Wissenschaftler aus Jerusalem haben etwas Neues entdeckt: Ein spezifischer Ablauf ist die Basis für Erdbeben. Dieses Wissen könnte in Frühwarnsystemen eingesetzt werden.

Jerusalem – Wie Erdbeben entstehen, ist bekannt: Tektonische Platten geraten in Bewegung, wodurch Spannungen zwischen den Platten entstehen können. Wenn sich diese Spannungen ruckartig lösen, kommt es zu einem Bruch und infolgedessen zu einem Erdbeben. Jetzt haben Forschende jedoch einen neuen Mechanismus entdeckt. Er könnte die Erdbebenforschung einen großen Schritt weiter bringen.

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Wodurch entstehen Erdbeben? Neuer Mechanismus anhand von Mathematik und Experimenten entdeckt

Eine Studie unter Leitung des Physikers Jay Fineberg von der Hebräischen Universität Jerusalem hat untersucht, wie sich ein Erdbeben über lange Zeit anbahnen kann. Veröffentlicht wurde die Studie im Fachjournal Nature. Die Forschenden heben darin die Rolle langsamer, kriechender Bewegungen hervor, auch aseismische Bewegungen genannt. Sie würden den eigentlichen seismischen Aktivitäten – also den Bewegungen in der Erdkruste – vorausgehen. Diese Bewegungen wurden als Übergangsphase identifiziert, die geringfügige Spannungen in eine enorme Energiefreisetzung umwandeln können. Eine andere Erdbeben-Studie hat aufgedeckt, dass es innerhalb des inneren Erdkerns eine weitere Schicht gibt.

„Der Bruchprozess geschieht nicht auf einmal. Zunächst muss ein Riss erzeugt werden“, so Fineberg im Interview mit Live Science. „Die Frage ist, wie die Natur den Riss erzeugt, der dann zu einem Erdbeben wird.“ Fineberg und seine Kolleginnen und Kollegen untersuchten diese Frage mit einer Mischung aus theoretischer Mathematik und Laborexperimenten.

Erkenntnisse aus dem Labor zur Entstehung von Erdbeben können auf Natur übertragen werden

Im Interview mit IPPEN.MEDIA erklärt Marco Bohnhoff, Leiter der Sektion „Geomechanik und Wissenschaftliches Bohren“ am Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ Potsdam, den Mehrwert der Studie: „Die Studie ist sehr interessant, weil es einen Mechanismus für das sogenannte Pre-Slip-Modell beschreibt.“ Im Pre-Slip-Modell werden aseismische Bewegungen als auslösend für Erdbeben betrachtet. Es ist eines von zwei Modellen, mit denen die Entstehung von Erbeben beschrieben wird. Die Forschung beinhalte laut Bohnhoff somit neue Erkenntnisse, kombiniert mit bereits vorhandenen Ideen.

Für die Laborversuche verwendeten die Forschenden aus Jerusalem Plexiglasplatten, um die Dynamik von tektonischen Platten nachzuahmen. Durch das Anlegen von Scherkräften konnten sie die Bewegungsmuster entlang von Verwerfungen nachbilden. Gegenüber Live Science erklärt Fineberg: „Das Material, aus dem die sich berührenden Platten bestehen, spielt keine Rolle. In beiden Fällen findet derselbe physikalische Prozess statt.“ Das bestätigt auch der Erdbebenexperte Bohnhoff: Es sei nachgewiesen, dass ebensolche Erkenntnisse aus dem Labor auch auf die Natur übertragen werden könnten. Allerdings müsse man bedenken, dass die Experimente im Labor unter bestimmten Rahmenbedingungen durchgeführt wurden, und somit nicht universell für Beben in der Natur gelten.

Voraussage von Erdbeben: Weitere Forschungen notwendig

Der neu entdeckte Mechanismus beschreibt den Bruch als zweidimensionalen Fleck, der sich langsam ausdehnt, bevor er eine kritische Grenze erreicht. An diesem Punkt löst überschüssige Energie eine explosive Bewegung des Risses aus. Die Entdeckung dieses Mechanismus könnte bahnbrechend für die Erdbebenvorhersage sein. Ein besseres Verständnis der langsamen Bewegungen könnte eines Tages möglicherweise zur Entwicklung von besseren Frühwarnsystemen führen – und damit helfen, Leben zu retten und Schäden zu minimieren. Bis dahin werde jedoch voraussichtlich noch viel Zeit vergehen, sagt Bohnhoff: „Die neu gewonnenen Erkenntnisse bedeuten nicht, dass man Erdbeben bereits in naher Zukunft sicher vorhersagen kann.“

Zudem sei weitere Forschung notwendig, um diese Erkenntnisse auf natürliche Brüche anzuwenden. Die Herausforderung besteht darin, zwischen harmlosen Bewegungen und jenen, die eine bevorstehende Gefahr signalisieren, zu unterscheiden. „Die Natur ist eben sehr komplex und schwierig“, so Bohnhoff. Zudem sei ein Problem, dass die in der Studie präsentierten Laborergebnisse in der Natur noch nicht beobachtet werden können, weil sie dort in mehreren Kilometern Entfernung liegen, erklärt der Geophysiker. Aber: „Man hat jetzt eine bestimmte Vorstellung davon. Mit Bohrungen könnte man sich den Rissen weiter nähern und so die Observationslücke zwischen Labor- und Naturmassstab verringern.“

Zuletzt wurde Japan von einem schweren Erdbeben erschüttert. (tt)

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