Verfolgung riesiger Erdbeben im Ring of Fire

Heute vor genau zehn Jahren, am 11. März 2011, wurde Japan unerwartet von einem der schwersten Erdbeben der Geschichte heimgesucht, was zu einer Katastrophe führte. Das Tohoku-oki-Erdbeben verzeichnete 9,0 auf der aktuellen Magnitudenskala (Mw) – ein genauer wissenschaftlicher Hinweis auf die Stärke von Erdbeben: Es löste einen Tsunami von enormer zerstörerischer Kraft aus, der Tausende von Menschen tötete und zu einer nuklearen Katastrophe in Fukushima führte. Kernkraftwerk Daiichi. Kleinere Erdbeben sind in Japan keine Seltenheit, da sich das Land am sogenannten pazifischen Feuerring befindet, einer sehr aktiven tektonischen Zone. „Dort kann das gesamte Spektrum möglicher seismischer Prozesse untersucht werden. Starke Erdbeben, dh Erdbeben mit einer Momentstärke von neun oder mehr, sind für uns von besonderem Interesse. Die Prozesse, die zu solch schweren Erdbeben führen, und ihre Häufigkeit sind noch nicht vollständig verstanden “, sagt Michael Strasser, Leiter der Arbeitsgruppe Sedimentgeologie am Institut für Geologie und am Zentrum für wissenschaftliche Analyse der Universität Innsbruck. Die Expedition wird von Strasser mit Dr. Ken Ikehara vom Nationalen Institut für fortgeschrittene industrielle Wissenschaft und Technologie (AIST) in Japan geleitet. „Um die Ursachen und die Häufigkeit von riesigen Erdbeben besser zu verstehen, werden wir Tiefseekerne als prähistorischen Seismographen verwenden. In Sedimentsequenzen in der Tiefsee können wir Deformationsstrukturen finden, die durch vergangene starke Erdbeben ausgelöst wurden, und ihre Intensität und Häufigkeit weit in der Vergangenheit rekonstruieren “, erklärt der Geologe. Eine genauere Untersuchung dieser geologischen Vergangenheit ist nun das Ziel der Expedition 386 „Paläoseismologie der Gräben Japans“ des International Ocean Discovery Program (IODP). Ein Team von Wissenschaftlern wird am 13. April 2021 den Hafen der Stadt Yokusuka an Bord des Forschungsschiffs Kaimei in Richtung Japan Trench verlassen. Michael Strasser wird der wissenschaftliche Co-Leiter der Expedition sein – zunächst von seinem „Hauptsitz“ an der Universität Innsbruck aufgrund der Pandemie in den ersten Wochen. Dr. Ken Ikehara ist auf dem Schiff in Japan.

8 Kilometer unter der Meeresoberfläche

Der Pacific Ring of Fire ist ein 40.000 Kilometer langer Gürtel um den Pazifik auf drei Seiten. Die meisten Erdbeben und Erdbeben auf der Erde ereignen sich entlang dieses Rings. Der Grund dafür sind sogenannte Subduktionszonen, in denen sich die ozeanischen Teile der Erdkruste biegen und unter umkippenden Erdplatten bewegen. Dabei wird die elastische Verformung, die sich durch die gesamten tektonischen Bewegungen der Platten über einen längeren Zeitraum angesammelt hat, bei sogenannten Subduktionszonen- oder Megathrust-Erdbeben plötzlich gelöst. Diese Erdbeben in der Subduktionszone und die damit verbundenen Tsunamis – wie das Erdbeben in Sumatra (2004) und das Erdbeben in Tohoku-oki (2011) – sind große Naturgefahren mit potenziell katastrophalen Folgen für Menschen und Menschen. Infrastruktur. „Da die tektonischen Platten der Erde ständig in Bewegung sind, werden solche Erdbeben erneut auftreten. Die instrumentellen und historischen Daten reichen jedoch nicht aus, um die Unsicherheiten bei der Beurteilung des Erdbebenrisikos entlang der Grenzen der Subduktionsplatten zu verringern “, so Michael Strasser. Die IODP-Expedition untersucht derzeit Sedimentablagerungen in bis zu acht Kilometer tiefen Becken am Boden des Japan-Grabens. Diese Becken wurden durch die Abwärtsbiegung der terrestrischen pazifischen Ozeanplatte entlang der Subduktionszone des Japan-Grabens gebildet und gelten als ideale Standorte für die Untersuchung vergangener Erdbeben. „Diese ultratiefen Wasserbecken gehören zu den tiefsten und am wenigsten erforschten Umgebungen der Erde, aber sie sind die Endsenke für die durch Erdbeben ausgelöste Remobilisierung von Sedimenten und bieten eine hervorragende kontinuierliche Aufzeichnung von Ereignissen. Vergangene Erdbeben“, sagt Co-Chefwissenschaftler Michael Strasser (Universität Innsbruck, Österreich). „Es ist, als ob es sich bei der Sedimentaufzeichnung um einen Ultra-Tiefwasser-Seismographen handelt, der in der Vergangenheit über Zehntausende von Jahren hinweg signifikante Erdbeben aufgezeichnet hat. Das jüngste riesige Tohoku-oki-Erdbeben von 2011 und die älteren Megapulver-Erdbeben, die in der japanischen Geschichte dokumentiert sind, ermöglichen es uns, diesen „natürlichen Seismographen“ zu kalibrieren, um diese tiefen Sedimentaufzeichnungen vergangener Erdbeben zu enträtseln “, sagt Strasser.

