Erdbeben, die sich innerhalb der abtauchenden ozeanischen Platte in Subduktionszonen ereignen, sind eine der Hauptursachen für die damit zusammenhängende seismische Gefährdung weltweit. Die Tiefe dieser Erdbeben kann bis zu 800 km betragen, was bemerkenswert ist, da die in diesen Tiefen herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen bevorzugt zu duktiler Deformation statt zu Sprödverformung des Gesteins führen sollten. Welche physikalischen Mechanismen genau für die Seismizität in mittleren Tiefen von Subduktionszonen (50-300 km) verantwortlich sind, ist umstritten, wobei einige Studien fluidkontrollierte Prozesse als ursächlich für Gesteinsversagen aufführen. Folglich wird erwartet, dass Mantelbereiche mit einem höheren Hydratationsgrad seismisch aktiver sind als trockene Bereiche. Andere Studien deuten darauf hin, dass die Seismizität auf Spannungsänderungen im Innern der Platte zurückzuführen ist, ausgelöst durch Unterschiede im Neigungswinkel der subduzierenden Platte beim Eintauchen in den tiefen Erdmantel. Der südliche Teil der zentralen Anden im Westen Südamerikas stellt eine ideale Umgebung dar, um die Ursachen für die seismische Aktivität der Platten näher zu untersuchen. Hier wechselt der Subduktionswinkel von flach (<5°) im Norden zu steil (30°) im Süden und die Region war Schauplatz zahlreicher großer Erdbeben, wie z. B. das M8,8 Maule 2010 und das M8,2 Illapel 2015 Erdbeben. Ein weiteres bemerkenswertes Merkmal dieser Region ist das Auftreten von Seismizität in der abtauchenden Platte bis zu 300 km vom ozeanischen Trench entfernt.

Um die treibenden Mechanismen hinter diesen Ereignissen besser zu verstehen, hat Constanza Rodriguez Piceda, eine ehemalige Doktorandin in der DFG-Graduiertenschule StRATEGy, mit Kollegen der Sektionen 4.5 "Sedimentbeckenmodellierung" und 2.4 "Seismologie" sowie der Universität Potsdam geologische, seismologische und geodätische Beobachtungen in Modelle integriert. Dazu wurden Daten aus seismischer Tomographie genutzt, um Regionen unterschiedlicher Hydratation des Mantels innerhalb der ozeanischen und der überlagernden Platte zu kartieren und diese Regionen mit der Verteilung der Seismizität zu vergleichen. Sie fanden heraus, dass  der Fluidanteil im Mantel räumlich sehr unterschiedlich ist und dass dies die räumliche Verteilung der Seismizität beeinflusst, wobei hydratisierte Regionen seismisch aktiver sind. In Regionen mit geringer Flüssigkeitszufuhr trägt vor allem die Geometrie der subduzierenden Platte zur seismischen Lokalisierung bei, wobei die Seismizität vermehrt dort auftritt, wo der Neigungswinkel von flach zu steil wechselt. In dieser Studie wurden thermomechanische und geologische Ansätze innovativ kombiniert, um das Spektrum möglicher Erklärungen für das seismische Verhalten in dieser Subduktionszone einzugrenzen.

Veröffentlichung:
Rodriguez Piceda, C., Gao, Y., Cacace, M., Scheck-Wenderoth, M., Bott [Sippel], J., Strecker, M., Tilmann, F. (2023): The influence of mantle hydration and flexure on slab seismicity in the southern Central Andes. - Communications Earth & Environment, 4, 79.
https://doi.org/10.1038/s43247-023-00729-1