Vom Jahreswechsel 2023/24 bis in den Mai 2024 hinein bebte bei Klingenthal immer wieder die Erde – über 8.000 Mal mit Ausschlägen bis zu 2,9 auf der Richterskala. Ein Ereignis, das es an diesem Ort seit 1897 nicht mehr gegeben hat. Die Erschütterungen wurden im gut überwachten Boden aufgezeichnet und ausgewertet. Wissenschaftler vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung in Potsdam haben jetzt eine Studie veröffentlich, in der sie die Ursachen des Bebens erklären.

Schwarmbeben erstmals im Vogtland beschrieben

Das Vogtland und das benachbarte nordwestliche Böhmen sind ein Hotspot für Erdbeben. Die Erschütterungen in der Region sind besonders. Denn die Grenzregion zwischen Deutschland und Tschechien liegt nicht an einer tektonischen Plattengrenze. Sogenannte Schwarmbeben treten hier auf, inmitten der europäischen Platte am Egergraben. Diese besondere Art von Erdbeben wurden erstmals im Vogtland beobachtet und beschrieben – vom Leipziger Geologen Hermann Credner zu Beginn des 20. Jahrhunderts.

"Die Region rund um den Egergraben, eine Bruchzone der Europäischen Kontinentalplatte, bietet mit diverser magmatischer Aktivität, verbreiteten Kohlendioxidemissionen und an die Oberfläche tretenden Thermalwässern ein außergewöhnliches natürliches Laboratorium, in dem wir die Wechselwirkungen zwischen Tektonik, Magmatismus und Fluidmigration untersuchen können", erläutert Pinar Büyükakpinar, Erstautorin der aktuellen Studie vom Helmholtz-Zentrum.

Messungen in der Tiefe zeigen Beben, die an der Oberfläche unentdeckt blieben

Mehrere Bohrlöcher in der Region lieferten die Daten, die Büyükakpinar und ihre Kollegen mit Hilfe Künstlicher Intelligenz auswerteten. "Diese Bohrlöcher schirmen Störgeräusche ab, und mit den dort installierten Sensoren erhält man viel sauberere Daten. So kann man viel mehr kleine Erdbeben erkennen, die vorher im Rauschen untergegangen wären – die Beben waren da, aber man hat sie nicht gesehen", erklärt die Erdbeben- und Vulkanphysikerin. Als erste habe sie die Daten von Stationen an der Oberfläche und aus den Bohrlöchern auf beiden Seiten der Grenze nutzen können, um zu bestimmen, in welcher Tiefe die Beben entstehen und wieso.

"Diese Aktivität begann im Dezember 2023 in etwa 11 Kilometern Tiefe. Am Anfang haben wir einen kleinen 'Burst', also eine kurze Serie, gesehen", erläutert Büyükakpinar. "Nach drei Monaten lag der Schwarm in rund 10 Kilometern Tiefe im März und ist dann zum Ende hin in flachere Bereiche, auf etwa 8 Kilometer Tiefe, gewandert."

CO2 löst Beben aus, magmatische Flüssigkeit sorgt für stärkste Erschütterungen

Auslöser für die Beben seien magmatische Fluide aus dem Erdmantel, die in die Erdkruste eindringen und dort Spannungen abbauen. Diese Flüssigkeiten, die aus der Gesteinsschmelze im Erdinneren entweichen, befinden sich in Reservoirs an der Grenze zwischen Mantel und Kruste und können instabil werden. Dann steigen leichtere geschmolzene Mineralien und Gase – vor allem Kohlenstoffdioxid – nach oben. Der Egergraben, eine Bruchzone der europäischen Kontinentalplatte, dient als Aufstiegskanal. Er verläuft parallel zum Erzgebirge durch Nordböhmen.

Wenn das CO2 aufsteigt, sorgt es unter enormem Druck für kleinste Brüche im Gestein, die seismische Aktivität breitet sich schnell vertikal aus. In diese Brüche fließen dann die magmatischen Fluide, die die stärksten spürbaren Beben auslösen. Dieser Prozess zieht sich über Wochen und Monate in aufeinanderfolgenden Schüben. "Das ist der Prozess hinter diesem Schwarm: Reaktivierung von Verwerfungen plus CO₂‑Entgasung. Aufgehört hat es letztlich, weil die Energiezufuhr aufgehört hat", erklärt Büyükakpinar.

Vorhersagen lassen sich schwer treffen

Wann diese Beben wieder auftreten, dazu forschen andere, sagt Pinar Büyükakpinar. Auch zu einer Prognose über die Gefahr für die Menschen im Vogtland und in Böhmen wollte sie sich nicht hinreißen lassen. "Ich möchte ungern sagen, dass etwas sicher ist oder sicher nicht passiert. Wenn wir uns aber historische Erdbeben und Kataloge anschauen, sehen wir Hinweise auf Ereignisse um Magnitude 4 bis 4,5." Beben in dieser Größenordnung gab es im Vogtland zuletzt 2014.

Die Erforschung der Schwarmbeben geht für die Wissenschaftlerin aber weiter. "Nach diesem Schwarm haben wir verstanden, wie wichtig engmaschige Überwachung ist. Wir konnten diese Aktivität nur so gut erkennen, weil die Beobachtungen sehr dicht sind", sagt die Geoforscherin. "Wir haben das Netz in der Region verdichtet und im letzten August 300 zusätzliche seismische Stationen installiert." Diese sind in einem Gebiet von 100 mal 100 Kilometer verteilt und sollen dabei helfen, die ungewöhnlichen Beben im Vogtland noch besser zu verstehen.

Links & Studie

Die Untersuchung "Modelling of earthquake swarms suggests magmatic fluids in the upper crust beneath the Eger Rift" ist im Fachmagazin Nature Communications Earth and Environment erschienen. Weitere Informationen und ein Video zu den Beben sind bei "Earth & Environment" veröffentlicht worden. Zum Projekt "ELISE", was den Egergraben weiter untersucht, finden sich weitere Informationen auf der Website des GFZ. Dort finden sich auch Hintergründe zum "Internationalen Kontinentalen Wissenschaftlichem Bohrprogramm ICDP".

jar/idw

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