Messungen am San-Andreas-Graben Forscher messen erstmals Vorboten von Erdbeben

Kommt ein Erdbeben wirklich aus heiterem Himmel? Forscher scheitern bislang an der präzisen Vorhersage von Erdstößen. Doch jetzt konnten Geophysiker erstmals Vorboten von Beben in Kalifornien nachweisen - das könnte der Schlüssel für ein Warnsystem sein.

Wer vor einem unmittelbar bevorstehenden Erdbeben warnt, gilt bislang als wenig seriöser Forscher oder spinnerter Hellseher. So erging es auch dem gebürtigen Russen Wladimir Keilis-Borok, als er 2004 ankündigte, dass am 5. September 2004 ein starkes Erdbeben Kalifornien erschüttern werde. Keilis-Borok hatte einen Algorithmus entwickelt, der anhand sogenannter Mikrobeben schwere Erdstöße vorhersagen sollte. Tatsächlich konnte er 2003 damit zwei Beben korrekt prognostizieren. Die Katastrophe am 5. September blieb jedoch aus.

Das weltweit einzige funktionierende Bebenwarnsystem hat Japan installiert, die Warnung erfolgt freilich nur Sekunden, bevor die zerstörerischen S-Wellen eintreffen.

Nun berichtet ein Forscherteam im Wissenschaftsmagazin "Nature" (Bd. 454, S. 204) über eine neue Methode, die womöglich erstmals eine zuverlässige Vorhersage von Beben ermöglichen könnte - und zwar bereits Stunden, bevor die Erde wackelt. Fenglin Niu von der Rice University in Houston (Texas) und seine Kollegen haben bei Messungen in Bohrlöchern nahe des San-Andreas-Grabens in Kalifornien nämlich auffällige Veränderungen der Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen entdeckt.

Die Verwerfung wird von Geoforschern intensiv untersucht, weil die Gefahr eines schweren Bebens, das Tausende Tote fordern und Schäden in Milliardenhöhe anrichten könnte, sehr groß ist. Am San-Andreas-Graben reibt die Pazifische an der Nordamerikanischen Platte, permanent werden neue Spannungen aufgebaut und entladen sich wieder als Erdbeben - in den nächsten 30 Jahren droht nach neuen Berechnungen ein schweres Beben.

Druck schließt kleine Risse

Die Wissenschaftler nutzten für ihr Experiment zwei zehn Meter auseinanderliegende Bohrlöcher nahe der kalifornischen Ortschaft Parkfield, die Teil des San Andreas Fault Observatory at Depth (SAFOD) sind. Im ersten Loch, das von einer Testbohrung stammt, plazierten sie ein Gerät, das seismische Wellen künstlich erzeugen kann. In das zweite Bohrloch kam der Empfänger, mit dessen Hilfe die Laufzeit der Welle gemessen wurde. Beide Geräte befanden sich in etwa einem Kilometer Tiefe und waren nur zehn Meter voneinander entfernt.

Über einen Zeitraum von zwei Monaten bestimmte das Team von Niu immer wieder die Wellenlaufzeiten - und kam zu erstaunlichen Ergebnissen. Zum einen konnten sie die Theorie bestätigen, dass höherer Luftdruck die Ausbreitungsgeschwindigkeit der sogenannten S-Wellen erhöht. "Wenn der Druck steigt, schließen sich die feinen Risse im Gestein und die Wellen laufen schneller", sagte Liu im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE.

Noch spektakulärer war jedoch eine zweite Beobachtung: Stunden vor zwei leichten Beben der Stärken 3 und 1, die während des Messzeitraums aufgetreten waren, verkürzte sich die Laufzeit der Wellen plötzlich. "Wir wissen bereits seit langem, dass seismischer Druck die Wellengeschwindigkeit beeinflusst", erklärte der Geoforscher. Doch bisher habe dies niemand bei einer Messung bestätigen können, die Daten stammten allein aus Laboruntersuchungen.

Anomalien vor Erdstößen

Offenbar schlössen die wachsenden seismischen Spannungen, die den Beben vorausgingen, die mikroskopisch kleinen Risse im Gestein, sagte Liu. Dies führe zu kürzeren Laufzeiten. Bei dem Beben der Stärke 3, das 24. Dezember 2005 stattfand, änderte sich die Wellengeschwindigkeit bereits zehn Stunden vorher. Beim zweiten Beben der Stärke 1 (29. Dezember 2005) trat die Anomalie zwei Stunden vorher auf. Die Messungen seien vielversprechend, schreiben die Forscher, sie könnten helfen, Erdstöße vorherzusagen.

Dass es nun erstmals gelungen ist, den Aufbau seismischer Spannungen unmittelbar vor Beben mit künstlich erzeugten Wellen zu messen, sei auch das Ergebnis immer leistungsfähigerer Computer, erklärte Liu. Nur dank modernster Rechentechnik sei es gelungen, das Rauschen aus den Daten zu eliminieren.

Taugt die Methode aber tatsächlich für eine Erdbebenvorhersage? "Diese Beobachtung macht uns Mut", sagte Liu, man müsse die Messungen aber jetzt erst einmal über einen längeren Zeitraum wiederholen. Rainer Kind, Chefseismologe am Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ), sieht noch eine Menge Forschungsarbeit, bis tatsächlich präzise Prognosen möglich sind. "Es gab auch eine Reihe anderer kleiner Beben im Messgebiet, die sich nicht in den Daten bemerkbar machten", sagte er im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Trotzdem hätte das Team von Niu die bisher besten Ergebnisse auf diesem Gebiet erzielt.

Kinds GFZ-Kollege Uli Harms nannte die jetzt publizierte Forschungsarbeit "herausragend". Sie demonstriere die Möglichkeiten von Messungen zwischen zwei Bohrlöchern. Das SAFOD ist Teil des International Continental Scientific Drilling Program (ICDP), an dem auch die Potsdamer Wissenschaftler mitarbeiten. Mit den Tiefenbohrungen in Risikozonen weltweit wollen Forscher ihr Wissen über die Erdbebenentstehung erweitern.

Unklar ist noch, ob die beobachteten Anomalien der Wellengeschwindigeiten nur am San-Andreas-Graben auftreten oder auch in anderen Risikogebieten. "Es könnte sich um ein generelles Phänomen handeln", meinte Liu, "aber wir brauchen mehr Experimente, um das zu bestätigen".

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