Japan-Beben brachte Erde zum Schwingen

Abrupte Bruchvorgänge in der Erdkruste lösen seismische Wellen aus, die an der Erdoberfläche als Erdbeben wahrgenommen werden. Weniger bekannt ist hingegen, dass heftige Erdstöße zusätzlich den gesamten Planeten in Schwingungen versetzen können. Genau das geschah auch beim Erdbeben vom 11. März 2011 vor der japanischen Küste von Hunshu, das eine Stärke von 9,0 besaß. Das haben jetzt Beobachtungen eines deutschen Geowissenschaftlers ergeben.

„Man nennt dieses Phänomen Eigenschwingungen oder Freie Schwingungen der Erde“, erklärt Manfred Bonatz. Der mittlerweile emeritierte Professor hat im Süden Nordrhein-Westfalens das Geo-Observatorium Odendorf des Instituts für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn eingerichtet.

In einem ständigen Hin und Her verändert der Erdkörper geringfügig seine Form. Es handelt sich dabei um sehr komplexe Bewegungsvorgänge mit Perioden von etwa zwei Minuten bis zu etwa einer Stunde. Der Sachverhalt lässt sich laut Bonatz in gewisser Weise durch eine Glocke veranschaulichen, die mit einem Hammer angeschlagen und zum Tönen gebracht wird.

Die erste seismische Welle erreichte das Observatorium um 05:58:51UTC. Danach konnten jedoch wegen der großen Amplituden der einlaufenden seismischen Wellen während mehrerer Stunden keine auswertbaren Signale gewonnen werden, siehe Abb.1 (halbtägiger Registrierabschnitt, die langzeitigen Änderungen des Signalverlaufs haben keinen Bezug zu dem Erdbeben). So traten die Signale der Eigenschwingungen erst dann allmählich hervor, als die Energie der die Erde permanent umlaufenden und durchlaufenden seismischen Wellen allmählich abgenommen hatte. © Bonatz / Geo-Observatorium der Uni Bonn

Zwölf Minuten und 28 Sekunden Verzögerung

Die erste seismische Welle des um 06:46 Uhr Mitteleuropäischer Zeit ausgelösten Erdbebens erreichte das Observatorium in Odendorf mit zwölf Minuten und 28 Sekunden Verzögerung. „Danach konnten wegen der großen Amplituden der einlaufenden seismischen Wellen während mehrerer Stunden keine auswertbaren Signale mehr gewonnen werden“, berichtet Bonatz. Die Signale der Eigenschwingungen wurden erst sichtbar, als die Energie der die Erde permanent umlaufenden und durchlaufenden seismischen Wellen allmählich abgenommen hatte.

Die mittlere Schwingungsperiode betrug nach den Messungen des Wissenschaftlers etwa 6,5 Minuten. Die vertikalen Bodenbewegungen lagen zu Beginn der Beobachtung bei einigen Zehntel-Millimetern. Etwa 50 Stunden nach dem Beginn des Erdbebens waren die Ausschläge soweit abgeklungen, dass sie nicht mehr detektiert werden konnten.

Abb. 2 zeigt exemplarisch den beobachteten zeitlichen Verlauf der Eigenschwingungen des Erdkörpers während eines Zeitraums von zwei Stunden, an einigen Stellen überlagert durch Sekundärphänomene. Die mittlere Schwingungsperiode beträgt etwa 6,5 Minuten. Die zugeordneten vertikalen Bodenbewegungen lagen zu Beginn der Beobachtung bei einigen Zehntel-Millimetern. Etwa 50 Stunden nach dem Erdbebenbeginn waren die Ausschläge in den Bereich der Detektionsschwelle abgeklungen. © Bonatz / Geo-Observatorium der Uni Bonn

Keine Gefahr durch Eigenschwingungen des Erdkörpers

„Natürlich geht von den Eigenschwingungen des Erdkörpers keine Gefahr aus, dafür sind die Bodenbewegungen zu gering“, sagt Bonatz. Die Vorgänge seien jedoch wissenschaftlich von großer Bedeutung, da sie wesentliche Informationen über physikalische Eigenschaften des Erdkörpers enthalten.

Das Geo-Observatorium in Odendorf ist eine Außenstelle des Instituts für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn. Es dient der Erfassung tektonischer Effekte und der zeitlichen Veränderungen der Schwere der Erde. Dabei arbeitet das Observatorium mit anderen wissenschaftlichen Institutionen zusammen.

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(Universität Bonn, 16.03.2011 – DLO)