Tsunamigenerierende Verwerfungsstrukturen im Bruchbereich des Noto-Erdbebens 2024 (M7,6)

Warum das für Küstengemeinden wichtig ist

Am Neujahrstag 2024 schickte ein starkes Erdbeben vor der Noto-Halbinsel in Japan Tsunamiwellen gegen die nahegelegenen Küsten. Viele stellten dieselbe Frage: Welche verborgene Spalte in der Erdkruste hob genau den Meeresboden an und trieb das Wasser an Land? Diese Studie nutzt detaillierte akustische Abbildungen des Meeresbodens und Computersimulationen der Wellen, um die Unterwasser-Verwerfungsstrukturen zu lokalisieren, die den Tsunami wahrscheinlich erzeugten, und liefert Hinweise, die künftige Gefährdungsabschätzungen für Küstenregionen verbessern können.

Ein genauerer Blick unter das Japanische Meer

Der östliche Rand des Japanischen Meers hat eine lange Geschichte starker Erdbeben, weil alte Risse in der Kruste zusammengedrückt und reaktiviert wurden. Rund um die Noto-Halbinsel bauten sich seit 2018 kleine Beben auf und verstärkten sich Ende 2020 deutlich, bis hin zu einem Magnitude-7,6-Ereignis im Januar 2024. Forschende kannten das ungefähre Bruchgebiet aus Nachbeben und Satellitenmessungen, und eine Tsunami-Untersuchung stellte entlang Teilen der Küste Wellenhöhen von bis zu etwa 5 Metern fest. Welche Offshore-Verwerfung sich jedoch genau verschob und wie ihre Gestalt die Tsunamigröße beeinflusste, war nicht klar, weil frühere Vermessungen relativ grobe Daten verwendeten.

Abbildung eines Bandes gebrochener Gesteine auf dem Meeresboden

Im März 2024 setzte ein Forscherteam ein Forschungsschiff ein, um eine Linie von Unterwassermikrofonen (Hydrophonen) zu ziehen und kontrollierte Schallimpulse in die Kruste abzugeben. Durch Aufzeichnung der Echos und Umrechnung der Laufzeiten in Tiefen bauten sie scharfe Querschnitte der flachen Meeresbodenschichten. Diese seismischen Reflexionsbilder zeigten ein auffälliges Merkmal: ein Band von 2,5 bis 3,8 Kilometern Breite und etwa 30 Kilometern Länge, in dem Gesteine stark gebrochen, gefaltet und nach oben gedrückt sind. Das Team bezeichnet diese Zone als große Deformationszone. Sie liegt innerhalb des Hauptbruchgebiets des Erdbebens 2024 und ist über einer steil geneigten Überschiebungs-Verwerfung ausgebildet, die nach oben zur Meeresoberfläche schneidet, mit mehreren kleineren Nebenverwerfungen, die abzweigen und nahe an den Meeresboden heranreichen.

Aktive Verwerfungen, die rutschten, und solche, die größtenteils stillblieben

Innerhalb der großen Deformationszone neigt sich die Hauptverwerfung steil nach Südosten und scheint die flache Fortsetzung einer tieferliegenden, sanft gekrümmten Verwerfung zu sein, die während des Bebens tatsächlich versagte. Die verzweigenden Verwerfungen und die damit verbundenen „Pop‑up“-Strukturen deuten darauf hin, dass sich Teile der Kruste dort auch seitwärts verschoben, nicht nur vertikal. Die seismischen Profile und die Form des Meeresbodens zeigen langfristige Hebung und Erosion in diesem Gebiet, was zu jüngsten Messungen passt, die für 2024 bis zu etwa 3 Meter Meeresbodenanstieg fanden. Die Forschenden kartierten außerdem andere Offshore-Verwerfungen weiter nördlich, die in die entgegengesetzte Richtung geneigt sind und deutlich den Meeresboden durchschneiden und hohe Unterwasserabbrüche bilden. Diese Verwerfungen erscheinen geologisch aktiv, doch die Belege deuten darauf hin, dass sie sich beim Ereignis 2024 nur wenig bewegten und, wenn überhaupt, nur schwach zum Tsunami beitrugen.

Testen, welche Verwerfungen die größten Wellen erzeugen

Um diese Strukturen mit den tatsächlich an der Küste auftretenden Wellen zu verknüpfen, fütterte das Team die kartierten Verwerfungsformen in ein Tsunami-Computermodell. Sie variierten die Verschiebung unterschiedlicher Verwerfungssegmente und verglichen die berechneten Küstenwellenhöhen mit Feldmessungen der Überflutung an Honshu und nahegelegenen Inseln. Die beste Übereinstimmung ergab sich in Modellen, in denen die nach Südosten geneigten Hauptverwerfungen in der großen Deformationszone sich um etwa 6 bis 7 Meter bewegten, während die weiter nördlich nach Nordwesten geneigten Verwerfungen sich höchstens etwa 1 Meter verschoben. Diese Verschiebungsgrößen an der Haupt-Offline-Verwerfung erzeugen natürlicherweise eine Meeresbodenerhebung, die mit der beobachteten Steigung von rund 3 Metern übereinstimmt, und reproduzieren die gemessenen Tsunamihöhen an der Noto-Küste deutlich besser als frühere Modelle, die einfachere Verwerfungsformen und geringere Verschiebungen verwendeten.

Was das für das künftige Tsunamorisiko bedeutet

Für Nichtfachleute ist die Kernbotschaft, dass nicht alle benachbarten Verwerfungen gleich wichtig für die Tsunamigefahr sind. Diese Arbeit zeigt, dass eine relativ schmale Zone gebrochener Gesteine vor der Noto-Halbinsel, gelegen über einer steil einfallenden Verwerfung, die sich mit der Tiefe krümmt, 2024 der effizienteste Tsunami-Erzeuger war. Andere Verwerfungen in der Region bleiben aktiv und könnten künftige Erdbebenrisiken darstellen, spielten aber bei diesem Tsunami keine große Rolle. Indem detaillierte Meeresbodenabbildungen mit realistischen Wellensimulationen verknüpft werden, liefert die Studie ein klareres Bild davon, welche verborgenen Strukturen unter dem Japanischen Meer am wahrscheinlichsten den Meeresboden anheben und bei künftigen großen Erdbeben Wasser an die Küste treiben.

Zitation: Park, JO., Mohammadigheymasi, H., Yamaguchi, A. et al. Tsunamigenic fault structures revealed in the 2024 Noto earthquake (M7.6) rupture area. Sci Rep 16, 12046 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48075-4

Schlüsselwörter: Noto-Erdbeben, Tsunami-Entstehung, submarine Verwerfungen, Hebung des Meeresbodens, Japanisches Meer