Segmentation of the Andaman–Sumatra forearc and implications for great-earthquake rupture

Der Meeresboden ist keine einzelne, feste Schale, sondern ein Mosaik aus massiven Platten, die langsam aneinander vorbeigleiten. Wo diese Platten kollidieren, schiebt sich eine oft unter die andere, ein Prozess, der als Subduktion bezeichnet wird. Dieses Aneinanderreiben erzeugt enorme Reibung und speichert über Jahrhunderte hinweg Energie, die schließlich in Form von Erdbeben freigesetzt wird. Wenn diese Beben unter dem Ozean auftreten, können sie riesige Wassermengen verdrängen und dadurch Tsunamis auslösen, die ganze Ozeane durchqueren. Die Region, in der der Indische Ozean auf die Inseln von Sumatra und das Andamanenmeer trifft, ist einer der aktivsten und gefährlichsten Orte der Erde. Hier bewegen sich die Platten in einem Winkel, oder schräg, zur Küstenlinie. Dieser Winkel teilt die Bewegung in zwei Teile auf: einen, der die Platten zusammenpresst, und einen anderen, der sie seitlich aneinander vorbeigleiten lässt. Wissenschaftler versuchen schon lange zu verstehen, wie diese komplexe Bewegung zwischen den tiefen Verwerfungslinien und der darüber liegenden Kruste aufgeteilt wird und warum das massive Erdbeben von 2004, das über 200.000 Menschen tötete, sich von einem Ende des Bruchs zum anderen so unterschiedlich verhielt.

Jahrzehntelang nahmen Forscher an, dass der gesamte Streifen des Meeresbodens von der Südspitze Sumatras bis zu den Andamanen-Inseln als ein einziges, starres Stück Kruste fungierte. Sie glaubten, dass das Erdbeben von 2004 ein einzelnes, kontinuierliches Ereignis war, das diesen gesamten Abschnitt auf einmal aufbrach. Eine neue Studie eines Teams von Geowissenschaftlern stellt diese lang gehegte Ansicht jedoch infrage. Durch die Kombination präziser Messungen der heutigen Bodenbewegungen mit den Richtungen vergangener Erdbebenausgleitungen entdeckten die Forscher, dass diese Annahme nicht korrekt war. Sie fanden heraus, dass die Kruste in dieser Region tatsächlich in zwei unterschiedliche, bewegliche Teile unterteilt ist, die durch eine verborgene Grenze nahe der Nikobaren-Inseln getrennt sind. Diese Entdeckung verändert unser Verständnis der Mechanik der Katastrophe von 2004 und enthüllt eine bisher übersehene Verwerfungslinie, die eine erhebliche zukünftige Bedrohung darstellen könnte.

Das Team erstellte ein detailliertes Modell der Region, das sich von südlichem Myanmar bis hinunter nach Java erstreckt. Sie speisten zwei Arten von Realweltdaten in ihr Computermodell ein: das langsame, stetige Driften des Landes, das durch Satelliten gemessen wird, und die spezifischen Richtungen, in denen sich der Boden während tausender aufgezeichneter Erdbeben verschoben hat. Das Modell arbeitete wie ein Puzzlespieler, der versucht, die Anordnung der beweglichen Blöcke zu finden, die all diese Beobachtungen am besten erklärt. Die Ergebnisse waren eindeutig: Ein einzelner, kontinuierlicher Krustenblock konnte die Daten nicht erklären. Stattdessen erforderte das Modell einen Bruch in der Kruste nahe der Nikobaren-Inseln, einen Ort, den die Autoren als „Nicobar Neck“ (Nikobaren-Hals) bezeichnen. Südlich dieses Punktes bewegt sich die Kruste in eine Richtung und mit einer bestimmten Geschwindigkeit, während sie sich nördlich davon anders bewegt. Das Erdbeben von 2004 brach nicht einfach eine einheitliche Platte auf; es war ein zusammengesetztes Ereignis, das über diese verborgene Grenze sprang und zwei separate Mikroplatten rupturierte, die auf unterschiedliche Weise mit Spannung belastet wurden.

