Dreidimensionale Bewegungen der Erdoberfläche, die während und nach starken Erdbeben stattfinden, werden seit einigen Jahren durch ein immer dichteres Netz von permanent installierten GPS-Empfängern hochgenau aufgezeichnet. Ein Forschungsprojekt am Institut für Geologie der Leibniz Universität Hannover hat anhand solcher Messungen nun erstmals detaillierte Computermodelle von seismisch aktiven Bruchzonen erstellt. "Damit können sowohl die abrupten Bewegungen während eines Erdbebens, aber auch langsame, über viele Jahre ablaufende Bewegungen nach einem Beben simuliert werden", erläutert Projektleiterin Prof. Andrea Hampel. Die Kombination der Computermodelle mit den Oberflächendaten sowie herkömmlichen seismologischen Messungen erlauben den Wissenschaftlern deutlich detailliertere Rückschlüsse auf die Vorgänge während des Bebens.

Die Daten der GPS-Stationen, die in den Erdbebengebieten stehen, sind den hannoverschen Geologen über Publikationen in wissenschaftlichen Fachzeitschriften zugänglich. Zu den ersten mit GPS aufgezeichneten Erdbeben gehören zwei starke Beben im Jahr 2003 in Taiwan und in den italienischen Apenninen im Jahr 2009. Im Gebiet um die Bruchzonen, die 40-50 Kilometer lang sind, haben GPS-Stationen die Bewegungen der Erdkruste aufgezeichnet. Die fest im Untergrund verankerten Stationen überleben Erdbeben meist unbeschadet.

Das Team um Prof. Hampel hat die Daten der beiden Erdbeben miteinander verglichen und deutliche Unterschiede in der Geschwindigkeit und der Richtung der Krustenbewegungen festgestellt, die bislang nicht begründet werden konnten. Mithilfe von Computersimulationen konnten die Bewegungsmuster erklärt werden; eine entsprechende Studie wurde in der Märzausgabe Fachzeitschrift "Geology" veröffentlicht. Anhand der unterschiedlichen Bewegungsmuster haben die Wissenschaftler zwei verschiedene Typen von Erdkrustenverschiebungen charakterisiert. "Diese Unterschiede in den Mustern hat man vorher noch nicht gesehen, weil entsprechende GPS-Daten für die beiden unterschiedlichen Störungstypen nicht zur Verfügung standen", sagt Prof. Hampel.

Durch die Computersimulationen sind zudem Rückschlüsse auf die Nachbarbereiche des aktuellen Erdbebens möglich. "Wir wollen herausfinden, ob in der Umgebung Erdbeben gefördert oder aber die Spannungen in den Nachbarbereichen eher abgebaut und dadurch Beben verzögert werden", sagt Andrea Hampel.

In dem Projekt ist erstmalig ein umfassendes flächenhaftes Bild der Deformation während und nach einem Erdbeben erstellt worden. Die Ergebnisse helfen, die beobachteten Oberflächenbewegungen mit den Prozessen in der Tiefe zu korrelieren. Aus der Geschwindigkeit der Krustenbewegungen, die nach dem Erdbeben noch einige Jahre anhalten, sind zum Beispiel wichtige Erkenntnisse über die Festigkeit der tieferen Erdkruste möglich. Ziel ist es unter anderem, Erdbebenzyklen für die betroffenen Gebiete modellieren zu können.

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