Folgen des Japan-Bebens: Melodie der Zerstörung

Tage wurden kürzer, die Erdachse hat sich verschoben, in der Antarktis rutschten Gletscher: Das Beben vor Honshu hat nicht nur Japan näher an die USA gerückt, es lässt auch den ganzen Erdball schwingen - der Globus brummt. SPIEGEL ONLINE hat die geologischen Ereignisse im Detail rekonstruiert.

Irgendwann würde es beben vor ihrer Küste, das wussten die Japaner. Doch mit solchen Erschütterungen hatten sie nicht gerechnet. Vor der Küste des Landes herrscht Hochspannung im Gestein. Dort ruckelt der Boden des Pazifiks unter dem asiatischen Kontinent - mit der Geschwindigkeit von fast zwei Millimetern pro Woche. Die mächtigen Felspakete verhaken sich. Lange hatte man darauf gewartet, dass sich die Spannung löst und dabei wie bei einem reißenden Gummiband blitzartig Energie frei wird.

Am Freitag, den 11. März, um 14.46 Uhr und 23 Sekunden Ortszeit war es so weit: Das Gestein im Meeresboden hielt dem Druck der Erdplatten nicht mehr stand - es brach. Das weltweit viertstärkste Beben seit Beginn der Messungen nahm seinen Lauf - mit Auswirkungen für den gesamten Globus. Noch immer lassen die Nachwehen des Bebens die Erde schwingen.

SPIEGEL ONLINE hat die dramatischen Ereignisse rekonstruiert. Es ist die Geschichte eines der gewaltigsten Naturereignisse aller Zeiten.

Das Mega-Beben: Rasender Riss, rutschende Gletscher

Das Beben startete 129 Kilometer vor der japanischen Stadt Sendai, dort riss das Gestein 32 Kilometer tief im Meeresboden: Der Meeresgrund brach fast so rasant wie eine sich öffnende Gletscherspalte. Dreieinhalb Minuten lang raste der Bruch durch das Gestein.

Schließlich klaffte der Riss auf 400 Kilometern Länge bis zur Oberfläche des Meeresbodens und bis in 60 Kilometer Tiefe. Ein Teil der Spannung zwischen den beiden Gesteinsplatten hatte sich gelöst.

Die größte Erschütterung aber stand noch bevor: Die oben liegende Platte ruckte um 27 Meter nach vorn - also nach Osten - und um sieben Meter nach oben. Die Bewegungen des Gesteins haben Forscher um Stephan Sobolev vom Geoforschungszentrum Potsdam aus den Aufzeichnungen von Erdbebenstationen weltweit ermittelt: Der zeitliche Abstand, in dem verschiedene Arten von Erschütterungswellen eintreffen, gibt Aufschluss über den Ablauf eines Bebens.

Es war eine der heftigsten Plattenbewegungen, die je gemessen wurde. Das Beben hatte nach Angaben des Geologischen Dienstes der USA die Stärke 9,0. Der Schlag setzte so viel Energie frei wie der Einschlag eines mehrere hundert Meter großen Meteoriten. Noch im 376 Kilometer vom Bebenherd entfernten Tokio stürzten Gebäude ein; vielfach bröckelte das Mauerwerk.

Selbst in der Antarktis wirkten sich die Erschütterungen aus: Gletscher seien beschleunigt talwärts gerutscht, berichtet der Glaziologe Jake Walter von der University of California in Santa Cruz, USA, in der Wissenschaftszeitschrift "New Scientist". Er beruft sich auf die Daten von GPS-Geräten, die auf den Gletschern stehen. Das Emporschnellen der Kontinentalplatte setzte das Wasser in Wallung - ungewöhnlich große Tsunamis wogten hoch.

