Wie stark können Erdbeben an Verwerfungen werden?

Die bei der Verschiebung der Platten entstehenden Erdbeben können Stärken bis zu Magnitude M 8 erreichen, treten zudem meistens in geringen Tiefen von weniger als 20 Kilometern auf und bedrohen so große Städte wie Istanbul oder San Francisco.

Für die Risikoabschätzung und die Entwicklung vorbeugender Maßnahmen ist es daher wichtig, die maximale Magnitude der Erdbeben zu kennen, die hier auftreten können. Erschwerend kommt hinzu, dass es Messaufzeichnungen von Erdbeben erst seit rund 150 Jahren gibt, an vielen Verwerfungszonen der Erde aber die Wiederkehrperioden von sehr starken Erdbeben viel länger sind.

Ein Team von Wissenschaftlern des Deutschen GeoForschungsZentrums hat in Zusammenarbeit mit der Universität von Süd-Kalifornien nun eine globale Studie vorgestellt, auf deren Basis sich die größten zu erwartenden Erdbeben entlang solcher Verwerfungen besser abschätzen lassen.

Sie untersuchten alle großen Transformstörungen der Erde und stellten dabei fest, dass die Länge der Erdbebenbruchzone für Starkbeben, und damit die Magnitude, mit der Gesamtlänge der Verwerfungen korreliert: je länger die Verwerfungszone insgesamt ist, desto länger sind die einzelnen Segmente der Verwerfung, die bei einem Starkbeben brechen.

Bei diesem Bruch auftretende Erdbeben weisen eine maximal zu erwartende Magnitude auf, die in 75% der Fälle mit dem im Laufe von Jahrmillionen akkumulierten Versatz an den betreffenden Verwerfungen zusammenhängt.

Bei Oberflächenbewegungen von einigen Millimetern pro Jahr kommen da im Laufe von Jahrmillionen Gesamtverschiebungen an den Verwerfungen von einigen zehner Kilometern zusammen. Für Verwerfungen mit einer derart großen Gesamtverschiebung wird dann ein direkter Zusammenhang zur größten Erdbebenmagnitude beobachtet.

Die verbleibenden 25% der Erdbeben allerdings sind insgesamt stärker und entstehen ausschließlich entfernt von Plattengrenzen an Orten, wo die Verschiebungen weniger als fünf Millimeter pro Jahr betragen und der Gesamt-Versatz weniger als zehn Kilometer beträgt.

„Wir erklären die größeren Magnituden dieser Beben damit, dass sich während des Bruches eine höhere Spannung entlädt. Es wird mehr Energie in der gleichen Zeit freigesetzt was zu größeren Magnituden führt“ erklärt GFZ-Wissenschaftlerin Patricia Martínez-Garzón, Leitautorin der Studie.

Die Arbeitsergebnisse der Geoforscher sind für Millionen von Menschen wichtig, die in der Nähe dieser Verwerfungen wohnen, denn Vorbeugemaßnahmen wie erdbebensicheres Bauen, Katastrophenschutz oder Frühwarnsysteme müssen so ausgelegt sein, dass sie die maximal zu erwartende Stärke eines Bebens zu Grunde legen.

Patricia Martínez-Garzón, Marco Bohnhoff, Yehuda Ben-Zion, Georg Dresen: “Scaling of maximum observed magnitudes with geometrical and stress properties of strike-slip faults”, Geophysical Research Letters, DOI: 10.1002/2015GL066478