3D-Modellierung der oberen Kruste im Südwesten Siziliens anhand mehrerer Onshore–Offshore-Datensätze: Einblick in das Geothermiefeld Sciacca

Verborgene Wärme unter einer Küstenlandschaft

Entlang der Südwestküste Siziliens, in der Nähe der Stadt Sciacca, deuten heiße Quellen, dampfende Höhlen und warme Austritte am Meeresboden auf eine starke Wärmequelle tief unter der Erdoberfläche hin. Die Studie stellt eine auf den ersten Blick einfache Frage: Gehören diese an Land und zu Wasser beobachteten warmen Wasser- und Gaserscheinungen zu einem einzigen, großräumigen geothermischen System? Durch den Aufbau eines detaillierten dreidimensionalen Bildes der Gesteine und Verwerfungen unter Land und Meer zeigen die Autorinnen und Autoren, wie tiefe Fluide entlang von Klüften in der Erdkruste nach oben wandern und das Geothermiefeld Sciacca speisen können.

Wo Land und Meer dieselben tiefen Wurzeln teilen

Die Forschung konzentriert sich auf das Sciacca-Störungssystem, eine große Bruchzone, die den sizilischen Kontinentalrand vom offenen Meer bis zur Küste bei Mt. Kronio durchschneidet. Mithilfe von marinen seismischen Reflexionsprofilen (die Gesteinsschichten unter dem Meeresboden abbilden), landgestützter geologischer Kartierung und Daten aus Erkundungsbohrungen rekonstruierten die Forschenden, wie diese Verwerfungen von offshore ins Binnenland hineinreichen. Sie stellten fest, dass Mt. Kronio und eine untergetauchte Struktur, das Alto di Sciacca, Teile desselben ausgedehnten aufgehobenen Blocks aus Karbonatgesteinen bilden, der über Millionen Jahre hinweg beim langsamen Zusammenstoß von Afrika und Europa gestaucht und geschert wurde.

Aufbau eines 3D-Bildes eines begrabenen heißen Reservoirs

Aus diesen verschiedenen Daten erstellten die Autorinnen und Autoren ein dreidimensionales geologisches Modell mit einer Ausdehnung von etwa 22 mal 18 Kilometern und bis in 6 Kilometer unter Meeresspiegel. Darin zeichneten sie einen langgestreckten Körper aus älteren Karbonatgesteinen von obertriascher bis oligozäner Zeit nach, der als Hauptgeothermiereservoir fungiert. Dieser Körper ist ungefähr 24 Kilometer lang, bis zu 6 Kilometer breit und etwa 4 Kilometer mächtig, mit einem geschätzten Volumen von rund 240 Kubikkilometern. Darüber liegen jüngere, ton- und mergelreiche Schichten, die Fluide tendenziell einschließen. Das Modell zeigt, wie Rückschiebungen und rechtsschiebende Verwerfungen das Reservoir unter Mt. Kronio und dem nahegelegenen Offshore-Hoch aufheben, während andere Störungen es in Abteilungen zerschneiden, die entweder Wärmewasser und Gas speichern oder leiten können.

Störungen als Barrieren und Autobahnen für heiße Fluide

Das Team ging über die bloße Kartierung der Geometrie hinaus: Es bewertete auch, wie wahrscheinlich einzelne Verwerfungen zu Gleiten sind und wie durchlässig sie für Fluide sein könnten. Anhand von Informationen zum gegenwärtigen Spannungsfeld und in Bohrungen gemessenen Drücken berechneten sie eine "Gleitneigung" und einen "Leckagefaktor" für 20 größere Verwerfungsflächen. Viele Verwerfungen im nordöstlichen Teil des Modells erscheinen mechanisch stabil und versiegelnd und wirken als Barrieren, die Fluide einfassen. Im Gegensatz dazu zeigen zentrale und südwestliche Abschnitte, besonders dort, wo Verwerfungen zusammenlaufen oder sich biegen, hohe Werte sowohl für Gleiten als auch für Leckage und markieren sich damit als bevorzugte Leitbahnen. Hochaufgelöste seismische Profile vor der Küste zeigen vertikale "Schornsteine" und hügelartige Formen am Meeresboden — interpretiert als Schlammvulkane und Gasaustritte — genau dort, wo solche permeablen Wege auf die flachen Sedimente treffen.

Von der tiefen Quelle zu warmen Quellen und Meeresboden-Austritten

Geochemische Untersuchungen der Sciacca-Wässer zeigen eine Mischung aus Regenwasser und veränderter Meerwassereinmischung, angereichert mit Gasen wie Kohlendioxid und Helium mit einer Mantelsignatur, was auf eine tiefe, möglicherweise magmatische Wärmequelle südlich unter dem Sizilienkanal hindeutet. Das neue 3D-Modell hilft zu erklären, wie diese tiefe Wärme und die Fluide transportiert werden. Die Autorinnen und Autoren schlagen vor, dass heiße, salzhaltige Fluide von der Tiefe her nordwärts und aufwärts entlang des Sciacca-Störungssystems aufsteigen, in das klüftige Karbonatreservoir eindringen und teilweise unter niedrigpermeablen Schichten gefangen werden. An Stellen, an denen die Karbonate an die Oberfläche treten, wie bei Mt. Kronio, können Fluide durch karstische Höhlen und Klüfte entweichen und warme Luft in Kavernen sowie heiße Quellen an den Flanken erzeugen. Offshore, wo das Reservoir begraben bleibt, finden Fluide ihren Weg durch undichte Verwerfungen und schwächere Stellen in der Meeresbodendecke und bilden Schlammvulkane und Gasquellen.

Warum das für Sicherheit und saubere Energie wichtig ist

Einfach ausgedrückt zeigt diese Arbeit, dass das Sciacca-Gebiet von einem einzigen, großen, bruchkontrollierten geothermischen System unterlagert wird, das die Grenze zwischen Land und Meer überspannt. Dieselben Strukturen, die heißes Wasser zu Kuranlagen und natürlichen Austritten liefern, sind zugleich aktive Verwerfungen, die Erdbeben erzeugen können, zum Teil in der Nähe besiedelter Gebiete. Indem Onshore-Geologie, Offshore-Geophysik und Fluidverhalten in einem einheitlichen 3D-Modell zusammengeführt werden, schärft die Studie unser Bild sowohl des geothermischen Potenzials als auch des seismischen Risikos im Südwesten Siziliens. Sie legt nahe, dass die Mt.-Kronio–Alto-di-Sciacca-Region ein vielversprechendes Ziel für sorgfältig gesteuerte geothermische Nutzung ist, sofern künftige Entwicklungen der komplexen und noch aktiven Verwerfungsstruktur, die diese verborgene Wärme zugänglich macht, große Beachtung schenken.

Zitation: Rizzo, G.F., Maiorana, M., Gasparo Morticelli, M. et al. 3D upper crustal structure modelling in southwestern Sicily through multiapproach onshore–offshore data: insight into Sciacca Geothermal Field. Sci Rep 16, 9901 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39734-7

Schlüsselwörter: geothermische Systeme, bruchkontrollierte Fluide, Sciacca Sizilien, Onshore–Offshore-Geologie, 3D-Krustenmodellierung