Tsunamis: Todesbuchten - und warum andere Länder verschont wurden

Die Geburtsstätte der Riesenwellen erwies sich für die Japaner als Desaster, für die anderen Anrainerstaaten des Pazifiks jedoch als Glück. Die Wellen rasten mit mehreren hundert Kilometern pro Stunde in Richtung der Küste von Honshu, nach wenigen Minuten krachten sie an Land. Manche Buchten schaukelten die Wellen nach oben, so dass sie sich 15 Meter hoch türmten.

Im Gegensatz zu normaler Brandung, die nur an der Wasseroberfläche schäumt, reichen Tsunamis bis auf den Grund - das ganze Meer ist in Bewegung. Entsprechend viel Wasser schwemmt mit jeder Welle an Land. Japans steil aufragende Küste stauchte die Tsunamis, so dass sie sich hoch aufrichteten. Kilometerweit strömte das Meer ins Landesinnere von Honshu; kaum ein Gebäude hielt der Strömung stand.

Nach wenigen Minuten erging Tsunami-Alarm für alle Pazifikländer. Doch fast alle Länder hatten Glück, meist kamen nur kleine Wellen an. Entscheidend war nach Angaben der US-amerikanischen Meeresbehörde NOAA, dass die Tsunamis nahe der japanischen Küste in relativ flachem Wasser losgetreten worden waren. Deshalb wurde zu wenig Wasser bewegt, als dass die Wellen beim Überqueren der Tiefsee ihre Größe behalten konnten - die Tsunamis verloren an Höhe.

Inseln wie Bleistifte

Auch die Pazifikinseln kamen davon, weil sie günstig geformt sind: Hütchenförmig ragen die Vulkaninseln vom Meeresboden, auf Meeresbodenkarten wirken sie wie Bleistifte. Es fehlt eine Küste, die die Wellen stauchen und damit türmen würde. Auf dem offenen Meer sind Tsunamis kaum zu bemerken, Seefahrer fahren ahnungslos drüber hinweg.

Die Hawaii-Inseln hingegen stellen sich den Wellen als mächtige Gebirgskette in den Weg. Dort rauschten elf Stunden nach dem Beben ein Meter hohe Tsunamis an die Küsten, sie richteten einigen Schaden an. Menschen hatten aber aufgrund der Warnung rechtzeitig ins Landesinnere fliehen können.

Erheblichen Schaden verursachten die Tsunamis auch in einigen Buchten der USA, die unglücklich gelegen sind. Im Hafen von Crescent City beispielsweise zerstörten die Wellen teure Yachten. Ein untermeerischer Gebirgsrücken, die Mendocino Fracture Zone, lenkt Tsunamis in die Bucht der kalifornischen Stadt. Die Bucht fokussiert Wellen wie eine Linse, Tsunamis türmen sich auf, während am Nachbarstrand alles ruhig bleibt. Auch in Südamerika kamen nur flache Ausläufer der Tsunamis an.

Verschobenes Land: Japan ruckt Richtung USA - und dehnt sich aus

Angesichts vieler Naturgefahren haben Wissenschaftler Japan verkabelt wie einen Intensivpatienten. Kleinste Regungen der Erde sollen Aufschluss über Gefahren geben. Beispielsweise empfangen 1200 im Land verstreute GPS-Stationen Signale von Satelliten. Die Position der Sonden gibt Aufschluss über minimale Landbewegungen, die Warnzeichen für Rutschungen oder Vulkanausbrüche sein können.

Jetzt dokumentierten die Sensoren, welche Auswirkungen das Beben hatte: Alle GPS-Stationen sind bei dem Beben nach Osten gerutscht. Japan schnellte demnach mit einem Schlag knapp viereinhalb Meter auf die USA zu.

Doch das Land bewegte sich nicht gleichmäßig, es wurde gedehnt: Im Südwesten zuckte Japan nur um Millimeter nach Osten. Am Meeresgrund nahe dem Bebenherd jedoch müssen die Verschiebungen noch extremer gewesen sein als im Nordosten des Landes - aber dort stehen keine GPS-Geräte, die den Ruck hätten messen können.