100.000 Jahre in der Vergangenheit

Um die Informationen aus den Sedimenten zu entwirren, wird bei dieser IODP-Expedition erstmals ein sogenannter Riesenkolben-Corer eingesetzt, der vom Forschungsschiff Kaimei eingesetzt wird. Ziel ist es, Sedimentproben aus den letzten 50.000 bis 100.000 Jahren zu erhalten. Karotten werden an verschiedenen Orten entlang des gesamten japanischen Grabens (36 bis 41 Grad nördlich) gesammelt. „Auf diese Weise können wir die zeitliche und räumliche Verteilung vergangener Erdbeben entlang der gesamten Grabensubduktionszone Japans untersuchen, einschließlich der verschiedenen Erdbebenversagensegmente, die möglicherweise in einen Riesen eingebrochen sind oder nicht.“ sagt Co-Chefwissenschaftler Ken Ikehara (Nationales Institut für fortgeschrittene industrielle Wissenschaft und Technologie, Japan). „Dies wird beispiellose Langzeitbeobachtungsdaten liefern, um Erdbebenrezidivmuster – wie zyklische oder Cluster- oder zufällige Ereignisse – für eine zuverlässige Risikobewertung einzuschränken und uns zu helfen, zu verstehen, warum sich einige Erdbeben stören. Megatrusts breiten sich aus, um riesige Erdbeben zu erzeugen, während andere dies tun.“ nicht. sagt Dr. Ken Ikehara vom AIST (Nationales Institut für fortgeschrittene industrielle Wissenschaft und Technologie) in Japan.

Forschungsschiffe Kaimei und Chikyu

35 Wissenschaftler aus verschiedenen geowissenschaftlichen Disziplinen aus Österreich, Deutschland, Australien, China, England, Finnland, Frankreich, Indien, Japan, Korea, Schweden und den Vereinigten Staaten nehmen an der IODP 386-Expedition „Japan Trench Paleoseismology“ teil. Vier dieser Wissenschaftler werden nun am 13. April zusammen mit der Schiffsbesatzung und dem technischen Team aus Japan an Bord des Kaimei-Forschungsschiffs gehen. Nach der Offshore-Phase dieses Frühlings wird sich das gesamte wissenschaftliche Team im Herbst zum ersten Mal an Bord des Chikyu-Bohrschiffs treffen. Die Laborinfrastruktur dieses Schiffes wird dann verwendet, um die Sedimentkerne zu analysieren, die beim Andocken am Hafen erhalten wurden. Die zurückgehaltenen Kerne werden der internationalen Forschungsgemeinschaft zur weiteren Untersuchung zur Verfügung gestellt.

Die Expedition wird vom Europäischen Konsortium für Bohrungen zur Meeresforschung (ECORD) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Meereserdeforschung und -technik (MarE3) / Japanische Agentur für Meereserdeforschung und -technologie (JAMSTEC) im Rahmen des Internationalen Ozeans durchgeführt Erkennungsprogramm (IODP). Das IODP ist ein internationales Meeresforschungsprogramm, das derzeit 23 Länder umfasst. Die Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist die Organisation, die den Beitritt Österreichs zu ECORD und IODP unterstützt.