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Im Frühjahr 2024 entwickelte sich in der Region Klingenthal-Kraslice (Vogtland/Nordwest-Böhmen, D/CZE) der erste große Erdbebenschwarm seit 1897. Nun haben Forschende um Dr. Pinar Büyükakpinar vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung im Fachmagazin Nature Communications Earth and Environment eine detaillierte Analyse der mehr als 8.000 Beben vorgelegt. Die Auswertung präziser Messungen sowie Modellierungen zugrundeliegender Prozesse zeigen, wie sich die Beben zeitlich und räumlich entwickelt haben: Die Forschenden beschreiben zwei Schwarmbebenphasen. Sie werden durch zwei separate Fluid-Chargen erklärt, die nacheinander in eine vorhandene Verwerfungszone in etwa 10 km Tiefe eindrangen.
Zusammenfassung
Die Region Vogtland/Nordwest-Böhmen im deutsch-tschechischen Grenzgebiet ist ein Hotspot für Schwarmbeben. Bei Klingenthal-Kraslice entwickelte sich im Frühjahr 2024 der erste große Erdbebenschwarm seit 1897. Nun haben Forschende um Dr. Pinar Büyükakpinar vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung eine detaillierte Analyse der mehr als 8.000 Beben vorgelegt. Ihre Studie ist im Fachmagazin Nature Communications Earth and Environment erschienen. Die Auswertung präziser Messungen sowie Modellierungen zugrundeliegender Prozesse zeigen auf, wie sich die Beben zeitlich und räumlich entwickelt haben. Die Forschenden beschreiben zwei Schwarmbebenphasen: eine schnelle, bidirektionale und eine langsame, radiale Ausbreitung der seismischen Aktivität. Die zwei Phasen werden durch zwei separate Fluid-Chargen erklärt, die nacheinander in eine vorhandene Verwerfungszone in etwa 10 km Tiefe eindrangen. Insbesondere identifiziert die Studie den Einfluss von aufsteigendem CO2 und magmatischen Fluiden als wesentliche Ursache für den Erdbebenschwarm und unterstreicht die zentrale Rolle des Überdrucks in den Fluiden für die Schwarm-Dynamik.
Hintergrund: Schwarmbeben im Vogtland
Schwarmbeben sind ein Phänomen, bei dem in einer Region über Tage, Wochen oder Monate hinweg bis zu Tausende von Beben ähnlicher, eher kleinerer bis mittlerer Magnitude auftreten. Tatsächlich wurde der Begriff sogar in der deutsch-tschechischen Grenzregion geprägt, wo ein weltweiter Hotspot für solche Art Erdbeben liegt – und daher auch eine Schlüsselregion für ihre wissenschaftliche Erforschung. Die Bebenschwärme geben immer noch Rätsel auf, insbesondere was die Ursachen ihrer Entstehung und ihres Verlaufs angeht.
„Die Region rund um den Egergraben, eine Bruchzone der Europäischen Kontinentalplatte, bietet mit diverser magmatischer Aktivität, verbreiteten Kohlendioxidemissionen und an die Oberfläche tretenden Thermalwässern ein außergewöhnliches natürliches Laboratorium, in dem wir die Wechselwirkungen zwischen Tektonik, Magmatismus und Fluidmigration untersuchen können“, erläutert Dr. Pinar Büyükakpinar, Erstautorin der aktuellen Studie und Wissenschaftlerin in der Sektion 2.1 „Erdbeben- und Vulkanphysik“ am GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung. Insbesondere wollten die Forschenden herausfinden, welche Rolle Magma, CO2 und deren Wechselwirkung mit Wasser und Gestein bei der Auslösung von Schwarmbeben und der Verformung der oberen Erdkruste spielen.
Dicht instrumentierte Region ermöglicht hochaufgelöste Messungen
Die Forschung kann dabei auf eine der dichtesten seismischen Beobachtungsinfrastrukturen Europas zurückgreifen. Dazu gehören sieben mehrere Hundert Meter tiefe Bohrlöcher des ICDP-Projekts „Drilling the Eger Rift / Bohrungen im Egergraben“, die Untersuchungen von Seismik, Fluiden und Biosphäre ermöglichen, mehrere seismische Breitbandstationen und die umfangreichen seismischen Stationen der Erdbebendienste in Tschechien und Sachsen. An den Stationen des ICDP-Projekts werden Daten zum Teil mit einer Taktung von 1000 Messungen pro Sekunde generiert. Die Wissenschaftler:innen des GFZ sind hier seit vielen Jahren aktiv, zuletzt u.a. mit dem Projekt „ELISE“, in dessen Rahmen ein einmalig engmaschiges Netz aus 300 temporären Messstationen aufgebaut wurde.
