Bauarbeiter errichten eine geoynamische Beobachtungsstation auf einer Anhöhe im Gebirge.

Was treibt Nachbeben an?

Verteilung der Nachbeben

Am 27. Februar 2010 erschütterte ein Erdbeben der Stärke 8,8 den Süden Zentralchiles in der Nähe der Stadt Maule. Das Hauptbeben erzeugte dabei an der Herdfläche einen Versatz von bis zu 16 Metern. Wie nach jedem starken Beben erschütterten zahlreiche Nachbeben mit tendenziell abnehmender Stärke noch über Monate die Region. Bei der Analyse der tektonischen Verschiebungen kamen Wissenschaftler zu einem erstaunlichen Ergebnis: Innerhalb von nur 420 Tagen nach dem Hauptbeben entstand durch nahezu bebenfreies Nachgleiten an der Grenzfläche der beiden Platten ein zusätzlicher Versatz von bis zu zwei Metern. Eine internationale Forschergruppe um Jonathan Bedford vom Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam untersuchte das Beben selbst sowie die anschließende Phase mit einem dichten Netzwerk von Messgeräten, darunter mehr als sechzig hochauflösende Stationen zur Positionsbestimmung. Die Messergebnisse und deren Auswertung stellen die Forscher nun in der Fachzeitschrift „Earth and Planetary Science Letters“ vor.

Die Nachbeben und das jetzt gefundene „stille“ Nachkriechen erweisen sich als Schlüsselgrößen zum Verständnis der Vorgänge nach einem starken Erdbeben. Die GPS-Daten in Verbindung mit seismologischen Daten ermöglichen erstmals eine vergleichende Analyse: Wird die Nachbebentätigkeit allein durch die Spannungsumlagerungen des Starkbebens gesteuert oder spielen weitere Mechanismen eine Rolle? „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die bisherigen Annahmen über den Spannungsabbau durch Nachbeben zu einfach sind,“ erläutert Bedford den neuen Befund: „Gebiete mit großen Spannungsumlagerungen korrelieren in allen Magnitudenklassen nicht wie bisher angenommen mit dem Auftreten von Nachbeben und als spannungsfrei vorhergesagte Bereiche zeigen überraschenderweise eine erhöhte seismische Aktivität.“

Erdbebenmechanismus an Plattengrenzen

Eine Schlussfolgerung daraus ist, dass lokale Prozesse an der Erdbebenfläche der abtauchenden tektonischen Platte stattfinden, die eine große Wirkung auf das lokale Spannungsfeld haben, die aber wiederum kein Signal an den GPS-Stationen an der Erdoberfläche erzeugen. Unter großem Druck stehende Fluide, also Flüssigkeiten in Erdkruste und Mantel, könnten ein Grund dafür sein. Man vermutet schon lange, dass durch das Haupt- und Nachbeben an der Herdfläche Wegsamkeiten erzeugt werden, in die wässrige Lösungen eindringen. Dadurch wird lokal das Spannungsfeld beeinflusst und Nachbeben können weitgehend unabhängig vom bruchgesteuerten Spannungsfeld auftreten. Die vorliegende Studie liefert Hinweise auf einen solchen Mechanismus. Methoden der dreidimensionalen seismischen Tomografie, die empfindlich auf Änderungen des Flüssigkeitsdrucks reagieren, bilden zusammen mit den genannten GPS-Messungen eine Möglichkeit, diese Prozesse und deren zeitlichen Verlauf abzubilden.

Das Hauptbeben wurde durch einen Bruch der Plattengrenze zwischen der Nazca-Platte und der Südamerikanischen Platte ausgelöst. Mit den Nachbeben gehen große Gefahren einher, weil diese oft annähernd so groß wie das Hauptbeben sein können und – im Gegensatz zum tieferen Bruchzentrum des Hauptbebens – in flacheren Bereichen der Erdkruste vorkommen könn