Was verursacht Erdbeben und warum treten sie in manchen Regionen häufiger auf?

Jaime Toro, Das Gespräch Jaime Toro, Das Gespräch

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Große und kleine Erdbeben ereignen sich jeden Tag in Gebieten, die sich wie die Nähte eines Baseballs um die Welt erstrecken. Die meisten stören niemanden, deshalb kommen sie nicht in die Nachrichten. Doch hin und wieder trifft ein katastrophales Erdbeben irgendwo auf der Welt Menschen mit schrecklicher Zerstörung und großem Leid.

Am 7. Oktober 2023 ereignete sich in der Nähe der historischen Stadt Herat in Afghanistan ein Erdbeben der Stärke 6,3, bei dem Schätzungen zufolge mehr als 1.000 Menschen in den Trümmern starben. Am 11. Oktober folgte ein weiteres, ebenso starkes Erdbeben.

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Einige Wochen zuvor, am 8. September, erschütterte ein Erdbeben der Stärke 6,8 im Atlasgebirge in Marokko alte Dörfer und tötete fast 3.000 Menschen. Im Februar 2023 wurde ein großer Teil der Türkei und Syriens durch zwei schwere Erdbeben kurz hintereinander verwüstet.

Als Geologe erforsche ich die Kräfte, die Erdbeben verursachen. Aus diesem Grund sind einige seismische Zonen sehr aktiv, während andere möglicherweise über Generationen hinweg ruhig bleiben, bevor sich der Stress zu einem katastrophalen Ereignis ausweitet.

Erdbeben gehören zum normalen Verhalten der Erde. Sie entstehen durch die Bewegung der tektonischen Platten, die die äußere Schicht des Planeten bilden.

Man kann sich die Platten als eine mehr oder weniger starre äußere Hülle vorstellen, die sich verschieben muss, damit die Erde ihre innere Wärme abgeben kann.

Eine Karte aller Erdbeben größer als Magnitude 5 von 1960 bis 2023 zeigt deutlich die Umrisse der tektonischen Platten. USGS/GMRT

Diese Platten tragen die Kontinente und Ozeane und stoßen ständig in Zeitlupe aufeinander ab. Die kalten und dichten ozeanischen Platten tauchen in einem Prozess, der als Subduktion bezeichnet wird, unter Kontinentalplatten und zurück in den Erdmantel. Wenn eine ozeanische Platte sinkt, reißt sie alles hinter sich her und öffnet irgendwo anders einen Spalt, der durch aufsteigendes heißes Material aus dem Mantel gefüllt wird, das dann abkühlt. Bei diesen Rifts handelt es sich um lange Ketten von Unterwasservulkanen, die als mittelozeanische Rücken bekannt sind.

Erdbeben begleiten sowohl Subduktion als auch Rifting. Tatsächlich wurden auf diese Weise erstmals die Plattengrenzen entdeckt.

Als in den 1950er Jahren ein globales seismisches Netzwerk zur Überwachung von Atomtests eingerichtet wurde, stellten Geophysiker fest, dass die meisten Erdbeben entlang relativ schmaler Bänder auftreten, die entweder wie im Pazifik die Ränder von Meeresbecken säumen oder wie im Pazifik genau die Mitte von Becken durchschneiden im Atlantik.

Sie stellten auch fest, dass Erdbeben entlang von Subduktionszonen auf der ozeanischen Seite flach sind, unter dem Kontinent jedoch tiefer gehen. Wenn Sie die Erdbeben in 3D grafisch darstellen, definieren sie plattenartige Merkmale, die das Absinken der Platten in den Erdmantel nachzeichnen.

Zehntausend Erdbebenorte aus den Jahren 1980 bis 2009 zeichnen die Pazifische Platte nach, während sie unter Nordjapan abtaucht. Das obere Bild ist eine Seitenansicht, die die Tiefe der Erdbeben unter dem Rechteck auf der Karte zeigt. Jaime Toro, CC BY-ND

Um zu verstehen, was bei einem Erdbeben passiert, legen Sie Ihre Handflächen zusammen und drücken Sie mit etwas Kraft darauf. Sie modellieren eine Plattengrenzstörung. Jede Hand ist eine Platte, und die Oberfläche Ihrer Hände ist der Fehler. Ihre Muskeln sind das plattentektonische System.

Üben Sie nun etwas Vorwärtskraft auf Ihre rechte Hand aus. Sie werden feststellen, dass es irgendwann nach vorne ruckt, wenn die Vorwärtskraft die Reibung zwischen Ihren Handflächen überwindet. Dieser plötzliche Vorwärtsruck ist das Erdbeben.

Ein Google Earth-Bild von Bächen, versetzt durch die Bewegung entlang der San-Andreas-Verwerfung in Südkalifornien, während sich die Pazifische Platte in Bezug auf Nordamerika nach Nordwesten bewegt. Jaime Toro

Wissenschaftler erklären Erdbeben mit der sogenannten elastischen Rückpralltheorie.

