Ausgedehnter Fluidüberdruck in der flachen Zone langsamer Erdbeben im Nankai-Trog vor Muroto, kartiert mit hochauflösender P‑Wellen­geschwindigkeit

Verborgene Kräfte unter dem Meeresboden

Entlang Japans Südküste lagert eine der weltweit am intensivsten beobachteten Erdbebenzonen stillschweigend Wasser unter enormem Druck. Im Nankai-Trog brechen manche Erdbeben heftig aus, andere kriechen langsam über Tage oder Wochen. Diese Studie hebt den Meeresboden vor Kap Muroto an, um zu zeigen, wie tief vergrabene, hoch unter Druck stehende Fluide erklären könnten, wo und warum diese ungewöhnlichen „langsamen Erdbeben“ auftreten — und was das für künftige große Beben und Tsunamis bedeuten könnte.

Eine vielbefahrene Kollisionszone vor Japan

Der Nankai-Trog ist ein gewaltiger Unterwassersattel, in dem eine ozeanische Platte unter Japan abtaucht. Dieser Prozess, Subduktion genannt, bildet einen dicken Stapel aus Sedimenten und Gestein auf der überlagernden Platte und treibt große Erdbeben an. Vor Muroto liegt die Region, in der langsame Erdbeben auftreten, in flachen Tiefen, innerhalb von etwa 10 Kilometern unter der Oberfläche. Wissenschaftler vermuten, dass Fluide, die aus Sedimenten ausgepresst werden, eine Schlüsselrolle dabei spielen, wie die Gesteine verrutschen — manchmal sanft und lautlos, manchmal in zerstörerischen Rucken.

Wellen hören, um vergrabenes Wasser zu kartieren

Um zu beobachten, was Kilometer unter dem Meeresboden passiert, nutzten die Autorinnen und Autoren ein detailliertes Bild der Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen durch die Kruste. Diese sogenannten P‑Wellen laufen langsamer durch weichere, stärker mit Fluiden gefüllte Sedimente und schneller durch starre, stark verfestigte Gesteine. Mithilfe laborbasierter Formeln, die Wellengeschwindigkeit, Porosität und Spannungszustand verknüpfen, übersetzte das Team die Wellengeschwindigkeitskarte in Schätzungen darüber, welcher Anteil des Gewichts des überlagernden Gesteins von eingeschlossenen Fluiden statt von den Körnern selbst getragen wird. Das ergab eine hochauflösende Karte einer Größe, die als Porendruckverhältnis bezeichnet wird und zeigt, wie nahe die Fluide daran sind, das volle Gewicht der darüberliegenden Gesteine zu tragen.

Ausgedehnte Zonen überdruckter Sedimente

Die Ergebnisse zeigen eine breite Region, die sich von der Hauptfehlerzone vor der Küste (dem Frontsturz) bis etwa 60 Kilometer landeinwärts und bis in etwa 8 Kilometer Tiefe erstreckt, in der die Fluiddrücke über ein großes Gebiet hinweg hoch sind. Innerhalb dieser Zone beherbergen die untergeschobenen Sedimente näher am Graben verstreute „Flecken“, in denen die Drücke besonders hoch sind und sich wie überdruckte Aquifere verhalten, was zu früheren Bohrlochbeobachtungen überraschender Schlammausflüsse passt. Tiefer unter dem inneren Teil des Rands bildet sich ein durchgehender Gürtel sehr hohen Drucks, der mit einer Sedimentschicht übereinstimmt, die vom Meeresboden abgeschert und an die überlagernde Platte angeheftet wurde — Material, von dem man annimmt, dass es reich an wasserführenden Grabensedimenten ist, die hinuntergezogen wurden.

Seamounts, Verwerfungen und langsame Beben

In der Nähe werden mehrere untergetauchte Vulkanhügel, sogenannte Seamounts, in die Subduktionszone hineingezogen. Frühere Arbeiten legten nahe, dass diese Seamounts beim Einfahren in den Rand die untergelegten, wasserreichen Sedimente zusammendrücken und den Fluiddruck an ihrer landseitigen Flanke anheben. Die neue quantitative Druckkarte stützt dieses Bild: Hochdruckbereiche fallen mit der unterangehefteten Schicht sowie mit Regionen zusammen, in denen langsame Erdbeben und seltene Kaltquellen am Meeresboden registriert wurden. Vertikale Streifen hohen Drucks entlang von Schubverwerfungen deuten darauf hin, dass diese Brüche als Leitungen fungieren und Fluide aufsteigen lassen. An vielen Stellen nähert sich der Druck Zuständen, in denen Gesteine extrem schwach werden — ideale Bedingungen für langsames, kriechendes Gleiten statt schneller Bruchausbreitung.

Was das für künftige Erdbeben bedeutet

Für Nichtfachleute ist die wichtigste Erkenntnis, dass Wasser unter sehr hohem Druck kein Randdetail, sondern ein weit verbreitetes Merkmal der flachen Nankai-Subduktionszone vor Muroto ist. Die Studie zeigt, dass ein großer Teil der Region, in der langsame Erdbeben auftreten, überdruckt ist und dass die Verteilung dieses Drucks durch subduzierte Seamounts, Lagen von unterangeheftetem Sediment und ein Netzwerk von Verwerfungen geformt wird, die wie eine Ver- und Entsorgungspipeline wirken. Diese Befunde helfen zu erklären, warum manche Teile der Verwerfung langsam verrutschen und zeitweise als Barrieren oder Durchlässigkeiten für größere Brüche fungieren können. Bessere Karten dieses verborgenen Fluidsystems sollten unser Verständnis darüber verbessern, wie und wo künftige große Erdbeben und Tsunamis entstehen könnten und wie subtile Slow‑Slip‑Ereignisse in den breiteren Erdbebenzyklus passen.

Zitation: Flores, P.C.M., Kodaira, S., Shiraishi, K. et al. Extensive fluid overpressure in the shallow slow earthquake zone of Nankai Trough off Muroto mapped with high-resolution P-wave velocity. Sci Rep 16, 7636 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38308-x

Schlüsselwörter: Nankai-Trog, langsame Erdbeben, Fluidüberdruck, Subduktionszone, Untertauchen von Seamounts