Der Bebenschwarm von 2024 ermöglicht einzigartige neue Untersuchungen
Einer der bislang aufschlussreichsten „Naturversuche“ zum Verständnis magmatischer Flüssigkeiten in der Erdkruste war das Schwarmbeben von 2024 im deutsch-tschechischen Grenzgebiet. Es begann Ende 2023 mit einer kleinen Gruppe von Mikroerdbeben, die sich zwischen März und Mai 2024 zum ersten großen Erdbebenschwarm in der Region Klingenthal-Kraslice seit 1897 entwickelte.
Für die Forschenden waren diese Beben ein Glücksfall in der gut instrumentierten Region, wie Pinar Büyükakpinar betont: „Zum einen fiel das Ereignis genau in den Zeitraum meines zwischen 2023 und 2025 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts CHASING, dessen Ziel es ist, Erdbebenschwärme mit hoher Präzision zu lokalisieren und die Mechanismen zu verstehen, die zu ihrer Entstehung führen. Zum anderen waren viele der Messstationen nur wenige Kilometer von der aktiven Verwerfung entfernt. Dadurch konnten wir die Schwarmaktivität mit außergewöhnlich guter Auflösung erfassen und mehr als 8.000 Ereignisse bis hinunter zu einer Magnitude von –0,5 mit einer Standortunsicherheit von weniger als 0,1 Kilometern detektieren. Das entspricht einer zehnfach besseren zeitlichen und räumlichen Auflösung, als es die herkömmlichen Kataloge von Erdbebenereignissen der Region bieten.“
Zur Auswertung und Interpretation der einzigartigen Messdaten setzten die Forschenden auch auf Methoden des Maschinellen Lernens ebenso wie auf Modellierungsansätze, die bislang für die Region noch nicht zum Einsatz kamen. Auf diese Weise konnte das Forschungsteam räumliche Migrationsmuster der Bebenaktivität nachbilden und so die Mechanismen erklären, die verschiedenen Bebenphasen zugrunde lagen.
Pinar Büyükakpinar hat die Untersuchungen zur aktuellen Studie zusammen mit Kolleg:innen vom GFZ, der Universität Potsdam, der Tschechischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Leipzig durchgeführt.
Rekonstruktion des Bebenschwarms: Der Beginn
Das Schwarmbeben von Klingenthal-Kraslice begann im Dezember 2023 etwa zwei Kilometer nördlich des späteren Schwarm-Zentrums in einer Tiefe zwischen 10 und 11 Kilometer – die größte Tiefe aller beobachteten Beben. Nach etwa drei Monaten wanderten die Beben dann etwas nach Süden und in geringere Tiefen. Dort traten sie zwischen März und Juni 2024 mit bis dahin noch nicht beobachteter Häufigkeit auf.
Ursache für die Schwarmbeben sind Reservoirs magmatischer Flüssigkeiten tief unter der Region Nordwestböhmen/Vogtland, die sich vor allem im oberen Erdmantel und an der Grenze zur Erdkruste bilden. Werden diese Bereiche instabil, können leichtere Schmelzen und Flüssigkeiten aufsteigen. Treffen sie dabei auf Bruchzonen in der Erdkruste und auf Bereiche mit unterschiedlicher Gesteinsfestigkeit, kann dies Erdbebenschwärme auslösen. Das halten die Forschenden auch in diesem Fall für den Auslöser der Bebenaktivität.
Zwei Entwicklungsstadien des Erdbebenschwarms
Während der weiteren Analyse zeigten sich für den „Hauptschwarm“ zwei unterschiedliche Entwicklungsstadien: eine schnelle und stark asymmetrische Ausdehnung der seismischen Ereignisse in einem elliptisch gestreckten Bereich von Nordwest nach Südost über einen Kernzeitraum von 5 Tagen, gefolgt von einem langsameren radialen Wachstum der seismischen Front innerhalb einer ausgeprägten Verwerfungszone über einen Zeitraum von mehr als fünf Wochen (siehe Abbildung 3). Diese Zuordnung gelang mithilfe einer Methode, die zeitliche Veränderungen der lokalen seismischen Wellengeschwindigkeiten (vp/vs) aufdeckt und so systematische Veränderungen des scheinbaren Spannungsabfalls zwischen den Phasen 1 und 2 identifiziert.
Zur Deutung dieser Beobachtungen nutzten die Forschenden Modelle, die das Eindringen von Fluiden in Gestein beschreiben und Parameter wie Überdruck, Viskosität und Dichte des Fluids berücksichtigen. Dabei setzten sie auch auf Methoden, die sonst nur zur Untersuchung und Modellierung von induzierter, also künstlich etwa durch Einpressen von Flüssigkeiten in Gestein hervorgerufener Seismizität angewendet werden.
Demnach wurde der Klingenthal-Schwarm von zwei separaten Fluid-Chargen erzeugt, die nacheinander in eine bislang unbekannte Verwerfungszone eindrangen. In der ersten Phase stieg über etwa fünf Tage ein leichtes, eher dünnflüssiges Fluid mit hoher Auftriebskraft von unten nach oben auf. Die Forschenden schätzen das Volumen auf etwa 320 Kubikmeter. Die Eigenschaften dieses Fluids deuten auf einen hohen Anteil an Wasser und überkritischem Kohlendioxid hin.
