Erdbeben auf der Spur: Bohrprojekt STAR in Italien gestartet

Mit dem neuen wissenschaftlichen Bohrprojekt STAR sind GFZ-Forschende mit internationalen Kolleg*innen im italienischen Apennin den Ursachen besonderer Erdbeben auf der Spur. Hier lassen sich an einer Störung sowohl seismisches als auch aseismisches Verhalten beobachten. Das Verständnis der dahinter liegenden physikalischen Zusammenhänge hat Auswirkungen auf die Bewertung seismischer Gefährdungen und Risiken in Störungszonen der ganzen Welt.

Der rund 1500 Kilometer lange Gebirgszug Apennin in Italien bildet eine tektonisch aktive Grenze zwischen der eurasischen und der adriatischen Platte und macht Italien anfällig für Erdbeben. Aus jüngster Zeit sind die Erdbeben in L´Aquila (2009) und die Erdbebenserie von Amatrice-Norcia-Visso (2016-2017) wegen ihrer verheerenden Zerstörungen und zahlreichen Todesopfer in Erinnerung geblieben.

Gebiet von besonderem geologischen Interesse

Von den zahlreichen geologischen Störungen im Apennin ist die sogenannte Alto-Tiberina-Abschiebung (ATF) im nördlichen Teil des Apennin von besonderem wissenschaftlichen Interesse. Entlang der ATF bewegen sich Gesteinspakete in vergleichsweise flachem Winkel aneinander vorbei. Dennoch lässt sich an der ATF – neben einem zu erwartenden aseismisches Gleiten – auch seismisches Verhalten beobachten. Das Verständnis der dahinter liegenden physikalischen Zusammenhänge hat Auswirkungen auf die Bewertung seismischer Gefährdungen und Risiken in Störungszonen der ganzen Welt.

Bohrprojekt STAR gestartet

Mit dieser Zielstellung hat Ende September das Projekt STAR (A Strainmeter Array Along the Alto Tiberina Fault System, Central Italy) begonnen, welches vom International Continental Scientific Drilling Program ICDP und dem Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia INGV gefördert wird. Für die wissenschaftlichen Untersuchungen der ATF, welche in der Nähe der Stadt Gubbio (Umbrien) stattfinden, arbeiten Partnerinstitutionen aus Italien, den USA und Deutschland zusammen.

Das STAR-Team hat mittlerweile ein erstes von insgesamt sechs 80 bis 160 Meter tiefen Bohrlöcher gebohrt, die im Abstand von einigen Kilometern geplant sind. Die Bohrlöcher reichen nicht bis in die Störung selbst hinab, liefern aber aus der Zone darüber relevante Daten – über einen Zeitraum von vielen Jahren: Für die langfristige geophysikalische Überwachung werden sie mit Dehnungsmessern und Seismometern ausgestattet.

Besonderheiten der Alto-Tiberina-Abschiebung

An der Alto-Tiberina-Störung (ATF) liegen Gesteinsschichten in nur geringem Winkel aufeinander. Zu erwarten wäre, dass sie, falls überhaupt, nur langsam aneinander vorbeigleiten und nur eine geringe Erdbebenaktivität zeigen. Dennoch wird phasenweise das Gegenteil beobachtet: Gubbio wurde z.B. im Jahre 1984 von einem Erdbeben der Stärke Mw 5.6 erschüttert. Man spricht daher vom sogenannten „Low-Angle Normal Fault Paradox“.

Im Fokus der Forschung

Die Prozesse in geringer Tiefe machen die ATF zu einem gut zu untersuchenden Forschungsgegenstand, um grundlegende Fragen zu geophysikalischen und geochemischen Prozessen zu beantworten, durch die mittlere bis große seismischer Ereignisse entlang von flachen Abschiebungen gesteuert werden. Im Fokus dabei: das Zusammenspiel verschiedener geophysikalischer und geologischer Phänomene wie Kriechen, langsames Gleiten, Spannungsaufbau und deren Freisetzung in Form von Erdbeben entlang tektonischer Verwerfungen. Beispielsweise wollen die Forschenden herausfinden, ob das Kriechen ein Dauerzustand ist oder episodisch auftritt, ob es mit sich wiederholenden Erdbeben zusammenfällt oder an diese anschließt, und wie das Kriechen mit sogenannten Schwarmbeben zusammenhängt.

Mehrere Wissenschaftler*innen des GFZ sind am STAR-Projekt beteiligt, darunter:

Dr. Simona Pierdominici (Interpretation der Bohrlochdaten: Welche Informationen können aus Untersuchungen des Bohrlochs etwa über die Beschaffenheit des durchbohrten Gesteins gewonnen werden?)

Dr. Thomas Wiersberg (Gasgeochemische Untersuchungen während der Bohrungen: In welchen Tiefen des durchbohrten Gesteins werden welche Gase freigesetzt?)

Dr. Patricia Martínez-Garzón (Analyse der langsamen Verformung, die mit Bohrlochdehnungsmessern entlang der ATF festgestellt wurde, und deren Wechselwirkung mit potenziell gefährlichen Erdbeben).

Prof. Dr. Marco Bohnhoff (Projektleiter von Seiten des GFZ)

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Marco Bohnhoff
Leiter Geomechanik und Wissenschaftliches Bohren
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel: +49 331 288-1327
E-Mail: marco.bohnhoff@gfz-potsdam.de

http://www.gfz-potsdam.de/