Seismische Auswirkungen dichter, tiefsitzender Krustenmaterialien in der südöstlichen Koreanischen Halbinsel

Verstecktes Gewicht unter der Kruste

Warum trafen zwei der stärksten je registrierten Erdbeben in Südkorea nahezu im selben Gebiet nur ein Jahr auseinander ein? Diese Studie blickt über die vertrauten Erklärungen wie Plattenkollisionen und menschliche Aktivitäten hinaus und richtet den Blick auf einen deutlich weniger sichtbaren Akteur: eine schwere Gesteinsplatte, tief in der Kruste unter der südöstlichen Koreanischen Halbinsel verborgen. Durch Modellierung, wie dieses dichte Material die Kruste verformt und Spannungen an Verwerfungen umgestaltet, zeigen die Autor:innen, dass das, was sich in zehn- bis zigkilometern Tiefe befindet, Verwerfungen an der Oberfläche unauffällig dafür vorbereiten kann, starke Erdbeben zu erzeugen.

Eine Region ungewöhnlicher Erschütterungen

Die Erdbeben von Gyeongju 2016 und Pohang 2017, beide Magnitude 5,5, traten in der Nähe des Yangsan-Verwerfungssystems im Südosten Koreas auf, einem Gebiet, das bereits für vergleichsweise hohe seismische Aktivität bekannt ist. Das Pohang-Ereignis erregte weltweite Aufmerksamkeit, weil es mit Flüssigkeitseinpressung in einem Geothermieprojekt in Verbindung gebracht wurde, doch die eingepumpte Wassermenge war zu gering, um die große Energiefreisetzung vollständig zu erklären. Gleichzeitig zeigen Schwerefeldmessungen über dieser Region eine starke positive Anomalie, ein Hinweis darauf, dass sich in der Kruste ungewöhnlich dichtes Material befindet. Frühere seismische und magnetische Untersuchungen deuteten auf das Vorhandensein einer dicken Zone mafischer, also eisen- und magnesiumreicher, Gesteine hin, die vermutlich entstanden, als Magma sich am Unterrand der Kruste ansammelte und erstarrte, als das nahegelegene Ostmeer vor Millionen Jahren geöffnet wurde.

Eine vergrabene Platte, die die Kruste biegt

Die Forschenden wollten verstehen, wie dieses hochdichte Material, interpretiert als magmatische Unterplattung, Spannungen in der Kruste verändert und große Verwerfungen beeinflusst. Zunächst nutzten sie detaillierte Schwere- und seismische Daten, um ein zweidimensionales Bild der Krustendichte von Inlandkorea bis zum Ostmeer zu erstellen, das sie dann in ein dreidimensionales Modell der Region überführten. In ihren Simulationen liegt der dichte Körper knapp über der Grenze zwischen Kruste und Mantel und ist im Osten unter dem Küstenbereich dicker und im Westen landeinwärts dünner. Weil er schwerer ist als das umgebende Gestein, wirkt er wie ein vergrabenes Gewicht, das die Kruste dort, wo es dick ist, langsam nach unten drückt und in seinen Rändern ein leichtes Aufbiegen verursacht.

Wärme, Fluss und verschobene Spannungen

Die Temperatur spielt in dieser Geschichte eine entscheidende Rolle. Messungen an Land und auf dem Meer zeigen, dass der Südosten Koreas und das angrenzende Ulleung-Becken im Durchschnitt wärmer sind als die koreanische Halbinsel insgesamt. Wärmeres Gestein in der unteren Kruste und im oberen Mantel ist weicher und fließt leichter, sodass sich der dichte Körper stärker absenken und die überlagernde Kruste stärker verformen kann. Das Team führte 3D-viskoelastische Modelle mit unterschiedlichen Temperaturen an der Krusten‑Mantel‑Grenze durch, von relativ kühl bis recht heiß. In den heißeren Fällen zog die dichte Schicht stärker nach unten und verstärkte die Spannungsänderungen in der oberen Kruste. Direkt über dem dichteren östlichen Teil erzeugte das absinkende Gewicht zusätzliche Kompressionsspannungen; in Richtung der dünneren westlichen Randzone führte das Biegen zu Zugspannungsfeldern. Diese Spannungsunterschiede reichten nach oben in die Tiefen, in denen Erdbeben auftreten, und erstreckten sich nach außen über Dutzende Kilometer.

Verwerfungen näher am Versagen

Um zu prüfen, wie dieses tiefe Laden reale Erdbeben beeinflussen könnte, berechneten die Autor:innen Änderungen einer Größe namens Coulomb‑Versagensspannung auf kartierten Verwerfungen, einschließlich der Flächen, die bei den Ereignissen von Gyeongju und Pohang gebrochen sind. Positive Änderungen bedeuten, dass eine Verwerfung näher ans Gleiten gedrängt wird; negative Änderungen bedeuten, sie wird stabilisiert. Selbst ohne den dichten Körper belasten fernfeldige tektonische Kompressionen durch Plattenbewegungen bereits viele Verwerfungen im Südosten Koreas. Mit der zusätzlichen hochdichten Schicht jedoch stieg die Versagensspannung systematisch um etwa 0,2 bis 1 Megapascal auf den Pohang‑ und Gyeongju‑Verwerfungsflächen und auf mehreren nahegelegenen Segmenten, besonders über dem dichteren östlichen Teil des Körpers. Diese Spannungszunahmen waren größer als die direkten Spannungsänderungen, die durch die Pohang‑Flüssigkeitseinpressung selbst berechnet wurden, und sie wurden stärker, je heißer und damit schwächer die modellierte Kruste war.

Erneutes Überdenken des Erdbebenrisikos in „stabilen“ Regionen

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass eine tiefe, schwere Gesteinsschicht unter dem Südosten Koreas über lange Zeit hinweg die Hintergrundspannungen an Verwerfungen unauffällig erhöht hat und damit mithilft zu erklären, warum diese Region die bedeutendsten jüngeren Erdbeben des Landes aufweist. Menschliche Aktivitäten wie Flüssigkeitseinpressung können weiterhin als der finale Auslöser wirken, jedoch nur, weil die Verwerfungen bereits durch tektonische Belastung, verstärkt durch den vergrabenen dichten Körper, nahe an einem kritischen Zustand waren. Für Menschen, die in Gebieten leben, die oft als geologisch stabil gelten, ist die Botschaft klar: Das Erdbebenrisiko wird nicht allein durch Plattengrenzen bestimmt. Subtile Unterschiede in Krustendichte, Temperatur und Rheologie können Spannungen weit entfernt von Plattenrändern konzentrieren; robuste seismische Gefährdungsbeurteilungen müssen daher tief unter die Oberfläche blicken und Schwere-, Wärmefluss- und detaillierte Untergrundbilder mit traditionellen tektonischen Modellen integrieren.

Zitation: Kim, M., Choe, H., Cheon, Y. et al. Seismic effects of deep crustal high-density material in the southeastern Korean Peninsula. Commun Earth Environ 7, 328 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03345-x

Schlüsselwörter: Intraplattenbeben, seismische Gefährdung, magmatische Unterplattung, Krustenstress, Koreanische Halbinsel