Verschwindende Seen in Tibet wecken uralte Verwerfungen und lösen Erdbeben aus

Wenn das Dach der Welt sein Wasser verliert

Vor etwa 115.000 Jahren lagen auf dem Hochplateau im Süden Tibets ausgedehnte Binnenseen, die sich über mehr als 200 Kilometer erstreckten. Diese gewaltigen Gewässer, darunter Vorläufer heutiger Seen wie Nam Co (auch Namtso oder Nam-See genannt), sind inzwischen stark geschrumpft. Heute ist der Nam Co nur noch 75 Kilometer lang. Während Wissenschaftler die ökologischen Folgen dieser Austrocknung schon lange untersuchen, zeigt eine neue Studie eine weitaus dramatischere Auswirkung: Die verschwindenden Seen scheinen Erdbeben ausgelöst zu haben, indem sie tief in der Erdkruste lange ruhende Verwerfungen aktivierten.

Ein Geologenteam unter Leitung von Chunrui Li von der Chinesischen Akademie der Geowissenschaften in Peking hat Hinweise darauf gefunden, dass der Verlust des Wassergewichts dieser urzeitlichen Seen die Erdkruste ansteigen ließ und nahe gelegene Verwerfungen reaktivierte. Die in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlichte Studie vertieft das Verständnis dafür, wie Veränderungen des Oberflächenklimas geologische Prozesse in der Tiefe beeinflussen können. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Land als Reaktion auf den Wasserverlust in Tibet ansteigt, ähnlich wie ein Schiff höher im Wasser liegt, wenn Ladung entfernt wird. Dabei entstehen Spannungen, die uralte Risse im Gestein aufbrechen lassen können. Die Entdeckung stellt die bisherige Annahme infrage, dass nur tiefe tektonische Kräfte in der Region erhebliche seismische Aktivität auslösen können.

Die Folgen reichen über das wissenschaftliche Interesse hinaus. Da der Klimawandel den Wasserverlust in Hochgebirgsregionen weltweit beschleunigt, wird es immer wichtiger zu verstehen, wie schrumpfende Seen die geologische Stabilität beeinflussen, um Gefahren richtig einzuschätzen. Das Tibetische Plateau, oft als Dach der Welt bezeichnet, ist ein Frühwarngebiet für solche Prozesse: Es zeigt, wie Veränderungen an der Oberfläche bis tief ins Erdinnere reichen können.

Das Gewicht des Wassers und der Aufstieg des Gesteins

Der Mechanismus hinter diesem Phänomen beruht auf dem Prinzip der Isostasie. Es beschreibt, wie die Erdkruste auf dem dichteren Erdmantel darunter schwimmt. Große Seen lasten mit erheblichem Gewicht auf der Kruste. Beginnen sie auszutrocknen, fällt diese Last weg und die Kruste hebt sich langsam wieder. Dieser als isostatischer Ausgleich bekannte Prozess vollzieht sich über Tausende von Jahren, kann aber in geologischen Strukturen beträchtliche Spannungen aufbauen. Im Süden Tibets findet er in einer Region statt, die ohnehin unter enormem tektonischem Druck steht: Dort kollidieren seit etwa 50 Millionen Jahren die Indische und die Eurasische Platte. Durch diesen Zusammenstoß entstanden das Himalaya-Gebirge und das Tibetische Plateau.

Im Lauf von Millionen Jahren hat diese Kontinentkollision enorme Spannungen in der Erdkruste unter dem Süden Tibets aufgebaut. Uralte Verwerfungen, also Risse im Gestein, ruhen, sind aber bereit, unter den richtigen Bedingungen aufzubrechen. Li und seine Kollegen vermuteten, dass der langsame, durch schrumpfende Seen ausgelöste Anstieg der Kruste den nötigen Impuls geben könnte, um diese gespeicherten Spannungen freizusetzen. Mithilfe von Computermodellen, die die Reaktion der Kruste auf den Wasserverlust vorhersagen, stellten sie fest, dass das Wegfallen der Last verschwundener Seen diese ruhenden Verwerfungen tatsächlich reaktivieren könnte. Die Studie macht deutlich, wie empfindlich Strukturen tief im Erdinneren auf Veränderungen an der Oberfläche reagieren können.

