Himalaya-Verwerfung in Uttarakhand baut pro Jahrhundert Spannung auf, die einem Erdbeben der Magnitude 8,1 entspricht

Eine blockierte Verwerfung unter einer bewegten Gebirgskette

Ein rund 300 Kilometer langer Abschnitt des Main Himalayan Thrust unter Uttarakhand baut laut einer in Earth and Planetary Science Letters veröffentlichten Studie pro Jahrhundert Spannung auf, die der bei einem Erdbeben der Magnitude 8,1 freigesetzten Energie entspricht. Bodenmessungen und Satellitenbeobachtungen deuten darauf hin, dass die Verwerfung von der Oberfläche bis in eine Tiefe von etwa 20 Kilometern auf einer Breite von rund 115 Kilometern blockiert ist.

Die Forschenden maßen ein jährliches Schlupfdefizit von rund 18 Millimetern. Gemeint ist die Bewegung, die normalerweise durch ein Gleiten entlang der Verwerfung ausgeglichen würde, stattdessen aber als Verformung im umgebenden Gestein gespeichert wird. Japans Satellit ALOS-2 stellte zudem eine maximale Hebung des Bodens von vier bis sechs Millimetern pro Jahr fest.

Die Studie beziffert die Spannungsakkumulation unter Uttarakhand genauer. Zuvor hatten Wissenschaftler vorgeschlagen, dass ein vergleichsweise schwacher Abschnitt der Verwerfung einen Teil der Bewegung durch stetiges Gleiten abbauen könnte. Die neue Analyse ergab eine starke Blockierung mit einem Kopplungswert von mehr als 0,8.

Die Angabe für ein Jahrhundert beschreibt die Rate, mit der sich Spannung aufbaut. Wann und in welchem Ausmaß es zu einem künftigen Bruch kommt und wie weit er sich erstreckt, ist weiterhin unbekannt. Ebenso offen ist, ob die akkumulierte Spannung bei einem einzelnen Ereignis oder in einer komplexeren Abfolge freigesetzt würde.

An der Forschung waren Wissenschaftler des IIT Bombay, der Central University of Tamil Nadu und der University of New Mexico beteiligt. Als Forschende werden Dibyashakti Panda, Mridul Yadav, Eric O. Lindsey und G. Srinivasa Rao genannt. Ihre Ergebnisse betreffen sowohl Uttarakhand als auch die angrenzende Indus-Ganges-Ebene, deren große Bevölkerungszahl bei einem schweren Himalaya-Erdbeben Erschütterungen ausgesetzt sein könnte.

Was die Messungen im Untergrund zeigen

Der Main Himalayan Thrust ist die große Verwerfung, an der die Indische Platte unter den Himalaya gleitet, während Indien mit Eurasien zusammenstößt. Eine Megathrust-Verwerfung ist eine große Störung an der Grenze aufeinander zulaufender tektonischer Platten. Ihre enorme Fläche kann sehr starke Erdbeben hervorbringen.

Die Platten bewegen sich weiter, auch wenn ein flacher Abschnitt ihrer Grenze blockiert ist. Reibung hält die Verwerfung fest, während sich das umliegende Gestein langsam verformt. Elastische Spannung ist die gespeicherte Verformung, die sich beim Gleiten der Verwerfung lösen kann – ähnlich wie ein verbogener Gegenstand gespeicherte Energie freisetzt, wenn er zurückschnellt.

Die Studie zur Plattenkopplung der Forschenden schätzt, dass der Abschnitt in Uttarakhand stark gekoppelt ist; der Wert liegt über 0,8. Praktisch bedeutet das: Mehr als 80 % der im Modell dargestellten relativen Bewegung werden an der Verwerfung zurückgehalten, statt durch stetiges Gleiten ausgeglichen zu werden.

Die Maße beschreiben verschiedene Teile derselben unterirdischen Struktur. Die Länge von rund 300 Kilometern verläuft entlang der Gebirgskette. Die Breite von etwa 115 Kilometern erstreckt sich über die Verwerfungsfläche, während die Tiefe von etwa 20 Kilometern angibt, wie weit die blockierte Zone unter die Oberfläche reicht.

