Plattentektonik extrem – das Sumatra Seebeben vom 26. Dez. 2004

Plattentektonik extrem –
das Sumatra Seebeben vom 26. Dez. 2004
Prof. Dr. Harro Schmeling
Geophysik, Fachbereich Geowissenschaften, Goethe-Universität Frankfurt
• Plattentektonik und Mantelkonvektion
• Plattentektonische Situation Sumatra – Andamanen
• Verhakte Subduktion
• Der Bruchvorgang
• Seismologische Auswirkungen
• Der Tsunami
Die dynamische Erde –
Plattentektonik und Mantelkonvektion
Plattentektonik und Plattengrenzen
Plattengeschwindigkeiten = Abbild des
konvektierenden Erdmantels
GPS
Plattentektonik auf Lavasee (Erta Ale)
90 facher Zeitraffer
Thermische Konvektion - Mantelkonvektion
Tatsächliche
Strömungsfelder im
Erdinnern?
Steinberger
Erdmantel: zähplastisch, Viskosität
1021 Pa s (1020 x so zäh wie Honig
Konvektive Mantelströmungen
Sumatra
aus Tomographie
Karen Niehuus (Frankfurt)
ya
ala
Him
Sumatra
Ind
isc
he
Pl
att
e
NS-Schnitt
Schnitt längs
Äquator
A. Replumaz et al. / Earth and Planetary Science Letters 221 (2004) 103-115
3d Benioffzone
Plattentektonische Situation Sumatra - Andamanen
Michel et al., Earth Planet Space 2000
Bewegung der Indisch-Australischen Platte
relativ zur Sundaplatte (3.4 – 4.4 cm/a)
Michel et al., Earth Planet Space 2000
Erdbebenmechanismen an einer
Subduktionszone
„Verhakte“ Subduktion
Seismische Lücke
Interseismische Deformation an
verhakter Plattengrenze schon vor
dem Beben bekannt
GPS-Messungen
und Modell
uplift
horizontal
The Sumatra subduction zone: A case for a locked fault zone
extending into the mantle, Martine Simoes, Jean Philippe
Avouac Rodolphe Cattin and Pierre Henry2 JOURNAL OF
GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 109, B10402, 2004
Der Bruchvorgang
Vertikalversatz bei verschiedenen Bruchwinkeln
0.3 – 6 m
200 k
m
1 – 20 m
Thermomechanisches Subduktionsmodell
mit Bruchvorgang
von A. Babeyko (Frankfurt) und S. Sobolev (GFZ Potsdam)
Andrey Babeyko (Frankfurt) S. Sobolev, GFZ Potsdam
Evolution
Evolutionof
ofthe
thetemperature
lithospheric
structure
Large-scale
modeldistribution
in
in the
the best
best fit
fit model
model
Andrey Babeyko (Frankfurt) S. Sobolev, GFZ Potsdam
Friction up 0.0475
0.0525
Interseismische Phase,
Verhakte Platten
Andrey Babeyko (Frankfurt) S. Sobolev, GFZ Potsdam
Kurz vor Beben,
Bruchfestigkeit wird erreicht
Andrey Babeyko (Frankfurt) S. Sobolev, GFZ Potsdam
Friction down 0.0525
Bruch
0.0475
Vorgang des Bruches und
Ausbreitung seismischer Wellen
während der ersten 20 sec
Größe der Bruchfläche aus Nachbebenverteilung
Bruch fällt mit
10° nach Osten
ein
Hypozentrum
Modellierung des
Bruchvorganges durch
Anpassung der
Wellenformen von Chen Ji,
Caltech
Bruchausbreitung in Richtung der
Stationen: kürzeres Signal
Bruchausbreitung weg von Richtung
der Stationen: längeres Signal
à Bruchlänge 1200km,
Bruchdauer 480 sec
The two closer stations ULHL and NWAO exhibit some short period signal after the first S arrival that could be S energy. However, the farther stations OBN and CASY show little signal after the first S arrival indicating
Nachbeben
26
.12
.2
28 004
.12
.2
30 004
.12
.2
01 004
.01
.2
03 005
.01
.2
05 005
.01
.2
07 005
.01
.2
09 005
.01
.2
11 005
.01
.2
13 005
.01
.2
15 005
.01
.2
17 005
.01
.2
19 005
.01
.2
21 005
.01
.2
23 005
.01
.2
25 005
.01
.2
27 005
.01
.2
29 005
.01
.2
31 005
.01
.20
05
Anzahl
Nachbebenstatistik
70
60
50
40
M8-9
M7-8
30
M6-7
20
M 5.5 - 6
M <5.5
10
0
„Silent earthquake“
um den Jan 25.?