Die geologische Lage im Süden Tibets macht die Region besonders anfällig für diese Effekte. Sie liegt an der Grenze zwischen zwei gewaltigen Kontinentalplatten. Dort ist die Erdkruste dick, von Rissen durchzogen und dauerhaft gespannt. Anders als in Küstenregionen, wo tektonische Platten unter den Ozeanen aufeinandertreffen, entstehen in dieser Kontinentkollisionszone komplexe Verwerfungsnetze. Sie können Jahrtausende lang ruhen, bis ungewöhnliche Spannungen sie aktivieren. Die urzeitlichen Seen, die die Region einst bedeckten, brachten in bestimmten Gebieten zusätzliche Masse auf die Waage und bremsten so die natürliche Hebung und Verschiebung der Kruste. Als diese Masse verschwand, entlud sich die zurückgehaltene Energie durch Bewegungen entlang der Verwerfungen.

Die Verschiebungen messen: 15 Meter Bewegung

Um ihre Hypothese zu überprüfen, kartierten die Forscher die Uferlinien der urzeitlichen Seen und berechneten, wie viel Wasser sie im Lauf der Jahrtausende verloren hatten. Ihre Analyse konzentrierte sich auf den Zeitraum zwischen 115.000 und 30.000 Jahren vor heute, in dem die Seen erheblich austrockneten. Die Ergebnisse sind bemerkenswert: Allein der Wasserverlust des Nam Co scheint an einer nahe gelegenen Verwerfung insgesamt etwa 15 Meter Bewegung ausgelöst zu haben. Seen 100 Kilometer weiter südlich verloren noch mehr Wasser. Möglicherweise verursachte dies an den dortigen Verwerfungen Bewegungen von bis zu 70 Metern.

Umgerechnet entspricht das Bewegungsraten entlang der Verwerfungen von 0,2 bis 1,6 Millimetern pro Jahr. Im Vergleich zur San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien, die sich jährlich etwa 20 Millimeter bewegt, wirkt das wenig. Doch die Ursache der Bewegung unterscheidet sich grundlegend: Die San-Andreas-Verwerfung bewegt sich vor allem aufgrund tiefer tektonischer Prozesse an Plattengrenzen. Die Verwerfungen in Tibet wurden dagegen durch Veränderungen an der Oberfläche vor Tausenden von Jahren bewegt. Das zeigt, dass Prozesse oberhalb der Erde Strukturen tief im Erdinneren erheblich beeinflussen können. Die Studie liefert konkrete Belege dafür, dass hydrologische Veränderungen infolge des Klimawandels messbare geologische Reaktionen hervorrufen können.

Die Unterscheidung zwischen tektonisch bedingten und durch Prozesse an der Oberfläche ausgelösten Verwerfungsbewegungen ist wichtig dafür, wie Wissenschaftler Erdbebengefahren einstufen und vorhersagen. Traditionell konzentrierten sich Geologen bei der Einschätzung von Erdbebenrisiken fast ausschließlich auf die Dynamik von Plattengrenzen. Die Daten aus Tibet legen nahe, dass Erdbeben innerhalb von Platten, also weit entfernt von deren Grenzen, manchmal auf langfristige Veränderungen an der Oberfläche statt auf Prozesse im tiefen Erdmantel zurückgehen könnten. Eine solche Neubewertung könnte sich darauf auswirken, wie Gefahrenkarten für das Landesinnere gezeichnet werden, wo es einst urzeitliche Seen gab.

Die geologische Geschichte in Seesedimenten lesen

Die Beziehung zwischen Seen und seismischer Aktivität wirkt in beide Richtungen. So wie verschwindende Seen Erdbeben auslösen können, können starke Erdbeben Seensysteme erheblich verändern. Untersuchungen am Qionghai-See am südöstlichen Rand des Tibetischen Plateaus zeigen, dass Seesedimente als Archive vergangener Erdbeben dienen. Wissenschaftler analysierten sechs Sedimentkerne aus verschiedenen Bereichen des Sees und identifizierten mithilfe von CT-Aufnahmen, Korngrößenanalysen und geochemischen Markern wie dem Mangangehalt charakteristische Schichten, die durch Erdbeben in den Jahren 1850 und 1952 entstanden waren.

Die Untersuchungen zeigen, dass durch Erdbeben entstandene Ablagerungen als gleichförmige Schichten mit schlechter Sortierung und spezifischen chemischen Signaturen auftreten. Das Erdbeben von 1850 mit einer Magnitude von 7,5 an der Zemu-Fluss-Verwerfung und das Beben von 1952 mit einer Magnitude von 6,75 an der Anning-Fluss-Verwerfung haben beide dauerhafte Spuren im Schlamm hinterlassen. Die Forschung bestätigt, dass Seen tektonische Aktivität sowohl beeinflussen als auch dokumentieren. So entsteht eine komplexe Rückkopplung zwischen der Wasserverteilung an der Oberfläche und Prozessen tief im Erdinneren. Die Sedimentschichten zeichnen eine Chronik von Katastrophen auf und zeigen, wie sich die Landschaft über Jahrhunderte hinweg auf große Erdbeben einstellt.