Wie sich 18 Millimeter pro Jahr summieren

Ein jährliches Schlupfdefizit von 18 Millimetern ist so gering, dass es im Alltag nicht wahrnehmbar ist. Über eine ausgedehnte Verwerfung hinweg bedeutet diese stetige Akkumulation jedoch eine beträchtliche Verformung. Bei gleichbleibender Rate summieren sich 18 Millimeter pro Jahr über 100 Jahre auf 1.800 Millimeter oder 1,8 Meter.

Bei der Berechnung für ein Jahrhundert werden die Akkumulationsrate, die Größe der Verwerfung und ihr angenommenes mechanisches Verhalten berücksichtigt. Die Forschenden geben das Ergebnis als Äquivalent zu einem Megathrust-Erdbeben der Magnitude 8,1 an, unter der Annahme, dass sich die akkumulierte Energie durch Erdbeben entlädt.

Dibyashakti Panda, Erstautor und Assistenzprofessor am Institut für Geologie der Central University of Tamil Nadu, beschrieb, wie Wissenschaftler diesen Prozess messen:

Der MHT kann über lange Zeiträume blockiert bleiben, sodass sich unter der Oberfläche Energie ansammelt. Geodätische Verfahren wie GPS und InSAR ermöglichen es Forschenden, diese Verformung indirekt zu messen. In unserer Studie haben wir festgestellt, dass die Verwerfungsfläche unter Uttarakhand ein Energiereservoir speichert, das einem Erdbeben der Magnitude Mw 8 alle 100 Jahre entspricht.

Die Arbeit nennt genauer die Magnitude Mw 8,1. Mw steht für Momenten-Magnitude. Sie misst die Größe eines Erdbebens anhand der Fläche der rutschenden Verwerfung, des Ausmaßes der Verschiebung und der Steifigkeit des Gesteins. Der Magnitudenvergleich veranschaulicht hier das Ausmaß der sich ansammelnden Spannung.

Zwei Wege, eine langsam veränderliche Landschaft zu beobachten

Stationen des Globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) messen Positionsveränderungen von Punkten am Boden. Durch den Vergleich der Positionen über einen längeren Zeitraum können Forschende verfolgen, wie sich verschiedene Teile der Landschaft horizontal bewegen, während die Platten aufeinander zulaufen.

Für die Analyse Uttarakhandes wurde eine aktualisierte Zusammenstellung von GNSS-Messungen verwendet, um das Schlupfdefizit und die Breite der blockierten Verwerfung zu schätzen. Diese Beobachtungen lieferten den horizontalen Teil der Untersuchung: Sie zeigen, wie sich das Land in der Region bewegt.

Radarbilder von ALOS-2 lieferten eine weitere Perspektive. Bei der Radarinterferometrie mit synthetischer Apertur (InSAR) werden Radaraufnahmen aus verschiedenen Zeitpunkten verglichen, um geringfügige Veränderungen des Abstands zwischen Satellit und Boden festzustellen. Anhand dieser Messungen können Forschende Verformungsmuster an der Oberfläche über ein größeres Gebiet hinweg schätzen, als einzelne Bodenstationen abdecken.

Satellitenbilder aus den Jahren 2015 bis 2024 zeigten eine maximale Hebung von vier bis sechs Millimetern pro Jahr. Diese Spitzenwerte bezeichnen die Stellen, die sich innerhalb des beobachteten Musters am schnellsten heben, nicht eine gleichmäßige Hebung in ganz Uttarakhand. Atmosphärische Einflüsse und Fehler bei der Radarverarbeitung sorgen für Unsicherheiten in den Messungen.

