Beben-Messung Sehen, wie die Erde zerreißt

Erdbeben können an Land riesige Spalten öffnen und an den Küsten Tsunamis auslösen. Bisher waren nur grobe Schätzungen über die Verwerfungen im Gestein möglich. Jetzt aber wurden sie erstmals millimetergenau erfasst - per Satellit, was zuvor als unmöglich galt.

Wenn die Erde bebt, werden in Sekunden unvorstellbare Energien frei. Schockwellen zucken durchs Gestein und reißen Erd- oder Meeresboden im Extremfall um mehrere Meter in die Höhe. Seismogramme, die Aufzeichnungen von Erdbebenmessgeräten, machen die zerstörerische Wirkung eines Erdbebens sichtbar: Eine hektische Zickzack-Linie, quasi ein EKG von Mutter Erde, gibt die Erschütterungen des Bodens wieder. Durch den Vergleich der Seismogramme mehrerer Messstationen konnten Forscher bisher auf einige Meter genau festzustellen, wie stark und in welche Richtung ein Erdbeben Gesteine verschoben hat.

Seismologen um Shin`ichi Miyazaki und Kristine Larson von der Universität Tokio und der University of Colorado könnte nun ein Durchbruch gelungen sein. Sie konnten den Ablauf eines starken Bebens vor der Nordküste Japans am 25. September 2003 in einer Computeranimation festhalten.

Ermöglicht wurde der "Film eines Erdbebens" vor allem von einem dichten Netz von GPI-Navigationsgeräten, dem japanischen Pendant des amerikanischen Satelliten-Navigationssystems GPS. Es erfasste die Bewegungen des Erdbodens bis auf 4,5 Millimeter genau. Mehr als 1200 GPI-Stationen sind in Japan verteilt - es ist das dichteste derartige Netz. Daneben verfügten die Forscher über die Daten von mehr als 3000 in Japan stationierten Seismometern.

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Zerrissene Erde: Satelliten vermessen Beben-Schockwellen

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Das Erdbeben begann 80 Kilometer vor der Küste der Halbinsel Hokkaido: Plötzlich löste sich in 25 Kilometer Tiefe die Spannung zwischen zwei Gesteinsblöcken und setzte die Energie von rund 80.000 Hiroshima-Atombomben frei. Seismometer registrierten ein Erdbeben der Stärke 8,1. An der Erdoberfläche über dem Epizentrum verschoben sich die Gesteinsschollen um etwa einen Meter, die blaue Farbe in der Animation entspricht einer Bewegung von 25 Zentimetern pro Sekunde.

Gesteinsschollen meterweit verschoben

In größerer Entfernung bewegte sich der Erdboden heftiger, schreiben die Seismologen im Fachblatt "Geophysical Research Letters". Wie der Film zeigt, verschob sich das Gestein 50 Kilometer vom Epizentrum entfernt am stärksten: Die gelbe und rote Farbe dort entsprechen einem Versatz von etwa einem Meter pro Sekunde. Manche Gesteinsscholle fand sich anschließend neun Meter entfernt von ihrem Ursprungsort wieder.

Selbst hundert Kilometer nordwestlich des Bebens bewegte sich der Erdboden noch um zwei Meter. Erstaunlich ist auch die Größe des Gebietes, in dem das Beben den Erdboden verrutschen ließ: Vom Bebenzentrum breiteten sich die Bewegungen des Untergrundes im Urzeigersinn auf einer Fläche von der Größe Hessens aus. Noch in 200 Kilometern Entfernung vom Erdbebenherd registrierten die GPI-Geräte Bodenversatz.

Nachbeben blieben ohne Folgen

Eine weitere Überraschung war, dass Nachbeben an der Oberfläche nahezu folgenlos blieben. Nach dem Hauptbeben ereigneten sich vor allem im Südwesten des in der Karte gezeigten Gebietes mehrere weitere Erdstöße, darunter ein schweres Beben der Stärke 7,1, ohne dass es zu größeren Bodenbewegungen kam. Der größte Teil der Gesteinsspannung an der Erdoberfläche habe sich offensichtlich beim Hauptbeben gelöst, schreiben die Forscher.

Ein Vergleich zwischen den GPI-Daten und den Seismogrammen zeigt, dass die neue Technik deutlich genauer ist. Die Auswertung der Seismogramme hatte ergeben, dass die Region der größten Bodenbewegungen 20 Kilometer weiter vom Bebenherd entfernt liegt, als der GPI-Film nun offenbart. "Wir haben gezeigt, dass ein Netzwerk von Navigationsgeräten die Bodenbewegungen nach Erdbeben akkurat messen kann", sagte Larson im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE.

So etwas hatten Experten noch vor kurzem für unmöglich gehalten. Denn die GPS- oder GPI-Geräte müssen auf sehr hoher Leistung laufen, um Bodenbewegungen innerhalb von einer Sekunde erfassen zu können. Die Genauigkeit der Geräte schien darunter zu leiden. Deshalb wurden die Navigationsgeräte in der Geologie ausschließlich zur Messung langfristiger Erdplattenbewegungen eingesetzt. So gelang etwa der Nachweis, dass sich die Erdplatten mit mehreren Zentimetern pro Jahr gegeneinander verschieben.

Nun sollen mit der Satellitentechnik auch kurzfristige Bewegungen der Gesteinsschollen erforscht werden. Die Wissenschaftsbehörde der USA, die National Science Foundation, lässt bereits 1000 GPS-Stationen in den Erdbebenregionen im Westen der USA installieren.

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