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Für die Wissenschaftler sind diese Veränderungen
ein Anzeichen für den Anstieg von magmatischer Aktivität unter dem
Cheb-Becken. Das aufsteigende Magma könnte zugleich einer der Auslöser
für die Schwarmbeben sein, die regelmäßig im Vogtland, in
Nordwest-Böhmen, im Fichtelgebirge und in der Oberpfalz auftreten.
Die Ergebnisse der Untersuchungen werden am 27.
September auf der Konferenz GeoErlangen 2005 sowie Anfang Oktober auf
der 8. Internationalen Konferenz für Gasgeochemie in Palermo
vorgestellt und sind in den international renommierten Geophysical
Research Letters (GRL Vol. 32 in 2005) veröffentlicht.
Der Atem der Tiefe
Pausenlos steigen Gasblasen an die
Wasseroberfläche. Bublák - auf deutsch "das Blubbernde" nennen die
Einheimischen das kleine Wasserloch in einem Sumpfgebiet beim
westböhmischen Franti¨kovy Láznì (Franzensbad). Gut versteckt zwischen
Sträuchern ist es zwar kaum zu sehen, aber die Geräusche sind nicht zu
überhören. In großen Mengen strömt hier Gas aus der Tiefe. Gas, das
aus aktiven Magmablasen in etwa 30 Kilometern unter der Erdoberfläche
stammt. Überall im Dreiländereck Sachsen-Bayern-Böhmen haben die
Wissenschaftler in den letzten Jahren Mineralquellen und
Gasaustrittslöcher - so genannte Mofetten - untersucht. Keine ist für
sie so interessant wie die Mofette Bublák im Egerbecken. Die
Wissenschaftler haben hier eine Stelle gefunden, an der Gas fast
unbeeinflusst aus dem Erdmantel an die Oberfläche aufsteigt. "Durch
Messungen vor und nach einem kleinen Erdbeben konnten wir die
Transportgeschwindigkeit abschätzen", erzählt Dr. Gerhard Strauch vom
UFZ. "Mit einer Geschwindigkeit von bis zu 400 Metern pro Tag bewegt
sich das Gas zumindest die letzten 7 bis 8 Kilometer nach oben. Das
heißt, hier muss es Spalten geben, die bis in große Tiefen führen."
Ein Glücksfall, denn die Wissenschaftler interessieren sich für einen
Bestandteil des Gases, der nur im Erdmantel - also unterhalb von 30
Kilometern - in einer charakteristischen Zusammensetzung vorkommt und
der sich auf seinem Weg nach oben verändern kann.
Zusammen mit seinem Kollegen Dr. Horst Kämpf vom
GFZ Potsdam beugt sich Strauch über das Wasserloch. Er hält einen
Trichter ins Wasser, fängt damit die Gasblasen ein und leitet sie über
einen Schlauch zur so genannten Gasmaus - einem Zylinder aus
Spezialglas mit zwei Öffnungen. Sein Kollege Kämpf hält inzwischen
diesen Glaszylinder ins kalte Wasser, damit keine Luft die Probe
verunreinigt. Das Gas, das zu mehr als 99 Prozent aus Kohlendioxid
besteht, werden die Wissenschaftler später im Labor untersuchen.
Gase als Vulkansensor
"Die Heliumuntersuchungen werden in Kooperation mit
unserem Kollegen Dr. Samuel Niedermann vom GFZ Potsdam durchgeführt.
Das Edelgas Helium kommt zwar nur in sehr geringen Mengen in diesen
Gasen vor", so Dr. Karin Bräuer vom UFZ. "Aber es lässt sich am besten
nach seinem Ursprung zuordnen." Denn Helium kommt in der Natur in zwei
stabilen Isotopen vor. Die Heliumisotope haben eine unterschiedliche
Anzahl von Neutronen im Atomkern. "Das häufigere Helium-4 wird in der
Erdkruste durch radioaktiven Zerfall gebildet. Helium-3 kommt dagegen
aus dem darunter liegenden Erdmantel. Das Verhältnis zwischen den
beiden Heliumisotopen sagt also etwas darüber aus, aus welchen Tiefen
das Gas stammt." Das klingt vielleicht nach mathematischen Spielchen,
hat aber einen ernsten Hintergrund: Bei Erdbeben oder vulkanischer
Aktivität kommen mehr Gase aus tieferen Schichten an die Erdoberfläche
als sonst. Die Analyse dieser Gase hilft, Prozesse besser zu
verstehen, die in Kruste und Mantel verborgen ablaufen. Die bisherigen
Ergebnisse reichen allerdings gegenwärtig noch längst nicht aus, um
Vulkanausbrüche oder Erdbeben sicher vorherzusagen. Nur langjährige
Messreihen können helfen, dieses Problem in Zukunft in Griff zu
bekommen.
Seit Anfang der neunziger Jahre beobachten die
Wissenschaftler das Verhältnis zwischen Helium-3 und Helium-4 an
verschiedenen Mineralquellen im Grenzgebiet um das Cheb-Becken. Dabei
zeigte sich, dass die Werte dort an einigen Stellen in den letzten
Jahren deutlich angestiegen sind. "Wir haben in der Mofette Bublák in
der Nähe der Grenze zu Sachsen ein Verhältnis der Heliumisotope bis
zum 6,2fachen des Wertes von Luft-Helium gemessen", so Karin Bräuer.
"Das ist der höchste Wert, der jemals in Mitteleuropa gemessen wurde.
