Etwas zerreißt Tibet von innen heraus. Die Kontinente schwimmen buchstäblich

Neue Karten der Bewegungen Tibets zeigen, dass die Kontinente eher schwimmen als brechen. Die Auswirkungen reichen weit über den Himalaya hinaus.

Tibet wird seit langem als Dach der Welt bezeichnet, aber erst jetzt sehen wir, wie sehr dieses Dach arbeitet. Ein Team von Geophysikern aus mehreren Ländern hat Zehntausende von Radarbildern der Sentinel-1-Satelliten und GNSS-Messungen verwendet, um die genaueste Karte der Bewegungen Tibets zu erstellen, die es je gab. Die Ergebnisse sind überraschend: Die tektonischen Platten sind schwächer als angenommen, und die Kontinente verhalten sich nicht wie starre Blöcke, sondern wie langsam fließende, zerklüftete Gesteinsmassen.

Tibet unter dem Mikroskop aus dem Orbit

Das tibetische Plateau erstreckt sich über eine Fläche von etwa 2,5 Millionen km² und liegt mehr als 4.500 m über dem Meeresspiegel. Es ist die größte und höchste Kollisionszone der Kontinente auf der Erde – ein Ort, an dem seit Millionen von Jahren die indische und die eurasische Platte aufeinanderprallen.

Nach der klassischen Plattentektonik wurden Kontinente oft als mehrere große, relativ starre Blöcke dargestellt, die durch deutliche Verwerfungen voneinander getrennt sind. In dieser Vereinfachung bewegten sich die einzelnen Teile der Erdkruste wie Steine in einem beweglichen Puzzle gegeneinander.

Neue Forschungen zu Tibet zeigen ein viel komplexeres Bild. Anstelle einiger weniger Bausteine haben wir eher einen Felsbrocken, der zwar als Ganzes zusammenhält, sich aber von innen heraus ausdehnt, abbricht und absinkt – und all das lässt sich heute mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern pro Jahr messen.

Kontinente, die nicht brechen, sondern fließen

Die wesentliche Schlussfolgerung der Autoren der Studie ist einfach, stellt jedoch viele Modelle auf den Kopf: Kontinente verhalten sich nicht wie ein Mosaik aus starren Platten. Die Gesteine der Erdkruste und des oberen Teils des Erdmantels, also der starren Hülle der Erde, die wir als Lithosphäre bezeichnen, können sich im geologischen Maßstab wie eine langsam fließende Masse verhalten.

Es geht natürlich nicht um ein Fließen wie Wasser oder Lava. Vielmehr kann sich die Lithosphäre unter dem Einfluss enormer Kräfte und über sehr lange Zeiträume verformen, anstatt nur entlang einiger Hauptverwerfungen zu gleiten. Betrachtet man sie über einen Zeitraum von zehn Jahren satellitengestützter Messungen, so zeigt sich, dass sich einige Teile wie Gummi dehnen, andere abscheren und wieder andere langsam absinken oder ansteigen.

Die Forscher haben die sogenannte Strain Rate berechnet, also die Geschwindigkeit der Verformung der Erdkruste. Diese Zahl beschreibt, wie schnell Gesteine gedehnt, gestaucht oder geschnitten werden. Auf den Karten leuchten die am stärksten beanspruchten Zonen rot und zeichnen ein dichtes Netz von Verformungen entlang großer Verwerfungen wie Altyn Tagh, Kunlun oder Xianshuihe.

Es stellt sich heraus, dass gerade diese großen Verwerfungen und nicht die vermeintlich harten Blöcke dazwischen als Schwachstellen fungieren, über die sich die gesamte Kontinentalmasse verschieben kann.

Der schwache Kunlun. Schwächere Blockaden, mehr Freiheit

Eine der bemerkenswertesten Schlussfolgerungen ist die Rolle der Kunlun-Verwerfung. Die neuen Karten zeigen, dass diese geologische Struktur viel schwächer sein muss, als frühere Modelle vermuten ließen.

Das bedeutet, dass der nördliche Rand des zentralen Tibets gegenüber den weiter nördlich gelegenen Gebieten gleiten kann. Diese Schwäche der Grenze ermöglicht es dem Inneren des Plateaus, sich in Ost-West-Richtung auszudehnen und zu erweitern, wie ein Kuchen, dessen Ring entfernt wurde.

Seit Jahren haben Geologen darüber nachgedacht, warum im Zentrum Tibets eine so starke Ausdehnung der Felsen zu beobachten ist, obwohl klassische Modelle der Kontinentalkollision dies nicht vorhergesagt haben. Neue Daten zeigen, dass der Schlüssel gerade in der Weichheit dieser Verwerfung liegt: Sie ermöglicht es dem dicken tibetischen Gesteinsstapel, die gespeicherte Gravitationsenergie zu nutzen und sich seitlich auszudehnen.