Die horizontalen und vertikalen Beobachtungen deuteten auf dieselbe grobe Geometrie hin: einen flachen Abschnitt des Main Himalayan Thrust, der auf einer Breite von etwa 115 Kilometern blockiert ist. Dass beide Methoden zu ähnlichen Ergebnissen kommen, ist bedeutsam, weil jede eine andere Komponente der Oberflächenreaktion auf Bewegungen im Untergrund misst.

Warum die Wahl des Modells wichtig ist

Die Forschenden verwendeten das Elastic Subducting Plate Model (ESPM), um die beobachteten Bodenbewegungen mit dem Schlupf und der Blockierung der tief liegenden Verwerfung in Verbindung zu bringen. Ein Modell ist eine mathematische Darstellung der Verformung von Platten und umgebendem Gestein.

Die Studie befasst sich insbesondere mit einer Schwierigkeit herkömmlicher Backslip- und Tiefenversetzungsmodelle: Sie können künstliche Muster vertikaler Bewegungen erzeugen. Solche Artefakte entstehen durch die Art, wie ein Modell Bewegungen im Untergrund darstellt, und können den Vergleich mit Satellitenmessungen der Hebung erschweren.

Das ESPM wurde eingesetzt, um die Verformung abzubilden, ohne solche Artefakte vertikaler Bewegungen zu erzeugen. Seine Ergebnisse stimmten sowohl mit den GNSS-Messungen als auch mit der mittels InSAR festgestellten Hebung überein. Das stützt die Schätzung, dass die Verwerfung von der Oberfläche bis in eine Tiefe von etwa 20 Kilometern vollständig blockiert ist.

Auch im Abstract des EGU-Vortrags heißt es, dass das ESPM sowohl horizontale als auch vertikale Verschiebungen ohne Artefakte vorhersagt.

Die Autoren verweisen außerdem auf Materialien, anhand derer andere Forschende die Arbeit nachvollziehen können. Die Zusammenstellung der GNSS-Stationen ist als Data Set S1 in Supporting Information S1 enthalten. In der Erklärung zur Datenverfügbarkeit sind der Modellcode, ein Skript zur Erstellung der Verwerfungsgeometrie und die ALOS-2-Verschiebungsdaten über GitHub- und Zenodo-Repositorien aufgeführt.

Eine vermutete Schwächezone wird überprüft

Uttarakhand wurde unter anderem ausgewählt, weil frühere Deutungen auf eine mögliche Zone mit geringer Kopplung hindeuteten. In einer solchen Zone würde ein größerer Teil der Plattenbewegung durch allmähliche Bewegungen entlang der Verwerfung ausgeglichen. Entsprechend geringer wäre der Anteil, der als elastische Spannung gespeichert wird.

Die neuen Messungen sprechen hingegen für eine starke Kopplung im untersuchten Abschnitt. Damit verändert sich das physikalische Bild, das der Einschätzung des örtlichen Erdbebenpotenzials zugrunde liegt: Die Verwerfung speichert einen beträchtlichen Teil der anhaltenden Plattenbewegung unter der Region.

Auch der unterirdische Delhi-Haridwar-Rücken wurde in dieser Bewertung untersucht. Diese geologische Struktur im Untergrund scheint die gegenwärtige Kopplung entlang des Main Himalayan Thrust nicht zu verringern.

Ihr Einfluss auf einen künftigen Bruch hängt teilweise von Unterschieden in der Reibung entlang der Verwerfung ab, die in der Studie nicht erfasst wurden. Wie eine Struktur langsame Verformungen zwischen Erdbeben beeinflusst und wie sie sich auf einen sich rasch ausbreitenden Bruch auswirkt, betrifft unterschiedliche Aspekte des Verwerfungsverhaltens.

Warum Uttarakhand und die Ebene gleichermaßen betroffen sind

Uttarakhand liegt im zentralen seismischen Gap des Himalaya, einer Region, die genau untersucht wird, weil es dort auf erheblichen Abschnitten der Megathrust-Verwerfung seit mehr als 200 Jahren keine größeren Brüche gegeben hat. Ein seismisches Gap ist ein Abschnitt einer aktiven Verwerfung, an dem das letzte größere Beben vergleichsweise lange zurückliegt.

