Den Erdbeben auf den Grund gehen

Das Beben von Japan hat etwa eine Million Mal so viel Energie freigesetzt wie die stärksten bekannten Beben im Tiroler Inntal. Trotzdem haben mittelalterliche Starkbeben im Inntal erhebliche Schäden verursacht. Ein Forschungsteam am Institut für Geologie und Paläontologie unter der Leitung von Prof. Rainer Brandner untersucht nun in Kooperation mit der ZAMG geologische Ursachen.
Grafik Erdbeben
Bild: Ein Schnitt durch die Alpen quer zum Unterinntal. Das Erdbeben vom 19.Oktober 2010 in Schwaz ereignete sich in der Europäischen Platte, die hier bereits 8 Kilometer unter der Oberfläche liegt.

Die meisten Erdbeben entstehen durch die bruchhafte Verformung von Gesteinen in der oberen Erdkruste. Aktive plattentektonische Vorgänge bewegen Segmente der Erdkruste langsam, aber stetig relativ zueinander. Wenn die Spannung am schwächsten Ort die Gesteinsfestigkeit übersteigt, kommt es zu einem Scherbruch, der sich von diesem Herd aus mit großer Geschwindigkeit ausbreitet. Dadurch kommt es zu einem abrupten Spannungsabfall. Dabei wird Energie frei, von der ein großer Teil in Form von mechanischen Wellen abgestrahlt wird. Wenn die Energie hoch genug ist, werden die Wellen an der Erdoberfläche als Erdbeben verspürt.

Seismische Wellen geben Auskunft

Die Abstrahlcharakteristik seismischer Wellen gibt über den Mechanismus des Bebens Auskunft. Darunter versteht man die Orientierung der Herdflächen und die Art, wie sich die Krustensegmente während eines Bebens relativ zueinander bewegt haben. Franz Reiter beschäftigt sich im Rahmen seiner Dissertation mit der Auswertung und der geologischen Interpretation sogenannter Herdflächenlösungen: „Wichtig ist es, dass wir Daten von möglichst vielen seismologischen Stationen zur Auswertung bekommen. Dadurch wird erst eine eindeutige Lösung möglich.“ Da die modernen Seismographen sehr feinfühlig sind, können auch Beben wissenschaftlich ausgewertet werden, die zum Glück keine Opfer oder größeren Schäden an der Erdoberfläche verursachen. „Die Wellen des Bebens von Schwaz am 19. Oktober 2010, das von zahlreichen Personen verspürt wurde, konnten von Bebenstationen von hier bis Spanien detektiert werden“, erklärt Franz Reiter.

Einblick in die Erdkruste

Für die geologische Interpretation von Erdbeben ist ein tektonisches Modell notwendig. Dieses Modell stellt die Gesteinseinheiten im Untergrund und die Lage möglicher Bruchzonen dar. An vielen Orten ist man dafür ausschließlich auf die Interpretation und Extrapolation der Oberflächengeologie angewiesen. Im Inntal bietet sich die Möglichkeit, auch die Ausbreitungs- und Reflexionsmuster künstlich ausgelöster elastischer Wellen auszuwerten. Diese Methode wird Tiefenseismik genannt. Vor einigen Jahren wurde eine derartige Studie von München ausgehend nach Süden durchgeführt, quer durch die gesamten Alpen. Prof. Hugo Ortner hat die Ergebnisse dieser Seismik im Team federführend geologisch ausgewertet. „Dadurch sind wir in der Lage, tief in den Bau der Alpen hineinzusehen, ähnlich einem Ultraschallbild in der Medizin“, erläutert Hugo Ortner. Ganz deutlich lässt sich in den Wellenmustern der Verlauf der Europäischen Platte erkennen. Sie verschwindet südlich der Schwäbischen Alb unter dem Verwitterungsschutt, den die Flüsse und Gletscher aus den Alpen in das nördliche Vorland geschüttet haben – dem Molassebecken. Unter dem Inntal, bei Brixlegg, liegt die Plattengrenze von Europa zum darüber liegenden alpinen Deckenstapel bereits acht Kilometer tief. Aus dem tektonischen Modell erschließen sich auch die Grundzüge der Gebirgsbildung der Alpen in unserem Bereich, nämlich dass der alpine Deckenstapel, angetrieben von der adriatischen Platte, in nordwestlicher Richtung über die Europäische Platte geschoben wird.

Die Alpen sind in Bewegung

Erdbebenzonen wie das Inntal belegen, dass die Gebirgsbildung in den Alpen keinesfalls schon zur Ruhe gekommen ist. „Die Beben unter dem Inntal und die weitgehend bebenfreie Zone nördlich davon zeigen, dass sich die Verformung von der Gebirgsfront wieder in das Gebirgsinnere verlagert hat“, erklärt Franz Reiter. „Außerdem können wir belegen, dass sich die Verschiebungen nicht nur in den alpinen Decken und der Plattengrenze zu Europa abspielen, sondern auch in der tief liegenden Europäischen Platte darunter.“ Der Grund dafür ist die Reaktivierung von bereits vorhandenen Bruchflächen in der Europäischen Kruste. Diese stammen aus der Zeit, als dieser frühere Südrand der Europäischen Platte unter dehnenden Kräften zerbrach. Die bisherige Auswertung der seismischen Wellen ergab, dass sich bei Beben in der Europäischen Platte eine Verkürzung etwa in Nordwest-Südost Richtung ergibt. Aus dem darüber liegenden alpinen Deckenstapel gibt es Hinweise, dass die Erdbeben Anzeiger aktiver, links-sinniger Seitenverschiebungen parallel zum Inntal sind.

Aktive Tektonik – zwei Annäherungsweisen

Die interdisziplinäre Untersuchung von Erdbeben trägt dazu bei, die Bebendaten besser zu interpretieren. Die geologisch-tektonischen Daten und Messwerte permanenter GPS-Stationen als deterministischer Ansatz bieten die Möglichkeit, die rein statistisch-seismologische Auswertung von Erdbeben von einer völlig anderen Seite zu betrachten. Die Bebenzone im Inntal zählt zu den Bereichen mit langsamen Verformungsraten und langen Wiederkehrperioden von Starkbeben. In diesen Gebieten zeigt sich oft, dass die seismologischen Ansätze die maximal zu erwartenden Beben geringer einschätzen als die geologischen – eine viel diskutierte Diskrepanz.