Bei der Analyse starker Erdbebendaten in der Nähe von Verwerfungslinien entdeckte ein Forschungsteam der Universität Kyoto ein bisher unbekanntes Erdbebenphänomen: Wenn die Verwerfungsbewegung zwischen tektonischen Platten plötzlich aufhört, tritt ein Effekt auf, der einem „geologischen Schleudertrauma“ ähnelt. Die Entdeckung geht auf Wellenformen mit negativer Phase zurück, die die Forscher in seismischen Daten beobachteten, ein ungewöhnliches Muster, das bei bekannter Plattenaktivität nie zu erwarten war.
Die Studie ergab, dass sich der Boden in der Nähe der Verwerfungslinie während des Erdbebens nicht nur in eine Richtung bewegte, sondern darüber hinaus schoss – er bewegte sich zunächst in eine Richtung und prallte dann kurz und scharf in die entgegengesetzte Richtung ab. Dieses Phänomen ähnelt der Situation, in der sich die Karosserie aufgrund der Trägheit bei einer Notbremsung zunächst nach vorne neigt und dann aufgrund der Wirkung des Federungssystems nach hinten zurückprallt und die Passagiere in Richtung der Rückenlehne drückt. Die Studie entstand aus einem umfassenderen Bemühen, Erdbebenaufzeichnungen in der Nähe von Verwerfungen besser zu verstehen und sie im Hinblick auf Ursprungsprozesse zu interpretieren, sagte Jesse Keels, der Erstautor der Studie.
Diese Wellenformen mit negativer Phase können mit dem Ausmaß der Erdbebenschäden an der Oberfläche zusammenhängen, insbesondere bei großen Erdbeben mit Strike-Slip-Fehlern, da die Forscher anmerken, dass es besonders schwierig ist, Strukturen wie Gebäude so zu konstruieren, dass sie solchen Rückwärtsbewegungen standhalten. Eine Streik-Rutsch-Verwerfung ist eine vertikale oder nahezu vertikale Verwerfungsfläche, bei der sich die Felsblöcke auf beiden Seiten hauptsächlich in horizontaler Richtung bewegen. Im Pazifischen Feuerring, der etwa 90 % aller Erdbeben auf der Welt verursacht, kann das „Schleifen“ oder die Subduktion von nicht-vulkanischen tektonischen Platten entlang von Grenzen wie der San-Andreas-Verwerfung und der Queen-Charlotte-Verwerfung zu beträchtlichen Streik-Rutsch-Erdbeben führen.
Das Team kombinierte beobachtete Bodenbewegungen mit Modellvorhersagen, paarte seismische Beschleunigungen mit Satellitendaten und simulierte dann, wie ein so großes Erdbeben mit Erdrutsch auftreten würde, wenn es ein Hindernis gäbe, das plötzlich aufhörte, sich zu bewegen. Mit dieser Methode fanden sie heraus, dass negative Phasenwellen tatsächlich damit zusammenhängen, dass die Plattenbewegung die Grenze erreicht und die Bodenbewegung stoppt.
Die Forscher fanden auch einen Unterschied im starken „Stopp-Phasen-Signal“ zwischen plötzlichen und langsamen Stopps bei Erdbeben und eröffneten neue Wege zum Verständnis, wie sich die Physik einer solchen Bewegung auf die Bewegung über der Oberfläche auswirkt. Das Anhalten der Phase „erzeugt lange, schleudertraumaartige Bodenbewegungen“, was die Ingenieure vor einzigartige Herausforderungen stellt, erklärt das Team. Genau wie beim Bremsen eines Autos gilt: Je schneller das Erdbeben aufhört, desto stärker ist der rückwärtige Schleudertrauma-Effekt, den es erzeugt.
„Wir demonstrieren systematische Nahfeld-Beobachtungen der Beendigungsphase der Bodenbewegung bei großen Strike-Slip-Erdbeben“, schrieb das Forschungsteam in der Arbeit. „Die Analyse von 12 Erdbebenereignissen auf der ganzen Welt zeigt, dass vorübergehende Überschreitungen bei fehlerparallelen Oberflächenverschiebungen ein zuverlässiges diagnostisches Anzeichen für ein plötzliches Ende der Fehlerausbreitung sind.“ Die Forscher planen nun, den Umfang der Studie zu erweitern, um das Auftreten großer Erdbeben auf der ganzen Welt zu untersuchen und die Verhaltensmerkmale von Erdbeben während der Beendigungsphase besser zu verstehen. Bei Erdbeben, die durch Strike-Slip-Fehler verursacht werden, ist die Stärke von entscheidender Bedeutung, und ihre Stoppeigenschaften können uns dabei helfen, uns besser vor ihren Auswirkungen zu schützen. Die Forschung wurde in der Zeitschrift Science veröffentlicht.