Rätsel um kontinentales Erdbeben gelöst

Japan, Himalaya, Chile – Schwere Erdbeben sind in diesen Regionen sehr wahrscheinlich, liegen sie doch an aktiven Grenzen zwischen ozeanischen und kontinentalen Erdplatten. Doch auch weitab dieser Gebiete inmitten scheinbar sicherer Kontinente kommt es teils zu starken Erschütterungen. Eine Ursache dieser Intraplatten-Beben konnten Geowissenschaftler jetzt identifizieren. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, spielen dabei Strömungen des begrenzt fließfähigen Gesteins im oberen Erdmantel bis in 200 Kilometer Tiefe eine wesentliche Rolle.

Rocky Mountains

„Bisher wissen wir nur wenig über die Kräfte, die Erdbeben auf den kontinentalen Platten auslösen“, sagt Tony Lowry, Geophysiker an der Utah State University in Logan. Daher untersuchte er zusammen mit seinen Kollegen die seismischen Aktivitäten entlang eines Gebirgszugs der Rocky Montains. Die Wasatchkette zieht sich von Süden nach Norden über etwa 350 Kilometer Länge durch die Utah, Idaho und Montana. Erdbeben mit Stärken zwischen 4 und 6 sind in dieser Region keine Seltenheit.

Um die geologische Aktivität in dieser Region zu bestimmen, wandten Lowry und Kollegen mehrere Methoden an. Mit GPS-Sensoren ermittelten sie, dass sich einzelne Abschnitte dieser Landschaft pro Jahr um etwa anderthalb Millimeter heben. Auftriebskräfte, die das starre Gestein der Kruste aus dem Erdmantel auftauchen lassen, konnten diese Dynamik allein nicht erklären. Daher modellierten die Forscher auf der Basis seismischer Daten die sogenannten Konvektionsbewegungen im Erdmantel.

„Das ist das erste Mal, dass wir in dieser Region den Einfluss der Strömungen im Erdmantel erkannt haben“, sagt Lowry. Denn genau unter der Gebirgskette drückt in 100 bis 200 Kilometer Tiefe zähplastisches Mantelmaterial wenige Zentimeter pro Jahr senkrecht nach oben. Dadurch wird das feste Gestein der darüberliegenden Lithosphäre etwas angehoben. An den Randzonen dieser Hebungen können sich im Gestein Spannungen aufbauen, die sich nach nicht genau bestimmbarer Dauer schlagartig in Erdbeben entladen.

Die Studie zeigt, wie geophysikalische Messungen in Kombination mit komplexen Modellen des Erdmantels die Mechanismen ungewöhnlicher Erdbeben erklären können. Lowry und Kollegen sind davon überzeugt, dass ihr Ansatz nicht nur für die Rocky Mountains von Bedeutung ist. Vergleichbare Mechanismen, bei denen die Erdkruste durch langsame Konvektionsströme im Erdmantel gehoben wird, erwarten sie beispielsweise im Nahen Osten und entlang des Apennins in Italien. „Doch das letzte Wort zum Ursprung dieser seltsamen Erdbeben ist noch nicht gesprochen“, sagt Thorsten W. Becker, Erstautor der Studie von der University of Southern California in Los Angeles.