Mit anderen Worten: Die enorme Dicke der Erdkruste unter Tibet, die das Ergebnis von Millionen Jahren der Kompression ist, wird selbst zu einer Kraftquelle, die die Ausdehnung des Plateaus antreibt, sobald eine ausreichend schwache Zone gefunden wird, durch die die Felsen entweichen können.

Bewegungen im Millimeterbereich, Auswirkungen über Hunderte von Kilometern

Die Stärke dieser Studie liegt in der Größe und Präzision der Daten. Die Wissenschaftler haben mehr als 44.000 Radarbilder von Sentinel-1-Satelliten mit über 14.000 GNSS-Messungen vor Ort kombiniert.

Sentinel-1 verwendet ein Synthetic Aperture Radar, kurz SAR. Dabei handelt es sich um eine Technik, bei der ein Satellit Mikrowellen in Richtung Erde sendet, das Echo empfängt und zu einem Bild zusammensetzt. Vergleicht man solche Bilder, die zur gleichen Zeit vom gleichen Ort aus aufgenommen wurden, lassen sich Verschiebungen der Oberfläche im Millimeterbereich erkennen – dies wird als Radarinterferometrie bezeichnet.

GNSS ist wiederum ein allgemeiner Begriff für Satellitennavigationssysteme wie GPS oder Galileo. Ein dichtes Netz von Empfangsstationen ermöglicht es, zu verfolgen, wie sich Punkte auf der Oberfläche Jahr für Jahr relativ zueinander verschieben.

Aus der Kombination dieser beiden Datenquellen entstand eine Karte der Bewegungsgeschwindigkeit Tibets, in der jedem Pixel ein Wert in Millimetern pro Jahr zugeordnet ist. Darauf ist zu sehen, wie sich der östliche Teil des Plateaus um bis zu 25 mm pro Jahr nach Osten verschiebt, während sich andere Teile langsamer und wieder andere in die entgegengesetzte Richtung bewegen.

Hinzu kommt eine vertikale Komponente: Teile des Geländes, die sich im Laufe eines Jahres um einige Millimeter heben oder senken. Dies ist ein Ausdruck dafür, wie die Erde unter Tibet atmet und auf die lang anhaltende Kompression, Dehnung und Bewegung der Gesteine in der Tiefe reagiert.

Von der Theorie zur Praxis: Erdbeben und Gefahrenmodelle

Tibet und die umliegenden Gebirgszüge sind Regionen, die für starke Erdbeben anfällig sind. Um das Risiko besser einschätzen zu können, benötigt man möglichst genaue Karten darüber, wo und wie stark sich die Erdkruste verformt. Dehnungsrate, Bewegungsrichtung, vertikale Senkung oder Hebung – all dies sind Indikatoren, mit denen sich besonders angespannte Zonen identifizieren lassen, in denen sich elastische Energie in den Felsen ansammelt.

Die neuen, äußerst detaillierten Karten Tibets setzen einen Maßstab, der auf andere Regionen der Welt übertragen werden kann. Die gleichen Techniken – die Kombination von Radardaten von Sentinel-1 und GNSS-Messungen – können in Subduktionszonen, an Orten, an denen neue Berge entstehen, oder in Gebieten, in denen wir noch immer wenig über Verwerfungen wissen, eingesetzt werden.

Langfristig fließen solche Karten in Modelle zur Erdbebengefährdung ein, die bei der Planung von Gebäuden, Infrastruktur und sogar bei der Gestaltung von Energie- und Verkehrsnetzen verwendet werden.

Sentinel-1: ein Radar, das durch Wolken hindurchsehen kann

Diese Revolution in der Beobachtung der Erde wäre ohne Satelliten wie Sentinel-1 nicht möglich gewesen. Es handelt sich um die erste Mission der Familie der europäischen Copernicus-Satelliten, die darauf ausgelegt ist, regelmäßig wiederholbare und öffentlich zugängliche Daten über die Oberfläche des Planeten zu liefern.

Das Radarauge hat mehrere entscheidende Vorteile. Erstens ist es wetterunabhängig – Wolken und fehlendes Tageslicht beeinträchtigen die Beobachtungen nicht. Zweitens reagieren Mikrowellen sehr empfindlich auf Veränderungen der Entfernung zwischen Satellit und Oberfläche. Deshalb lassen sich mit der SAR-Interferometrie sogar millimetergenaue Bewegungen verfolgen.

Hinzu kommt die Regelmäßigkeit: Tibet wird immer wieder, über Jahre hinweg, in verschiedenen Geometrien gescannt. Dadurch können nicht einzelne Bilder, sondern Filme erstellt werden, die zeigen, wie sich die Region im Laufe der Zeit verformt.

Wenn ein solches Bild durch Tausende von GNSS-Punktmessungen ergänzt wird, verfügen Wissenschaftler über ein Werkzeug, das es vor einem Jahrzehnt noch nicht gab: die Möglichkeit, die Arbeit der Kontinente fast in Echtzeit zu beobachten, und zwar auf der Ebene der gesamten Region und nicht nur eines einzelnen Profils oder Querschnitts.