Wie entsteht eine Erdbebenserie?

1.2, 1.5, 2.1, 1.7, 1.7, viel Kleinkram, 2.1, 2.4 und 3.6. So oder so ähnlich (eher letzteres) war der Verlauf der jüngsten Erdbebenserie im Zollernalbkreis. Was anfangs wie eine lokaltypische kleine Erdbebenserie aussah, wurde durch das M3.6 am späten Abend zu einer Vorbebensequenz. Vorbeben deshalb, weil das Haupt- und die vielen kleineren Erdbeben zuvor sehr wahrscheinlich auf den selben Ursprung zurück gehen und deshalb ein Zusammenhang zwischen den einzelnen Ereignissen besteht. Ein kleiner Blick in die oft missverstandenen Hintergründe der Erdbebenserien:

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Hinweis: Die im Titelbild aufgeführten Erdbeben sind größtenteils vorläufige Auswertung, inzwischen teilweise korrigiert sowie durch zuvor nicht detektierte Beben ergänzt. Als Beispielbild ist dies jedoch ausreichend.

Vogtland, Mai 2018: Drei Wochen, die vielen Anwohnern in Sachsen, Bayern und Tschechien (und dem Autor) schlaflose Nächte bereitet haben. Es war mal wieder Schwarmbebenzeit. Tausende Erdbeben, davon über 200 spürbar, dank des Erzgebirges viele weitere hörbar. Mag für manche wie ein Albtraum klingen – ist es für einige Anwohner sicher auch – doch entspringt dieser Albtraum nicht der Feder sadistischer Netflix-Drehbuchautoren, sondern der Normalität.
Bedingt durch die magmatischen Prozesse eines aktuell nicht mehr aktiven Vulkanfeldes im deutsch-tschechischen Grenzgebietes ist innerhalb der Erdkruste, wo die Erdbeben entstehen, Hochbetrieb. Durch Risse und Spalten bewegen sich Fluide, also meist nichts anderes als stark mineralhaltiges Thermalwasser (oder auch Gase), angetrieben von der Wärmequelle im Untergrund. Stauen sie sich an einem Ort, bewegen sie sich kurzzeitig schneller oder schlagen sie einen neuen Weg ein, sind sie in der Lage, an den Störungen Erdbeben auszulösen, sofern genug tektonischen Spannung im Gestein vorhanden ist. Ist sie im Vogtland. Die markante Mariánské Lázně Störung, ein Zweig der Leipzig-Regensburg-Störungszone, war in (prä)historischer Zeit seismisch sehr aktiv, schwere Erdbeben inklusive.

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Die Sache mit den Fluiden und die von ihnen häufig ausgelösten Erdbebenschwärmen ist so eine Sache: Oft ist die Rede davon, dass es sie ausschließlich in Vulkangebieten gibt, wo eine Wärmequelle (Magma) im Untergrund als Motor fungieren kann. Tatsächlich spielen Fluide überall eine Erdkruste eine wesentliche Rolle. Wasser findet sich fast überall im Gestein. Manchmal ist es altes Regenwasser, das tief in Gesteinsspalten eingedrungen ist. Manchmal kommt das Wasser entlang von Subduktionszonen aus den Ozeanen tief in die Kruste und den Mantel, wo es unter anderem auch zur Gesteinsschmelze und Vulkanbildung führt. Manchmal ist es aber auch das Gestein selbst, das in seiner chemischen Struktur Wasser enthält und bei gewissen Temperatur- und Druckbedingungen freisetzt.
Eine Magmakammer in der Kruste ist ein guter Motor für Fluide, weshalb Schwarmbeben in Vulkangebieten auch häufiger sind. Aber auch außerhalb können Fluide, gesteuert zum Beispiel durch tektonische Prozesse oder die normale Erdwärme, in Bewegung geraten. Sie gelten als wahrscheinlicher Auslöser von Slow-Slip Erdbeben, in einigen Fällen sogar von Megathrust-Erdbeben (also solche großen Erdbeben an Subduktionszonen, die Magnitude 8 oder mehr erreichen können). Auch die starke Erdbebenserie in Italien 2016 könnte in ihrer räumlichen und zeitlichen Ausdehnung durch Fluide beeinflusst gewesen sein (u.a. Chiarabba et al. 2017). Selbst tief im Erdmantel, wo Erdbeben nach ihrem gängigen physikalischen Prinzip eigentlich unmöglich sind, könnten es Fluide aus Mineraltransformationen sein, die in Regionen wie Fidschi und Kamtschatka 600 Kilometer unter der Oberfläche seismische Aktivität auslösen (u.a. Chen et al. 2019).

In welchen Erdbeben überall Fluide drin stecken und was sie sonst noch alles können, ist Gegenstand der Forschung, aber wie man sich vielleicht vorstellen kann, nicht einfach herauszufinden. Man kann nicht nachgucken, was in 10 Kilometern Tiefe passiert. Es gibt lediglich Modelle, die die Beobachtungen unter bestimmten Bedingungen simulieren können und so eine Idee geben, was möglich ist und was nicht.

