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IODP-Expedition zum Ort des Tohoku-Bebens

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 12.03.2012 16:25

Das Megabeben, das sich vor einem Jahr vor der Nordostküste Japans ereignete, traf nicht nur Japans Aufsichtsbehörden, Kernkraftbetreiber und Zivilschutz unvorbereitet, es erschütterte auch die internationale Seismologen-Gemeinde bis ins Mark: Eine ihrer Grundannahmen wurde im wahrsten Sinne des Wortes weggefegt, und damit brach die Basis für viele Gefährdungsabschätzungen in sich zusammen. Jetzt ist die Zunft dabei, sich an die neue Situation anzupassen. Eine kurzfristig anberaumte Expedition des Internationalen Meerestiefbohrprogramms IODP mit dem japanischen Bohrschiff "Chikyu" soll zum Beispiel Anfang April in die Ursprungszone des Erdbebens vor Honshu fahren und dort Bohrkerne aus der buchstäblich noch warmen Bruchzone bergen. Näheres wurde auf dem IODP/ICDP-Kolloquium bekannt, das gerade in Kiel zu Ende ging.

Aufnahme aus den Straßen von Sendai, 15. März 2011 (© US DoD)."Tohoku, Nordjapan, war bekannt über die Jahrzehnte und eigentlich Jahrhunderte für seine relativ häufigen mittelschweren bis schweren Erdbeben, aber nicht für diese monströse seismische Entladung, die wir letztes Jahr gesehen haben", sagt Jan Behrmann, Professor für marine Geodynamik am Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung (Geomar) in Kiel, "da ist etwas passiert, was keiner erwartet hat." Denn vor Nordostjapan liegt eine erosive Plattengrenze, und die wurden bisher als der harmlosere Typ der erdbebenträchtigen Zonen angesehen. An erosiven Plattengrenzen taucht eine Krustenplatte unter der kollidierenden hinab und hobelt dabei die obere, sogenannte überfahrende Platte von unten her ab. Das ist ein durchaus gewaltsamer Vorgang, bei dem große Energien in der Kollisionszone aufgestaut werden. Bisher wurde angenommen, dass sie sich häufig entladen und dann durchaus schwere Erdbeben erzeugen, aber "bis Tohoku gingen wir nicht davon aus", erklärt Kiyoshi Suyehiro von der Japanischen Meeresforschungsbehörde Jamstec, "dass sie so verheerend sein könnten". 

Die tektonische Situation vor der japanischen Hauptinsel Honshu (© GFZ Potsdam).Dieses Potential schrieb man eher dem anderen Typ Erdbebenzone zu, der sogenannten akkretionären Subduktionszone. Die baut einen gewaltigen Sedimentkeil auf, während die eine Platte unter der anderen hinabtaucht - da gibt es seltener Erdbeben, die aber dann gewaltige Energien freisetzen. Beide Typen sind etwa gleich verteilt über die ozeanischen Kollisionszonen der Erde, doch in der Erdbebenstatistik gibt es ein Ungleichgewicht. "Sumatra 2004 war ein Erdbeben an einem akkretionären Rand", so Behrmann, "die Aleuten haben in den 60er-Jahren ein sehr großes Beben produziert und das größte jemals registrierte Beben vor Chile 1960 war auch an einem akkretionären Rand."

Doch offenbar handelt es sich bei dieser Verteilung um einen Fehler der Statistik, denn die reicht schließlich nur rund 150 Jahre zurück. "Wir werden also die erosiven Plattengrenzen neu verstehen lernen müssen", kommentiert Jan Behrmann. Und das muss recht schnell geschehen, denn auf der offensichtlich unzutreffenden Annahme der Seismologen bauen die Gefährdungsabschätzungen für die seismisch aktiven Zonen der Erde auf. Und da muss jetzt vor Gegenden wie Nordjapan, Zentralamerika, Peru oder den Philippinen ein Fragezeichen gesetzt werden. 

Das japanische Bohrschiff Chikyu im Einsatz (© Jamstec/IODP).Die Zunft hat schnell reagiert. Anfang April wird das japanische Bohrschiff "Chikyu" für das internationale Meerestiefbohrprogramm IODP in das Seegebiet vor Tohoku fahren und in der Zone eine Tiefbohrung durchführen, wo am 11. März 2011 die Erde bis zur Oberfläche durchbrach. "Normalerweise brauchen IODP-Expeditionen mindestens zwei Jahre Vorlauf", erklärt Kiyoshi Suyehiro, der auch Vorsitzender der internationalen Managementgesellschaft IODP MI ist, "aber in diesem Fall mussten wir schnell reagieren und glücklicherweise hat uns das die IODP-Gemeinschaft auch ermöglicht."

Wenn alles wie geplant funktioniert, wird das Schiff Bohrkerne aus den ersten 1000 Meter des Meeresbodens heraufholen. "Wir nennen das rapid response drilling", ergänzt Jan Behrmann, der als einer der wenigen Europäer an der IODP-Expedition 343 JFAST teilnehmen wird, "diese Rupturfläche hat einen Ausbiss am Meeresboden, wo sie direkt bis zur Erdoberfläche durchgekommen ist und am Meeresboden Versätze von teilweise 50 Meter produziert hat." Die Wissenschaftler werden also eine der seltenen Gelegenheiten haben, den unmittelbaren Nachhall eines Erdbebens kennenzulernen. Denn die damals freigesetzte Energie hat nicht nur für den gewaltigen Tsunami gesorgt, der größte Teil ist als Reibungshitze im Gestein geblieben. "Und solange diese Hitze im Gestein ist", so Suyehiro, "müssen wir hineinbohren, um die Reibungsmechanismen zu verstehen." 


Das Tsunami-Forschungszentrum der US-Wetterbehörde Noaa hat die Ausbreitung des Tsunamis vom 11. März 2011 nachgebildet (© Noaa/PMEL/NCTR).Möglicherweise ergibt sich dann das Aha-Erlebnis, auf das die Zunft seit den schockierenden Bildern aus der Gegend um Sendai wartet. Auf jeden Fall wollen die Seismologen so viele Informationen wie möglich über die unter fast 7000 Meter Ozeanwasser begrabene Subduktionszone sammeln, denn nach der Überraschung von vor einem Jahr traut man der Ruhe nicht. "Wir wollen Antworten auf die Frage finden, wie ist die Spannung umgelagert worden", erklärt Behrmann, "zu welchem Grad ist die Spannung in den Gesteinen durch das Erdbeben abgebaut worden." Die Informationen sind für den schwer getroffenen Nordosten Honshus extrem wichtig, denn die Subduktionszone sitzt im Zentrum eines ganzen Geflechts von Störungen, die sich teils durch den Ozean, teils durch die Insel ziehen. 

So warnten japanische Seismologen bereits im Februar, dass das Megabeben offenbar eine Seitenstörung weiter aufgeladen habe, die direkt unterhalb des havarierten Kernkraftwerks Fukushima Daiichi verläuft. Derzeit herrscht an den zerstörten Reaktoren eine fragile Ruhe. Doch ob die Anlagen ein weiteres Beben der Magnitude 7 oder leicht darüber überstehen, ohne erneut außer Kontrolle zu geraten, ist mehr als fraglich.

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