Vorbebenserie steuerte Erdbebenablauf

Eine lang andauernde Serie von Vorbeben hat maßgeblich den Bruchprozess des extrem starken Erdbebens bei Iquique in Nordchile gesteuert. Über ein dreiviertel Jahr dauerte diese Vorbebenserie an, die in einem Beben der Stärke M 6,7 zwei Wochen vor dem Hauptbeben kulminierte.

Am 1. April dieses Jahres schließlich brach mit dem Hauptbeben (Magnitude 8,1) ein zentrales Stück der wichtigsten seismischen Lücke bei Iquique entlang der südamerikanischen Subduktionszone. Eine internationale Forschergruppe unter Federführung des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ stellte dabei fest, dass das Iquique-Erdbeben in einem Bereich dieser Lücke auftrat, in der die beiden kollidierenden tektonischen Platten nicht vollständig blockiert waren.

Vor Südamerikas Westküste stoßen die pazifische Nazca-Platte und die Südamerikanische Platte gegeneinander. In einem untermeerischen Graben entlang der Küste taucht der Pazifikboden unter Südamerika und baut dabei Spannung auf, die sich durch Erdbeben entlädt.

Im Verlauf von rund 150 Jahren bricht dabei der gesamte Plattenrand vom Süden in Patagonien bis nach Panama im Norden mit großen Erdbeben einmal komplett durch. Dieser Zyklus ist auch bereits durchlaufen – mit der Ausnahme eines letzten Segments, der seismischen Lücke westlich von Iquique in Nordchile. In dieser Lücke gab es seit 1877 kein großes Erdbeben mehr.

Auf Initiative des GFZ wurde diese Lücke durch das International Plate Boundary Observatory of Chile IPOC in internationaler Zusammenarbeit (GFZ, Institut de Physique du Globe Paris, Centro Sismologico National – Universidad de Chile, Universidad de Catolica del Norte, Antofagasta, Chile) unter anderem mit Seismometern und kontinuierlichen GPS-Messungen überwacht. Diese lange und dauerhafte Überwachung macht das Iquique-Erdbeben zum bestaufgezeichneten Subduktionserdbeben weltweit. Die Echtzeitübertragung dieser Daten machte zudem die zügige Auswertung möglich.

Brüche im Detail

Durch das Hauptbeben der Stärke M=8,1 brach zwar das Mittelstück der seismischen Lücke mit einer Länge von rund 150 Kilometern, zwei große Segmente nördlich und südlich davon blieben aber intakt. Der GFZ-Wissenschaftler Bernd Schurr leitete die jetzt in der aktuellen Online-Ausgabe von „Nature“ vorab veröffentlichte Studie: „Die Vorbeben brachen in mehreren Schwärmen, die sich von Süden nach Norden fortpflanzten, den Rand des später im Hauptbeben gebrochenen zentralen Stücks.“

Der durch IPOC-Daten ermöglichte langjährige Erdbebenkatalog zeigt, dass sich über mehrere Jahre und im Laufe der Vorbebenserie verstärkt weiter Spannung aufbaute. Die Vorbeben haben also unter sich ständig erhöhenden Spannungen die zwei verhafteten Platten immer weiter gelockert, bis sie im starken Iquique-Beben schließlich ein signifikantes Stück nachgaben.

Bernd Schurr weiter: „Legt man die in unserer Studie erstellte Blockierungskarte zugrunde und berechnet damit die seit 1877 aufgestaute Plattenkonvergenz von etwa 6,5 cm/Jahr, zieht dann noch die bekannten Erdbeben in dieser Zeitspanne ab, bleibt trotz des Iquiquebebens mit Mw 8,1 immer noch Platz für ein weiteres Starkbeben mit Stärke bis zu Mw 8,9.“ Das gilt für den Fall, dass die gesamte verbleibende Lücke auf einmal brechen würde. Wahrscheinlicher ist nun aber, dass das Iquique-Beben eine Barriere zwischen den ungebrochenen Bereichen im Norden und Süden bildet.

Internationaler Feldeinsatz

Zwar lieferten die IPOC-Sensoren vor, während und nach dem Beben kontinuierlich Daten, dennoch machte sich unmittelbar nach dem Beben die Einsatzgruppe HART (Hazard and Risk Team) des Deutschen GeoForschungsZentrums zu weiteren Untersuchungen in das betroffene Gebiet auf und traf sich dort mit Kollegen.

Über ein Dutzend internationaler Wissenschaftler untersuchte Deformation und Nachbeben, um die Nachwirkungen des Bruchprozess vor Ort zu erfassen. Da die seismische Lücke von Iquique weiterhin nicht geschlossen ist, wird IPOC weiter ausgebaut. Bisher wurden über 20 Multi-Parameter-Stationen errichtet.

Diese bestehen aus Breitbandseismografen, Akzelerometern, kontinuierlichen GPS-Empfängern, magneto-tellurischen Sonden, Dehnungsmessgeräten und Klimasensoren. Deren Daten werden in Echtzeit zum GFZ nach Potsdam übertragen. Auch die Europäische Südsternwarte auf dem Cerro Paranal wurde in dieses Observatoriennetzwerk einbezogen.

Bernd Schurr et al. “Gradual unlocking of plate boundary controlled initiation of the 2014 Iquique earthquake”, Nature Advance Online Publication, 13.08.2014, doi:10.1038/nature13681

 
Animation der Erdbebensequenz seit dem 17.03.2014 bis zum 03.04.2014:
https://media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/05_Medien_Kommunikation/Bildarchiv/Erdbeben%…

Weitere Informationen über IPOC:
http://www.gfz-potsdam.de/scientific-services/observatorien/erdsystemobservatori…