Schnelle Platten bewegen sich mit bis zu 20 Zentimetern pro Jahr, hauptsächlich angetrieben durch das Absinken ozeanischer Platten in Subduktionszonen. Mit der Zeit verkleben sie durch Reibung an der Plattengrenze miteinander. Die versuchte Bewegung verformt die Plattenrandzone elastisch, wie eine gespannte Feder. Irgendwann überwindet die angesammelte elastische Energie die Reibung und die Platte ruckt nach vorne, was ein Erdbeben verursacht.

Aber die Kräfte, die die Platte antreiben, hören nicht auf, so dass die Plattengrenze wieder beginnt, elastische Energie anzusammeln, was ein weiteres Erdbeben auslösen wird – vielleicht bald oder vielleicht weit in der Zukunft.

In den Ozeanen sind die Plattengrenzen schmal und gut definiert, da das darunter liegende Gestein sehr steif ist. Aber innerhalb der Kontinente sind Plattengrenzen oft ausgedehnte Zonen deformierten Gebirgsgeländes, das von vielen Verwerfungen durchzogen ist. Diese Störungen können über Äonen bestehen bleiben, selbst wenn die Plattengrenze inaktiv wird. Deshalb treten Erdbeben manchmal weit entfernt von Plattengrenzen auf.

Das zyklische Verhalten von Störungen ermöglicht es Seismologen, Erdbebenrisiken statistisch abzuschätzen. Plattengrenzen mit schnellen Bewegungen, wie sie beispielsweise am pazifischen Rand liegen, akkumulieren schnell elastische Energie und bergen das Potenzial für häufige Erdbeben großer Stärke.

Bei sich langsam bewegenden Plattenrandstörungen dauert es länger, bis sie einen kritischen Zustand erreichen. Entlang einiger Verwerfungen können zwischen großen Erdbeben Hunderte oder sogar Tausende von Jahren vergehen. Dies gibt den Städten Zeit zum Wachsen und ermöglicht es den Menschen, die Erinnerung ihrer Vorfahren an vergangene Erdbeben zu verlieren.

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Ein Beispiel ist das Erdbeben in Marokko. Marokko liegt an der Grenze zwischen der afrikanischen und der eurasischen Platte, die langsam aufeinanderprallen.

Der riesige Gebirgsgürtel, der sich vom Atlas Nordafrikas bis zu den Pyrenäen, den Alpen und den meisten Bergen in Südeuropa und im Nahen Osten erstreckt, ist das Produkt dieser Plattenkollision. Da diese Plattenbewegungen in der Nähe von Marokko jedoch langsam sind, kommt es nicht so häufig zu großen Erdbeben.

Afghanistan ist anfälliger für Erdbeben. Es weist zahlreiche Verwerfungen auf, die durch den Zusammenstoß Indiens mit Eurasien entstanden sind. Die Indische Platte, die alt und steif ist, pflügt seit 40 Millionen Jahren in den südlichen Rand Eurasiens. Beweise für diese langsam voranschreitende Kollision können Sie an der Art und Weise erkennen, wie sich die Gebirgsketten – und die Erdbeben – auf beiden Seiten Indiens erstrecken.

Eine wichtige Tatsache bei katastrophalen Erdbeben ist, dass die Erdbeben in den meisten Fällen keine Menschen töten, sondern einstürzende Gebäude.

Die meisten Amerikaner haben von der San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien und der seismischen Gefahr für San Francisco und Los Angeles gehört. Das letzte große Erdbeben entlang der San-Andreas-Verwerfung ereignete sich 1989 in Loma Prieta in der San Francisco Bay Area. Seine Stärke von 6,9 war vergleichbar mit der des Erdbebens in Marokko, dennoch starben 63 Menschen im Vergleich zu Tausenden. Das liegt vor allem daran, dass die Bauvorschriften in diesen erdbebengefährdeten US-Städten nun darauf ausgelegt sind, die Bauwerke auch dann standzuhalten, wenn die Erde bebt.

Ausnahmen bilden Tsunamis, also riesige Wellen, die entstehen, wenn ein Erdbeben den Meeresboden verschiebt und das Wasser darüber verdrängt. Ein Tsunami, der Japan im Jahr 2011 heimsuchte, hatte ungeachtet der Qualität der Ingenieurskunst in den Küstenstädten schreckliche Folgen.

Leider können Erdbebenforscher nicht genau vorhersagen, wann ein Erdbeben auftreten könnte; Sie können die Gefahr nur abschätzen.

Dieser Artikel, der ursprünglich am 13. September 2023 veröffentlicht wurde, wurde mit einem starken Nachbeben in Afghanistan aktualisiert.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.

Links: Ein afghanischer Mann weint neben seinem Haus nach dem jüngsten Erdbeben im Dorf Chahak im Distrikt Enjil in der Provinz Herat, Afghanistan, 11. Oktober 2023. Ali Khara/Reuters

Von Ebrahim Noroozi, Rahim Faiez, Associated Press

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Jaime Toro, Das Gespräch Jaime Toro, Das Gespräch

Jaime Toro ist Professor für Geologie an der West Virginia University.