Dynamik von Mega-Erdbeben und Tsunamis aufgedeckt

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Die stärksten Erdbeben der Erde entstehen in sogenannten Subduktionszonen, in denen eine Erdplatte unter eine andere abtaucht und es zu großen tektonischen Störungen kommt. Trotz großer Fortschritte in der Erdbebenüberwachung und bei den Warnsystemen können Geowissenschaftler Erdbeben bisher nur schwer vorhersagen. Dies gilt insbesondere für Tsunami auslösende Seebeben in Subduktionszonen, da hierfür nur wenige Daten vorliegen. Die LMU-Geophysiker Thomas Ulrich und Alice-Agnes Gabriel haben nun in Zusammenarbeit mit Elizabeth Madden (Universität Brasília) drei regionale Schlüsselfaktoren identifiziert, die die Erdbebendynamik und das Potenzial zur Entstehung großer Tsunamis an Subduktionszonen steuern.

Die Forscher analysierten hochmoderne Multiphysik-Simulationen des Sumatra-Andaman-Erdbebens und des folgenden Tsunamis im Jahr 2004 mit Hilfe des leistungsstarken Supercomputers SuperMUC-NG in Garching, Deutschland. In die Simulationen gingen sowohl Daten zu langfristigen plattentektonischen Bewegungen als auch physikalische Informationen zum Bruch- und Bewegungsverhalten von Gestein ein. Die Studie liefert das erste vereinheitlichte und physikalisch fundierte Modell, das die physikalischen Prozesse während des Erdbebens sowie das Wachstum und die Ausbreitung des bis zu 30 Meter hohen Tsunamis erklären kann. Entscheidend war, dass das Modell die komplexe Verwerfungsgeometrie und das unterschiedliche Gesteinsverhalten in der Nähe dieser Verwerfungen in drei Dimensionen berücksichtigt. Dabei zeigte sich, dass die Dynamik von Subduktionsbeben und die Entstehung von Tsunamis durch räumliche Variationen der tektonischen Kräfte sowie durch die Steifigkeit und Festigkeit der lokalen Gesteine gesteuert werden. Den Autoren zufolge kann die Studie dazu beitragen, Erdbeben und Tsunamis künftig besser vorherzusagen.

Thomas Ulrich, Alice-Agnes Gabriel & Elizabeth H. Madden: Stress, rigidity and sediment strength control megathrust earthquake and tsunami dynamics. Nature Geoscience 2022