Die Geräte an Land registrierten aber auch eine andere Bewegung: Im Nordosten sank Japan nach unten, um bis zu 75 Zentimeter. Das könnte fatale Folgen gehabt haben, denn so konnten die Tsunamis weiter landeinwärts dringen. Die Bewegung der Erdkruste nach dem Beben war also ein Dreisprung: Nachdem sie zunächst hoch gesprungen war und den Tsunami losgetreten hatte, ist sie dann nach Osten gerutscht - und dabei abgesunken.

Tage verkürzt, Erdachse verschoben, das Beben-Grollen zum Anhören

Der Schreck steckt nicht nur den Menschen in den Gliedern. Sogar der Erdball zittert noch immer, seit das Beben vor Japan ihn erschüttert hat - er schwingt wie eine Glocke: Der ganze Planet dehnt sich und flacht wieder ab, im Rhythmus von sechseinhalb Minuten, haben Geophysiker um Manfred Bonatz von der Universität Bonn ermittelt.

Überall auf der Erde welle sich der Boden beim Durchlauf der Wellen, allerdings lediglich um einige Zehntelmillimeter. Weil aber der gesamte Planet vibriert, zeugen diese Schwingungen von gewaltiger Energie. Die Messungen sind ein Grund, warum Forscher die Erdbebenstärke im Nachhinein nach oben korrigiert haben.

Wenn Menschen bessere Ohren hätten, könnten sie die Erde brummen hören: Der Planet schwingt wie eine ausgeleierte Basssaite. Die Geräusche sind allerdings elf Oktaven zu tief, um vom Menschen wahrgenommen zu werden.

Auch die Erdkugel hat das Beben nicht so einfach weggesteckt. Der Ruck hat die Erdachse verschoben, um 17 Zentimeter, berichtet die Nasa. Gemeint ist die Figurenachse, die die Erde ausbalanciert: Sie teilt den Planeten in zwei Hälften gleicher Masse und liegt zehn Meter neben der Drehachse. Der Planet hat nun gewissermaßen eine schiefere Position.

Der Erde einen Drall verpasst

Dass sich die Achse verschoben hat, wissen Forscher bislang nur aus Rechnungen, Messungen sollen erst folgen - bis auf fünf Zentimeter genau ließen sich Änderungen der Erdachse per Satellit feststellen, sagt Nasa-Forscher Richard Gross.

Ursache für die Achsenverschiebung ist, dass das Japan-Beben Millionen Tonnen Gestein verschoben hat, so dass sich eine neue Achse eingependelte: Bei dem Beben ruckte der Meeresboden des Pazifiks unter den asiatischen Kontinent, unvorstellbar große Felspakete schoben sich ins Erdinnere.

Das Beben hat der Erde damit einen Drall verpasst - sie dreht sich jetzt etwas schneller. Dadurch hat sich die Tageslänge verkürzt: um zwei Millionstelsekunden, berichtet die Nasa. Ursache für die Beschleunigung der Erddrehung ist der Eistänzerin-Effekt: Wenn eine Eistänzerin bei einer Pirouette ihre ausgestreckten Arme anzieht, dreht sie sich schneller - die höhere Drehgeschwindigkeit ihrer Arme überträgt sich auf ihren Körper.

Mit dem zusätzlichen Drall macht die Erde ein wenig Geschwindigkeit gut. Der Mond bremst ihre Umdrehung stetig ab, die Anziehungskraft des Trabanten wirkt wie ein Bremsklotz. Die astronomische Zeit fällt gegenüber der Zeit der Atomuhren daher stetig zurück. Früher kreiselte die Erde deutlich schneller, Urzeit-Wesen lebten in 23-Stunden-Tagen.

Damit wir nicht irgendwann im Dunkeln Mittag essen müssen, wird in der Silvesternacht alle paar Jahre eine Sekunde eingefügt, die sogenannte Schaltsekunde. Das Japan-Beben hat die nächste Schaltsekunde nun unmerklich hinausgezögert.

