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Das Seismogramm registriert auch die schwächsten Beben.
Folgt man streng den Gesetzen der Physik, dürfte es eigentlich gar keine Erdbeben geben. Betrachtet man nämlich die Energiebilanz entlang einer geologischen Verwerfung, stimmt etwas nicht, wenn es im Gestein wieder einmal kracht. Denn nur ein kleiner Teil der in der Erdkruste steckenden tektonischen Kräfte geht bei einem Erdbeben über in die zerstörerischen seismischen Wellen. Ein weiterer, ebenfalls geringer Anteil der Kraft wird dazu gebraucht, das Gestein zu deformieren und zu bewegen. Der größte Anteil geht somit als Wärme verloren - das jedenfalls nehmen die Erdbebenforscher bislang an. Die Schwierigkeit besteht nur darin, dass es bisher noch niemandem gelungen ist, diese Wärme zu messen. Selbst in jenen tektonischen Gefilden, in denen die Erdschollen stetig aneinander vorbeikriechen, gibt es den vermuteten großen Wärmeüberschuss nicht. Die Rechnung mit der Energie ginge allerdings auf, wenn die Verwerfung, an der sich ein Erdbeben ereignet, geschmiert wäre, wenn also die Reibungskraft zwischen den beiden Erdschollen erheblich herabgesetzt ist. Ein solches Schmiermittel haben amerikanische Forscher nun in der San-Andreas-Verwerfung in Zentralkalifornien entdeckt.
Borkerne liefern Analysematerial
In den vergangenen Jahren wurde die San-Andreas-Verwerfung in der Nähe des kleinen, etwa auf halber Strecke zwischen San Francisco und Los Angeles gelegenen Dorfes Parkfield in einem aufwendigen wissenschaftlichen Experiment direkt angebohrt. Nachdem die Bohrung knapp 2,5 Kilometer senkrecht nach unten ging, wurde sie fast in die Horizontale in Richtung Erdbebenverwerfung gelenkt. In knapp 2,7 Kilometer Tiefe durchstieß der Bohrmeißel anschließend zwei jeweils nur wenige Meter breite Zonen, in denen das Gestein vollständig anders als in der unmittelbaren Umgebung aufgebaut war. Aus diesen überraschend schmalen Verwerfungszonen wurden Bohrkerne gezogen, die inzwischen Forschern zur Analyse zur Verfügung stehen.
Seifengestein als Schmiermittel
Eine Gruppe von Geologen um David Lockner vom Geologischen Dienst der Vereinigten Staaten in Menlo Park hat nun das Gestein aus diesen Verwerfungszonen mit Röntgenstrahlen auf seine mineralische Zusammensetzung hin untersucht. Dabei entdeckten sie, dass dort das lehmige Mineral Saponit besonders häufig vorkommt. Mehr als die Hälfte des Volumens besteht aus diesem Mineral, das unter Fachleuten auch als Seifengestein bekannt ist. In der Tat wirkt Saponit geologisch wie Schmierseife. Wie Lockner und seine Kollegen in der Zeitschrift "Nature" (doi: 10.1038/nature 09927) berichten, haben ihre Untersuchungen ergeben, dass in den beiden mit Saponit durchsetzten Verwerfungszonen der Reibungskoeffizient zwischen den Gesteinen ganz erheblich herabgesetzt ist.
Ausgewogene Energiebilanz
Mit dieser Entdeckung kommen die Seismologen den eigentlichen Vorgängen bei einem Erdbeben etwas näher. Zumindest für die San-Andreas-Verwerfung im Raum Parkfield bringt der verringerte Reibungskoeffizient die Energiebilanz in Ordnung. Ob Saponit aber ein für alle Erdbebenzonen typisches Schmiermittel ist oder nur in Parkfield vorkommt, bleibt dahingestellt. Derzeit sind wissenschaftliche Bohrungen in mehrere Verwerfungen geplant, darunter auch in die nordanatolische Erdbebenzone in der Türkei. Erst wenn auch an diesen Stellen Saponit entdeckt wird, kann eine der wichtigsten ungelösten Fragen der Geophysik beantwortet werden.
