Verheerende Fernwirkung von Erdbeben

Bislang gingen Wissenschaftler davon aus, dass das Erdbeben zu weit entfernt stattfand, um einen solchen Schlammvulkan zu zünden. Geophysiker der Universität Bonn und der ETH Zürich weisen nun anhand von Computermodellen nach, das dies auch über sehr große Entfernungen tatsächlich möglich ist. Die Ergebnisse sind im Fachjournal „Nature Geoscience“ veröffentlicht.

Am 27. Mai 2006 bebte auf der indonesischen Insel Java mit einer Stärke 6,3 auf der Momenten-Magnituden-Skale die Erde. Das Hypozentrum lag etwa 25 Kilometer südwestlich der Stadt Yogyakarta in einer Tiefe von rund zwölf Kilometern. Mehrere Tausend Menschen starben, Zehntausende wurden verletzt und viele Menschen verloren ihre Häuser und Wohnungen. Rund 250 Kilometer weiter östlich vom Hypozentrum entfernt kam es 47 Stunden später zum Ausbruch des Schlammvulkans „Lumpur Sidoarjo“, abgekürzt „Lusi“. In der Nähe eines Erdölbohrlochs begann heißer Schlamm, bis in 50 Meter Höhe zu schießen und bis heute das Gebiet zu überfluten. Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Schlammvulkan noch viele Jahre aktiv sein wird.

Ausbruch des Schlammvulkans hat eine natürliche Ursache

War eine natürliche Ursache der Auslöser für den Ausbruch der Schlammfontäne oder eine Ölbohrung in unmittelbarer Nähe? Geophysiker der Universität Bonn und der ETH Zürich untersuchten diese Frage mit numerischen Wellenausbreitungsexperimenten. „Viele Wissenschaftler glaubten, dass das Erdbebenzentrum viel zu weit von Lusi entfernt war, um den Schlammvulkan zu aktivieren“, sagt Prof. Dr. Stephen A. Miller vom Lehrstuhl Geodynamik der Universität Bonn. Die Bonner Forscher kamen mit ihren Computermodellen, die die geologischen Bedingungen in der Region Lusi nachbilden, jedoch zu dem Schluss, dass trotz der großen Entfernung das Erdbeben die Ursache ist.

Der feste Schlamm ist dort in zwei dichte Schichten eingekapselt und steht durch die Auflast des Gesteins wie eine geschüttelte Sektflasche unter Druck. Darüber bildet festes Vulkangestein eine Kuppel. „Unsere Simulationen zeigen, dass der feste Schlamm durch die Energie des Erdbebens sehr wohl verflüssigt werden konnte und dann durch den Druck die darüber liegenden Schichten durchbrach“, erläutert Prof. Miller. Dafür mussten jedoch bestimmte Bedingungen erfüllt sein: In der Kuppel des Lusi-Gebiets wurden die Wellen des starken Erdbebens wie das Echo in einer Höhle zurückgeworfen und überlagert.

Eine Kuppel bündelt die Erdbebenwellen

„Dadurch kam es zu einer Verstärkung und Fokussierung der Erdbebenwellen“, berichtet Florian Fuchs, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Prof. Miller. Wie in einem Parabolspiegel, der die Wellen konzentriert einfängt, konnten die Erdbebenwellen aufgrund der besonderen geologischen Verhältnisse die kritische Energieschwelle überschreiten und den Schlamm verflüssigen. „Das Bohrloch alleine hätte nicht zum Ausbruch des Schlammvulkans geführt“, sagt Prof. Miller. Erst das Erdbeben habe die notwendige Verflüssigung des Schlamms als Voraussetzung für die Eruption geschaffen.

Frühere Auswertungen von Wissenschaftlern hätten die Energie der Erdbebenwellen unterschätzt, weil vor allem die oberflächennahen Bodenbewegungen berücksichtigt worden seien. Und die waren viel schwächer als die in den tieferen Schichten, vermuten die Geophysiker der Universität Bonn. Die Kuppelstruktur habe die Wellen „gefangen“ und nur abgeschwächt zur Erdoberfläche durchgelassen. Wie Forscher bereits vorher vermuteten, hängt Lusi über eine Verwerfung wahrscheinlich mit einem Vulkansystem in rund 15 Kilometer Entfernung zusammen. „Diese Verbindung heizt den Schlammvulkan wahrscheinlich auf und versorgt ihn mit Gasen, die Lusi bis heute kräftig sprudeln lassen“, erklärt Florian Fuchs.

Die Bonner und Züricher Forscher verweisen mit ihrer Publikation darauf, dass ein Erdbeben auch über weite Distanzen andere Prozesse auslösen kann. „Der Schlammvulkan kann als geologische Rarität zu einem tieferen Verständnis von Erbeben und vulkanischen Aktivitäten beitragen“, resümiert Prof. Miller. Java gehört zum sogenannten Pazifischen Feuerring, ein Vulkangürtel, der den gesamten Pazifischen Ozean umgibt. Hier tauchen ozeanische Platten unter andere ozeanische oder kontinentale Platten ab, was zur Aufschmelzung des Gesteins in größeren Tiefen führt. Das entstandene Magma steigt auf und speist die zahlreichen Vulkane.

Publikation: Lusi mud eruption triggered by geometric focusing of seismic waves, Nature Geoscience, DOI: 10.1038/NGEO1884

Kontakt:

Prof. Dr. Stephen A. Miller
Lehrstuhl Geodynamik
Steinmann-Institut für Geologie, Mineralogie
und Paläontologie der Universität Bonn
Tel. 0228/737430
Mobil 0176/294 60402
E-Mail: miller@geo.uni-bonn.de
Florian Fuchs
AG Prof. Miller
Steinmann-Institut für Geologie, Mineralogie
und Paläontologie der Universität Bonn
Tel. 0228/7360634
E-Mail: fuchs@geo.uni-bonn.de