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Am Ziel vorbei

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 28.03.2012 16:11

Das Tohoku-Beben vom 11. März 2011, aber auch schon das Sumatrabeben von Weihnachten 2004 haben den Wissenschaftlern ihre Grenzen gezeigt. Beide ereigneten sich an Stellen, an denen mit derart starken Ereignissen nicht gerechnet wurde. Jetzt hat eine rege Diskussion eingesetzt, ob die Erdbebenrisikoforschung ihr Ziel erreicht.

Das Tōhoku-Erdbeben und der anschließende Tsunami richteten 2011 in Japan verheerende Verwüstungen in küstennahen Bereichen an (Bild: U.S. Navy)"Diese Ereignisse waren für uns wie kalte Duschen: Sie machten uns klar, dass die Theorien falsch sind, die wir für richtig und hilfreich gehalten haben, um für ein bestimmtes Gebiet die Stärke der großen Beben vorherzusagen", gibt Emile Okal, Professor für Geowissenschaften an der Northwestern University in Evanston bei Chicago, offen zu.

Beispiel Tohoku: "Die Plattengrenze vor Nordjapan ist eine erosive Plattengrenze", erklärt Jan Behrmann, Professor für marine Geodynamik am Helmholtzzentrum für Ozeanforschung in Kiel. An erosiven Plattengrenzen, so die bis dato vorherrschende Meinung, bebt es häufig, aber nie sehr stark. "Tohoku war auch bekannt über die Jahrzehnte und eigentlich Jahrhunderte für seine relativ häufigen mittelschweren bis schweren Erdbeben", sagt Behrmann, "aber nicht für diese monströse seismische Entladung, die wir letztes Jahr gesehen haben."

Beispiel Sumatra: Den Modellen und Lehrbüchern zufolge hätte es das Sumatra-Andamanen-Seebeben gar nicht geben dürfen. Nur eine geologisch gesehen junge und warme Ozeankruste sollte Megabeben auslösen, während eine alte, kalte und schwere Kruste vergleichsweise widerstandslos in den Erdmantel "gleiten" und nur kleinere Beben auslösen sollte. Aber die Meereskruste an der Subduktionszone, an der sich das Seebeben ereignete, war alt. Das Sumatra-Beben war das derzeit drittstärkste seit Beginn der modernen Messungen, das von Tohoku folgt auf Platz 4. Die Wissenschaft steht ratlos davor. "Ich weiß jetzt, ehrlich gesagt, nicht mehr, was ich lehren soll", meint etwa Emile Okal.

Seismische Risikozonen der Erde (Bild: GSHAP)Nicht nur Lehrer und Forscher an den Universitäten haben ein Problem. Der Fehler in den Modellen kann Konsequenzen für Hunderttausende haben. Das Beispiel des hochtechnisierten Japans zeigt es drastisch. Eben weil niemand mit einem so starken Beben gerechnet hatte, waren die Tsunami-Schutzmauern im Nordosten Honshus an vielen Stellen zu niedrig und wurden spielend vom Wasser überwunden. Gerechnet wurde mit einer Flutwelle von bis zu zehn Metern, tatsächlich kamen dann Wellen, die im Extrem fast 40 Meter hoch waren. Bei der Havarie des Kernkraftwerks Fukushima spielte sicherlich Leichtsinn der Kraftwerksverantwortlichen eine Rolle, aber ebenso sicher haben die Geologen die Gefährdung des Standorts drastisch unterschätzt.

Heftige Diskussionen

Deshalb hat das Tohoku-Beben eine heftige Diskussion in der Geowissenschaft ausgelöst. "Sofort nach dem Seebeben vom 11. März sind viele japanische Wissenschaftler vor die Fernsehkameras getreten um zu erklären, dass weder Beben, noch Tsunami vorhersehbar gewesen seien. Dass dieser große Tsunami das Kernkraftwerk zerstörte, sei nicht menschliche Nachlässigkeit gewesen, sondern vielmehr so etwas wie das Eingreifen einer höheren Macht", erklärt Robert Geller, Seismologe an der University of Tokyo. Dem widerspreche er vehement, denn aufgrund der Geologiekenntnisse könne man sagen, dass dort, wo es in der Vergangenheit starke Beben gegeben hat, irgendwann in der Zukunft wieder welche auftreten werden. "Und wir wissen, dass es in der am 11. März betroffenen Tohoku-Region in den vergangenen 3000 Jahren dreimal ähnliche Ereignisse gegeben hat."

