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Millionenstädte bedroht Wie Forscher Erdbeben vorhersagen wollen

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Millionenstadt Istanbul - hier droht ein schweres Erdbeben. Nur wann?

(Foto: imago/Photocase)

Erdbeben und Vulkanausbrüche können katastrophale Folgen haben, gerade in großen Ballungsräumen wie Istanbul oder Neapel. Wissenschaftler können die Gefahren immer genauer bestimmen - mit Forschungsbohrungen in Erdbebengebieten und Computermodellen der Bewegung vulkanischen Magmas.

In Istanbul wohnen rund 16 Millionen Menschen. Sie leben dort gefährlich: "Unter Experten besteht Einigkeit, dass wir in naher Zukunft mit einem starken Erdbeben in unmittelbarer Nähe der Stadt rechnen müssen", sagt Marco Bohnhoff, Sektionsleiter für Geomechanik und Wissenschaftliches Bohren am Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutschen Geoforschungszentrum GFZ in Potsdam.

Historisch ist gut dokumentiert, dass die Metropole am Bosporus im Laufe der letzten Jahrtausende regelmäßig unter starken Beben leiden musste. Insofern haben Wissenschaftler für diese Region eine im weltweiten Vergleich sehr solide Datenbasis. Im Schnitt kam es am Marmarameer etwa alle 250 Jahre zu einer solchen Naturkatastrophe. Zum bislang letzten Mal im Jahr 1766. "Früher oder später wird sich aller Voraussicht nach ein starkes Erdbeben direkt bei Istanbul ereignen", sagt Bohnhoff. Darauf wiesen neben der Statistik auch aktuelle empirische Daten hin.

Sein Team arbeitet von Potsdam aus mit Erdbebenforschern und dem türkischen Katastrophenschutz zusammen. Die Wissenschaftler haben von 2011 bis 2015 am Marmarameer, das südlich der Stadt liegt, ein Erdbebenobservatorium errichtet. Es besteht bislang aus sieben Bohrungen entlang der östlichen Küste und auf Inseln. Sie gehen rund 300 Meter in die Tiefe. Dort unten wurden Seismometer einzementiert, die wie ein Mikrofon Veränderungen im Gestein der teils verhakten, teils aneinander vorbeigleitenden Kontinentalplatten aufnehmen. "Die anatolische und die eurasische Platte bewegen sich relativ zueinander um 2,5 Zentimeter pro Jahr und bauen dabei enorme Energie auf, bis die Gesteinsfestigkeit überschritten wird", so Bonhoff.

Epizentrum könnte nah am Zentrum von Istanbul liegen

Vier sogenannte Strainmeter ergänzen die Seismografen. Die Deformations-Messgeräte messen den unterirdischen Atmungspuls der Erdkruste in Form elektrischer Spannungen. Weitere sieben Bohrungen sind geplant, in die zudem faseroptische Kabel eingesetzt werden sollen. Deren Daten sollen später mit neu zu entwickelnden Algorithmen so ausgewertet werden, dass sie ein prognosebasiertes Erdbebenfrühwarnsystem füttern.

Damit sollen Schäden im Fall eines starken Bebens möglichst gering gehalten werden. Schon jetzt wissen die Forscher: Die anatolische Platte vollführt auf 1200 Kilometer Länge eine gegen den Uhrzeigersinn gerichtete Drehbewegung relativ zu Eurasien - und nur der Bereich unterhalb des Marmarameeres vor Istanbul hat seit 1766 nicht mehr heftig gebebt.

"Solange die Platten dabei reibungsarm aneinander vorbeikriechen, wird kaum Spannung aufgebaut" erläutert Bohnhoff. "Doch unsere Daten weisen darauf hin, dass der Bereich direkt vor Istanbul bis in mindestens 10 Kilometer Tiefe verhakt ist." Hierbei staue sich enormer Druck auf. "Wird die Festigkeit des Gesteins an einer Stelle überschritten, entlädt sich die gesamte angestaute Energie innerhalb von Sekunden und führt zu einem Versatz beider Erdplatten um mehrere Meter."

Wo die gefährlichen Erdbebenwellen entstehen und wie stark sie sein werden, lässt sich recht genau vorhersagen. "Das Beben wird aller Voraussicht nach nicht stärker als die Magnitude 7,4 sein", so Bohnhoff. Klar ist: Da sich das Zentrum des Bebens ganz nah am Stadtzentrum befinden kann, ist die Gefahr enormer Schäden sehr hoch. Wann genau es so weit ist, können die Wissenschaftler jedoch nicht sagen. Dies bleibt die große Herausforderung der Seismologie.

Neues Verfahren soll Vulkanausbruch vorhersagen

Vor ähnlichen Herausforderungen stehen Wissenschaftler, die versuchen, die Art von Vulkanausbrüchen vorherzusagen. Auch hier können präzise Analysen millionenfach Leben retten. Das Wissen darum, wo es zu einem Ausbruch kommen kann, ermöglicht es auch bei solchen Gefahren, entsprechende Evakuierungs- und Katastrophenschutzpläne zu erstellen.

Zum Beispiel in und um Neapel: Rund um den Vesuv leben gut drei Millionen Menschen. Dass es hier früher oder später zu einem Ausbruch kommt, steht außer Frage. Aber wo und wann genau? Auch hierbei spielen tektonische Spannungsfelder eine relevante Rolle. Westlich des Vesuvs erstrecken sich auf rund 150 Quadratkilometer die Phlegräischen Felder. Unter ihnen liegt eine riesige Magmakammer, die mehrfach heftig ausgebrochen ist und mit ihrer Asche halb Europa überzogen hat.

Bisher beruhten die Modellrechnungen, wo das Magma beim nächsten Ausbruch seinen Weg an die Oberfläche findet, auf statistischen Auswertungen vergangener Eruptionen. Die Ergebnisse ließen jedoch zu wünschen übrig. "Deshalb haben wir diese Daten mit dem aktuellen physikalischen Wissen darüber unterfüttert, welche Faktoren die Ausbreitung des Magmas steuern, erläutert Eleonora Rivalta, Arbeitsgruppenleiterin in der Sektion Erdbeben- und Vulkanphysik am GFZ.

Die von ihr entwickelten Berechnungen berücksichtigen die Lage der Magmakammer. "Das tektonische Spannungsfeld lässt sich nicht direkt messen, weshalb wir sehr viele Rechendurchgänge mit unterschiedlichen Annahmen zu den Eigenschaften dieses Feldes durchführen mussten."

Anhand vergangener Ausbrüche wurde das Modell dann mithilfe statistischer Verfahren angepasst. Für die Phlegräischen Felder erwies sich die Treffsicherheit des Systems als sehr hoch: Das Rätsel um den Ort der bislang jüngsten Eruption ist gelöst. Das Verfahren soll nun an zwei weiteren Vulkanen erprobt werden, dem Ätna auf Sizilien und dem Piton de la Fournaise auf La Réunion im Indischen Ozean.

Weiterlesen: Dieser Artikel erschien zuerst auf helmholtz.de.

Quelle: n-tv.de

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