Geophysik

Vorboten von Erdbeben verzweifelt gesucht

Eine Vorwarnzeit von zehn oder 20 Minuten würde Zehntausende Menschen in Erdbebengebieten retten. Geoforscher hoffen auf bessere Vorhersagemethoden.

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Am 17. August 1999 erschütterte ein schweres Erdbeben der Magnitude 7,6 die Industriestadt Izmit am Marmarameer, rund 100 Kilometer südöstlich von Istanbul. Je nach Quelle starben zwischen 17.000 und 30.000 Menschen. Das Beben war das bislang jüngste einer Kette von schweren Erdbeben, die sich vom Kaukasus bis in die Bosporusregion zieht. „Wir haben es mit der Nordanatolischen Verwerfung zu tun“, sagt der Straßburger Geowissenschaftler Jean Schmittbuhl, „von 1939 bis 1999 hat es hier neun schwere Beben gegeben.“ Schmittbuhl und Kollegen aus Frankreich und der Türkei haben sich das Izmit-Beben genau angesehen, es gehört zu den am besten dokumentierten Erdstößen der Welt. Eine wahre Datenflut haben die Seismometer produziert, die das 25-Sekunden-Ereignis auffingen.

Die Forscher interessierten sich vor allem für die Vorgeschichte des Bebens. Sie beschäftigte die Frage, die die gesamte Zunft der Erdbebenforscher umtreibt: Gibt es Vorläufer, die man für eine Vorhersage nutzen kann? Es war eine aufwendige Arbeit, aber in der aktuellen „Science“ können die Forscher tatsächlich von einer charakteristischen Bildungsphase berichten. Sie verfolgten anhand der Seismometerdaten die Entwicklung bis hin zum verheerenden Stoß. „Wir konnten das Beben sozusagen in Echtzeit bei der Entstehung beobachten“, so Schmittbuhl.

Die Seismometer begannen 44 Minuten vor dem schweren Erdstoß Signale aufzuzeichnen. Aus dieser Zeit haben die Wissenschaftler 18 schwache Beben definitiv gefunden, weitere 22 Kandidaten müssen noch geprüft werden. Die Beben glichen sich trotz ihrer unterschiedlichen Stärke sehr, die Abfolge der P- und S-Wellen, der beiden Klassen von Erdbebenwellen also, war auffällig gleich. „In den 44 Minuten kamen die Beben in immer kürzeren Abständen, zuletzt im Rhythmus von Sekundenbruchteilen“, berichtet Schmittbuhl. Die Forscher konnten den Ursprung all dieser Beben auf wenige Meter genau bestimmen. Alle sind in derselben Region entstanden – in der Region, die hinterher das Schadenbeben verursachte.

Eine Dreiviertelstunde Vorwarnzeit vor einem Erdbeben, das wäre eine tolle Sache, gerade am Bosporus. Denn dort befindet sich das letzte Stück der Nordanatolischen Verwerfung, das noch nicht gebrochen ist. Hier wird in den nächsten Jahren bis Jahrzehnten ein schweres Beben erwartet, und es wird Istanbul mit seinen heute schon 13 Millionen Einwohnern mit voller Wucht treffen. 20 Prozent der türkischen Bevölkerung leben in der Region, 27 Prozent des Bruttosozialprodukts werden hier erwirtschaftet.

Die Bosporusmetropole ist keine 20 Kilometer vom noch nicht gerissenen Teil der Nordanatolischen Verwerfung entfernt, und sie kann derzeit mit Vorwarnfristen von acht bis 20 Sekunden rechnen. Das reicht gerade einmal, um Energieleitungen zu kappen, U-Bahnen zum Nothalt zu bringen und Brücken zu sperren. Nicht zuletzt deshalb prophezeien die Szenarien für die Stadt einen gewaltigen Blutzoll. Die Opferzahl dürfte viele Zehntausende betragen. „Trotz aller Bemühungen ist Istanbul nicht ausreichend vorbereitet“, sagt auch Jochen Zschau, Professor am Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam. Der Seismologe ist seit Langem in der Erdbebenforschung in Istanbul engagiert und weiß, wie nötig mehr Vorwarnzeit wäre.

„Die Arbeit ist an der vordersten Forschungsfront angesiedelt“, erklärt er, setzt dann allerdings hinzu: „Aber man darf da nicht zu große Hoffnungen für die Praxis wecken.“ Die Suche nach Vorläuferereignissen bei großen Beben sei bislang ohne großen Erfolg geblieben. Auch Jean Schmittbuhl bemüht sich, seine Erkenntnisse unspektakulär zu verkaufen. Zu oft wurden schon Erdbebenindikatoren bejubelt, die sich hinterher als unbrauchbar herausstellten.

Zschau wünscht sich mehr Daten. „Das ist jetzt erst einmal ein Beben, wir müssen anderswo suchen, ob wir Vergleichbares finden.“ Das könnte in der Nachbarschaft sein. Die Provinzhauptstadt Düzce, 100 Kilometer östlich des Marmarameers, wurde wenige Wochen nach Izmit von einem ähnlich starken Beben verwüstet. Nur mit solchen Vergleichen kann man sicherstellen, dass Schwachbeben vor einem Schadenbeben wirklich als Frühwarnindikator taugen.

Am Bosporus ist die Vorhersage aber schwierig, weil sich die Störung auffächert, und alle Zweige das Potenzial für verheerende Beben besitzen. Welcher Ast wird brechen? Um mehr zu lernen, wird derzeit ein engmaschiges Netz von Seismometern aufgebaut. „Wir müssen am Marmarameer bessere Daten erheben“, sagt Schmittbuhl. Das Problem: Schwache Beben sind nur schwer aus den Erschütterungen der Städte und des Schiffsverkehrs auf dem Marmarameer herauszufiltern.

Bislang sitzen Erdbebensensoren nur auf den nordöstlichen Ufern des Marmarameers und auf den Prinzeninseln in der Nähe des Bosporus. Es gibt indes Pläne, dieses Netz auf die Gebiete rings um das Meer auszudehnen. In einer vom GFZ koordinierten Tiefbohrung auf den Prinzeninseln könnte das erste Tiefenobservatorium der Nordanatolischen Verwerfung eingerichtet werden. Selbst auf dem Grund des Meeresbeckens sind die ersten Instrumente installiert. Die Datenlage um Istanbul könnte sich drastisch verbessern. Vielleicht ist der Anfang für ein Frühwarnsystem gemacht.