Solche Werte sind sonst nur von aktiven Vulkanen wie dem Ätna
bekannt." Die Vergleichsmessungen vom Laacher See in der Osteifel
zeigten dagegen keine Veränderungen. Aus Sicht der Wissenschaftler
bedeutet das: Es tut sich etwas unter der Region rund um das
Cheb-Becken. Diese ist inzwischen die Region mit den höchsten
Mantelheliumanteilen in Mitteleuropa. Vulkanausbrüche hat es an der
heutigen sächsisch-böhmisch-bayerischen Grenze zuletzt wahrscheinlich
vor etwa 300.000 Jahren gegeben. Ein ganzer Tourismuszweig lebt heute
von den Spätfolgen des Vulkanismus. Weltbekannte böhmische Heilbäder
wie Karlovy Vary (Karlsbad), Mariánské Lázne (Marienbad) oder
Franti¨kovy Lázne (Franzensbad), aber auch die sächsischen Kurorte Bad
Elster und Bad Brambach sowie Sibyllenbad im Oberpfälzer Wald
verdanken ihre Existenz den dortigen sprudelnden
Kohlendioxid-Mineralquellen und damit der magmatischen Aktivität im
Untergrund. Für Bewohner und Besucher der Region besteht trotz der
neuen Messungen kein Grund zur Sorge: "Wir wissen noch nicht, wie die
Magmen zusammengesetzt sind, wie weit die Schmelzen aus über 30 km
Tiefe in die Erdkruste aufsteigen. Nur die Signale aus den Quellgasen
geben uns Hinweise, dass sich etwas in den verborgenen Tiefen tut.
Dazu ist noch viel Monitoring und umfassende geologische Arbeit
erforderlich", so Horst Kämpf vom GeoForschungsZentrum.
Erdbebenschwärme
Rückblick: 4. September 2000, eine halbe Stunde
nach Mitternacht. Ein dumpfes Grollen reißt die Bewohner des
vogtländischen Klingenthal aus dem Schlaf. Gläser klirren im Schrank.
Ein leichtes Zittern ist zu spüren. Ein Erdbeben der Stärke 3
erschüttert die Region im Dreiländereck. Größere Schäden gibt es
nicht. Beunruhigt sind die Vogtländer trotzdem. Ungefähr alle drei
Jahre treten hier sehr schwache Beben und im Abstand von mehreren
Jahrzehnten mittlere Beben auf. Im Winter 1985/86 wurden
beispielsweise Erdstösse bis zur Stärke 4,6 registriert.
"Wir hatten das Glück, dass unsere Messkampagne vom
Frühjahr 2000 bis Dezember 2003 eine lang anhaltende Periode
seismischer Aktivität von vier Monaten im Herbst/Winter 2000
einschloss", so Karin Bräuer. "So konnten wir seismisch bedingte
Veränderungen in der Isotopenzusammensetzung der Gase nachweisen."
Wenn die Erde im Vogtland bebt, dann tut sie das zwar nicht heftig
aber dafür ausdauernd. Innerhalb von mehreren Wochen kann es dann zu
Tausenden von schwachen Erdstößen kommen. Die Spannungen entladen sich
nicht in einem großen Beben sondern in vielen kleinen Minibeben. Die
Wissenschaftler nennen dieses Phänomen Schwarmbeben. Erdbeben
entstehen in der Regel an Grenzen zwischen zwei tektonischen Platten.
Von diesen tektonisch aktiven Plattengrenzen ist das Vogtland aber
weit entfernt. Die Gasuntersuchungen könnten jetzt eine Erklärung für
das Auftreten der Schwarmbeben in dieser Region liefern. Aus dem
Erdmantel steigt entgasendes Magma in die Erdkruste auf. "Es könnte
sein, dass sich durch den Aufstieg des Magmas der Druck des
Kohlendioxids in bestimmten Krustenbereichen erhöht und so die
Schwarmbeben in einer Tiefe zwischen 6 und 14 Kilometern ausgelöst
werden", erklärt Bräuer die neue Hypothese.
Neue Wege in der Erdbebenforschung
Bis die ehemaligen Vulkane wieder Feuer speien,
können noch Hunderttausende von Jahre vergehen. Auch mit starken
Erdbeben ist in diesem Zeitraum nicht zu rechnen. Schwache Erdbeben
werden dagegen nicht so lange auf sich warten lassen. In den letzten
Jahren ist die geophysikalische Untersuchung von Erdbeben weiter
vorangeschritten. Stoffliche Untersuchungen dieser Prozesse führen
dagegen immer noch ein Nischendasein. "Es ist wichtig, dass zukünftig
den isotopengeochemischen Zeitreihenmessungen die gleiche Bedeutung
zukommt wie der traditionellen Erdbebenforschung, die weltweit
seismologische Erdbebenstationen und Netze betreibt. Beide können sich
gut ergänzen und die Wissenschaft ein Stück weiterbringen", meint
Horst Kämpf, der zusammen mit Gerhard Strauch seit den 80er Jahren
dazu forscht. "Isotopenmessungen werden bisher noch wenig angewendet,
da sie vergleichsweise teuer und zeitaufwendig sind." Dazu kommt noch,
dass diese Gasuntersuchungen bisher noch nicht automatisch erfolgen
können - im Gegensatz zu den physikalischen Messmethoden, wo der
Ausschlag eines Zeigers elektrisch registriert und innerhalb von
Sekunden weltweit per Internet verbreitet werden kann.
Die bisher durchgeführten Gasuntersuchungen wurden
seit 1992 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Doch
normale Förderzeiträume von durchschnittlich drei Jahren sind
erdgeschichtlich gesehen nicht einmal einen Augenblick lang. Um
gesicherte Aussagen über Veränderungen in der Erde unter uns treffen
zu können, sind jedoch Langzeitstudien notwendig. Die Wissenschaftler
aus Halle und aus Potsdam wollen deshalb künftig jeden Monat eine
Messung vornehmen, um die magmatische Aktivität unterhalb des
Cheb-Beckens zu beobachten. |
