Erdbebenforschung in Kalifornien Countdown bis zur Katastrophe

Warten auf "The Big One": Laut Statistik wird Kalifornien in nächster Zeit von einem schweren Erdbeben erschüttert. Mit raffinierten Methoden versuchen Wissenschaftler, den Zeitpunkt einzugrenzen - doch am entscheidenden Punkt bleiben ihre Apparate machtlos.

Aus San Francisco berichtet


Es knackt deutlich hörbar aus der Maschine. "Das war ein Erdbeben", sagt David Lockner und grinst. Der Geophysiker vom US Geological Survey (USGS) steht in seinem Labor in Menlo Park, einer Kleinstadt südlich von San Francisco. Mit mehreren Apparaten simuliert sein Forscherteam, wie Gestein sich bei großem Druck verhält. Wie sich in den Proben kleine Risse bilden, die immer größer werden, bis schließlich alles zerbröselt. Oder wie zwei schräg angeschnittene Steinzylinder aneinander vorbeirutschen - ruckartig.

Dieses ruckelnde Gleiten einer Gesteinsfläche über eine andere im Labor, unter dem gewaltigen Druck von mehr als 10.000 Bar, ähnelt dem, was sich seit Jahrmillionen am kalifornischen San-Andreas-Graben und an der Hayward-Verwerfung abspielt: Auf der einen Seite drückt die Pazifische Platte nach Norden, auf der anderen Seite die Nordamerikanische Platte nach Süden. Scherspannung baut sich auf, wenn sich die Grenzflächen ineinander verhaken. Diese entlädt sich immer wieder - als Erdbeben mit teils verheerenden Folgen wie jenes von 1906, das San Francisco größtenteils zerstörte.

Mit den Laborexperimenten versuchen Lockner und seine Kollegen die Abläufe bei Erdbeben zu simulieren. Sie sehen zu, wie sich in einem Gesteinsbrocken feinste Risse bilden - sensible Messgeräte orten die Frakturen akustisch, am Computermonitor kann man sich die Ausbreitung der Risse im Zeitraffer ansehen. Direkte Rückschlüsse auf das Geschehen in Kalifornien erlauben die Laborversuche allerdings nicht - schließlich reiben dort verschiedene Gesteinsarten auf einer Länge von Hunderten Kilometern aneinander.

Zumindest ungefähr glauben die Erdbebenexperten vom USGS aber zu wissen, wann Kalifornien vom nächsten schweren Beben heimgesucht wird. "Die Hayward-Verwerfung entlädt sich im Schnitt alle 140 Jahre", sagt David Schwartz. Das letzte große Beben fand 1868 statt - genau vor 140 Jahren. "Wir sind genau im Zeitfenster", sagt der Geologe. Erst kürzlich hat Schwartz gemeinsam mit Kollegen die Wahrscheinlichkeit dafür berechnet, dass in den nächsten 30 Jahren ein Beben der Stärke von 6,7 oder höher auftritt. Ergebnis: In der Bay-Area rund um San Francisco liegt der Wert bei 63 Prozent, rund um Los Angeles sind es sogar 67 Prozent. Für Kalifornien insgesamt beträgt die Wahrscheinlichkeit sogar 99,7 Prozent.

Aber wann genau wird die Erde wackeln?

Die Wissenschaftler haben in ganz Kalifornien Hunderte Messgeräte installiert, die auffällige Druckänderungen im Gestein registrieren oder die langsamen Bewegungen der Erdkruste dokumentieren. Die Messstationen verfügen in der Regel über eine eigene Stromversorgung, etwa über Solarzellen und angeschlossene Batterien, damit sie auch im Falle eines schweren Bebens, bei dem es garantiert zu Stromausfällen kommt, weiter Daten liefern können - via Satellit oder über Funk.

