Klimagas aus der Tiefe

Roland Knauer

Von Roland Knauer

Sa, 26. September 2020

Bildung & Wissen

Starke Kohlendioxid-Ströme aus dem Untergrund begleiten Erdbeben auf dem italienischen Stiefel /.

Es waren heftige Erdbeben, die Schlagzeilen gemacht haben. Im April 2009 und dann noch einmal im August 2016 und Ende Oktober desselben Jahres gab es im Herzen Italiens so starke Erschütterungen, dass mehr als 600 Menschen starben und 120 000 Einwohner in Sicherheit gebracht werden mussten. Gleichzeitig mit den Erdbeben traten riesige Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid aus dem Untergrund. Gibt es da einen Zusammenhang? Giovanni Chiodini und Carlo Cardellini vom italienischen National-Institut für Geophysik und Vulkanologie in Bologna sowie sieben weitere Kollegen zeigen in der Zeitschrift Science Advances nach zehnjährigen Untersuchungen deutliche Hinweise dafür auf. Möglicherweise löst das Kohlendioxid im Untergrund zunächst Erdbeben aus – und gast dann in großen Mengen aus.

Damit bestätigen die Forscher in Italien Vermutungen, über die Erdbeben-Spezialisten bereits seit Jahren diskutieren. In einigen Weltregionen, die oft von schweren Erschütterungen geplagt werden, strömt viel mehr Kohlendioxid aus der Erde als in ruhigeren Gebieten. Auch wurden häufiger während heftiger Erdbeben starke Ausgasungen beobachtet. "Kohlendioxid sprudelt aus einigen Quellen in dieser Region Italiens zeitweise ähnlich heftig wie aus einer geöffneten Flasche Mineralwasser", sagt Martin Mai, der an der King Abdullah University of Science and Technology (Kaust) in Saudi-Arabien ebenfalls über die Physik von Erdbeben und über Erdbeben-Risikoanalysen forscht. "Nur fehlten bisher Beobachtungen dieser natürlichen Treibhausgas-Emissionen über einen längeren Zeitraum."

Genau das hat Giovanni Chiodini jetzt gemacht: Seit 2009 analysiert der Forscher regelmäßig das Wasser, das aus 36 starken Quellen in der weiteren Umgebung der Stadt L’Aquila strömt, die vom Erdbeben im Jahr 2009 besonders heftig betroffen war. Dabei messen die Wissenschaftler nicht nur die Konzentration von Kohlendioxid im Quellwasser, sondern können mit Hilfe von Kohlenstoff-Isotopen-Analysen auch die Herkunft dieses Treibhausgases ermitteln.

Dabei fanden sie deutliche Hinweise auf einen gigantischen CO2-Kreislauf: Am Grund von Meeren und Seen wird ständig ein Teil des Treibhausgases in einer Reihe von chemischen und biologischen Prozessen gefangen und letztlich in Kalkgestein umgewandelt. Dieser Vorgang entzieht der Luft und dem Wasser also kontinuierlich einen Teil des CO2. Weil das Gestein mit der Zeit immer tiefer unter Ablagerungen begraben wird, speichert es das Treibhausgas dauerhaft in der Tiefe.

In verschiedenen Weltgegenden stoßen die etliche Kilometer dicken Platten zusammen, die auf ihren Rücken Ozeane und Landflächen tragen. Bei diesen Kollisionen schiebt sich oft eine der Platten über die andere und drückt diese dabei in die Tiefe. So taucht zum Beispiel die Adriatische Platte, auf der neben der Adria auch Teile der angrenzenden Landflächen liegen, unter die viel größere Eurasische Platte, zu der auch große Teile des italienischen Stiefels gehören. Da das bereits seit mehr als hundert Millionen Jahren passiert, ist die Adriatische Platte inzwischen einige Hundert Kilometer tief in den Erdmantel getaucht.

Dort aber ist es so heiß, dass die eintauchende Platte teilweise schmilzt. Diese zähflüssige Masse steigt dann mitsamt dem enthaltenen Kalk langsam wieder nach oben. In Tiefen von weniger als 60 Kilometern kann aus dieser Mischung das enthaltene Kohlendioxid wieder ausgasen, schreiben die Forscher.

Aus ihren Daten und den Ergebnissen anderer Wissenschaftler folgern die Forscher, dass sich unter dem Becken, in dem die Stadt L’Aquila liegt, in 10 bis 15 Kilometer Tiefe immer mehr CO2 sammelt und unter immer größerem Druck steht. Dieser wachsende Druck könnte einer der Auslöser für die schweren Erdbeben sein, die seit 2009 die Region erschüttert haben. Ein Teil des Kohlendioxids steigt außerdem durch Spalten und Klüfte im Untergrund nach oben, bis es die Grundwasser führenden Schichten erreicht und sich dort im Wasser löst. Von dort gelangt es dann in die Quellen, in denen die Forscher es messen.

Die Menge an CO2, die aus dem tiefen Untergrund an die Oberfläche kommt, schwankt mit der Erdbeben-Aktivität. Erschüttern starke Beben die Region und folgen häufige Nachbeben, blubbern viel größere Mengen des Treibhausgases aus dem Untergrund als in ruhigeren Zeiten. Die Wissenschaftler weisen auch darauf hin, dass die Erdbeben in der Tiefe weiteres Kohlendioxid aus der zähflüssigen Magma lösen. Dieses durch ein Erdbeben "freigeschüttelte" Gas sammelt sich wiederum im Reservoir unter L’Aquila an, dort steigt der Druck, der die Nachbeben auslöst. "Dieser Feedback-Mechanismus, bei dem Erdbeben ein Kohlendioxid-Reservoir aufreißen können, ist neu und sehr interessant", sagt Martin Mai, der an der Studie nicht beteiligt war.

Allerdings könnten solche Prozesse nur in den Erdbeben-Regionen ablaufen, in denen ähnlich wie in Italien in der Tiefe Karbonat-reiches Gestein aufgeschmolzen ist, schränkt Mai ein. Langfristig könnten diese Forschungen dazu dienen, mit Hilfe von Computermodellen die Vorgänge im Erdinneren zu simulieren – und dann auch das Erdbeben-Risiko in den betroffenen Regionen besser abzuschätzen, so Mai: "Bis dahin dürften aber noch etliche Jahre Forschung nötig sein."

Bereits heute aber können Giovanni Chiodini und seine Kollegen sagen, dass in den vergangen zehn Jahren aus dem Reservoir unter L’Aquila rund 1,8 Millionen Tonnen CO2 über die Quellen in der Gegend in die Luft geströmt sind.