Diese Grenze ist nicht nur ein mathematisches Ergebnis; sie wird durch physische Beweise gestützt, die in der Schwerkraft der Erde verborgen liegen. Die Forscher analysierten den Gravitationszug der Kruste in diesem Gebiet und fanden genau dort, wo ihr Modell die Grenze platzierte, einen deutlichen Tiefpunkt. Diese geringe Schwerkraft deutet darauf hin, dass das Gestein hier weniger dicht ist als in den umliegenden Gebieten, wahrscheinlich weil es zerklüftet, mit Fluiden gefüllt oder chemisch verändert ist. Es fungiert als Schwachstelle, eine Zone, in der die Kruste mechanisch schwächer und leichter zu brechen ist. Diese Schwäche hilft zu erklären, warum das Erdbeben von 2004 seinen Charakter änderte, während es nach Norden wanderte. Im südlichen Teil der Ruptur bewegte sich der Boden hauptsächlich gerade in Richtung des Grabens, aber als die Ruptur den Nicobar Neck überquerte, wurde die Bewegung eher seitwärts und die Energiefreisetzung wurde weniger intensiv. Die Grenze fungierte als natürliche Trennung, die die zwei unterschiedlichen Verhaltensweisen des Erdbebens voneinander abgrenzte.

Vielleicht ist die überraschendste Erkenntnis die betreffend eine Verwerfungslinie, die vor der Küste verläuft und parallel zur Sumatranischen Verwerfung an Land liegt. Das Modell zeigt, dass diese Unterwasserverwerfung, die die Forscher als Andaman–Nicobar-Verwerfung bezeichnen, mit einer Rate von etwa 39 Millimetern pro Jahr wandert. Dies ist doppelt so schnell wie die berühmte Sumatranische Verwerfung auf der Insel selbst. Trotz dieser schnellen Bewegung hat diese Verwerfung noch nie ein großes, aufgezeichnetes Erdbeben hervorgerufen. Dies erzeugt ein Rätsel: Wohin geht die Energie? Die Verwerfung könnte langsam und geräuschlos gleiten, ein Prozess, der als „Creep“ (Kriechen) bekannt ist, welcher Spannung freisetzt, ohne den Boden zu erschüttern. Alternativ könnte die Bewegung über viele kleinere, nicht kartierte Risse verteilt sein. Oder die Verwerfung könnte fest verkeilt sein und lautlos eine massive Menge an Spannung aufbauen, die noch nicht freigesetzt wurde. Falls die Verwerfung verklemmt ist, stellt sie eine erhebliche, uncharakterisierte Gefahr dar. Ein plötzlicher Bruch hier könnte einen lokalen Tsunami auslösen, da das flache Wasser des Andamanenmeeres die Auswirkungen jeglicher vertikalen Bewegung verstärken würde.

Die Auswirkungen dieser Studie reichen weit über akademische Neugier hinaus. Jahrelang behandelten Gefahrenmodelle für diese Region den gesamten Randbereich als eine einzige Einheit und gingen davon aus, dass ein massives Erdbeben die gesamte Länge auf einmal aufreißen könnte. Dieser neue Rahmen legt nahe, dass das System komplexer ist. Das Ereignis von 2004 war keine Anomalie, die die Regeln brach; es war ein Beweis dafür, wie das System tatsächlich funktioniert, indem es eine Grenze überquerte, die unbemerkt geblieben war. Die Existenz des Nicobar Neck bedeutet, dass die Spannung, die im Süden aufgebaut wird, nicht notwendigerweise dieselbe ist wie die Spannung, die im Norden aufgebaut wird. Es hebt auch die Gefahr der Offshore-Andaman–Nicobar-Verwerfung hervor, die eine enorme Menge an Bewegung trägt, aber weitgehend bei der Sicherheitsplanung ignoriert wurde. Durch die Anerkennung, dass diese Region aus zwei unterschiedlichen beweglichen Teilen besteht, können Wissenschaftler nun bessere Modelle entwickeln, um vorherzusagen, wo die nächsten großen Erdbeben stattfinden könnten und wie groß sie sein könnten. Der Tsunami von 2004 war eine Tragödie, die unser Verständnis der Welt verändert hat, aber diese neue Forschung deutet darauf hin, dass selbst nach zwei Jahrzehnten noch grundlegende Geheimnisse in der tiefen Erde darauf warten, entdeckt zu werden.