Die jüngsten Messungen ergänzen diese historische Besorgnis um ein aktuelles Bild der Spannungsakkumulation. Sie zeigen, wie sich die Verwerfung zwischen großen Erdbeben verhält – eine Phase, die Wissenschaftler interseismische Phase nennen.

Auch die angrenzende Indus-Ganges-Ebene ist von Bedeutung, da sich Erdbebenerschütterungen weit über den brechenden Verwerfungsabschnitt hinaus ausbreiten können. Im Abstract wird die Gefahr durch die größere Himalaya-Megathrust im Zusammenhang mit möglichen Auswirkungen auf mehr als eine halbe Milliarde Menschen in der Region beschrieben.

Für die Gemeinden in den Bergen und Ebenen hinge das Ausmaß der Schäden davon ab, wo und in welcher Tiefe ein Bruch auftritt, wie weit er sich ausbreitet, welche Bodenverhältnisse vor Ort herrschen und welche Gebäude den Erschütterungen ausgesetzt sind. Die fortlaufende Überwachung am Boden und per Satellit kann die Verformung erfassen und dazu beitragen, genauer zu bestimmen, wo sich Spannung aufbaut.

Beobachtungs- und Forschungszeitplan

Die Ergebnisse verbinden Messungen aus mehreren Jahren mit Forschung, die 2026 vorgestellt wurde. Die Daten beschreiben den Beobachtungs- und Berichtsprozess:

• 2015 bis 2024: Satellitenbilder von ALOS-2 erfassten Verformungen, anhand derer eine maximale Hebung von vier bis sechs Millimetern pro Jahr geschätzt wurde.
• 2026: Die Forschung wurde auf der Generalversammlung der European Geosciences Union vorgestellt.
• In der Studie in Earth and Planetary Science Letters wurden eine aktualisierte GNSS-Zusammenstellung, Radaraufnahmen und elastische Modellierung kombiniert, um die Blockierung unter Uttarakhand zu schätzen.

Der Eintrag zum EGU-Vortrag mit der Kennung EGU26-4678 trägt den Titel "Belege für eine starke Plattenkopplung im Himalaya von Uttarakhand: Erkenntnisse aus GNSS- und ALOS-2-InSAR-Beobachtungen" und führt Dibyashakti Panda, Mridul Yadav, Eric O. Lindsey und G. Srinivasa Rao als Autoren auf. Auf der Abstract-Seite ist als Vortragszeitraum der 3. bis 8. Mai 2026 in Wien, Österreich, angegeben. Außerdem heißt es dort, dass der Vortrag nur für Kongressteilnehmende zugänglich ist.

Der wichtigste Beitrag ist eine detailliertere Beschreibung des aktuellen Verhaltens der Verwerfung. Horizontale Bewegungen, vertikale Hebungen und Modellierungen deuten übereinstimmend auf einen stark blockierten Abschnitt hin, in dem sich unter der Gebirgskette Spannung aufbaut.

Wichtige Punkte

• Der Main Himalayan Thrust unter Uttarakhand ist entlang des untersuchten, rund 300 Kilometer langen Abschnitts stark blockiert.
• Die blockierte Zone erstreckt sich über etwa 115 Kilometer und reicht bis in eine Tiefe von ungefähr 20 Kilometern.
• Die Forschenden schätzen das jährliche Schlupfdefizit auf rund 18 Millimeter und den Kopplungswert auf mehr als 0,8.
• ALOS-2-Beobachtungen zeigen eine maximale Hebung von vier bis sechs Millimetern pro Jahr.
• Die über ein Jahrhundert geschätzte Spannungsakkumulation entspricht einem Erdbeben der Magnitude 8,1; der Zeitpunkt eines künftigen Bruchs ist unbekannt.
• Die Ergebnisse sind für die Bewertung der Erdbebengefahr in Uttarakhand und der angrenzenden Indus-Ganges-Ebene relevant.