Große Hoffnungen setzen die Forscher auf kleine, kompakte Messstationen, die kaum größer sind als ein Aktenkoffer. "Netquakes" nennt USGS-Forscher David Oppenheimer die Geräte, die in den nächsten Jahren zu Hunderten vor allem in den Städten Kaliforniens installiert werden sollen. Bestückt sind sie mit Beschleunigungssensoren. 3000 Dollar kostet eine solche Kiste, die beispielsweise ans Betonfundament eines Hauses geschraubt wird und ihren Strom aus der Steckdose bezieht. Ein integrierter Akku sorgt für 36 Stunden Energie im Falle eines Stromausfalls. Wenn Netquakes keine Daten mehr an die USGS-Zentrale in Menlo Park liefern kann, weil die Verbindung gestört ist, werden die Messdaten im Gerät zum späteren Auslesen zwischengespeichert.

Noch ist kein einziges dieser neuen Messgeräte installiert - auch weil das nötige Geld fehlt. Vor allem in dicht besiedelten Gebieten erhoffen sich die Forscher wertvolle Informationen darüber, wie schwer ein Beben einzelne Stadtviertel getroffen hat. Unter anderem die Bauingenieure interessierten sich dafür, erklärt Oppenheimer. Nur mit diesen Messdaten könnten sie die Schwere der Schäden an Gebäuden abschätzen.

Aber erlaubt das Netz von Messstationen auch seriöse Erdbebenvorhersagen? Erst im Juli hatten US-Forscher darüber berichtet, erstmals Vorboten eines Bebens entdeckt zu haben. Der Stress vor einem Beben schließe kleine Risse im Gestein und erhöhe die Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen, berichteten Fenglin Niu und seine Kollegen im Fachblatt "Nature".

Solche spektakulären Publikationen werden von den USGS-Forschern zurückhaltend aufgenommen. "Ich bin seit 30 Jahren im Geschäft", sagt Gesteinsforscher David Lockner, "ich habe schon viele Prognosen vernommen, die später wieder in der Versenkung verschwunden sind". Sein Kollege Oppenheimer, der die Auswertung der Erdbebendaten am USGS leitet, sagt es noch direkter: "Das Leben ist kurz, sei produktiv!" Erdbebenprognosen seien keine gute Idee, wenn es darum gehe, Zeit und Energie als Forscher zu investieren.

Für zumindest machbar hält Lockner ein Erdbebenfrühwarnsystem, wie es in Japan bereits installiert ist. Es warnt wenige Sekunden vor einem schweren Beben. Diese kurze Zeitspanne reicht aus, um Atomreaktoren herunterzufahren, Schnellzüge zu bremsen oder Gasherde auszuschalten. Das Warnsystem nutzt die Tatsache, dass Verdichtungswellen, auch P-Wellen genannt, sich schneller bewegen als sogenannte Scherwellen (S-Wellen), die für die schlimmen Schäden verantwortlich sind.

Derzeit untersuchen Wissenschaftler mehrerer US-Universitäten drei verschiedene Algorithmen, mit denen ein solches Frühwarnsystem für Kalifornien arbeiten könnte. "Das System hilft allerdings nur, wenn das Beben nicht direkt in einem Ort auftritt", warnt Oppenheimer. In diesem Fall sei eine Warnung nicht möglich. Für ein Frühwarnsystem seien zudem auch bessere Sensoren nötig. Und schließlich müsse geklärt werden, wie die Warnung in den wenigen zur Verfügung stehenden Sekunden möglichst viele Menschen erreichen könne - etwa via Radio, Internet oder Fernsehen.

USGS-Experte David Schwartz denkt weniger an solche Warnsysteme als an die generell eher schlechte Vorbereitung auf "The Big One". Verwundbar sei insbesondere die Infrastruktur wie Wasserleitungen, Gaspipelines oder Straßen. Schäden in Höhe von 200 Milliarden Dollar sind möglich, hatte eine Studie im Mai ergeben. Aber auch die Bürger täten zu wenig, sagte Schwartz: "Kaum jemand hat Wasservorräte für zwei Wochen im Haus oder Sandalen unterm Bett stehen, um im Fall der Fälle schnell aus dem Haus rennen zu können, ohne barfuß in Scherben zu treten."

Erdbeben seien einfach zu selten, als dass sich jemand Sorgen mache.

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