Dem Brummen der Erde lässt sich zwar nicht lauschen. Aber Wissenschaftler haben das Grollen des Bebens hörbar gemacht. Dafür nutzten sie Daten der Seismometer auf dem Meeresgrund, die die Erschütterungen registriert haben. Die Forscher der Universitat Politècnica de Catalunya in Barcelona haben die Druckwellen des Bebens schneller abgespielt - um sie hörbar zu machen:

Erschütterte Erdbebenforscher: Das Beben lässt Theorien wanken

Vieles sprach dafür, dass es so schlimm nicht werden konnte. Beben der Stärke 9 schienen unmöglich vor der Küste Japans, glaubten Experten - aus folgenden Gründen:

• Spuren solch starker Erdstöße fanden sich weder am Meeresgrund, noch an Land. In den vergangenen Jahrhunderten gab es kein Beben, das annähernd so stark war wie das vom 11. März. Gegen Tsunamis sollten meterhohe Mauern schützten, die weite Küstenstrecken in Japans Nordosten umschließen.
• Auch die Art der Erdplatten-Kollision vor Japan sprach gegen ein Mega-Beben: Der Meeresboden des Pazifiks taucht außergewöhnlich steil unter den asiatischen Kontinent. Das liegt an dem hohen Alter von 140 Millionen Jahren: Das Gestein ist kalt und schwer. Bei ihrem steilen Wegsacken sollten sich die Platten der Lehrmeinung zufolge weniger stark aneinander reiben, entsprechend schwächer würde es beben - so die Theorie.

Doch es kam anders: Das Beben der Stärke 9,0 war das viertstärkste, das je gemessen wurde. Die Tsunami-Mauern wurden einfach überspült.

Jetzt müssen Forscher erkennen, dass ihre Theorien falsch waren - und dass sie Hinweise auf die drohende Gefahr ignoriert haben: Die Theorie der starkbebenfrei abtauchenden alten Platte sei eigentlich schon nach dem Tsunami-Beben von Sumatra Weihnachten 2004 obsolet geworden, bemerkt nun Emile Okal, Geophysiker an der University of Evanston in den USA im Wissenschaftsmagazin "Nature". Denn vor Sumatra sei die Erdplatten-Konstellation ähnlich wie vor Japan. Auch dort tauche eine schwere alte Platte steil ab - trotzdem bebte es 2004 so stark wie selten.

Zudem hätte misstrauisch machen müssen, dass sich der Nordosten Japans unter dem Druck der Erdplatten immer stärker gewölbt habe, sagt Okal. "Nur starke Beben konnten diesen Druck abbauen", ergänzt sein Kollege Thomas Heaton vom California Institute of Technology. Doch bei weitem nicht alle Spannung sei jetzt abgebaut - trotz Hunderter Nachbeben, die wie ein Trommelfeuer Nordost-Japan erschüttern. Es drohten also weitere Starkbeben.

Die neuen Erkenntnisse müssten auch anderen Regionen eine Warnung sein, meint Okal: Auch vor Tonga und im Nordosten der Karibik etwa müsste das Risiko starker Beben nun neu bestimmt werden. Die Erdplatten-Konstellation gleiche der vor Japan.

Je genauer Forscher den Untergrund erkunden, desto mehr Spuren früherer Katastrophen entdecken sie. In Nordost-Japan gab es schon manche Tsunamis, wie historische Aufzeichnungen und geologische Kartierungen zeigen - doch ausgerechnet die Entdeckung des schlimmsten Ereignisses ging unter: 2001 berichteten Geologen um Koji Minoura von der Tohoku Universität in Sendai, dass die nun betroffene Region im Jahr 869 von einem Mega-Tsunami überschwemmt worden war.

Weil das Ereignis so lange her sei, schrieb Minoura, wäre "die Wahrscheinlichkeit eines großen Tsunamis eindeutig hoch". Eine erschreckend treffende Prognose, wie sich nun herausgestellt hat. Doch erst jetzt erlangt die Studie Berühmtheit.