Wie die Erde nach Beben wieder heilt

Satelliten-Aufnahmen liefern erstmal direkte Daten dafür, dass sich das Gestein in der Bruchzone des Bam-Bebens in Iran 2003 wieder verdichtet
 
Pasadena (USA) - Am 26. Dezember 2003 zerstörte ein Erdbeben der Stärke 6,6 die iranische Stadt Bam. In fünf Kilometer Tiefe verschoben sich die Gesteinsmassen über zwei Meter zueinander. An der Oberfläche öffneten sich Risse von etwa 25 Zentimeter. Während des Bebens wurden kompakte Gesteine zerbröselt, brauchten dadurch mehr Raum und hoben den Boden um bis zu sechs Zentimeter. Doch diese Bruchzonen heilten in den Jahren darauf. Genau diesen Prozess konnten amerikanische Geowissenschaftler nun mit Aufnahmen des europäischen Satellitens Envisat erstmals direkt beobachten. Ihre Ergebnisse präsentieren sie in der Zeitschrift "Nature".

Abb.: Verschiebungen der Oberfläche in der Region um Bam, Iran, dreieinhalb Jahre nach dem schweren Erdbeben. (Bild: E. Fielding et al.)

"Wir nutzten die interferometrische Analyse von Radarbildern, um die Deformation der Oberfläche nach dem Erdbeben zu bestimmen", schreiben Eric J. Fielding vom Califormia Institute of Technology und seine Kollegen von der University of California in Berkeley und Riverside. Bereits zwölf Tage nach dem Beben konnte während eines Überflugs von Envisat die Region mit der Kamera InSAR vermessen werden. Über einen Zeitraum von dreieinhalb Jahren folgten alle 35 Tage weitere Daten mit einer räumlichen Auflösung von 20 auf 20 Metern.

Mehr als drei Zentimeter senkte sich der Boden in den Jahren nach dem Beben entlang der Bruchzone wieder ab. Die Ursache liegt in einer Verdichtung des körnigen Gesteinsmaterials. Das ist möglich, da während des Bebens vormals kompakte Steine durch die enormen Scherkräfte zerrieben wurden. Durch dieses Dilatanz genannte Phänomen lockert der Boden auf, kleine Hohlräume entstehen und Flüssigkeit kann eindringen. Die kleinen, kantigen Körner lagern sich in lockeren Schichten übereinander und benötigen dadurch mehr Raum.

Während des folgenden "Heilungsprozess" verdichten sich die Gesteine wieder. Zum einen wird dabei die Flüssigkeit aus dem porösen Material durch das Eigengewicht nach und nach heraus gedrückt. Zum anderen werden beim Beben gebildete Hohlräume wieder geschlossen und die Körner in eine verdichtete Anordnung gepresst. Auch vorher in Wasser gelöste Minerale können sich in den Hohlräumen wieder zu kompakten Gesteinen ablagern. Insgesamt nahm das Volumen des Erdbodens entlang der Bruchzone bis in einen Kilometer Tiefe um 84.000 Kubikmeter ab. Die Verdichtung in den darunter liegenden Bereichen schätzen Fielding und Kollegen sogar auf 200.000 Kubikmeter.

Vor diesen Ergebnissen konnte diese postseismische Verdichtung nur indirekt gemessen werden. Wichtige Daten lieferten dazu die Geschwindigkeiten von Schockwellen im Boden. Jahre nach einem Beben breiteten sich S und P-Wellen zunehmend rascher durch den Boden aus als unmittelbar nach dem Ereignis. Geophysiker erklären diesen Effekt mit einer zunehmend dichteren Anordnung der Gesteine.

Durch das Absenken und die Verdichtung des Bodens erhöhen sich Druck und Spannungen in den Gesteinen. Ob dadurch schon bald wieder mit einem Erdbeben gerechnet werden muss, können die Wissenschaftler nicht sagen. Allerdings schiebt sich die Arabische Platte weiterhin einige Zentimeter pro Jahr unter den eurasischen Kontinent. Bis jedoch genug Spannung für ein weiteres Beben mit einer vergleichbaren Stärke aufgebaut wird, müssten etwa 100 Jahre vergehen. Solange kann sich das Weltkulturerbe Bam zumindest in einer trügerischen Sicherheit wiegen.
 
Jan Oliver Löfken


Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Eric J. Fielding et al.: Shallow fault-zone dilatancy recovery after the 2003 Bam earthquake in Iran. Nature, 458, 64 (2009)
  http://dx.doi.org/10.1038/nature07817
• Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology:
  http://www.jpl.nasa.gov/ 
• Department of Earth and Planetary Science, University of California, Berkeley: http://eps.berkeley.edu/
• Envisat, ESA:
  http://envisat.esa.int/
  

 
Weiterführende Literatur:

• Ben-Zion, Y. & Sammis, C. G.: Characterization of fault zones. Pure Appl. Geophys. 160, 677–715 (2003)
• Scholz, C. H.: Post-earthquake dilatancy recovery. Geology 2, 551–554 (1974)
• Fialko, Y., Sandwell, D., Simons, M. & Rosen, P. A.: Three-dimensional deformation caused by the Bam, Iran, earthquake and the origin of shallow slip deficit. Nature, 435, 295–299 (2005)
  

 

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