Die Nachbebenprognose für Kalifornien

USA – 20 Jahre hatten die nationale Geologiebehörde, das United States Geological Survey (USGS), sowie zahlreiche lokale Institute und Universitäten Zeit, sich auf den Ernstfall vorzubereiten. Verschiedene wissenschaftliche Modelle wurden entwickelt und in den letzten Jahren nach und nach eingeführt, die möglichst schnell ein deutlich detaillierteres Bild der Folgen eines Erdbeben projizieren sollen. Neben einer (für Kalifornien) extrem detaillierten und derart weltweit einzigartigen Intensitätsberechnung (ShakeMap) gibt es inzwischen auch Prognosen, wo und in welchem Umfang Bodenverflüssigung und Erdrutsche auftreten können. Während diese beiden Faktoren aufgrund der Epizentrallage in einer relativ ebenen Wüstenregion zunächst vernachlässigt werden können, hat ein weiteres Feature sowohl in Kalifornien, als auch weltweit Schlagzeilen gemacht: Die Nachbebenprognose.

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Schlagzeilen deswegen, weil Falschinterpretationen in manchen Fällen zu der Annahme führten, dass es eine echte Warnung vor weiteren, noch stärkeren Erdbeben gebe. Daher an dieser Stelle eine kurze Erklärung zur USGS-Nachbebenprognose und wie die entsprechenden Werte einzuordnen sind:

Grundsätzlich ist zu sagen, dass es sich bei der Nachbebenprognose um ein statistisches Modell handelt. Das heißt, es liegen, anders als in so mancher Interpretation gemutmaßt, keine Wunderinstrumente vor, die erlauben, zukünftige Erdbeben zu vorhersagen. Die Datenbasis sind lediglich solche Erdbeben, die bereits passiert sind, nämlich im Zeitraum von 1933 bis 1989 in Südkalifornien.
Für diese Erdbeben entwickelten die Seismologen Paul Reasenberg und Lucy Jones in den 90er Jahren eine statistische Analyse der Nachbebensequenzen. Das heißt: Wann und wie oft sind Nachbeben bestimmter Stärke nach einem Hauptbeben bestimmter Stärke aufgetreten. Anders als in den vergangenen 20 Jahren (#Erdbebendürre) kam es in diesem Zeitraum in Kalifornien zu zahlreichen starken Erdbeben, die eine recht große Datengrundlage zur Verfügung stellten. Zudem erlaubte die bereits vorhandene Dichte an seismologischen Messinstrumenten eine recht genaue Registrierung der Nachbeben.

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Unter Verwendung der älteren Modelle von Omori und Gutenberg-Richter, die die statistische Häufigkeit von Nachbeben, Erdbebensequenzen, bzw. die langfristige Häufigkeit von Erdbeben beschreiben, konnten so mathematische Modelle entwickelt werden, die den Verlauf einer Nachbebensequenz beschreiben und berechnen. Als Eingangsdaten werden dazu die Erdbebenparameter (u.a. Magnitude) benötigt, sowie fünf regionale Konstanten, die sich zum einen aus den Reasenberg-Jones-Berechnungen ableiten, zum anderen aber auch in Echtzeit auf Basis der aktuellen Nachbebensituation angepasst werden können. Die statistischen Abweichungen dieser Prognose erlauben so eine Schätzung, wie wahrscheinlich ein Erdbeben bestimmter Stärke in einem bestimmten Zeitraum ist. Oder anders formuliert: Wie viele der Modellrechnungen mit leicht veränderten Parametern (Unsicherheiten) ergeben das Auftreten eines solchen Erdbebens bis zu diesem Zeitpunkt?

Für das Ridgecrest-Erdbeben am Donnerstag ergibt sich somit, Stand: 5. Juli, 7.30 Uhr MESZ, eine Wahrscheinlichkeit von immerhin 9%, dass in den kommenden sieben Tagen ein weiteres Beben mit Stärke 6 auftritt. Bei einem ein-Jahres-Zeitraum sind es 21%, berücksichtigend, dass bei fortschreitender Zeit die Wahrscheinlichkeiten aufsummiert werden (schließlich liegen die nächsten sieben Tage auch innerhalb des nächsten Jahres). Im Umkehrschluss heißt das aber auch, dass 91% der Modellrechnungen kein Erdbeben dieser Stärke innerhalb einer Woche erwarten.

