Besonders aufschlussreich war die Untersuchung zweier Donnerlöcher bei Heretsham, die wenige Monate nach ihrem Einbruch großflächig aufgegraben wurden.

Beim ersten Donnerloch stieß die Grabung in etwa drei Metern Tiefe auf eine harte, stark verfestigte Kiesschicht, die sogenannte Nagelfluh. Direkt unterhalb des oberirdischen Einbruchs befand sich eine etwa 70 Zentimeter große, leicht elliptische Durchbrechung dieser Nagelfluh.

Durch diese Öffnung war sandig-kiesiges Material aus tieferen Schichten nach oben gedrungen. Es bildete eine Intrusion in die darüberliegenden lehmigen Sedimente.

Bestandteile des Intrusionsmaterials waren auch Nagelfluhplatten, die offenbar aus der darunterliegenden Platte herausgelöst und nach oben transportiert worden waren. Die Bewegungsrichtung war auch an den ursprünglich über der Intrusion lagernden Schichten durch eine Aufwölbung zu erkennen.

Noch eindrucksvoller waren die Befunde beim zweiten Donnerloch. Dort wurde die Nagelfluh in etwa 3,5 Metern Tiefe erreicht. Wieder lag unmittelbar unter dem oberflächlichen Einbruch eine Durchbrechung der verfestigten Schicht.

Diesmal zeigte sich ein komplexes System mehrerer sandig-kiesiger Intrusionen, stark deformierter Sedimente und offener Hohlräume. Große Nagelfluhblöcke mit einem Gewicht von bis zu mehreren hundert Kilogramm waren aus ihrer ursprünglichen Lage herausgebrochen und bis zu etwa einen Meter nach oben verlagert worden.

Gerade diese Bewegungsrichtung ist für die Deutung entscheidend. Die Grabungen dokumentieren nicht lediglich einen Verlust von Material mit anschließender Hohlraumbildung und einem späteren Einsturz.

Zuvor hatte ein energiereicher Prozess Sand und Kies aus tieferen Schichten nach oben bewegt, die stark verfestigte Nagelfluh durchbrochen, darüberliegende Sedimente aufgewölbt und schwere Nagelfluhblöcke angehoben.

Lösung und Auswaschung können die spätere Bildung und Vergrößerung von Hohlräumen erklären. Für den vorausgegangenen Aufwärtstransport des Materials bedarf es jedoch eines zusätzlichen Prozesses.

Am zweiten Donnerloch von Heretsham wurde der Untergrund vor der Ausgrabung geophysikalisch untersucht. Entlang eines 20 Meter langen Profils wurden der elektrische Widerstand und die induzierte Polarisation des Untergrundes gemessen.

Die Widerstandsmessungen zeigten unmittelbar unter dem Donnerloch eine deutliche Aufwölbung der Linien gleichen elektrischen Widerstands. Sie lässt sich durch höher resistives Kies- und Nagelfluhmaterial erklären, das aus tieferen Bereichen in die darüberliegenden lehmigen Sedimente eingedrungen war.

Auch die induzierte Polarisation zeigte eine starke Störung gegenüber der normalerweise zu erwartenden Schichtung der glazifluvialen Sedimente.

Erst nach diesen geophysikalischen Messungen wurde das Donnerloch auf einer Fläche von etwa 7 × 7 Metern aufgegraben. Dabei kamen tatsächlich mehrere sandig-kiesige Intrusionen, stark angehobene Schichten, die durchbrochene Nagelfluh und die nach oben versetzten Nagelfluhblöcke zum Vorschein.

Damit ergibt sich eine bemerkenswerte Übereinstimmung zwischen dem zuvor gewonnenen geophysikalischen Bild und dem anschließend freigelegten geologischen Befund.

Der nach oben gerichtete Materialtransport wird in Heretsham somit nicht lediglich aus einer geophysikalischen Anomalie abgeleitet, sondern ist unmittelbar in den Grabungsbefunden dokumentiert.

Einen Erklärungsansatz für die bei Heretsham beobachteten Strukturen bietet die Liquefaktion, also die vorübergehende Verflüssigung wassergesättigter Sedimente.

Bei heftigen Erschütterungen kann der Druck des Wassers in den Poren lockerer Sand- und Kiesschichten stark ansteigen. Der Kornverband verliert vorübergehend seine Stabilität, und das Sediment verhält sich zeitweise eher wie eine schwere Flüssigkeit als wie ein fester Untergrund.

Unter hohem Druck kann dieses mobilisierte Material nach oben gepresst werden, in darüberliegende Schichten eindringen und diese sogar durchbrechen.

Besonders begünstigt wird ein solcher Druckaufbau, wenn wassergesättigte Sedimente von gering durchlässigen Schichten begrenzt werden und das Porenwasser deshalb nicht rasch entweichen kann.

Genau hier gewinnt die besondere Hydrogeologie des Donnerlochgebietes Bedeutung, mit in oberflächennahen Sand- und Kiesschichten schwebenden Grundwasservorkommen.

Liquefaktion dieser Größenordnung benötigt eine starke dynamische Belastung. Üblicherweise sind dafür schwere Erdbeben verantwortlich.

Das Gebiet um Kienberg liegt jedoch nicht in einer entsprechend starken Erdbebenzone. Die nächstgelegenen seismisch aktiveren Bereiche befinden sich am nördlichen Alpenrand, etwa 50 bis 60 Kilometer entfernt.

Die dort auftretenden Erdbeben erreichen im Donnerlochgebiet nicht die für eine derart ausgeprägte Liquefaktion zu erwartenden Intensitäten.

Im hier vorgestellten Modell kommt deshalb der Impakt selbst als Auslöser in Betracht. Seine Druck- und Erschütterungswellen hätten die wassergesättigten Sedimente liquefiziert und den bei Heretsham dokumentierten Aufwärtstransport ausgelöst:

Sand und Kies durchbrachen die Nagelfluh, drangen in die Deckschichten ein, wölbten diese auf und versetzten selbst große Nagelfluhblöcke nach oben.

Damit entstand zunächst die heute im Untergrund beobachtete Intrusions- und Deformationsstruktur – noch nicht das heutige Donnerloch.

Wenn die starke Störung des Untergrundes bei einem vorgeschichtlichen Ereignis entstand, stellt sich eine naheliegende Frage: Warum öffnen sich Donnerlöcher noch Jahrtausende später?

Die Liquefaktion hinterließ einen stark gestörten Untergrund aus Intrusionen, zerbrochenen und vermischten Sedimenten sowie aufgelockerten Bereichen.

Über lange Zeit konnte zirkulierendes Grundwasser dort feinkörniges Material auswaschen und abtransportieren. Material sackte nach, und im Untergrund entstanden oder vergrößerten sich Hohlräume.

Tatsächlich wurden beim zweiten Donnerloch von Heretsham offene Hohlräume angetroffen. Verliert die darüberliegende Sedimentdecke schließlich ihre Stabilität, kann sie plötzlich einbrechen – und an der Oberfläche entsteht ein Donnerloch.

Langfristige Auswaschung und Liquefaktion sind in diesem Modell daher keine konkurrierenden Prozesse.

Die Liquefaktion erklärt die anfängliche starke Deformation und den nach oben gerichteten Materialtransport; Lösung, Auswaschung und Nachsacken erklären die anschließende Entwicklung von Hohlräumen und deren möglicherweise erst sehr viel später erfolgenden Einsturz.

Ein heute entstehendes Donnerloch kann somit die späte sichtbare Folge einer wesentlich älteren Veränderung des Untergrundes sein.