbeben sind eine Unterart dieser Gruppe, die verursacht werden, wenn Verwerfungen unter der Oberfläche schneller brechen als Scherwellen – die seismischen Wellen, die den Boden hin und her schütteln – sich durch Gestein bewegen können. Der Effekt korraliert Energie, die dann heftig freigesetzt wird; Der Effekt kann mit einem Überschallknall verglichen werden.

Infolgedessen verursachen Superscherbeben tendenziell mehr Erschütterungen und sind potenziell zerstörerischer als andere Erdbeben derselben Stärke.

„Wenn ein Flugzeug schneller fliegt, als sich Schall durch die Luft ausbreiten kann, bildet sich vor dem Flugzeug ein Kegel aus aufgestauten Schallwellen, und wenn es aufholt, hören wir alles auf einmal“, sagte Lingsen Meng, Leon and Joanne VC von der UCLA Knopoff-Professor für Physik und Geophysik und korrespondierender Autor des Artikels. „Supershear-Erdbeben sind potenziell zerstörerischer als andere Arten von Erdbeben, weil sie bei der Erzeugung seismischer Wellen effektiver sind, mit mehr Erschütterungen, die mehr Schaden anrichten könnten.“

Die Forschung ergab auch, dass Superscherbeben unter den Ozeanen genauso häufig auftreten wie an Land und dass sie am wahrscheinlichsten entlang von Blattverschiebungen wie der San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien auftreten.

Die Ergebnisse legen nahe, dass bei der Katastrophenplanung berücksichtigt werden sollte, ob nahe gelegene Verwerfungen Superscherbeben hervorrufen können, und wenn dies der Fall ist, Maßnahmen ergreifen, um sich auf ein höheres Maß an Erschütterungen und potenziellen Schäden vorzubereiten, als sie durch Erdbeben ohne Superscherung verursacht werden könnten.

Meng sagte, der Grund dafür, dass relativ wenige Superscherbeben gefunden wurden, sei, dass Forscher hauptsächlich Erdbeben an Land untersuchen.

Die Co-Autoren der Veröffentlichung sind die UCLA-Doktoranden Han Bao und Liuwei Xu von der UCLA sowie Jean-Paul Ampuero, ein leitender Forscher an der Université Côte d’Azur in Nizza, Frankreich.

Die Wissenschaftler verwendeten eine Methode namens Rückprojektion, um die Richtung zu bestimmen, in der seismische Wellen eintrafen, um daraus abzuleiten, wie schnell sich ein Erdbeben entlang der Verwerfung bewegt. Die Technik wendet einen Algorithmus an, um kurze Zeitverzögerungen zwischen seismischen Wellen zu analysieren, wenn sie von einer Gruppe von Sensoren erfasst werden. Die Methode ähnelt der, wie man eine Person lokalisieren kann, indem man die Signale verfolgt, die ihr Smartphone an Mobilfunkmasten sendet.

Die Daten zeigten, dass Supershear-Erdbeben in der Regel auf ausgereiften Blattverschiebungen auftreten, bei denen die Kanten zweier Kontinentalplatten seitlich aneinander reiben. In einer ausgereiften Verwerfung findet diese Aktion lange genug statt, um eine Zone beschädigter Felsen zu schaffen, die wie ein Damm um die Verwerfung wirken, die Ausbreitung seismischer Wellen verlangsamen oder blockieren und ihre Energie konzentrieren.

Ampuero sagte, die Ergebnisse könnten Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, was es braucht, damit eine Verwerfung die Art von Brüchen erzeugt, die zu Superscherbeben führen.

Im vergangenen Jahrhundert ereignete sich in Kalifornien mindestens ein großes Supershear-Erdbeben: 1979 verletzte ein Beben der Stärke 6,5 in der südkalifornischen Region Imperial Valley Menschen bis nach Mexiko und verursachte umfangreiche Schäden an Bewässerungssystemen. Und obwohl es der wissenschaftlichen Überwachung vorausging, fiel das Erdbeben von 1906, das in San Francisco große Schäden anrichtete, wahrscheinlich auch in die Kategorie Superscherung.

Nicht alle Superscherbeben sind so katastrophal. Die Form der Verwerfung, die umgebenden Felsen und andere Faktoren können die Ausbreitung seismischer Wellen beeinflussen und die Energieakkumulation begrenzen. Verwerfungen, die sich krümmen, neigen dazu, seismische Wellen zu verlangsamen, abzulenken oder zu absorbieren, während gerade Verwerfungen sie frei fließen lassen.

In einer früheren Studie identifizierte Mengs Forschungsgruppe das katastrophale Erdbeben der Stärke 7,5, das 2018 die indonesische Insel Sulawesi traf, als Supershear-Ereignis. Das Beben und der darauf folgende Tsunami töteten mindestens 4.000 Menschen. Trotz der Kurve in der indonesischen Erdbebenverwerfung trat der schreckliche Schaden auf, weil sich die Verwerfung schneller bewegte als alle zuvor aufgezeichneten und Energie von früheren Beben wahrscheinlich in den Felsen gespeichert war und einen Moment darauf wartete, zu platzen, sagte Meng.

Glücklicherweise sagte Meng, dass Superscherbeben im Ozean weniger wahrscheinlich sind als Erdbeben, die dazu führen, dass sich der Meeresboden vertikal bewegt, um Tsunamis zu erzeugen.

Die San-Andreas-Verwerfung hingegen ist größtenteils gerade und könnte einen noch explosiveren Bruch erfahren als das Sulawesi-Beben.