Abb. 1: Lokalisierung der Nachbeben des Ridgecrest-Erdbebens und Verlauf bekannter Störungszonen in der Umgebung. (Daten und Grafik: USGS / Google Earth, Stand: 5. Juli, 7.50 Uhr MESZ)

Wie sind diese Werte also zu interpretieren?

In der Regel gilt: Nach jedem großen Erdbeben können starke Nachbeben auftreten, was aber recht unwahrscheinlich ist. Jedes große Erdbeben kann aber auch ein Vorbeben sein, wofür die Wahrscheinlichkeit aber nochmals geringer ist. Das heißt: Grundsätzlich neu ist die Kernaussage nicht, wir haben nun lediglich eine Bezifferung eben dieser Wahrscheinlichkeit in nahezu Echtzeit (was zum Beispiel die neuseeländische Behörde GeoNet auch schon seit einigen Jahren für große, heimische Erdbeben macht).
9% für ein Nachbeben der Stärke 6 innerhalb einer Woche scheinen zwar relativ hoch, doch reicht ein Blick in die jüngere Erdbebengeschichte Kaliforniens, um diesen Wert nachvollziehen zu können: Viele der größeren Beben hatten relativ starke Nachbeben, was vor allem daran liegt, dass mehrere Störungen beim jeweiligen Hauptbeben aktiv gewesen sind, es dadurch viele benachbarte (oder übersprungene) Störungssegmente gibt, an denen das Hauptbeben durch Spannungsauflast ein kommendes Erdbeben (Nachbeben) sehr wahrscheinlich gemacht hat.

Auch in diesem Fall haben wir es mit einem Erdbeben zu tun, das aus dem Bruch mehrerer Störungen resultierte, wie die Verteilung der bisherigen Nachbeben zeigte. Da die gesamte umliegende Region von kleinen Störungszonen durchzogen ist, sind viele potentielle Kandidaten für weitere große Erdbeben in naher Zukunft gegeben, sodass die Wahrscheinlichkeit hoch ist, in naher Zukunft in der selben Region ein weiteres großes Erdbeben zu sehen. Ob dies dann tatsächlich innerhalb einer Woche passiert, oder später, ist nicht abzusehen. Hier greift jedoch der Grundsatz des Omori-Gesetzes, dass die Häufigkeit von Nachbeben (und damit auch die absolute Wahrscheinlichkeit einer höheren Magnitude) im Laufe der Zeit abnimmt.

Da wir es bisher mit einer eher niedrigen Nachbebenaktivität zu tun haben ohne wirklich starke Folgeereignisse, könnte es ein Hinweis auf eine eher mildere Abnahme der Nachbeben sein. Ebenso ist aber auch möglich, dass die zu erwartenden größeren Nachbeben (und mit ihnen eines mit hoher Magnitude) noch auf den Auslöser warten: Die Szenarien, die sich aus den Wahrscheinlichkeit ergeben. Dass wir es dennoch mit einer relativ hohen Nachbebenanzahl (807, Stand: 07:45 Uhr) zu tun haben, ist dem dichten Stationsnetz des USGS geschuldet, dass die Registrierung von kleinen Nachbeben möglich macht (und in den meisten anderen Regionen der Welt eben nicht der Fall ist).

Fazit: Die Nachbebenprognose garantiert uns kein Erdbeben bestimmter Stärke in einen bestimmten Zeitraum. Aufgrund der lokalen Gegebenheiten, der geologischen Vergangenheit und der Charakteristik des jüngsten Erdbebens gibt es gewisse Indikatoren, dass es in naher Zukunft weitere starke Erdbeben gibt. Das im vergangenen Jahr zum eher unbeachteten Kaktovik-Erdbeben vom USGS neu eingerichtete Nachbebenmodell in nahezu Echtzeit ermöglicht eine genaue Bezifferung der Wahrscheinlichkeiten bis zu einem bestimmten Zeitpunkt. An den schon vorher gültigen Grundsätzen rüttelt dieses Modell aber nicht, es macht sie lediglich durch die Verwendung von Zahlen für viele Menschen greifbarer.


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Jens Skapski

Data Analyst bei Risklayer
Jens ist 25 Jahre alt und studierte von 2013 bis 2019 an der Ruhr-Universität Bochum, zunächst Geowissenschaften (B.Sc. Abschluss) und später mit Spezialisierung auf Erdbebenphysik und -gefährdung. Seit Sommer 2019 arbeitet er als Data Analyst in Karlsruhe.

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