Die Japan Meteorological Agency hat kürzlich das Erdbeben M7.1 am 13. Februar 2021 als Nachbeben des Mw9.0-Tohoku-Ereignisses vom 11. März 2011 bezeichnet, fast 10 Jahre nach dem ursprünglichen Nachbeben. Wie lange sollte eine Gemeinde nach einem Erdbeben warten, bevor sie in ihre Häuser zurückkehrt oder mit dem Wiederaufbau beginnt? Wann ist die Gefahr von Nachbeben vorbei?
Das Bewusstsein für Nachbeben hat sich durch die Jahrhunderte getragen. Das Konzept einer „Erdbebenquarantäne“ zeigte sich in der italienischen Stadt Pistoia, Toskana, etwa 10 Meilen (16 Kilometer) nordwestlich von Florenz, als sie im März 1293 von einem starken Erdbeben getroffen wurde. Viele der gemauerten Gebäude der Stadt befanden sich in einem prekären Zustand, und die Überlebenden schleppten ihre Holzrahmenbetten aus den Ruinen in hastig zusammengebaute Schuppen und Zelte, die für einen solchen Notfall aufbewahrt wurden. Für eine Woche Nachbeben lebten sie weg von ihren Gebäuden. Am achten Tag kehrten sie in ihre Häuser zurück.
Diese Woche der Erdbebenquarantäne war eine Tradition, die in Mittelitalien über Generationen weitergegeben wurde. Wie die 40 Tage Quarantäne für ein Schiff, das im Verdacht steht, die Pest zu tragen, Die Wartezeit beruhte auf jahrhundertelanger scharfsinniger empirischer Beobachtung. Wir wissen jetzt, wie die Risikoeinsparung zu berechnen.
Zerfall der Nachbeben-Aktivität
Hat das Erdbeben letzte Woche Leben gerettet? Laut dem japanischen Seismologen Fusakichi Omori aus dem Jahr 1894 zerfällt die Nachbeben-Aktivität proportional zu 1 / t, was heute als Omori-Gesetz bekannt ist. Er stellte auch fest, dass die Aktivität schnell abfällt, wenn sie sich von der Hauptschockquelle entfernt. Nach einer Woche beträgt die zusätzliche Risikoreduktion für den Aufenthalt außerhalb einer weiteren Nacht nur noch ein Achtel des Risikos, das durch das Campen in der ersten Nacht eingespart wird.
Fast die Hälfte des Gesamtrisikos über 100 Tage nach dem Mainshock tritt in der ersten Woche auf. Mit nichts anderem als empirischen Erfahrungen, die zu verschiedenen Zeiten und in verschiedenen Städten gesammelt wurden, wurde seit dem dreizehnten Jahrhundert eine rationale Politik formuliert, die einen Verhaltensökonomen des einundzwanzigsten Jahrhunderts beeindrucken würde.
Tohoku-Nachbeben
Nach dem Mw9.0-Tohoku-Erdbeben am 11.März 2011 traten drei von acht der größten M7.0 + -Nachbeben innerhalb der ersten sieben Tage auf. In einem früheren Blog, der sich mit Nachbeben nach den Erdbeben in Christchurch, Neuseeland, 2011 befasste, skizzierte ich die Arbeit von Markus Båth. Das „Båthsche Gesetz“ sagt voraus, dass das größte Nachbeben typischerweise 1,1 bis 1,2 Magnitudeneinheiten kleiner ist als das Hauptbeben.
Mit Tohoku hatte das größte Nachbeben eine Momentstärke von 7.7 und trat innerhalb von 29 Minuten nach dem Mainshock auf und dehnte den Plattengrenzenfehlerbruch nach Süden aus. Innerhalb von 24 Stunden gab es zwei weitere Erdbeben über der Stärke 7,0, und dann verlängerten sich die dazwischen liegenden Lücken exponentiell: April 2011, Juli 2011, Dezember 2012, Oktober 2013 und zuletzt im Februar 2021, fast zum 10. Zu diesem Zeitpunkt betrug die tägliche Aktivität nach Omoris Gesetz 0,03 Prozent des ersten Tages.
Die Anzahl der Nachbeben geht in die Tausende mit 82 Schocks von M6.0 und höher und 506 Schocks von M5.0 und höher. Mit Ausnahme des größten Nachbebens, das den Bruch nach Süden fortsetzte, trugen diese ersten Erdbeben, die sich in einer Nachbebenwolke um den Hauptbruch herum befanden, nicht wesentlich zum Schaden bei. Die Anordnung des Verwerfungsbruchs, der in Richtung Land abfällt, bedeutet, dass viele Nachbeben tendenziell tiefer waren und das Schütteln der Oberfläche verringerte.
Das verheerendste Nachbeben ereignete sich am 7. April 2011 in Küstennähe und in der Nähe des ursprünglichen Epizentrums. Zu früh nach dem Mainshock, um neue Gebäudeschäden zu unterscheiden, haben die Nachbeben im April zusätzliche Schäden verursacht, die wir von den Auswirkungen auf die Infrastruktur kennen. Dies beinhaltete zum Beispiel die Verlagerung von 620 Abschnitten der Eisenbahnstrecke, verglichen mit 2.200 Abschnitten, die im Mainshock verschoben wurden. Jeder zusätzliche Schaden durch die ersten Nachbeben fließt in die Analyse der Verluste ein – die Japan Reconstruction Agency stufte 122.000 Häuser als „vollständig zerstört“ und 282.000 als „halb zerstört“ ein – und die Entwicklung von Vulnerabilitätsfunktionen.
Zum Zeitpunkt des jüngsten Nachbeben, dem Mw7.1-Ereignis am 13.Februar 2021, das sich 37 Meilen (60 Kilometer) vor der Küste und in einer Tiefe von 31 Meilen (50 Kilometer) vom Mainshock entfernt befand, wurde jedoch alles wieder aufgebaut und aufgefüllt. In Küstenstädten verursachte der Schock Schäden an traditionellen Ziegeldächern, verdrängte Möbel und Regale und verletzte 185 Menschen, viele von Glasscherben.
In weiten Teilen Japans, von Kyushu bis Hokkaido, nahm die seismische Hintergrundaktivität nach dem Mainshock vom 11.März 2011 zu. Eine kleine Gruppe von M6 Erdbeben wurden weit über die Nachbeben Wolke ausgelöst. Einer befindet sich unterhalb des Berges. Fuji führte zu Ängsten vor einem Ausbruch. Es gab auch Bedenken, dass größere Erdbeben in die Nähe von Tokio wandern könnten, Es wurde jedoch kein Konsens über die Struktur der drei tektonischen Platten unter der Stadt erzielt.
Eine Gruppe schlug vor, dass eine 100 Kilometer lange Platte die philippinische Meeresplatte vollständig abgebrochen hatte, und sie prognostizierten ab März 2013 für fünf Jahre einen Anstieg der Erdbeben um die Stadt um 250 Prozent. Unterdessen fand eine andere Gruppe von Seismologen, die Kontinuität in der absteigenden Platte sahen, dass jede Zunahme der Seismizität wahrscheinlich „unbedeutend“ war. Doch die Erdbeben blieben aus.
Modellierung von Nachbeben
Das Tohoku-Erdbeben von 2011 wirft erneut die Frage auf: Sollten Nachbeben unabhängig für ihren Beitrag zum Verlust modelliert werden? In Neuseeland im Jahr 2011 sahen wir die außergewöhnliche Situation, in der ein Nachbeben ein Vielfaches des Schadens im Vergleich zum ursprünglichen Mainshock verursachte – lesen Sie mehr in meinem letzten Blog. Seit Tohoku im März 2011 und weitaus häufiger haben die größten Nachbeben in Japan bescheidene Auswirkungen gehabt – in den ersten Monaten einen kleinen Teil des Gesamtschadens beigetragen und im Februar 2021 einige weit verbreitete kleinere Schäden an den Reparaturen verursacht.
Wieder einmal können wir die Frage stellen: Ist der potenzielle Beitrag zum Verlust durch Nachbeben etwas, das wir nach allen großen Erdbeben-Nachbeben durch Raum und Zeit modellieren sollten? RMS® glaubt dies, und wir haben die kurzfristigen Ereigniswahrscheinlichkeiten im RMS® Japan Earthquake and Tsunami HD-Modell nach dem Tohoku-Erdbeben aktualisiert, um diesen Anstieg des Risikos zu erfassen.
Die standardmäßigen Strukturen der Schadenrückversicherung und eine dreitägige Stundenklausel entsprechen nicht der Realität einer lang andauernden Nachbeben-Sequenz. Könnte man nach einem erheblichen Nachbeben eine Versicherung abschließen, die durch eine Stop-Loss-Rückversicherung unterstützt wird, um alle potenziellen Nachbeben abzudecken? Dies wäre eine nützliche Beruhigung für diejenigen, die wieder aufbauen möchten, falls ein großes Nachbeben folgen sollte.
Vielleicht könnte ein Produkt durch einen Sekundärversicherungsmarkt oder durch die Verwendung einer parametrischen Insurance-Linked Securities (ILS) -Struktur entwickelt werden, die die entfernte Möglichkeit eines schädlichen Tail-Ereignisses vorwegnimmt, wie im Februar 2011 in Christchurch. Mithilfe von Modellen zur schnellen Bewertung der Verluste aus einer erwarteten Nachbeben-Wolke könnten Emittenten und Investoren eine dringend benötigte Nachfrage befriedigen.
Omori, F. (1894) Über die Nachbeben von Erdbeben. J. Hochschule Sci. 7, 521–605.
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Toda, S., Stein, R., Kirby, S., et al. (2008). Ein unter Tokio verkeiltes Plattenfragment und seine tektonischen und seismischen Auswirkungen. Nature Geoscience 1, 771-776. https://doi.org/10.1038/ngeo318
Toda, S., & Stein, R. (2013). Das 2011 M = 9.0 Tohoku-oki-Erdbeben hat die Wahrscheinlichkeit großer Schocks unter Tokio mehr als verdoppelt. Geophysical Research Letters 40(11), 2562-2566. https://doi.org/10.1002/grl.50524
Nanjo, K. Z., Sakai, S., Kato, A., Tsuruoka, H., & Hirata, N. (2013). Zeitabhängige Erdbebenwahrscheinlichkeitsberechnungen für Südkanto nach dem Erdbeben M9.0 Tohoku 2011. Geophysical Journal International 193(2), 914-919. https://doi.org/10.1093/gji/ggt009; Uchida, N., & Matsuzawa, T. (2013). Pre- und post-seismischen langsamen Schlupf rund um die 2011 Tohoku-oki Erdbeben Bruch. Erde und Planetary Science Letters 374, 81-91. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2013.05.021