Magmaintrusion veränderte die Plattenbewegung während des größten Erdbebenschwarms der jüngeren Vergangenheit in der Antarktis

Ein großer Erdbebenschwarm entlang der Plattengrenze zwischen Scotia und der Antarktis zwischen August 2020 und August 2021 wurde laut einer geodätischen Studie, die am 13. Dezember 2025 im Geophysical Journal International veröffentlicht wurde, hauptsächlich durch Magmaintrusionen unterhalb der Bransfieldstraße verursacht.

Eine der intensivsten seismischen Sequenzen, die jemals in der Nähe der Antarktis aufgezeichnet wurden , war nicht hauptsächlich tektonisch bedingt. Stattdessen zeigen präzise Satellitenmessungen, dass tiefer Magmadruck und Gangintrusionen Platten auseinanderdrückten, die Riftbildung beschleunigten und eine ganze Insel innerhalb eines einzigen Jahres rotierten

Das auffälligste Ergebnis der Studie ist das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Deformation. King George Island, Teil der Süd-Shetland-Mikroplatte, änderte abrupt seine Bewegungsrichtung.

Die Geschwindigkeit der Bodenbewegung erhöhte sich um etwa das Zehnfache, und die Bewegungsrichtung drehte sich um etwa 90 Grad. Innerhalb eines einzigen Jahres verschob sich die Insel um 12,8–16,7 cm – eine außergewöhnliche Verschiebung für kontinentale Kruste.

Diese dramatische Veränderung fiel zeitlich mit über 30.000 Erdbeben zusammen, die seit August 2020 in der Nähe der Südlichen Shetlandinseln registriert wurden. An mehreren Tagen verzeichneten seismische Netzwerke mehr als 1.000 Ereignisse innerhalb von 24 Stunden. Die Erdbeben konzentrierten sich entlang der Bransfieldstraße, einem schmalen Becken im Hinterland, das die Antarktische Halbinsel von den Südlichen Shetlandinseln trennt.

Obwohl im August 2021 zwei sehr starke Erdbeben der Magnitude 7,5–8,1 in der Nähe des Süd-Sandwich-Grabens stattfanden, zeigen detaillierte Analysen, dass die langfristige Deformation in der Bransfieldstraße nicht allein durch seismische Verschiebungen erklärt werden kann.

Hochfrequente Daten des Globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) zeigten selbst bei den stärksten Ereignissen keine signifikanten abrupten Bodenbewegungen. Die kumulative seismische Verschiebung trägt lediglich zu etwa 1–4 % der beobachteten Oberflächenverschiebung bei.

Die Deformation vollzog sich stattdessen allmählich über Monate. Vor Mitte 2020 bewegten sich die GNSS-Stationen auf King George Island stetig nach Nordosten. Nach August 2020 nahmen die Geschwindigkeiten nach Norden sprunghaft zu, während sich die Ost-West-Bewegung vollständig umkehrte. Die Insel begann sich nach Nordwesten zu bewegen, senkrecht zur Bransfieldstraße, was auf eine aktive Krustendehnung und nicht auf einfaches Plattengleiten hindeutet.

Diese Veränderung hatte unmittelbare Folgen für den Grabenbruch selbst. Vor dem Vulkanausbruch hatte sich die Bransfieldstraße bereits geweitet, doch während des Höhepunkts der seismischen und vulkanischen Aktivität beschleunigte sich die Dehnung sprunghaft. Zwischen 2016 und 2023 verbreiterte sich die Straße um etwa 11,2 cm, wobei rund 7 cm davon innerhalb von nur zwei Jahren zunahmen. Diese rasante Öffnung übersteigt die Möglichkeiten langfristiger tektonischer Kräfte.

Vertikale Bewegungen lieferten einen weiteren wichtigen Hinweis. Eine GNSS-Station im Südosten von King George Island verzeichnete zwischen August 2020 und August 2022 eine kontinuierliche Hebung von etwa 10 cm (4 Zoll) ohne Anzeichen einer Umkehr. Stationen weiter entfernt von der Meerenge zeigten hingegen kaum oder gar keine vertikale Veränderung, was auf eine lokale Druckquelle unter der Insel hindeutet.

