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Nur schwer erklärbar

Tiefes Erdbeben unter dem Ochotskischen Meer gibt Geologen Rätsel auf

Von Dagmar Röhrlich

Das Beben vom 24. Mai 2013 vor Kamtschatka war bis in den Mittleren Osten zu spüren.
Das Beben vom 24. Mai 2013 vor Kamtschatka war bis in den Mittleren Osten zu spüren. (dpa / Oliver Berg)

Geophysik. - Am 24. Mai 2013, um 7:44 Uhr mitteleuropäischer Zeit, erschütterte ein Erdbeben der Magnitude 8,3 das Ochotskische Meer vor Kamtschatka. Und obwohl die seismischen Wellen bis in den Mittleren Osten zu spüren waren, kam in den umliegenden Gebieten Sibiriens niemand zu Schaden. Das lag nicht nur an der extrem dünnen Besiedlung dort, sondern auch am speziellen Charakter des Ereignisses: Es war ein so genanntes tiefes Erdbeben mit einem Herd in mehr als 600 Kilometern Tiefe. Diese tiefen Erdbeben sind zwar nicht gefährlich, aber sie sind wissenschaftlich ein Rätsel. Und so berichten heute über diese Beben und mögliche Ursachen gleich zwei Forscherteams im Fachmagazin "Science".

Eigentlich entstehen Erdbeben nahe der Oberfläche: An einer Störung hat sich tektonischer Stress so hoch aufgebaut, dass die Erdkruste nachgibt, aufreißt und die Blöcke diesseits und jenseits dieser Störung gegeneinander versetzt werden. Damit der Mechanismus funktioniert, muss das Gestein spröde reagieren. Tiefe Beben ereignen sich jedoch in einer Zone des Erdmantel, wo Druck und Temperatur so hoch sind, dass Gesteine sich plastisch verformen. Und es gibt noch ein Problem:

"Über dieser Zone liegt so viel Gestein, dass sie durch den gewaltigen Druck regelrecht zusammengepresst wird. Eigentlich kann sich gar nicht mehr genügend tektonischer Stress für ein Beben aufbauen. Aber dieses tiefe Beben unter dem Ochotskischen Meer war mit einer Magnitude von 8,3 sogar riesig","

erklärt Thorne Lay von der Universität von Kalifornien in Santa Cruz. Dann führt er weiter aus, dass sich diese besonderen Erdbeben nur an wenigen Stellen überhaupt ereignen können: nämlich in "Subduktionszonen", wo die Plattentektonik Meereskruste zurück ins Erdinnere recycelt:

""Diese tiefen Erdbeben entstehen sogar nur in besonderen Subduktionszonen, nämlich nur dort, wo besonders alte und damit auch besonders kalte Meereskrustenplatte ins Erdinnere sinkt. Unter dem Ochotskischen Meer beispielsweise steckt die abgesunkene pazifische Platte wie ein kalter, spröder Block mitten in sehr viel heißerem, plastischem Mantelgestein. Trotzdem sollte der hohe Umgebungsdruck Beben eigentlich verhindern."

Die abgesunkene pazifische Platte war am 24. Mai auf 180 Kilometern Länge aufgerissen: Das ist Rekord für ein tiefes Beben. Außerdem öffnete sich dieser Riss mit dem enormen Tempo von vier Kilometern pro Sekunde:

"Das Beben versetzte die Bruchkanten in der abgesunkenen Platte um rund zehn Meter gegeneinander. Nach der Analyse der Daten erklären wir uns den Prozess nun so, dass wahrscheinlich eine alte 'Narbe' reaktiviert worden ist: Sie könnte sich gebildet haben, als dieses Stück der Pazifischen Platte, in dem das Beben entstand, vor vielen Millionen Jahren in den Erdmantel abgesunken ist, denn dazu musste es abknicken."

Und dieser Knick könnte bis heute eine Schwächezone geblieben sein. Das erklärt allerdings noch nicht den Auslöser. Zu dieser Frage haben französische Forscher Laborexperimente durchgeführt, die sie in einem zweiten Aufsatz vorstellen. Alexandre Schubnel von der Forschungsorganisation CNRS:

"Seit den 1960 oder 70er Jahre wird überlegt, ob tiefe Beben durch Veränderungen in der Struktur des Minerals Olivin entstehen könnten. Dieses Mineral baut hauptsächlich den Erdmantel auf und existiert in verschiedenen Formen. Neben der normalen gibt es auch eine, die sich unter Hochdruckbedingungen bildet. Um zu prüfen, ob der Übergang von der normalen in die Hochdruckform bei tiefen Beben eine Rolle spielt, haben wir eine künstliche Olivinprobe unter die Bedingungen versetzt, in denen sich natürlicher Olivin in 600 Kilometer Tiefe befindet und das Experiment überwacht."

Und tatsächlich: Als die Probe die entsprechenden Bedingungen erreichte, wechselte der Olivin schlagartig in seine Hochdruckform. Die "Nanobeben", die dabei entstanden, glichen dem Geschehen bei den großen, tiefen Erdbeben. Für Thorne Lay könnte dieser Mechanismus einen Auslöser abgeben. Um den weiteren Verlauf des Erdbebens zu erklären, brauche man jedoch noch andere Prozesse. So sollten sich die Bruchflächen durch die Bewegung unter immensem Druck so sehr aufheizen, dass sich Schmelzen bilden. Die wirken dann wie ein Schmiermittel, so dass sich das Beben über 180 Kilometer hinweg in diesem alten, abgesunkenen Block der pazifischen Krustenplatte ausbreiten konnte, vermutet der Forscher.

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