Wenn Gestein „klebt“: Ein neues Modell erklärt Erdbeben anders
Erdbeben zählen zu den verheerendsten geologisch bedingten Naturkatastrophen unseres Planeten. Sie können starke Schäden anrichten und vor allem in urban dicht besiedelten Gegenden viele Menschenleben fordern. Sie können sekundäre Phänomene wie Tsunamis und Vulkanausbrüche auslösen, die eine Erdbebenkatastrophe verstärken. Dabei gelten Erdbeben nur als bedingt vorhersagbar und treten meistens überraschend auf. Wissenschaftler arbeiten daran, die Prozesse hinter Erdbeben besser zu verstehen, in der Hoffnung, Erdbeben eines Tages besser vorhersagen zu können.
Lange ging man davon aus, dass starke Erdbeben an tektonischen Plattengrenzen durch Blockaden in Form von mechanischen Verhakungen an Unebenheiten der beteiligten Platten zustande kommen. Durch diese Blockaden bauen sich große Spannungen auf, die dazu führen, dass sich die Verhakungen explosionsartig lösen, was Erdbebenwellen auslöst. Doch ein neues Modell von Forschenden des Forschungszentrums Jülich und des Saarlandes stellt diese klassische Sicht infrage. Die Forschenden zeigen, dass der entscheidende Mechanismus hinter den Erdbeben im Mikrokosmos chemischer Bindungen zu finden sein könnte.
Im Zentrum der neuen Erklärung steht die Reibung zwischen Gesteinsoberflächen. Anders als lange angenommen ist diese nicht konstant. Stattdessen wird sie durch winzige chemische Bindungen bestimmt, die sich an den Kontaktflächen bilden und wieder lösen. Diese Bindungen wirken wie mikroskopische „Klebestellen“.
Solange sich zwei Gesteinsflächen nur sehr langsam gegeneinander bewegen, können sich diese Bindungen immer wieder neu ausbilden. Das erhöht die Reibung – die Bewegung bleibt stabil und langsam. Steigt jedoch die Geschwindigkeit der Plattenbewegungen, gerät dieses Gleichgewicht ins Wanken: Die Bindungen reißen schneller, als sie sich neu bilden können. Gleichzeitig entsteht Wärme. Ab einem kritischen Punkt bricht die Reibung plötzlich ein – und genau hier könnte ein Erdbeben beginnen.
Der entscheidende Unterschied zu bisherigen Modellen liegt im Ablauf: Klassisch galt ein relativ stabiles System, das erst bei Überschreiten einer Belastungsgrenze versagt. Das neue Modell beschreibt dagegen einen kontinuierlichen Prozess, bei dem die Instabilität aus der Dynamik der Reibung selbst entsteht. Erdbeben wären demnach kein abruptes „Versagen“, sondern das Ergebnis eines schleichenden Übergangs, der plötzlich kippt.
So überzeugend diese Idee ist, so wichtig ist ein genauer Blick auf die zugrunde liegenden Laborexperimente. Die Forscher simulierten eine Plattengrenze im Labor, in der zwei Granitblöcke verwendet wurden. Um die Daten des Reibungsexperiments zu verifizieren, ließen sie Granit über Korund-Schmirgelpapier gleiten, um das Verhalten von Reibung unter kontrollierten Bedingungen mit einem neutralen Material zu untersuchen. Die Daten der Laborexperimente wurden genutzt, um ein Computermodell zu füttern.
Granit ist ein Gestein, das bei Experimenten in der Geophysik gerne genutzt wird. Allerdings ist er nicht typisch für die Gesteine einer aktiven Plattengrenze. Dort dominieren häufig basaltische Gesteine, Sedimente oder stark metamorphosierte Zonen. Granit steht also eher für eine vereinfachte Version der Erdkruste.
Noch deutlicher wird die Einschränkung bei Korund. Das extrem harte Mineral ist in natürlichen Verwerfungen praktisch nicht relevant. Seine Verwendung dient vor allem dazu, grundlegende physikalische Effekte klar sichtbar zu machen. Es ist gewissermaßen ein „Modellmaterial“, das hilft, die Prinzipien zu verstehen. Es bildet aber nicht die Realität ab.
In der Übertragbarkeit des Laborexperiments auf die Wirklichkeit der Natur liegt die zentrale Schwäche solcher Studien. Im Labor lassen sich Druck, Temperatur und Bewegung exakt kontrollieren. Doch reale Plattengrenzen sind deutlich komplexer. Sie bestehen aus einem Gemisch unterschiedlicher Gesteine, enthalten Wasser und andere Fluide und verändern sich über enorme Zeiträume. Diese Faktoren beeinflussen die Reibung entscheidend.
Die neue Studie zeigt, dass Reibung unter Laborbedingungen nicht statisch ist, sondern sich dynamisch verändert und instabil werden kann. Ob dieser Mechanismus in der Natur tatsächlich eine zentrale Rolle spielt, müssen weitere Untersuchungen zeigen.
Quelle: Sukhomlinov, S. V., Müser, M. H., & Persson, B. N. J. (2026):
“Granite sliding on granite: friction, wear rates, surface topography, and the scale-dependence of rate–state effects.”
Reports on Progress in Physics. DOI: 10.1088/1361-6633/ae4b66