Ein Forscherteam der Universität Kyoto hat ein theoretisches Modell vorgestellt, das einen möglichen physikalischen Zusammenhang zwischen Sonneneruptionen und Erdbeben beschreibt. Die Studie wurde kürzlich im Fachjournal International Journal of Plasma Environmental Science and Technology veröffentlicht.
Die Kernidee: Wenn eine Sonneneruption – ein sogenannter Sonnensturm – auf die Erde trifft, verändert sie die elektrische Ladung in der Ionosphäre, einer Schicht der oberen Atmosphäre in rund 400 Kilometern Höhe, die mit elektrisch geladenen Teilchen gefüllt ist. Diese Veränderungen könnten laut dem Modell elektrische Kräfte erzeugen, die bis in die Erdkruste wirken und dort bereits stark beanspruchte Bruchzonen zusätzlich belasten.
Erdkruste und Atmosphäre als riesiger Stromkreis
Die japanischen Forscher um Ken Umeno beschreiben die Erdkruste und die Ionosphäre als zwei Enden eines großen elektrischen Systems, das über sogenannte kapazitive Kopplung miteinander verbunden ist. In Bruchzonen der Erdkruste befindet sich Wasser unter extrem hohem Druck und hoher Temperatur – in einem sogenannten überkritischen Zustand, in dem es weder flüssig noch gasförmig ist. Dieses Wasser enthält geladene Teilchen, sogenannte Ionen. Die Bruchzonen verhalten sich dadurch wie ein Kondensator, also ein Bauteil, das elektrische Energie speichern kann.
Trifft eine starke Sonneneruption auf die Erde, werden Elektronen in der Ionosphäre nach unten verschoben und bilden dort eine negativ geladene Schicht. Diese Ladung kann laut dem Modell ein elektrisches Feld in winzigen Hohlräumen im Gestein der Erdkruste erzeugen. Der dabei entstehende elektrostatische Druck könnte nach Berechnungen der Forscher mehrere Megapascal erreichen – vergleichbar mit den Kräften, die Gezeiten und Schwerkraft auf Verwerfungen ausüben.
Erdbeben in Japan als Beispiel
Als Beispiel verweisen die Wissenschaftler auf das schwere Erdbeben auf der japanischen Noto-Halbinsel im Januar 2024, das kurz nach einer Phase intensiver Sonnenaktivität auftrat. Auch vor früheren Beben wie dem Tohoku-Erdbeben im Jahr 2011 und dem Kumamoto-Beben 2016 seien Auffälligkeiten in der Ionosphäre gemessen worden, etwa eine erhöhte Elektronendichte oder ein Absinken der Ionosphärenhöhe.
Die Autoren betonen ausdrücklich, dass dieses zeitliche Zusammentreffen keinen Beweis für einen ursächlichen Zusammenhang darstellt. Ihr Modell beanspruche auch nicht, Erdbeben vorhersagen zu können. Es beschreibe lediglich einen möglichen Mechanismus, durch den Weltraumwetter als zusätzlicher Faktor wirken könnte, wenn eine Verwerfung ohnehin kurz vor dem Versagen steht.
Andere Forscher äußern deutliche Kritik
Nicht alle Experten teilen die Einschätzung des Teams. Victor Novikov, Geophysiker an der Russischen Akademie der Wissenschaften, der nicht an der Studie beteiligt war, bezeichnete das Modell gegenüber dem Wissenschaftsportal Live Science als „stark vereinfacht“. Die Forscher hätten nicht ausreichend berücksichtigt, dass viele Gesteinsschichten elektrischen Strom schlecht leiten und das elektrische Feld abschwächen würden, bevor es eine Wirkung entfalten könne. „Beobachtungsergebnisse stützen die vorgeschlagene Idee nicht“, so Novikov.
Auch die US-Geologiebehörde USGS weist seit Langem darauf hin, dass Erdbeben keinem erkennbaren Muster folgen, das mit dem etwa elfjährigen Sonnenzyklus zusammenhängt. Zudem gibt es ein grundsätzliches statistisches Problem: Sowohl Sonneneruptionen als auch Erdbeben treten häufig auf, sodass ein zeitliches Zusammentreffen allein durch Zufall zu erwarten ist.
Wechselwirkung statt Einbahnstraße
Das Modell bietet dennoch eine neue Perspektive: Bisher wurden ionosphärische Veränderungen vor Erdbeben als Folge der Spannungen in der Erdkruste interpretiert. Die Kyotoer Forscher schlagen eine Wechselwirkung in beide Richtungen vor – Prozesse in der Erde beeinflussen die Ionosphäre, und umgekehrt könnten Störungen in der Ionosphäre Kräfte zurück in die Kruste senden.
Für künftige Arbeiten planen die Forscher, hochauflösende Daten aus der satellitengestützten Ionosphärenvermessung mit detaillierten Weltraumwetterdaten zu kombinieren, um die Theorie weiter zu überprüfen.