Auch die Erdbebensequenzen im Zollernalbkreis, eventuell sogar die gesamte dortige Aktivität seit Beginn des 20. Jahrhunderts, könnte das Werk von Fluiden sein. Wasser, das vor 111 Jahren die Albstadt Scherzone erreicht hat und dort Stück für Stück die seit Jahrtausenden aufgestaute tektonische Spannung abbaut – und möglicherweise am 27. Januar ein seit längerem inaktiven Störungszweig zwischen Bisingen und Albstadt erreicht hat, um erst schwarmartig kleine Beben und im späteren Verlauf ein größeres Beben auszulösen. Die kurzzeitige Dichte von mehreren Mikrobeben pro Minute, also ein typisches Schwarmverhalten, spräche dafür. Kaum nachweisbare Spekulation natürlich dennoch. Denn auch ohne nennenswerten Fluideinfluss kann sich eine Erdbebenserie ausbilden.

Diese Möglichkeit beruht auf dem Prozess des Triggerns. Wenn an einem Störungssegment irgendwann der Punkt erreicht ist, dass das Gestein seinem eigenen Druck nicht mehr standhalten kann und sich in Form eines großen Erdbebens verschiebt, geschieht das nicht ohne Einfluss auf die direkte Umgebung. Man stelle sich vor, man hält sich an einem Tisch fest, der von einer anderen Person Stück für Stück verschoben wird. Irgendwann reicht die eigene Armlänge nicht mehr aus, um die Verschiebung zu kompensieren, als muss man einen Schritt in Richtung Tisch gehen, um die Verbindung aufrecht zu erhalten. Muss man diesen Schritt gehen, noch während er Tisch verschoben wird, wird das metaphorische Erdbeben durch die eigene Bewegung größer. Geht man diesen Schritt zeitverzögert, zum Beispiel weil man durch die eigene Streckung irgendwann das Gleichgewicht verliert, oder wenn man vom Mitbewohner einen leichten Stoß bekommt, den man aufgrund der Standposition nicht ausgleichen kann, wird man zu einem eigenen „Erdbeben“. Reicht die Armlänge hingegen aus, sodass der Versatz des Tisches einen selbst nicht beeinflusst, passiert nichts.

Eine solche Kettenreaktion kann lange dauern und auch große Flächen einnehmen, abhängig von den jeweiligen Bedingungen. Zudem kann sie in verschiedenen Größenordnungen auftreten. So schafft es ein Beben der Stärke 2 vielleicht in 20 Metern Entfernung (unter gewissen Umständen) ein neues Beben zu triggern. Bei Stärke 6 können es 20 Kilometer sein, bei Stärke 8 vielleicht sogar 200 Kilometer.
Auch die Zollernalb-Erdbebenserie könnte sich so erklären lassen. Dass die vielen kleinen Erdbeben im Tagesverlauf das letzte Bisschen Spannung waren, das zu einem größeren Beben am Abend gefehlt hat.

Natürlich kann auch in diesem Szenario das Vorhandensein von Fluiden einen Einfluss nehmen. So kann zum Beispiel auch durch den Versatz des Gesteins bei einem Erdbeben die Strömung von Fluiden begünstigt werden, sodass dadurch eine Bebenserie, bzw. ein Schwarm ausgelöst und auch der Verlauf einer Nachbebenserie beeinflusst wird. Im gegenteiligen Fall kann ein einzelnes Erdbeben aber auch eine Blockade für Fluide schaffen und so einen möglichen Schwarm beenden.

Weitere denkbare natürliche Ursachen für Erdbebenserien, wenn auch im aktuellen Fall eher auszuschließen, sind die schnellere Deformation der Erdkruste durch magmatische Prozesse; in die Erdkruste einströmendes flüssiges Gestein, das zu einer Anhebung oberhalb liegender Gesteinsschichten führt. Derartige Erdbebenserien konnten bzw. können aktuell an den Vulkanen Taal (Philippinen) und Reykjanes (Island) beobachtet werden.

Für Erdbebenserien kann es also verschiedene Ursachen geben. In den meisten Fällen ist kein Vulkan involviert, auch wenn ein entsprechender Zusammenhang oft nachgesagt wird. Häufig sind irgendwie Fluide im Spiel, die durch ihr Verhalten weitere Ereignisse auslösen. Was in einzelnen Fällen der genaue Grund ist, kann man aber nur selten genauer definieren. Was aber alle Erdbebenserien gemeinsam haben: Niemand weiß, wann sie beginnen, wann sie enden und wohin sie führen.

Allgemeine Informationen zu diesem Erdbeben:

Uhrzeit (Mitteleuropäische Zeit): 27. Januar 2020, 23:05 Uhr

Magnitude: 3.6

Tiefe: 8 km

Maximalintensität (geschätzt): IV

Schütterradius (geschätzt): bis 90 km

Schäden erwartet: nein

Ursprung: tektonisch

Lage des Epizentrums


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Jens Skapski

Data Analyst bei Risklayer
Jens ist 25 Jahre alt und studierte von 2013 bis 2019 an der Ruhr-Universität Bochum, zunächst Geowissenschaften (B.Sc. Abschluss) und später mit Spezialisierung auf Erdbebenphysik und -gefährdung. Seit Sommer 2019 arbeitet er als Data Analyst in Karlsruhe.

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