Boomerang-Erdbeben: Wenn die Erde zurückschlägt – das rätselhafte Phänomen, das Geologen überrascht
Traditionell breitet sich ein Erdbeben in eine Richtung aus, Spannung wird freigesetzt. Doch was, wenn die Bruchfront plötzlich zurückkehrt? Können Erdbeben wie ein Boomerang wirken? Seismologen sind nun gefordert!
Hochauflösende Beobachtungen und neue Simulationen zeigen zunehmend, dass dieses Bild unvollständig ist. Unter bestimmten Bedingungen kann sich eine seismische Bruchfront teilweise umkehren und erneut durch bereits gebrochene Bereiche laufen.
Diese sogenannten back-propagating earthquakes, oft auch als „Boomerang-Erdbeben“ bezeichnet, stellen keine bloße Kuriosität dar, sondern offenbaren eine bislang unterschätzte Dynamik selbst auf geologisch einfachen Störungen.
Ein Phänomen jenseits komplexer Geometrien
Lange Zeit galten rückwärts laufende Bruchfronten als Folge komplexer Störungssysteme: verzweigte Faults, Biegungen, Step-overs oder wechselnde Gesteinseigenschaften schienen die naheliegende Erklärung.
Tatsächlich wurden solche Effekte bei mehreren gut dokumentierten Großbeben beobachtet, etwa beim Tōhoku-Erdbeben, beim Romanche-Transformbeben 2016 oder beim Elazığ-Erdbeben 2020.
Eine im Februar 2026 veröffentlichte Studie in AGU Advances zeigt nun jedoch, dass diese Erklärung nicht ausreicht. Die Arbeit von Yudong Sun und Camilla Cattania belegt, dass rückwärts propagierende Bruchfronten auch auf vollkommen geraden, homogenen Störungen entstehen können – ohne geometrische Komplexität und ohne räumlich variable Reibung.
Das klassische Erdbebenmodell und seine Grenzen
In konventionellen Modellen wird die Bruchausbreitung oft als selbstähnlicher Riss beschrieben, der mit nahezu konstantem Spannungsabfall über die Störung läuft.
Diese sogenannte crack-like rupture erklärt viele Beobachtungen gut, stößt jedoch an ihre Grenzen, wenn reale Erdbeben komplexe Zeitverläufe der Momentenfreisetzung zeigen.
Solche komplexen source time functions mit mehreren Peaks werden häufig beobachtet, lassen sich aber nicht immer eindeutig auf mehrere Teilbeben oder geometrische Effekte zurückführen. Genau hier setzt die neue Arbeit an: Sie zeigt, dass die Komplexität aus der Dynamik der Bruchausbreitung selbst entstehen kann.
Ein Minimalmodell mit maximaler Aussagekraft
Die Forschenden nutzten numerische Simulationen mit geschwindigkeits- und zustandsabhängiger Reibung (Rate-and-State-Friction) – einem etablierten physikalischen Modell für tektonische Störungen. In ihrem Setup besteht die Erdkruste aus einem elastischen Medium mit einer einzigen, geraden Störung, homogener Vorspannung und gleichförmigen Reibungseigenschaften.
Das zentrale Ergebnis:
Back-propagierende Bruchfronten entstehen spontan, wenn drei Bedingungen erfüllt sind:
- Unilaterale Bruchausbreitung (der Bruch läuft nur in eine Richtung),
- geschwindigkeitsabschächende Reibung (velocity-weakening),
- eine große Störungslänge im Verhältnis zur Nukleationszone.
Überschreitet die Bruchfront eine kritische Länge – etwa hundertmal größer als die Nukleationsdimension –, kann sich hinter ihr erneut Spannung aufbauen.
Die Folge ist eine zweite Bruchfront, die sich entgegen der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung bewegt.
Pulse, Crack – und der Moment der Umkehr
Physikalisch lässt sich der Effekt durch den Wechsel zweier Bruchmodi erklären. Erdbeben können entweder als:
- crack-like ruptures (kontinuierliches Gleiten hinter der Front) oder
- pulse-like ruptures (lokal begrenze, sich selbst heilende Gleitpulse)
auftreten. In den Simulationen zeigt sich, dass unilaterale Rupturen unter bestimmten Bedingungen zwischen diesen beiden Modi wechseln müssen.
Diese Übergänge erzeugen ein Gleitdefizit, das wiederum eine erneute Instabilität auslöst – die Quelle der rückwärts laufenden Front.
Damit wird deutlich:
Warum große Erdbeben anders sind als kleine
Ein entscheidender Befund der Studie ist, dass Back-Propagation bevorzugt bei niedrigem Spannungsabfall und vergleichsweise langsamer Bruchgeschwindigkeit auftritt. Diese Eigenschaften finden sich überdurchschnittlich häufig bei großen Erdbeben.
Das unterstreicht eine wichtige Einsicht:
Große Erdbeben sind keine skalierte Version kleiner Ereignisse, sondern können qualitativ andere physikalische Prozesse entwickeln. Das erklärt, warum komplexe Momentenfreisetzungen gerade bei starken Beben so häufig beobachtet werden.
Bedeutung für die Gefährdungsabschätzung
Für die Gefahrenanalyse ist das Phänomen relevant, weil die Richtungsabhängigkeit der Bruchausbreitung die Bodenbewegung stark beeinflusst. Eine Rückkehr der Bruchfront kann dazu führen, dass bestimmte Regionen zweifach gerichtete Verstärkungen erfahren – ein Effekt, der in klassischen Szenarien nicht berücksichtigt wird.
Solche Prozesse könnten besonders auf langen, gut erforschten Bruchzonen wie der San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien eine Rolle spielen – einer 1.200 km langen Störung, an der die Pazifische Platte seitlich an der Nordamerikanischen Platte vorbeigleitet und die regelmäßig starke Erdbeben auslöst – selbst wenn die Geometrie der Störung auf den ersten Blick einfach erscheint.
Damit verschiebt sich der Fokus der Seismologie:
Nicht nur die Struktur der Störung, sondern die zeitliche Evolution von Reibung, Gleitgeschwindigkeit und Bruchmodus entscheidet über die Komplexität eines Erdbebens.
Die Erde bricht nicht immer geradlinig. Manchmal kehrt sie um.
Quelle
Sun, Yudong; Cattania, Camilla (2026): Back-Propagating Earthquakes on Simple Faults. AGU Advances.