Weniger klar ist, ob die drei Beben der Stärke 7 in den letzten 80 Tagen Teil einer Kettenreaktion sind. Die Sequenz hat dennoch einige Fehler näher am Ausfall gelassen, sodass mehr Schocks möglich sind.
Von Shinji Toda, Ph.D., IRIDeS, Tohoku University, Sendai, Japan und Ross S. Stein, Ph.D., Temblor, Inc.
Zitat: Toda, S., Stein, R., 2021, Die jüngsten großen Beben in Japan sind Nachbeben des Tohoku-Erdbebens 2011, Temblor, http://doi.org/10.32858/temblor.175
Drei große Erdbeben haben in den letzten drei Monaten vor Sendai und Fukushima, Japan, geschlagen. Die ersten beiden, beide Magnituden-7,1, ereigneten sich am 13.Februar und 20. März. Die letzte, eine Magnitude-6,9, ereignete sich am 1. Mai. Die drei Beben schlugen innerhalb von 60 Meilen (100 Kilometer) voneinander entfernt ein und waren stark genug, um die großen Bevölkerungszentren im Norden von Honshu, Japans Hauptinsel, zu erschüttern. Dies waren nur einige der Tausenden von Beben, die die Region im letzten Jahrzehnt getroffen haben — seit dem Großen Erdbeben in Tohoku.
Die massiven und langlebigen Auswirkungen des Tohoku-Erdbebens
Das Ausmaß, in dem die Magnitude 2011-9.0 Tohoku Erdbeben verändert die seismische Landschaft im gesamten nördlichen Honshu und die Japan Graben ist wirklich erstaunlich. Sowohl Küsten- als auch Offshore-Gebiete weisen in den 10 Jahren nach dem Tohoku-Ereignis eine viel höhere Erdbebenrate auf als die 10 Jahre zuvor. Dies kann durch Vergleichen des Bereichs um jedes Epizentrum im rechten Bereich mit denselben Bereichen im linken Bereich unten gesehen werden. Noch heute liegt die Erdbebenrate deutlich über dem Niveau von vor 2011.
Wenn man die kumulative Anzahl von Erdbeben mit der Zeit (unten) darstellt, wird ein sofortiger Sprung und ‚Omori‘ -Zerfall gesehen, der typisch für Nachbeben ist. Omori Decay ist nach seinem Entdecker im Jahr 1894, Fusakichi Omori, benannt. Unmittelbar nach dem Tohoku-Erdbeben, das 62 Meilen (100 Kilometer) östlich der jüngsten Erschütterungen der Stärke 7 auftrat, stieg die Seismizitätsrate der Stärke 3,0 und größerer Beben um mehr als den Faktor 100. Im Februar 2021, als das erste in dieser neuesten Serie stattfand, war es immer noch fünfmal höher als vor dem Tohoku-Beben. Während der 90 Jahre vor dem Tohoku-Beben betrug die Rate der Magnitude-6,8 und größere Schocks in der obigen Box 0,58 pro Jahr; In den zehn Jahren seit dem Tohoku-Schock waren es 2.04 pro Jahr (3,5-mal höher) und in der kurzen Zeitspanne seit dem 13.Februar 13,5 pro Jahr (weitere 6,5-mal höher).
Unseres Erachtens werden diese Erhöhungen der Erdbebenrate durch die Coulomb-Spannungsübertragung vom Magnituden-9.0-Ereignis verursacht, das die umgebenden Fehler dem Versagen näher brachte (Toda et al., 2011). Die Coulomb-Spannungsänderungstheorie geht davon aus, dass das Lösen eines Fehlers oder das Erhöhen seiner Scherspannung — oder beides — das Versagen des Fehlers fördert; Das Klemmen oder Verringern der Scherspannung hemmt das Versagen. Studien haben gezeigt, dass dies viele Merkmale von Nachbeben und progressiven Nachbeben erklären kann (z. B. Harris, 1998; Stein, 1999).
Fielen die drei jüngsten Beben Dominosteine?
Wenn also die Magnitude-9 die jüngsten Magnitude-7-Beben förderte, förderten sie sich gegenseitig in einer Kettenreaktion? Hier werden die Beobachtungen rätselhafter. Wenn wir uns ansehen, wie die Seismizität in der Nähe der zukünftigen Beben vom 20. März und 1. Mai auf das Ereignis vom 13. Februar reagierte, sehen wir nichts, wie unten gezeigt (die blauen und roten Kurven zeigen keine Änderungen zum Zeitpunkt des Ereignisses vom 13. Februar). Aber nach dem Ereignis vom 20. März gab es am Ort des zukünftigen Ereignisses vom 1. Mai einen dreitägigen Ausbruch von Seismizität, obwohl er sich schnell wieder normalisierte (schwarze Kurve zum Zeitpunkt des Ereignisses vom 20. März).
