Die Erde wurde hier bewegt: Wissenschaftler entdecken direkte Beweise für die Auswirkungen eines Mega-Erdbebens unter dem Meer.

Diese vertikale Klippe besteht aus weichem Schlamm, der sich am Boden des Japan Grabens abgelagert hat und durch das Megabeben von 2011 um etwa 60 m angehoben wurde. Dies war das erste Mal, dass der Bruchabsatz eines grabentypischen Erdbebens beobachtet und visuell aufgezeichnet wurde. Kredit: Universität Niigata

Am 4. September 2022 begab sich der Geologe Hayato Ueda von der Universität Niigata zusammen mit Pilot Chris May auf eine U-Boot-Reise ins Herz des Japan Grabens, dem Epizentrum des katastrophalen Tohoku-oki Erdbebens und Tsunamis von 2011. Bei einer Tauchfahrt auf den Boden des Grabens in einer Tiefe von 7.500 Metern stießen sie auf eine 26 Meter hohe nahezu senkrechte Klippe auf der östlichen Seite eines 60 Meter hohen Bergrückens.

Frühere bathymetrische Untersuchungen von der Meeresoberfläche aus haben gezeigt, dass der Bergrücken vorher nicht existierte und kurz nach dem Megabeben mit einem Bruch an seiner östlichen Flanke erschien. Er und seine Kollegen auf dem Deck kamen daher zu dem Schluss, dass die Klippe einen sichtbaren Ausdruck einer katastrophalen Bewegung des Bruchs darstellte. Die Klippe bestand aus lockerem, weichem Schlamm. Der untere Hang unterhalb der Klippe war von reichlich vorhandenen Trümmern derselben weichen Schlammblöcke eingenommen, die offensichtlich von der Klippe stammten. Die beobachteten scharfen Bruchflächen und stark angewinkelten Kanten sowohl an der Klippe als auch an den Trümmern deuten auf einen sehr schnellen Spannungsanstieg hin, der die weichen Schlämme brach, bevor sie plastisch flossen. Dies unterstützt eine seismische Ursache der Klippe.

Das Fahrzeug überquerte den Bergrücken entlang des Bruchs und maß die Topographie genau mit einem akustischen Transponder und einem Druckmesser. Die Höhe und das angehobene Volumen des Bergrückens deuten beide auf einen seismischen Versatz des Bruchs von bis zu 80-120 m (der Wert hängt vom angenommenen Neigungswinkel des darunter liegenden Bruchs) im Japan Graben hin.

Dieses Fahrzeug hat die Fähigkeit, in eine Tiefe von 11.000 m, den tiefsten Meeresboden der Welt, abzutauchen, und wird daher als "Full-Depth-Unterseeboot" bezeichnet. Es ermöglichte es Forschern erstmals mehr als 10 Jahre nach dem Megabeben, das Epizentrum im Japan Grabenboden in der Nähe zu erreichen. Ohne eine In-situ-Beobachtung mit diesem U-Boot wäre der Bruchabsatz im ultra-tiefen Meer nicht entdeckt worden. Kredit: Universität Niigata

Diese Schätzung ist größer als der zuvor geschätzte Bruchversatz (~65 m) unterhalb des Hangs auf der Westseite der Grabenachse. Sie führten den überschüssigen Bruchversatz im Graben auf eine lokale Verstärkung aufgrund der ungleichmäßigen Oberfläche der abtauchenden Pazifischen Platte zurück, die die Bruchgeometrie und -stabilität modifiziert hat.

Das Megabeben von 2011 resultierte aus der Ruptur und dem Versatz des Plattengrenzbruchs zwischen der nordöstlichen Honshu-Insel Japans (Okhotsk-Platte) und der abtauchenden Pazifischen Platte. Nach dem Erdbeben haben viele geodätische und geophysikalische Untersuchungen darauf hingewiesen, dass sich diese seismische Bruchbewegung wahrscheinlich bis zum Graben ausgebreitet hat. Da topografische Veränderungen durch Bewegungen nahe der Oberfläche eine der Hauptursachen für Tsunamis sind, ist es wichtig, genau zu wissen, was sich im Tiefseegraben ereignete, als ein grabentypisches Erdbeben wie das Ereignis von 2011 auftrat. Aufgrund der großen Tiefe hatten jedoch keine Unterwasserfahrzeuge (weder bemannt noch ferngesteuert) Zugang zum Japan Grabenboden.

Diese Studie war das erste Mal, dass eine einzelne grabentypische Megabeben-Ereignis beobachtet, visuell aufgezeichnet und die topografische Veränderung (einschließlich der Bruchklippe) im Graben präzise gemessen wurde. Es wurde bestätigt, dass der Bruchversatz sicherlich bis zur Oberfläche beim Ereignis von 2011 vorgedrungen ist und es wurde geschlussfolgert, dass die Versatzmenge zumindest lokal so groß wie 100 m war. Diese Ergebnisse tragen zur Kenntnis von Entstehung und Gefahren von Tsunamis bei, die durch grabentypische Erdbeben ausgelöst werden.