Neue Ansätze zur Erdbeben-Vorhersage

Ein schottischer Geophysiker will eine Methode gefunden haben, um Erdbeben vorherzusagen. Da das System zu teuer ist, hat bislang nur China Interesse an einer Teststation bekundet, berichtet Technology Review in seiner neuen Ausgabe (Heft 5/2011 ist ab dem 28. 4. am Kiosk und ab sofort im heise Shop online bestellbar).

Im Durchschnitt ereignen sich weltweit minütlich sechs Erdbeben, die – bei einer Stärke von bis zu 4,9 – allenfalls Geschirr klirren und Türen klappern lassen. Rund 800 Mal im Jahr kommt es zu Beben mit einer Magnitude von 5 bis 5,9, die bereits schlecht gebaute Häuser ernsthaft beschädigen können.

Stuart Crampin, Geophysiker an der University of Edinburgh, will das seit Langem bekannte Phänomen des „Scherwellen-Splittings“ nutzen, um Erdbeben vorherzusagen. Das Prinzip: Von einem Bebenherd breiten sich zwei Arten von seismischen Wellen aus: P-Wellen (P für primär) stauchen und strecken das Gestein in Ausbreitungsrichtung, die langsameren S-Wellen hingegen schwingen seitwärts, „verscheren“ das Gestein senkrecht zur Ausbreitungsrichtung – daher auch die Bezeichnung Scherwellen. Sie lassen sich wiederum in zwei Komponenten zerlegen, die parallel oder im rechten Winkel zu winzigen Rissen verlaufen, die das Gestein durchziehen wie eine Maserung. Die zu den Rissen parallele Wellenkomponente breitet sich schneller aus. Je höher nun die Verspannung im Gestein ist, desto mehr Risse sind gleich ausgerichtet – und desto eher trifft das parallele vor dem lotrechten Wellensignal an einem Sensor ein.

Aus älteren Beobachtungen weiß man, dass vor einem Erdbeben die Zeitverzögerung zwischen beiden Signalen plötzlich zunimmt, weil viele der Risse sich zu kleinen Verwerfungen verbinden, wenn die Spannung kurz vor dem Bersten ist. Crampin schlägt deshalb vor, diesen Effekt in einem weltweiten Netz von 200 Messstationen an seismisch aktiven Orten auszunutzen. Jede besteht aus drei 500 bis 1000 Meter tiefen Bohrlöchern: In einem befindet sich ein Sender, der Signale an zwei Geophone in den anderen Bohrlöchern durchs Gestein schickt. In den Geophonen lenken Bodenbewegungen einen federgelagerten Magneten in einer Spule aus und erzeugen so elektrische Signale. Die Kosten dieses „Global Earthquake Monitoring System“ (GEMS) sind allerdings nicht unerheblich, Crampin schätzt sie auf 5 bis 10 Milliarden Dollar.

Dass er die Fachwelt trotz „deutlicher Belege“ noch nicht von seinem Ansatz überzeugen konnte, enttäuscht den Briten. Praktisch konnte er ihn bislang nur in einem EU-geförderten Projekt 1999 in Island testen. Als die hochempfindlichen Geophone einen Anstieg der Scherwellen-Signalverzögerung registrierten, prognostizierte er ein Beben der Stärke 5 innerhalb von sechs Monaten – es ereignete sich schon drei Tage später. Nur China habe bislang Interesse an einer neuen Teststation bekundet, so Crampin. Nach den schweren Beben der vergangenen sechs Monate in Neuseeland und in Japan könnte sich das jedoch ändern.

Unterdessen arbeiten auch Informatiker an der Erdbeben-Vorhersage: Data-Mining-Experten um Francisco Martínez-Álvarez, einem Informatiker an der Universidad Pablo de Olavide in Sevilla analysierten die Daten von über 4000 Erdbeben in zwei Verwerfungszonen zwischen den Azoren und dem westlichen Mittelmeer. Auf die entdeckten Muster wendeten sie anschließend zwei Prognose-Kriterien an: die Wahrscheinlichkeit, dass nach einem Muster ein Erdbeben auftritt – Sensitivität genannt –, und die Wahrscheinlichkeit, dass kein Erdbeben auftritt, wenn das Muster fehlt – die Spezifität. Für die Azoren-Gibraltar-Verwerfung kamen sie so auf eine Sensitivität von immerhin 90 Prozent und eine Spezifität von 82,5 Prozent. Anders gesagt: In 9 von 10 Fällen könnte man davon ausgehen, dass bald ein Erdbeben auftritt, wenn das entsprechende Muster festgestellt worden ist. „Auch wenn die Ergebnisse vielversprechend sind, bezweifle ich, dass wir Erdbeben je mit 100-prozentiger Genauigkeit vorhersagen können“, räumt Martínez-Álvarez allerdings ein. (wst)