Unterbrechung der Fluidinjektion verursacht vorübergehende Veränderungen im lokalen Spannungsfeld und induzierte Seismizität im Krafla-Kaldera, Island

Warum Erschütterungen durch saubere Energie wichtig sind

Geothermie verspricht CO2‑arme Elektrizität, indem sie die Wärme des Erdinneren nutzt. Das Injizieren von Wasser in heiße Gesteine kann jedoch manchmal kleine Erdbeben auslösen, was Anwohner und Behörden beunruhigt. Diese Studie beleuchtet ein bekanntes Geothermiefeld im Krafla‑Vulkan in Island und stellt eine auf den ersten Blick einfache Frage: Was geschieht unter der Oberfläche und wie verändert sich die lokale Erdbebentätigkeit, wenn Betreiber abrupt aufhören, kaltes Wasser in das heiße Reservoirgestein zu injizieren?

Ein natürliches Labor im Inneren eines isländischen Vulkans

Krafla ist ein unruhiger Vulkan an der divergenten Plattengrenze Islands, wo die Kruste bereits starken tektonischen und magmatischen Kräften ausgesetzt ist. Seit Jahrzehnten bohren Ingenieure dort Brunnen zur Dampf- und Warmwassergewinnung, und seit 2002 wird ein bestimmter Brunnen, KG‑26, zur Rückinjektion abgekühlten Geothermiewassers in die Tiefe genutzt. Da das Gebiet von permanenten Seismometern überwacht wird und 2022 ein sehr dichtes temporäres Netzwerk mit fast hundert Instrumenten über die Kaldera ausgebracht wurde, gehört Krafla zu den bestüberwachten Geothermieanlagen der Welt. Dieses dichte Messnetz gab den Wissenschaftlern die seltene Möglichkeit, im Detail zu beobachten, wie sich unterirdische Spannungen und Erdbebenmuster verändern, wenn die Injektion gezielt für mehrere Tage pausiert wird.

Den winzigen Beben und polarisierten Wellen lauschen

Das Team analysierte zunächst tausende kleine Erdbeben, die zwischen 2017 und 2022 aufgezeichnet wurden. Mit einer Methode namens Template Matching suchten sie nach Ereignissen, deren seismische Wellenformen stark der eines Referenzbebens unterhalb des Injektionsbrunnens glichen, das seitliche, also Strike‑Slip‑Bewegung an einer annähernd vertikalen Verwerfung zeigte. So konnten sie aus dem breiteren Hintergrund typischer Normalverwerfungsbeben der Region einen subtilen Cluster ähnlicher Strike‑Slip‑Ereignisse herausfiltern. Gleichzeitig untersuchten sie, wie sich Scherwellen beim Durchgang durch rissiges, mit Fluid gefülltes Gestein in zwei Komponenten aufspalten. Die Richtung der schnelleren Welle und die Verzögerung zwischen den beiden liefern Informationen darüber, wie Frakturen ausgerichtet sind und wie durchlässig beziehungsweise mit Fluid gefüllt sie sind, was wiederum Rückschlüsse auf das lokale Spannungsfeld und den Poren­druck erlaubt.

Was sich änderte, als die Pumpen abgeschaltet wurden

Während eines 25‑tägigen Experiments im Sommer 2022 stellten Betreiber die Injektion in Brunnen KG‑26 innerhalb eines 30‑Minuten‑Intervalls ab und hielten sie drei Tage lang unterbrochen. Innerhalb weniger Stunden detektierte das dichte Knotenfeld einen scharfen Ausbruch kleiner Beben direkt neben dem Brunnen, konzentriert entlang einer schmalen Strike‑Slip‑Verwerfung statt über das weitere Feld verteilt. Gleichzeitig drehte sich die Polarisation der schnellen Scherwellen in der Nähe des Brunnens um etwa 90 Grad, und die Zeitverzögerung zwischen schneller und langsamer Komponente verringerte sich. Beide Beobachtungen deuten auf eine rasche Umorganisation der Spannungsverhältnisse in den Frakturen und der Fluidverteilung unmittelbar nach dem Stopp der Injektion hin. Messstellen nur wenige hundert Meter weiter zeigten dieses Verhalten nicht, was darauf hinweist, dass die Störung eng um das Volumen konzentriert war, das vom injizierten Wasser beeinflusst wurde.

Ein verborgenes Wasserreservoir und eine vorgespannte Verwerfung

Um zu verstehen, wo sich Fluide ansammelten, kombinierten die Forschenden ihre Erdbebendaten mit früheren dreidimensionalen Abbildungen der seismischen Wellengeschwindigkeiten unter Krafla. Diese Bilder zeigen in der Tiefe des Brunnenbodens eine kompakte Zone mit ungewöhnlich hohen Verhältnissen von Kompressions‑ zu Scherwellengeschwindigkeit, konsistent mit einer Tasche relativ kalten Flüssigwassers in ansonsten sehr heißem Gestein. Die Beben des Strike‑Slip‑Clusters verlaufen entlang des Rands dieser Tasche. Die Beobachtungen legen nahe, dass bei lang andauernder, konstanter Injektion hoher Porendruck in den fluidgesättigten Rissen die Verwerfung „schmiert“ und eine Art Hintergrundbelastung aufrechterhält, die größtenteils still entladen wird. Wird die Injektion abrupt gestoppt, fällt der Druck im Reservoir und das Kräftegleichgewicht entlang der Verwerfung verschiebt sich, wodurch die effektive Schubspannung an Teilen der Verwerfung ansteigt und diese in einem Schwarm kleiner Ereignisse nachgibt.

Was das für eine sichere Geothermie bedeutet

Für Laien zeigt die Studie, dass der Untergrund unter einer Geothermieanlage überraschend empfindlich auf das Management der Fluidinjektion reagiert — nicht nur darauf, ob überhaupt injiziert wird. In Krafla reichte ein kurzes Abstellen des Kaltwasserzuflusses, um das lokale Spannungsfeld zu drehen, die Ausbreitung seismischer Wellen zu verändern und eine zuvor ruhige Strike‑Slip‑Verwerfung zu reaktivieren, obwohl die breitere Vulkanregion unverändert blieb. Nach Wiederaufnahme der Injektion ließ die Erdbebentätigkeit in der Nähe der Verwerfung schnell nach und Indikatoren für fluidgefüllte Frakturen näherten sich wieder ihrem früheren Zustand an. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine sorgfältige Steuerung, wie und wann die Injektion reduziert oder pausiert wird — etwa das Vermeiden plötzlicher Abschaltungen und das Verständnis der Größe und Lage fluidreicher Taschen — Geothermieprojekte dabei helfen könnte, saubere Energie zu gewinnen und gleichzeitig das Risiko spürbarer Erdbeben zu minimieren.

Zitation: Glück, E., Davoli, R., Ágústsdóttir, T. et al. Fluid injection interruption causes temporary changes in local stress field and induced seismicity at Krafla caldera, Iceland. Sci Rep 16, 7942 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39532-1

Schlüsselwörter: Geothermie, induzierte Seismizität, Fluidinjektion, Krafla-Vulkan, Reaktivierung von Verwerfungen