Die am Qionghai-See angewandte Methode bietet eine Vorlage für die Untersuchung historischer Erdbeben an anderen Orten. Die Forscher kartierten den Seeboden mit Fächerecholoten und entnahmen anschließend an mehreren Stellen Bohrkerne, um Ereignisse im gesamten Becken miteinander abzugleichen. CT-Aufnahmen machten innere Strukturen sichtbar, ohne die Proben zu zerstören, während Röntgenfluoreszenzscans Veränderungen der Elemente mit einer Auflösung im Millimeterbereich aufspürten. Mithilfe von Korngrößenanalysen ließen sich Hochwasserablagerungen, die nach oben allmählich feiner werden, von Erdbebenablagerungen unterscheiden, die als chaotische, schlecht sortierte Schichten auftreten. Mit diesen Methoden können Wissenschaftler die geologische Geschichte einer Region lesen wie die Seiten eines Buchs und bestimmte Jahre bestimmen, in denen die Erde bebte und die Gewässer darüber veränderte.

Fachleute zur Verbindung zwischen Oberfläche und Erdinnerem

Unabhängige Geologen betonen, wie wichtig die Ergebnisse für das Verständnis der Landschaftsentwicklung sind. Matthew Fox, außerordentlicher Professor für Geologie am University College London, der nicht an der Studie beteiligt war, erläuterte die weiterreichende Bedeutung der Forschung.

Prozesse an der Oberfläche können einen überraschend starken Einfluss auf die feste Erde haben. Geologen erkennen zunehmend, dass wir diese Wechselwirkung zwischen Prozessen an der Oberfläche und im tiefen Erdinneren berücksichtigen müssen, um die Entwicklung einer Landschaft oder einer tektonischen Region vollständig zu verstehen.

Fachleute warnen jedoch davor, anzunehmen, dass jeder austrocknende See Erdbeben auslöst. Sean Gallen, außerordentlicher Professor für Geologie an der Colorado State University, der nicht an der Forschung beteiligt war, stellte klar, dass bereits tektonische Spannungen vorhanden sein müssen, damit der Wegfall einer Oberflächenlast seismische Ereignisse auslösen kann.

Die Tektonik ist immer der Antrieb. Veränderungen der Wasserlast beeinflussen lediglich, wie sich die aufgebaute tektonische Spannung im Lauf der Zeit entlädt.

Philippe Steer, Assistenzprofessor für Geowissenschaften an der Universität Rennes in Frankreich, wies darauf hin, dass auch andere Prozesse an der Oberfläche Spannungen auf ähnliche Weise freisetzen können. Schwere Stürme, die rasche Erosion verursachen, oder große Steinbrüche, in denen gewaltige Gesteinsmengen abgetragen werden, können vergleichbare Entlastungseffekte hervorrufen. Dadurch kann sich die Kruste heben und möglicherweise Verwerfungsbewegungen auslösen. Diese Prozesse zeigen, dass die Erdoberfläche in der geologischen Dynamik keine passive Rolle spielt, sondern als aktiver Faktor Veränderungen in der Tiefe anstoßen kann. Die Erkenntnis dieser Wechselwirkung bedeutet einen grundlegenden Wandel in der Sicht der Geologen auf das Zusammenspiel von Klima und Tektonik.

Die Forschung steht nun vor der Herausforderung, diese Oberflächeneffekte in bestehende Gefahrenmodelle einzubeziehen. Die meisten aktuellen Modelle zur Vorhersage von Erdbeben konzentrieren sich auf den Aufbau tiefer Spannungen und die Bewegung der Platten. Werden Faktoren berücksichtigt, die mit dem Wegfall von Oberflächenlasten zusammenhängen, müssen neben herkömmlichen seismischen Messungen auch Wasserstände, Eisschilde und Erosionsraten beobachtet werden. Das macht die Modelle zwar komplexer, eröffnet aber auch neue Möglichkeiten, Risiken in Regionen mit uralten Verwerfungen und sich verändernden Oberflächenlasten einzuschätzen.

