Am 4. September 2022 begaben sich der Geologe Hayato Ueda von der Universität Niigata und der Pilot Chris May auf eine U-Boot-Reise ins Herz des Japan-Grabens – dem Epizentrum des Tohoku-Erdbebens und Tsunamis 2011. Sie tauchten bis zum Grund des 7.500 Meter tiefen Grabens und stießen auf eine 26 Meter hohe, fast senkrechte Klippe an der Ostseite eines 60 Meter hohen Bergrückens.

Die vertikale Klippe besteht aus weichem Schlamm, der sich am Boden des Japan-Grabens abgelagert hat, und wurde während des katastrophalen Erdbebens 2011 um etwa 60 Meter angehoben. Dies ist das erste Mal, dass die Verwerfungsnarbe eines Grabenbebens beobachtet und visuell aufgezeichnet wurde. Quelle: Niigata-Universität

Frühere Bathymetriemessungen vom Meer aus zeigten, dass der Rücken vorher nicht existierte und erst nach einem schweren Erdbeben auftauchte, mit Verwerfungen auf seiner Ostseite. Daher kamen er und seine Kollegen an Deck zu dem Schluss, dass die Klippen oberflächliche Manifestationen der Resonanzbewegung der Verwerfung seien. Die Klippe besteht aus lockerem, weichem Schlamm. Die tiefer liegenden Hänge als die Klippe sind mit großen Mengen weicher Schlammblöcke besetzt, die offenbar von der Klippe stammen. Die scharfen Bruchflächen und kantigen Kanten, die an Klippen und klastischen Blöcken beobachtet wurden, deuten darauf hin, dass die Spannungen schnell anstiegen, bevor es zu einem plastischen Fließen des Schlamms kam, wodurch der Schlamm zerbrach, was einen koseismischen Ursprung der Klippen stützt.

Das Fahrzeug überquert Verwerfungskämme und nutzt akustische Transponder und Druckmessgeräte, um das Gelände genau zu vermessen. Sowohl die Höhe des Rückens als auch das Ausmaß der Hebung deuten darauf hin, dass die Japan-Graben-Verwerfung eine koseismische Verschiebung von bis zu 80–120 Metern aufweist (der Wert hängt von der angenommenen Neigung der zugrunde liegenden Verwerfung ab).

Das Tauchboot ist in der Lage, bis zu einer Tiefe von 11.000 Metern zu tauchen, dem tiefsten Meeresboden der Welt, und wird daher als „Volltauchboot“ bezeichnet. Es ermöglichte Forschern mehr als zehn Jahre nach dem massiven Erdbeben erstmals Zugang zum Meeresboden des Japan-Grabens im Epizentrum. Ohne den Einsatz dieses Tauchbootes für In-situ-Beobachtungen wäre es unmöglich gewesen, Verwerfungsnarben im ultratiefen Ozean zu entdecken. Quelle: Niigata-Universität

Diese Schätzung ist größer als frühere Schätzungen der Verwerfungsverschiebung (ungefähr 65 Meter) entlang des Hangs auf der Westseite der Grabenachse. Sie glauben, dass der Grund für die übermäßige Verwerfungsverschiebung im Graben darin liegt, dass die Oberfläche der pazifischen Subduktionsplatte uneben ist, was die Geometrie und Stabilität der Verwerfung verändert und zu einer lokalen Verstärkung der Verwerfungsverschiebung führt.

Das schwere Erdbeben im Jahr 2011 wurde durch den Bruch und das Abrutschen der Plattengrenzstörung zwischen dem nordöstlichen Teil der japanischen Insel Honshu (Ochotskische Platte) und der abtauchenden Pazifischen Platte verursacht. Nach dem Erdbeben deuteten viele geodätische und geophysikalische Studien darauf hin, dass sich diese resonante Verwerfungsbewegung wahrscheinlich in den Graben ausbreitete. Da topografische Veränderungen durch oberflächennahe Verwerfungsbewegungen eine der Hauptursachen für Tsunamis sind, ist es wichtig, die Bedingungen in Tiefseegräben beim Erdbeben im Jahr 2011 genau zu verstehen. Aufgrund der Wassertiefe war es jedoch keinem Tauchfahrzeug (bemanntes oder ferngesteuertes Fahrzeug) möglich, den Boden des Japan-Grabens zu erreichen.

Diese Studie ist die erste, die die durch ein großes Grabenbeben verursachten Veränderungen in der Grabentopographie (einschließlich Verwerfungsrändern) beobachtet, visuell aufzeichnet und genau misst. Diese Forschungsergebnisse werden uns helfen, die Ursachen und Gefahren von Tsunamis zu verstehen, die durch Grabenbeben ausgelöst werden.

Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily