Kombination von Gelände- und Laborarbeit mit numerischen Computersimulationen liefert neue Erkenntnisse Schmelzendes Gestein schuld an tiefen Erdbeben - scinexx | Das Wissensmagazin
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Kombination von Gelände- und Laborarbeit mit numerischen Computersimulationen liefert neue Erkenntnisse

Schmelzendes Gestein schuld an tiefen Erdbeben

Dr. Timm John untersucht eine Erdbebenzone in „Gabbro-Gestein“, das tief im Erdinneren entstanden ist. © Torgeir Andersen

Wie entstehen Erdbeben in großen Tiefen? Eine Antwort auf diese Frage hat jetzt ein internationales Wissenschaftlerteam gefunden. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ berichten, spielt schmelzendes Gestein dabei eine entscheidende Rolle.

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Die Grenzen der tektonischen Platten der Erde zeichnen sich durch eine sehr hohe Erdbebenaktivität aus. Diese kann ihren Ursprung in wenigen Kilometern, aber auch in mehreren hundert Kilometern Tiefe haben. Wenn sich Platten aufeinander zu bewegen und sich an den Rändern übereinander schieben, treten an diesen Stellen häufig Erdbeben in Tiefen von mehr als 50 Kilometern unter der Erdoberfläche auf.

Flache Erdbeben bereits weitgehend enträtselt

„Die Mechanismen von ‚flachen‘ Erdbeben, die in einer Tiefe von bis zu 50 Kilometern entstehen, sind sehr gut bekannt – sie werden auf Brüche der sich spröde verhaltenden Erdplatten zurückgeführt“, erklärt Timm John vom Institut für Mineralogie der Universität Münster, der zusammen mit Forschern aus Kiel und Oslo, Norwegen, die neue Studie durchgeführt hat. „Die Ursachen für tiefere Erdbeben dagegen sind bis zum heutigen Tage unklar.“

In der Regel verhalten sich Gesteine unter den Bedingungen in der Tiefe plastisch und nicht spröde. Im Zusammenhang mit Erdbeben sollen jedoch auch hier Brüche im Gestein eine Rolle spielen, so die gängige Annahme.

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Scherzonen im Gestein entdeckt

Bei Geländearbeiten in Westnorwegen fanden John und seine Kollegen vom „Center for Physics of Geological Processes“ der Universität Oslo in dem von ihnen untersuchten Gestein Scherzonen, die auf plastische Deformation zurückzuführen sind. Zudem waren auch Erdbebenstörungszonen vorhanden, die nach bisherigem Stand der Forschung als Sprödbruchstrukturen interpretiert würden, nach den neuen Erkenntnissen der Wissenschaftler aber andere Ursachen haben: „Unsere Untersuchung hat gezeigt, dass sich tiefere Erdbeben in vielen Fällen durch Schererwärmungen des Gesteins erklären lassen“, so John.

Dabei führt die Erwärmung, die sich durch anfangs sehr langsame Deformation des Gesteins entlang entstehender Scherzonen bildet, dazu, dass das Gestein immer weicher und damit deformierbarer wird. Bedingt durch die zunehmende Deformation wird es wiederum wärmer.

Ein sich selbst verstärkender Prozess

Dieser sich selbst verstärkende Prozess führt schließlich dazu, dass das Gestein entlang einer sehr dünnen Zone so heiß wird, dass es zu schmelzen beginnt. Auf diesem geschmolzenen Gestein kann sich dann nach Angaben der Forscher die ganze gespeicherte Spannung mit seismischer Geschwindigkeit entladen – es kommt zum Erdbeben.

„Die Simulationen, bei denen die im Gelände und im Labor gewonnenen Daten berücksichtigt wurden, haben auch gezeigt, dass sich die Scherzonen und Erdbebenstörungszonen durch den gleichen Prozess gebildet haben“, so John. „Ganz geringe Unterschiede in dem Gestein entscheiden, ob sich eine Scherzone bildet oder ob sich die Deformationsstruktur gar zu einer Erdbebenstörungszone entwickelt.“

(idw – Universität Münster, 30.01.2009 – DLO)

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