Lehren aus der letzten Eiszeit

Das bedeutendste Beispiel für die Entlastung der Erdkruste ist das letzte glaziale Maximum vor etwa 20.000 Jahren. Damals bedeckten mehrere Kilometer dicke Eisschilde große Teile Nordamerikas und Eurasiens. Bis vor etwa 10.000 Jahren waren sie weitgehend geschmolzen, doch die Erdkruste darunter hebt sich bis heute. Dieser fortdauernde glazialisostatische Ausgleich könnte einige der rätselhaftesten Erdbeben der Geschichte erklären.

1811 und 1812 erschütterten drei heftige Erdbeben mit Magnituden von 7 oder 8 das Mississippi-Tal im Zentrum der Vereinigten Staaten, Tausende Kilometer von jeder tektonischen Plattengrenze entfernt. Geologen vermuten, dass sich an uralten Verwerfungen im Mississippi-Tal Spannungen durch tektonische Aktivität an den weit entfernten Rändern der Nordamerikanischen Platte aufgebaut hatten. Als die Eisschilde schmolzen und die Erdkruste zu steigen begann, entluden sich diese Spannungen in den Erdbeben von New Madrid. Wie Fox feststellte, verursacht der Klimawandel keine tektonischen Prozesse, kann aber die Spannungsverhältnisse in der Erdkruste verändern. Dies muss bei der Einschätzung von Gefahren berücksichtigt werden.

Ähnliche Prozesse laufen in Skandinavien und Kanada ab, wo sich das Land nach dem Abschmelzen der eiszeitlichen Gletscher weiterhin hebt. In Schweden steigt die Erdkruste in einigen Gebieten um bis zu 10 Millimeter pro Jahr an, wodurch sich die lokalen Verwerfungssysteme anpassen. Diese Regionen erleben zwar weniger schwere Erdbeben als Tibet, doch die kontinuierliche Beobachtung der nacheiszeitlichen Hebung liefert wertvolle Daten dazu, wie schnell die Kruste auf eine Entlastung reagiert. Bei den tibetischen Seen waren Zeitraum und Ausmaß der Entlastung anders, doch die physikalischen Grundlagen sind dieselben. Das Verständnis schneller und langsamer Entlastungsereignisse hilft dabei, umfassende Modelle des Verhaltens der Erdkruste zu entwickeln.

Wenn die Erde die Seen erschüttert

Die Wechselwirkung zwischen Wasser und Erdbeben in beide Richtungen zeigt sich auch bei jüngeren Ereignissen auf dem Qinghai-Tibet-Plateau. Das Erdbeben von Maduo im Jahr 2021 mit einer Magnitude von 7,4 veränderte die alpinen Feuchtgebiete der Region erheblich. In einer nach dem Ereignis veröffentlichten Studie wurde dokumentiert, wie das Beben geologische Strukturen im Untergrund aufriss und dadurch Oberflächenwasser tief in den Boden eindringen ließ. Das senkte die Wasserstände der Seen und beeinträchtigte die Feuchtgebiete. Wasserpflanzen und Schnecken starben ab, während die Bestände der Wasservögel zurückgingen.

Die Ergebnisse legen nahe, dass ausgetrocknete und geschädigte Feuchtgebiete zu Quellen der Wüstenbildung werden und ökologische Veränderungen auslösen könnten, die über Generationen anhalten. Die Forschung enthält konkrete Empfehlungen für Wiederherstellungsmaßnahmen nach Erdbeben, darunter das Auffüllen von Erdbebenrissen und die zusätzliche Zufuhr von Oberflächenwasser zum Schutz der Artenvielfalt. Solche Studien zeigen, dass die Verbindung zwischen Seen und Erdbeben nicht nur der Vergangenheit angehört, sondern die Ökologie und Geologie des Tibetischen Plateaus bis heute prägt. Dabei entsteht ein Kreislauf: Wasserverlust kann Beben auslösen, und Erdbeben können den Wasserverlust beschleunigen.

Die ökologischen Folgen dieses Kreislaufs sind für die einzigartigen Hochgebirgsfeuchtgebiete des Plateaus gravierend. Diese Feuchtgebiete sind wichtige Brutgebiete für Zugvögel und bieten endemischen Arten Lebensraum, die an extreme Bedingungen angepasst sind. Wenn Erdbeben den Permafrost oder das Grundgestein aufbrechen, verändert sich die hydraulische Vernetzung der Landschaft dauerhaft. Wasser, das sich zuvor an der Oberfläche sammelte, fließt ab. Wiesen trocknen aus und Böden versalzen. Forscher warnen, dass sich solche geschädigten Flächen zu Wüstengebieten ausweiten könnten. Das würde die lokalen Klimamuster verändern und die Fähigkeit des Plateaus mindern, Kohlenstoff und Wasser zu speichern.

