“Klebendes“ Gestein verändert den Blick auf Erdbeben

Tief in der Erdkruste verschieben sich gewaltige Gesteinsplatten. Doch was passiert dabei auf mikroskopischer Ebene? Physiker vom Forschungszentrum Jülich und der Universität des Saarlandes haben eine neue Erklärung vorgelegt: Die Gesteinskörner verzahnen sich nicht – sie „verkleben“.

Computergestützte Erkenntnisse

Die neuen Ergebnisse werden durch Computersimulationen bestätigt, die an der Universität des Saarlandes durchgeführt wurden. Professor Martin Müser erforscht dort mit seinem Team schon seit Jahren die Reibung zwischen Festkörpern unter extremen Bedingungen. „In unseren Simulationen konnten wir das Aufbrechen von Bindungen als hauptsächliche Ursache für die Reibung festmachen“, erklärt Martin Müser. „Daneben tragen aber auch das Verformen und lokale Aufschmelzen des Materials zur Reibung bei – Effekte, die auch in bestehenden Modellen eine Rolle spielen.“

Neue Sicht auf Erdbeben

Die Ergebnisse legen nahe, dass sich tektonische Platten auf mikroskopischer Ebene anders verhalten als angenommen. Bisherige Modelle gingen davon aus, dass sich Spannung über lange Zeit aufbaut und sich dann plötzlich in einem Bruch entlädt. Das neue Modell zeichnet ein anderes Bild: Die Bewegung beginnt deutlich früher. Die Platten verharren nicht vollständig in Ruhe, sondern verschieben sich ständig – extrem langsam, oft nur Bruchteile eines Nanometers pro Sekunde. Das entspricht wenigen Millimetern pro Jahr und wird als „Kriechen“ („Creep“) bezeichnet.

Vom Kriechen zum Gleiten

Auf mikroskopischer Ebene lösen sich dabei fortlaufend chemische Bindungen und bilden sich neu. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt zunächst die Reibung. Wird jedoch eine kritische Schwelle erreicht, kippt das System: Die Bindungen können sich nicht mehr schnell genug erneuern, zusätzlich kommt es zu lokalen Erwärmungen im Material – die Reibung sinkt. „Das System geht vom langsamen Kriechen in schnelles Gleiten über – genau das könnte ein möglicher Auslöser von Erdbeben sein“, erläutert Bo Persson. Die Erkenntnisse könnten helfen, bestehende Modelle zu verbessern. „Wir müssen genauer verstehen, wie sich Reibung mit der Bewegung verändert“, sagt Persson. „Das könnte entscheidend sein, um Erdbebenprozesse realistischer zu beschreiben.“

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