Die Reaktion der Seismizität am zukünftigen Standort vom 1. Mai auf das Ereignis vom 20. März stimmt mit einem berechneten Spannungsanstieg überein (um etwa 0,25 bar). Als Referenz setzen wir etwa 7 bar Druck in unsere Fahrradreifen, so dass, während 0,25 bar klein ist, Studien zeigen, dass Erdbeben auf Spannungen von etwa 0,10 bar oder mehr reagieren. Das Fehlen einer Änderung der Seismizität nach dem Beben vom 13. Februar erstaunt uns dennoch, da wir berechnen, dass das Beben die Coulomb-Spannung auf Fehler in der Nähe des Ereignisses vom 1. Mai erhöht hat (um etwa 0.30 bar) und erhöhte die Belastung der Verwerfungen in der Nähe des Ereignisses vom 20. März leicht (um etwa 0,05 bar). Wir hätten also am 1. Mai und möglicherweise an beiden Standorten einen Anstieg der Seismizität erwartet.
Wir können die berechneten Spannungsänderungen mit Beachballs visualisieren, wie unten gezeigt (Toda und Stein, 2020). „Beachballs“ — technisch „Focal Mechanisms“ genannt – sind eine visuelle Darstellung der Orientierung und des Schlupfgefühls bei aktiven Fehlern. In der folgenden Abbildung bedeutet ein roter Beachball, dass ein bestimmter Fehler in unserer Berechnung aufgrund eines Erdbebens dem Versagen näher gebracht wurde; Ein blauer Beachball bedeutet, dass das Versagen gehemmt wurde. Jede Tafel in der Abbildung zeigt diese Übertragung von Stress von einem bestimmten Ereignis.
Elemente einer Kettenreaktion
Wir können getrost behaupten, dass alle drei Magnitude-7-Ereignisse Nachbeben des Magnitids-9 von 2011 sind.0 Tohoku Erdbeben. Seine Nachbeben-Sequenz ist noch lange nicht vorbei, und weitere große Ereignisse könnten auftreten, wenn auch wahrscheinlich nicht mit der Geschwindigkeit, die wir in den letzten 80 Tagen gesehen haben, was beispiellos ist.
Der Schock vom 13. Februar förderte die Stelle des Schocks vom 20. März leicht, aber es gab keinen nachweisbaren Anstieg der Seismizität. Die räumliche und zeitliche Nähe des zweiten Schocks zum ersten könnte also Zufall gewesen sein, oder wir haben seine Reaktion verpasst, weil die Erkennbarkeit kleiner Erdbeben vor der Küste begrenzt ist. Es gibt jedoch eine klare Seismizitätsantwort des zweiten Ereignisses auf das dritte, die mit seinem großen berechneten Spannungsanstieg übereinstimmt. Die Auslösung des dritten Bebens durch das zweite sieht also klar aus.
Die untere Tafel der letzten Abbildung zeigt, dass viele rote Beachballs übrig sind, insbesondere im Nordosten des 1. Mai-Ereignisses. Obwohl also das dritte Ereignis kleiner war als seine Vorgänger und obwohl die Bebenrate in dieser Sequenz extrem hoch ist, haben wir vielleicht nicht das Ende dieser außergewöhnlichen Sequenz gesehen.
Danksagungen. Wir danken JMA (Japan Meteorological Agency) und NIED (National Research Institute for Earth Science and Disaster Resilience) für die in dieser Studie verwendeten Daten.
Hardebeck, Jeanne L., Julie J. Nazareth und Egill Hauksson (1998), Das Modell zur Auslösung statischer Spannungsänderungen: Einschränkungen aus zwei Nachbeben in Südkalifornien, J. Geophys. Entschließung 103, doi: 10.1029/98JB00573.
Harris, Ruth A. (1998), Einführung in den speziellen Abschnitt: Stressauslöser, Stressschatten und Implikationen für seismische Gefahren, J. Geophys. Res., 103, 24347-24358, doi:10.1029/98JB01576.
Stein, Ross S. (1999), Die Rolle des Stresstransfers beim Auftreten von Erdbeben, Natur, 402, 605-609, doi.org/10.1038/45144
Toda, Shinji, Ross S. Stein und Jian Lin (2011), Weit verbreitete Seismizitätsanregung in ganz Zentraljapan nach dem Erdbeben von 2011 M = 9.0 Tohoku und seine Interpretation durch Coulomb-Stresstransfer, Geophys. Res. Lett. 38, doi:10.1029/2011GL047834.
Toda, Shinji und Ross S. Stein (2020), Lang- und kurzfristige Stressinteraktion der Ridgecrest-Sequenz 2019 und Coulomb-basierte Erdbebenvorhersagen, Bull. Seismol. Soc. Das habe ich., 110, 1765-1780, zwei: 10.1785/0120200169