Weltweite Parallelen gekoppelter Systeme

Ähnliche Wechselwirkungen zwischen Prozessen an der Oberfläche und im tiefen Erdinneren treten weltweit auf. Das bestätigt die globale Bedeutung der Ergebnisse aus Tibet. Im Juli 2024 erschütterte ein Erdbeben der Magnitude 8,8 die russische Halbinsel Kamtschatka. Anschließend brachen sechs Vulkane aus, darunter der Kljutschewskoi, der höchste aktive Vulkan Asiens und Europas. Der Vulkan hatte bereits vor dem Beben Anzeichen erhöhter Aktivität gezeigt, doch Fachleute gehen davon aus, dass das seismische Ereignis den Ausbruch verstärkte. Das Erdbeben veränderte die Spannungsverhältnisse in der Erdkruste und könnte es dem Magma dadurch erleichtert haben, an die Oberfläche aufzusteigen.

Weitere Beispiele sind die von künstlicher Intelligenz unterstützte Entdeckung einer verborgenen ringförmigen Verwerfung am Vulkan Campi Flegrei in Italien im Jahr 2025, der zwischen 2022 und 2025 mehr als 54.000 Erdbeben ausgelöst hat, sowie der Spalteneruption auf Island im Jahr 2024 nach einer intensiven Erdbebenserie auf der Reykjanes-Halbinsel. Diese Ereignisse zeigen, dass eine Entlastung an der Oberfläche durch schmelzendes Eis, austrocknende Seen oder Steinbruchbetrieb Prozesse in der Tiefe auslösen kann. Umgekehrt können tektonische Verschiebungen tief im Erdinneren Landschaften an der Oberfläche umgestalten. Die Erde funktioniert als zusammenhängendes System, in dem Veränderungen auf einer Ebene unweigerlich die andere beeinflussen.

Die Ereignisse auf Kamtschatka verdeutlichen besonders, wie empfindlich Vulkansysteme auf Erschütterungen reagieren. Nach dem Erdbeben der Magnitude 8,8 zeigten Kljutschewskoi, Schiwelutsch, Besymjanny, Karymski, Awatschinski und Kranizyn eine erhöhte Aktivität. Der Kranizyn war zuvor etwa 500 Jahre lang nicht ausgebrochen. Das deutet darauf hin, dass die Erdbebenwellen Magmakammern destabilisiert haben könnten, die jahrhundertelang geruht hatten. Das ähnelt der Situation in Tibet, wo sich lange ruhende Verwerfungen als Reaktion auf Veränderungen an der Oberfläche regten. Zusammengenommen zeichnen diese Fälle das Bild einer dynamischen Erde, in der Oberfläche und Erdinneres ständig miteinander wechselwirken.

Das Wichtigste in Kürze

• Forschungen zufolge lösten verschwindende Seen in Tibet zwischen 115.000 und 30.000 Jahren vor heute Erdbeben aus, indem sie die Erdkruste ansteigen ließen und ruhende Verwerfungen reaktivierten.
• Der Wasserverlust des Nam Co führte zu etwa 15 Metern Bewegung an einer Verwerfung. Seen weiter südlich könnten Bewegungen von bis zu 70 Metern ausgelöst haben.
• Die Kollision zwischen Indien und Eurasien erzeugte die tektonischen Spannungen, die solche durch Prozesse an der Oberfläche ausgelösten Ereignisse erst möglich machten. Der Klimawandel verändert die tektonischen Kräfte, verursacht sie aber nicht.
• Seesedimente in der Region dokumentieren historische Erdbeben und belegen die Wechselwirkung zwischen hydrologischen und seismischen Ereignissen in beide Richtungen.
• Ähnliche Prozesse treten weltweit auf: Der Ausgleich nach dem Abschmelzen der Gletscher könnte die Erdbeben von New Madrid 1811 und 1812 ausgelöst haben. Auch moderne Wechselwirkungen zwischen Erdbeben und Vulkanen auf Kamtschatka und Island gehören dazu.
• Fachleute empfehlen, die Auswirkungen des Wegfalls von Oberflächenlasten künftig in die Bewertung seismischer Gefahren einzubeziehen.