In der zweiten Phase breitete sich das eindringende Fluid stärker zur Seite aus. Dabei nahm der Dichteunterschied zum umgebenden Gestein ab, was auf den Zufluss von magmatischer oder salzhaltiger Schmelze hindeutet. Mit 13.700 Kubikmetern drang deutlich mehr, allerdings schwereres Material ein, der Überdruck war geringer. Dies begünstigte kleine Scherbruchprozesse im Gestein, die zu spürbaren Erdbeben führten. Die beobachteten Eigenschaften passen gut zu karbonathaltigen Schmelzen.
„Unsere Studie veranschaulicht, wie sich aus Seismizitätsmustern sequenzielle Injektionen von Fluiden in Wirtsgestein und die Eigenschaften der Fluide rekonstruieren lassen“, resümiert Pinar Büyükakpinar. „So konnten wir zwei Phasen unterscheiden: eine erste, in der CO2-reiche Fluide das Gestein hydraulisch aufbrechen, und eine zweite, in der wir Hydroscherung in Verbindung mit dichteren magmatischen oder salzreichen Fluiden beobachten.“
Ausblick: Weiterführende Untersuchungen und Instrumentierung
„Über die wissenschaftlichen Erkenntnisse hinaus hat der Schwarm von Klingenthal-Kraslice im Jahr 2024 deutlich gemacht, dass eine umfassendere, dichtere und grenzüberschreitende Überwachung in Nordwestböhmen und im Vogtland notwendig ist“, sagt Prof. Dr. Torsten Dahm, Co-Autor der Studie und Leiter der GFZ-Sektion 2.1 „Erdbeben- und Vulkanphysik“.
Ein Schritt in diese Richtung ist das seismologische Experiment EGER Large-N (ELISE), das vom GFZ koordiniert wird. Von August bis November 2025 wurden rund 300 seismischen Stationen in einem Gebiet von 100 × 100 Kilometer installiert, wodurch eines der größten passiven seismischen Arrays entstand, das jemals in diesem Gebiet eingerichtet wurde. Es soll in den kommenden 12 bis 18 Monaten zum immer weiter verbesserten Verständnis der Schwarmbeben in der Region beitragen.
Originalpublikation:
Büyükakpınar, P., Dahm, T., Hainzl, S. et al. Modelling of earthquake swarms suggests magmatic fluids in the upper crust beneath the Eger Rift. Commun Earth Environ 7, 6 (2026). DOI: 10.1038/s43247-025-03019-0
Weitere geplante Publikation, zurzeit im Reviewprozess:
Büyükakpınar, P., Dahm, T., Isken, M., Doubravová, J., Křížová, D., van Laaten, M., et al. New Research Perspectives in Light of Dense Cross-Border Experiments in West Bohemia and Vogtland Regions. Manuscript under review.
Video
Raum-zeitliche Entwicklung des Erdbebenschwarms von Klingenthal-Kraslice 2024 unterhalb des Eger-Grabenbruchs
https://communities.springernature.com/videos/spatiotemporal-evolution-of-2024-k...
Dr. Pinar Büyükakpinar
Wissenschaftlerin in Sektion 2.1 Erdbeben- und Vulkanphysik
GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: +49 331 6264-28670
E-Mail: pinar.bueyuekakpinar@gfz.de
Prof. Dr. Torsten Dahm
Leitung Sektion 2.1 Erdbeben- und Vulkanphysik
GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: +49 331 6264-1200
E-Mail: torsten.dahm@gfz.de
Büyükakpınar, P., Dahm, T., Hainzl, S. et al. Modelling of earthquake swarms suggests magmatic fluids in the upper crust beneath the Eger Rift. Commun Earth Environ 7, 6 (2026). DOI: 10.1038/s43247-025-03019-0
https://doi.org/10.1038/s43247-025-03019-0
https://communities.springernature.com/videos/spatiotemporal-evolution-of-2024-k... Video der raum-zeitlichen Entwicklung des Erdbebenschwarms von Klingenthal-Kraslice 2024 unterhalb des Eger-Grabenbruchs
Seismische Aktivität in der Region Vogtland/Nordwest-Böhmen im deutsch-tschechischen Grenzgebiet von ...
Quelle: P. Büyükakpinar, GFZ
Copyright: Quelle: Abb. 1 c (modifiziert) CCBY-4.0 aus DOI: 10.1038/s43247-025-03019-0
Messstation an der Bohrung S2 Tisova/Klingenthal
Quelle: P. Büyükakpinar, GFZ
Copyright: P. Büyükakpinar, GFZ
Merkmale dieser Pressemitteilung:
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Geowissenschaften
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
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