Reinhard Mittag, Leiter des Observatoriums Berggießhübel der TU Bergakademie Freiberg, erläutert Aufzeichnung und Entstehung des verheerenden Bebens mit Tsunami.
Das schwere Erdbeben mit Magnitude 8,9, das am 11. März 2011 den Nordosten Japans erschütterte, wurde auch am Seismologischen Observatorium Berggießhübel der TU Bergakademie Freiberg in seiner ganzen Bandbreite aufgezeichnet. Das Observatorium im Osterzgebirge gehört zum Institut für Geophysik und Geoinformatik. Seit mehr als 50 Jahren registriert die Station unter dem Code BRG Erdbeben aus den seismisch aktiven Gebieten der Erde.
Bereits am 22.Mai 1960 konnte die Station BRG das mit Magnitude 9,5 stärkste, jemals von Seismografen gemessene Erdbeben aus Chile registrieren. Das Observatorium ist in das weltweite Netz digitaler seismischer Stationen integriert und stellt kontinuierlich Daten zur Erfassung der globalen Seismizität sowie zur strukturellen Untersuchung des Erdkörpers bereit.
„Die Aufzeichnung des schweren Erdbebens in Japan sowie der Nachbebentätigkeit liefert wichtige Anhaltspunkte für die Entstehung und den Mechanismus der Erdbeben in diesem Gebiet sowie die ablaufenden geodynamischen Prozesse“, sagt Observatoriumsleiter Diplom-Geophysiker Reinhard Mittag. Er informiert über Details zum jüngsten Erdbeben in Japan:
Die von dem Magnitude 8,9 Erdbeben in Japan vom 11. März 2011 abgestrahlten seismischen Wellen erreichten die Station Berggießhübel bereits nach 12 Minuten um 5.58 Uhr Weltzeit und führten zu maximalen Bodenbewegungen von 8 mm am Registrierort. In der Folge wurde eine ganze Reihe heftiger Nachbeben mit Stärken bis zum Magnitudenwert 7 registriert (siehe Abbildung).
Ursache für das Erdbeben und den verheerenden Tsunami sind Plattenverschiebungen im Pazifischen Ozean, die im Bereich des Japanischen Grabens bis zu neun cm pro Jahr erreichen. Im konkreten Fall taucht die Pazifische Platte unter die Eurasische Platte, wobei durch die Reibung im Kontaktbereich große Spannungen akkumuliert werden. Wird der Reibungswiderstand überschritten, kommt es in diesem Bereich zum Bruch und in der Folge zu einer plötzlichen Verschiebung entlang der Plattenränder. Der eingeleitete Bruchprozess initiiert das Erdbeben, bei dem ein Spannungsabbau erfolgt und Reibungswärme freigesetzt wird. Bei starken Erdbeben kann dieser Prozess Bruchzonen von mehreren 100 km Ausdehnung erfassen, wobei die maximalen Verschiebungen entlang der Bruchflächen Beträge von über zehn Metern erreichen können.
Für das Hauptbeben in Japan wurde aus den Aufzeichnungen des global verteilten seismologischen Stationsnetzes eine ca. 240 km breite und 390 km lange Bruchfläche ermittelt. Ebenso konnte der Ausgangspunkt des Erdbebens (Epizentrum) in einer Tiefe von zirka 22 km mit einer Genauigkeit von wenigen Kilometern Abweichung ermittelt werden. Weiterhin wurde der Herdmechanismus des Erdbebens sowie ein repräsentativer Magnitudenwert von 8,9 berechnet (siehe Abb. 2 und 3).
Die steil einfallende Bruchfläche bewirkte sehr starke vertikale Bodenbewegungen über eine grofle Fläche am Meeresgrund, was einen starken Tsunami generierte. Die Ausbreitung der Wassermassen im Bereich des Pazifischen Ozeans erfolgte entsprechend den in Abb.4 dargestellten Geschwindigkeiten. Die durch das Erdbeben hervorgerufenen Erschütterungen im Landbereich sind in Karten maximal zu erwartender Beschleunigungswerte der Bodenbewegung dargestellt (Abb. 5).
Dem Hauptbeben gingen mehrere Vorbeben voran, die durch ein Erdbeben mit Magnitude 7,2 am südwestlichen Rand des Herdgebietes des Hauptbebens (Epizentrum mit rot umkreistem Herdgebiet in Abb. 3) am 9. März, 2:45 Uhr Weltzeit, eingeleitet wurden. Dem Hauptbeben am 11. März, 5:45 Uhr MEZ, folgten zahlreiche Nachbeben, von denen das stärkste mit Magnitude 6,8 bereits eine halbe Stunde danach am nordöstlichen Rand des Haupbebenherdgebietes auftrat (Epizentrum mit grün umkreistem Herdgebiet in Abb. 3). Die zeitliche und räumliche Verteilung der Erdbeben ist Abb.6 bzw. 7 zu entnehmen. Bezüglich des Spannungsabbaus im gesamten Herdgebiet ist davon auszugehen, dass die Nachbebentätigkeit noch über ein Jahr anhalten kann, wobei die Stärke und Häufigkeit der Erdbeben mit der Zeit abnehmen wird.
- Reinhard Mittag, Institut für Geophysik und Geoinformatik der TU Bergakademie Freiberg. Foto: Wolfgang Thieme
- Abb.1 Registrierung des Japanbebens am Observatorium Berggießhübel (links ist die Zeitskala in Weltzeit)
- Abb.2 Epizentrum des Erdbebens (EMSC)
- Abb.3 Herdfläche des Erdbebens sowie Epizentren des Vor- und Nachbebens (EMSC)
- Abb.4 Ausbreitung des Tsunamis
- Abb.5 Maximale Bodenbeschleunigungswerte
- Abb.6: Die zeitliche Verteilung der Erdbeben
- Abb. 7: Die räumliche Verteilung der Erdbeben
Hinweis: Die Abbildungen 2 und 3 stammen vom Europäischen Seismologischen Datenzentrum (EMSC,  Zur Website des EMSC).