Weitere seismologische Auswirkungen
•Seisogramme weltweit (IRIS), mehrfach umlaufende Oberflächenwellen
•Eigenschwingungen
Eigenschwingungen der Erde
Widmer-Schniedrig, Schiltach
0S0
reitet auf Gezeitenschwingung
0S0
0S2
http://ida.ucsd.edu/pdf/IRIS_2004_Q3-4.pdf
Der Tsunami
Tsunami : Wasserwelle mit Wellenlänge > Wassertiefe
c = gH
Tsunami Warnsystem
Erzeugung durch vertikale Verschiebung des
Meeresbodens
0.3 – 6 m
200 k
m
Farbskala: vertikale Verschiebung
Auslenkung der Wasseroberfläche zu
verschiedenen Zeiten
Max Wellenhöhe
umax =
0.45 U 0 L / 2
H 2 / 3 x1 / 3
Wassertiefe
Quelle
by H. Hébert ; LDG, Bruyères-la-Châtel, France), siehe
http://www.emsc-csem.org/
Ende
Tsunami Warn System im Pazifik
At longest periods, the 2004 Sumatra-Andaman earthquake rang Earth like a bell, and the planet is still ringing. A multitude of whole-Earth vibrations were
excited by the earthquake. The longest duration of the observed vibrations is 54 minutes (0.000309 cycles/sec), corresponding to the model 0S2, which deforms
Earth's surface in a pattern that resembles a football. Preliminary estimates suggest that the earthquake raised this vibration to an average height of more than
0.1 mm worldwide. Internal friction within Earth causes the 0S2 vibration to lose amplitude by roughly 0.5% in each oscillation cycle, so the 0S2 should
disappear into background noise a few weeks after the earthquake. By contrast, the "breathing vibration" 0S0, in which Earth expands outward and contracts
inward without changing shape, loses amplitude by only 0.05% in each oscillation cycle. We measured that the Sumatra-Andaman quake raised 0S0 to an initial
amplitude of roughly 60 microns = 0.06mm. This vibration of the whole planet should remain detectable in seismic data well into April 2005.
The left panel of the figure shows a spectrum estimate of 4 days (96 hours) of seismic data from GSN station KMBO in Kenya. Several spectral peaks that
correspond to known Earth free vibrations are marked. The clear peak at lowest frequency is 0S2. The small peak at f=0.0008146 Hz (20-minute oscillation
period) is 0S0. The Sumatran quake has raised these free vibrations to amplitudes 10 times larger than ever before measured with modern digital
seismometers.
In the right panel of the figure are graphed estimates o amplitude and initial phase angle for 0S0 at nine different GSN stations. The initial phase of 0S0 can be
used to estimate the midpoint of the earthquake rupture process, relative to the initial breakage of the fault. Initial phases of 60-65 degrees suggest that the
halfway point for the Sumatra-Andaman fault rupture occurred more than 200 seconds after it began. This suggests that the earthquake ruptured for more than
400 seconds (~7 minutes).
Credits: Jeffrey Park, Yale University, with help from Valerie Peyton, Albuquerque Seismic Lab