Ein Schmierstoff erleichtert womöglich die Verschiebung von tektonischen Platten bei einem Erdbeben. Bei Geschwindigkeiten von mehr als einem Millimeter pro Sekunde entsteht in quarzreichen Gesteinen Kieselgel, fanden Forscher um Giulio Di Toro von der Universität von Padua bei Experimenten heraus.
Wie die Forscher im Fachblatt Nature (Bd. 427, S. 436 u. 405) schreiben, ist es seit langem ein Rätsel, warum tektonische Platten der Verschiebung bei einem Erdbeben relativ wenig Widerstand entgegensetzen, obwohl der Widerstand gegen eine Verschiebung bei niedrigen Geschwindigkeiten ziemlich hoch ist. Für höhere Geschwindigkeiten von bis zu mehreren Metern pro Sekunde, wie sie bei Erdbeben auftreten können, wurden verschiedene Schmier-Mechanismen diskutiert, zum Beispiel das Schmelzen von Gestein durch die Reibungshitze oder auch unter Druck stehendes Porenwasser.
Experimentell waren die unterschiedlichen Theorien bislang nur schwer zu prüfen, da Gestein bei Erdbeben teilweise mit hoher Geschwindigkeit um mehrere Meter versetzt wird und dabei sehr hohen Drücken ausgesetzt ist.
Di Toro und seine Kollegen umgingen die Probleme, indem sie ringörmige Gesteinsproben aus dem Quartzgestein Novaculit und aus Granit in einen speziellen Torsions-Apparat einspannten. Die Proben wurden unter Druck auf einer Oberfläche hin- und her gedreht, so dass größere Verschiebungen möglich waren. Dabei fanden die Forscher heraus, dass die Reibungshitze bei weitem nicht ausreichte, um das Gestein zu schmelzen. Stattdessen bildeten sich Flocken aus amorphem Silizium.
Zusammen mit der Luftfeuchtigkeit, so schreiben die Forscher, entstand aus diesen Flocken Kieselgel, das ab Geschwindigkeiten von etwa einem Millimeter pro Sekunde als Schmierstoff wirkte und den Widerstand gegen die Verschiebung stark herabsetzte. Ob das Kieselgel auch bei echten Erdbeben entsteht, ist jedoch noch unklar. In dem Experiment, das die Forscher mit Granit durchführten, beobachteten sie das Phänomen nicht. Womöglich seien bei Gesteinen, die weniger Quarz enthalten, höhere Drücke notwendig, um die Schmierwirkung hervorzurufen. Immerhin sprechen die seismischen Daten von Erdbeben für einen Mechanismus, der schon bei schwachen Beben wirkt. Das würde auf das Kieselgel zutreffen.
Ute Kehse
