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Einblick in die Erdbebenentstehung

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 20.07.2011 09:08

Langsam rücken die seismogenen Zonen - die Gebiete, in denen Erdbeben ausgelöst werden - in die Reichweite des Menschen. Die Bohrtechnik ist inzwischen so weit, dass Tiefen von etlichen Kilometern erreichbar scheinen, selbst wenn man zusätzlich noch ein paar Tausend Meter Wassersäule überwinden muss. Das Internationale Meerestiefbohrprogramm IODP visiert daher Subduktionszonen vor Japan und Mittelamerika an, um dort das Geschehen tief in der Erdkruste genauer zu untersuchen. Vor der Küste Costa Ricas wurden jetzt die ersten Bohrungen des Costa Rica Seismogenes Projektes (CRISP) abgeteuft. Sie gelangten noch nicht in die Erdbebenherdzone in rund 5000 Metern Tiefe, lieferten trotzdem wichtige Informationen über den Aufbau der dortigen Subduktionszone.

Operationsgebiet CRISPSubduktionszonen gehören zusammen mit den mittelozeanischen Rücken zu den Aktionszentren der Plattentektonik. An ihnen tauchen Krustenplatten wieder zurück ins Erdreich, die an den Rücken entstanden. Die Bewegung der Krustenplatten verläuft allerdings nicht störungsfrei, denn die Platten gleiten nicht flüssig aneinander vorbei, sondern werden durch die Reibung abgebremst, verhaken sich gar. Die dabei aufgestaute Energie entlädt sich irgendwann mit einem in der Regel gewaltigen Ruck, mehr als 80 Prozent aller schweren Erdbeben mit einer Magnitude über 8.0 ereignen sich an den Subduktionszonen.

Eine bessere Kenntnis der Vorgänge an den erdbebenträchtigen Subduktionszonen dient daher wesentlich mehr als nur der Befriedigung purer wissenschaftlicher Neugier.  Die Untersuchungen werden jedoch dadurch erschwert, dass ein großer Teil der rund 55.000 Kilometer, die sich die Subduktionszonen über die Erdoberfläche ziehen, im Meer liegen. Gerade im Pazifischen Ozean ist das der Fall, und hier haben sich neun der zehn schwersten bislang dokumentierten Erdbeben ereignet. Doch so langsam rücken selbst die untermeerischen Erdbebenzonen in die Reichweite der Geowissenschaftler und ihrer Bohrschiffe.

Joides Resolution im Hafen von PuntarenasVor der Küste Costa Ricas hat jetzt das US-Schiff Joides Resolution auf der Expedition 334 des internationalen Meerestiefbohrprogramms IODP in die Subduktionszone zwischen der Karibischen Kontinentalplatte und der ozeanischen Cocos-Platte gebohrt. Es waren die ersten Bohrungen des CRISP-Projektes, das das Hypozentrum des Burica-Bebens anpeilt. Dieses Beben ereignete sich am 31. Juli 2002 und hatte seinen Erdbebenherd in fünf Kilometern Tiefe. "Das ist verhältnismäßig flach", erklärt Expeditionsteilnehmer Michael Stipp, Geologe am Kieler IFM-Geomar, "deshalb besteht tatsächlich einmal die Chance, eine aktive seismische Zone direkt zu beproben." Der Grund ist, dass hier die abtauchende Cocos-Platte die Unterseite der karibischen Kontinentalplatte abraspelt und in den Erdmantel hinein mitführt.

Solche erosiven Kontinentalränder gibt es an geschätzten 57 Prozent der Plattenkollisionszonen und bisher galten sie als harmloser als die andere Kategorie, die akkretionären Kontinentalränder, bei denen sich immer dickere Sedimentpakete über der eigentlichen Kontaktzone auftürmen. Diese Sicht hat das Tohoku-Beben, das den Norden der japanischen Hauptinsel Honshu am 11. März traf, ins Wanken gebracht. Denn dort gibt es auch einen erosiven Kontinentalrand und trotzdem erreichte das Beben 9,0 auf der Moment-Magnituden-Skala.

Bohrgestänge der Joides Resolution"Wir wissen, dass die seismische Aktivität in diesen Zonen durch verschiedene Faktoren bestimmt wird", erklärt Expeditionsleiterin Paola Vannucchi, Assistenzprofessorin für strukturelle Geologie an der Universität Florenz, "aber wir wissen nicht, wie sie zusammenwirken und wodurch sie die Erdbebenmagnitude bestimmen." Die Bohrkerne, die jetzt geborgen wurden, bringen erste Hinweise auf diese Zusammenhänge. Bis in 949 Meter Tiefe konnte die "Joides Resolution" in die Krustenplatten hineinbohren. Bei der karibischen Platte kam man so bis in den unteren Teil, möglicherweise sogar in die Trümmer, die durch die Cocos-Platte abgeraspelt wurden. In ihrem vorläufigen Bericht erklären die Forscher, dass sie Hinweise für ein starkes Absinken des Kontinentalrandes vor Costa Rica gefunden haben. Außerdem habe sich ein überraschend dickes Sedimentpaket abgelagert, das offenbar aus den vergangenen zwei Millionen Jahren stammt.


"In dieses Sediment sind Fluide aus den tieferen Teilen der Subduktionszone aufgestiegen", so Vannucchi, "wir können von diesen Flüssigkeiten Rückschlüsse auf die chemischen und thermischen Verhältnisse weiter unten in der erdbebenträchtigen Zone ziehen." Genaueres wird erst die Analyse der Bohrkerne ergeben, die in den kommenden Monaten und Jahren in Laboren rund um die Welt stattfinden wird. Ein erstes Treffen, auf dem vorläufige Resultate diskutiert werden sollen, ist für Ende August angesetzt.

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