Für die Erdbeben in Japan ist eine sogenannten Subduktionszone verantwortlich: Hier schiebt sich die Pazifische Kontinentalplatte mit einer Geschwindigkeit von etwa zehn Zentimetern pro Jahr unter die Philippinische und bildet den Japangraben. Es handelt sich dabei nicht um ein gleichmäßiges Geleiten, sondern es bauen sich Spannungen auf, die sich in Form von Erdbeben lösen. Die Platten ruckeln sich gleichsam vorwärts. Wie groß ein jeweiliger Ruck ist, hängt dabei von der aufgebauten Spannung und dem Material ab, dass sich der Bewegung entgegen stemmt. Im Fall des Bebens von 2011 war die Verwerfung gewaltig: 30 bis 50 Meter bewegte sich der Erdboden. Das verursachte die verheerende Welle, die nach dem Erdebenen über die Küste Japans hereinbrach.
Um herauszufinden, welche geologischen Besonderheiten für das Ausmaß der Verwerfung verantwortlich gewesen waren, hat ein internationales Forscherteam das „Japan Trench Fast Drilling Projekt” ins Leben gerufen. Die Geologen trieben von einem Bohrschiff aus drei Löcher ins Tiefengestein des Japangrabens, um das Material der Bruchzone des Erdbebens von 2011 untersuchen zu können. Die Ergebnisse haben die Forscher nun im Wissenschaftsmagazin „Science” veröffentlicht.
Eine schlüpfrige Schicht ließ die Kontinentalplatten kräftig rutschen
Sie fanden heraus, dass die Grenzschicht der beiden Kontinentalplatten im Bereich des Epizentrums extrem dünn ist: nur etwa fünf Meter. „Unserer Kenntnis nach ist das die dünnste Plattengrenze auf der Erde”, sagt Christie Rowe von der McGill University in Montreal. Beispielsweise sei die entsprechende Schicht im Fall der kalifornischen San-Andreas-Verwerfung mehrere Kilometer dick. Die Wissenschaftler entdeckten auch Hinweise darauf, dass es bei der Verschiebung im Rahmen des Erdbebens nur zu vergleichsweise wenig Reibungs gekommen ist: Einmal in Bewegung, rutschte es deshalb heftig. Das ergaben Analysen, die Rückschlüsse auf die Wärmeerzeugung zuließen, die bei der Reibung während der Verschiebung entstanden ist.
Die Ursache dafür zeigte sich bei der Analyse des Materials der dünnen Trennschicht: Es besteht aus einem extrem feinen Sediment. „Es ist der schlüpfrigste Ton, den man sich nur vorstellen kann”, sagt Rowe. Wenn man ihn zwischen den Fingern verreibt, fühlt er sich an wie ein Schmiermittel. Deshalb gab es bei der Bewegung im Rahmen des Erdbebens sehr wenig Reibungswiderstand und die gesamte Spannung konnte sich auf einen Schlag entladen. Robert Harris, einer der beteiligten Forscher von der Oregon State University, vergleicht den Effekt mit dem Gleiten von Langlaufskiern auf Schnee: „Im Ruhezustand kleben die Ski ein wenig am Schnee und es braucht eine gewisse Kraft, um sie in Bewegung zu setzen. Dann entsteht allerdings Wärme und bei der anschließenden Gleitbewegung entsteht weniger Widerstand”, erklärt der Geologe.