Bereits im Mai und Juni 2019 registrierten alle drei Stationen auf der Insel kurzzeitige Oberflächenausbeulungen von 1–2 cm (0,4–0,8 Zoll), gefolgt von einer raschen Absenkung – ein typisches Anzeichen für die Druckbildung und den anschließenden Druckabfall in einer Magmakammer.

Meeresspiegelbeobachtungen stützten diese Interpretation. Pegel entlang der Antarktischen Halbinsel registrierten mehrere Stunden nach dem Erdbeben vom 12. August 2021 nicht gezeitenbedingte Meeresspiegelschwankungen von etwa 0,3–0,4 m. Modellrechnungen zur Ausbreitungsgeschwindigkeit des Tsunamis von rund 500–700 km/h stimmten mit den beobachteten Ankunftszeiten überein.

Kleinere, nahegelegene Erdbeben zeigten kein vergleichbares Signal, was bestätigte, dass nur die stärksten Ereignisse in Verbindung mit signifikanten submarinen Deformationen messbare Meeresspiegelanomalien hervorriefen.

Die Deformationszone überlappt das Rift-System der Bransfieldstraße, zu dem auch der submarine Vulkan Orca gehört. Diese vulkanische Konstellation erklärt das beobachtete Muster aus langsamer Aufblähung, rascher horizontaler Beschleunigung, anhaltender Hebung und dichten Erdbebenschwärmen.

Um den Prozess zu quantifizieren, wandten die Forscher ein kombiniertes Deformationsmodell an, das die Magmadruckerhöhung in der Tiefe mit dem Eindringen von oberflächennahem Gestein in die Erdkruste verknüpft.

Das am besten passende Modell verortet eine unter Druck stehende Magmaquelle in einer Tiefe von etwa 19 km (12 Meilen) unter der Meerenge, mit einer Volumenzunahme von ungefähr 0,62 km³ (0,15 Meilen³ ) . Darüber erstreckte sich ein nahezu vertikaler Gang nach oben, etwa 18 km (11 Meilen) lang und 12 km (7 Meilen) breit, mit einer Öffnung von etwa 2,87 m (9,4 Fuß).

Zusammengenommen ergeben die Beobachtungen eine klare Abfolge. In den Jahren vor dem Magmaschwarm sammelte sich Magma in der Tiefe an, ohne sich an der Oberfläche nennenswert zu bemerkbar zu machen. Während des Schwarms trieb das rasche Eindringen von Gängen die Erdkruste auseinander, löste intensive seismische Aktivität aus, rotierte King George Island und beschleunigte die Riftbildung in der Bransfieldstraße.

Nachdem die seismische Aktivität nachgelassen hatte, verlangsamte sich die horizontale Bewegung, die vertikale Hebung hielt jedoch an, was auf anhaltenden magmatischen Druck unter der Erdkruste hindeutet.

Die Studie belegt, dass Erdbebenschwärme an komplexen Plattengrenzen primär durch vulkanische Prozesse ausgelöst werden können, selbst in Regionen mit nahegelegenen starken tektonischen Erdbeben. Sie zeigt zudem die Bedeutung langfristiger geodätischer Messungen. Ohne jahrelange kontinuierliche GNSS-Daten wäre der magmatische Ursprung dieser antarktischen Erdbebenkrise vermutlich ungeklärt geblieben.

Mit dem Ausbau von Überwachungsnetzen in den Polarregionen wird die Integration von Geodäsie, Seismologie und Meeresbeobachtungen unerlässlich sein, um vulkanische, seismische und Tsunami-Gefahren in einigen der abgelegensten und sich am schnellsten verändernden Umgebungen der Erde zu verstehen und zu bewerten.

Mehr über gefälschte und echte Anomalien in der Antarktis lesen Sie im Buch „Antarktis: Hinter der Eiswand„.