Seismische Gefährdung in Korea und Japan (Bild: GSHAP)Eingang in die Gefährdungskarten, mit denen in Japan jeder Zivilschützer von der Zentralregierung bis zum Kraftwerksleiter operiert, hatte diese Erkenntnis trotzdem nicht gefunden. Auf den offiziellen Karten der Tokioter Regierung ist nahezu ganz Honshu in grelles Signalrot für größte seismische Gefährdung getaucht. Besonders große Aufmerksamkeit widmet man der Zone Tokai, To-Nankai und Nankai südlich von Tokio, denn dort gelten ganz große Beben als überfällig. Die Region Tohoku dagegen war weitgehend unauffällig gefärbt. Das heißt nicht, dass dort keine Erdbeben erwartet wurden, doch ihre Magnitude wurde auf 7,5 bis 8 geschätzt. Ein Irrtum, denn am 11. März 2011 wurden Energien entfesselt, die um das 30- bis 180-fache höher lagen als vorhergesehen. "Wenn Ihre Gefährdungskarten Ihnen zeigen, dass bestimmte Orte gefährlich sind und sich die Beben aber anderswo ereignen, stimmt irgendetwas nicht an der Hypothese, die den Karten zugrunde liegt", lautet daher Robert Gellers Fazit.

"Wenn es an einer Subduktionszone im Lauf von 100 Jahren keine Megabeben gegeben hat, heißt das nicht, dass sie dort nicht möglich sind, sondern nur, dass wir nicht lange genug gewartet haben", meint Robert McCaffrey, Seismologe an der Universität von Oregon in Portland. Nur 100 Jahre reichen die Instrumentenaufzeichnungen zurück, die Zeitspanne, in der es modernen Seismometer-Netzwerke und mit der Plattentektonik ein Theoriegerüst gibt, um sie sinnvoll zu strukturieren, ist sogar noch kürzer: gerade einmal 40 Jahre. Erst seitdem kann die Wissenschaft ernsthaft darangehen, die Vorgänge im Erdinneren zu beobachten und zu verstehen. In diesen 40 Jahren war die Erde vergleichsweise ruhig, das Sumatrabeben von 2004 war der erste große Testfall.

Nur schwer abzuschätzen

Noch schwieriger ist die Gefährdungsabschätzung für die sogenannten Intraplatten-Beben, die sich im Inneren von Kontinentalplatten ereignen. Sie sind sozusagen Fernwirkungen der Kollisionen an den Plattenrändern, weil sich deren Spannungen auf den gesamten starren Plattenkörper übertragen und dabei uralte Schwächezonen reaktivieren. Diese Zonen sind "ererbt", stammen etwa von früheren Plattenkollisionen oder gescheiterten Versuchen, Kontinente zu zerbrechen. In einem solchen Umfeld Gefährdungskarten zu erstellen, ist extrem schwierig. "Davon, was an solchen uralten Störungszonen passiert, die nie so recht verheilt sind, verstehen wir nicht sehr viel", erklärt Seth Stein von der Northwestern University. Eine 2000 Jahre lange Datenreihe aus Nordchina ergab, dass sich dort nie zwei Beben der Stärke 7 an ein- und derselben Störung ereignet haben. Vielmehr scheinen diese Beben regelrecht zu "springen".

Die seit 2008 gültige seismische Gefährdungskarte für die USA (Bild: USGS)Stein selbst sieht ähnliches auch im Mittleren Westen der USA am Werk. Dort zeigen Gefährdungskarten der US-Regierung rings um die Stadt New Madrid in Missouri eine tiefrot gefärbte Risikozone. New Madrid ist mit einer Serie mittlerer bis schwerer Beben verknüpft, die sich in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts ereigneten. Damals war das Gebiet dünn besiedelt, es kam nur zu geringen Sach- und kaum Personenschäden. Heutzutage wohnen Millionen Menschen in dem betroffenen Gebiet und es haben sich gigantische Sachwerte angehäuft. Die Konsequenzen einer erneuten Bebenserie wären daher gewaltig, doch besteht dieses Risiko überhaupt? "Seit etwa 1990 sind sehr präzise GPS-Messungen möglich", erklärt Stein, "als wir diese Untersuchungen für das Zentrum der USA durchführten, also auch für New Madrid, maßen wir überhaupt keine Deformation. Es bauen sich also keine Spannungen auf und folglich auch kein Beben." Damit hat der Wissenschaftler einen ziemlichen Streit ausgelöst, denn viele Menschen und auch die amerikanische Regierung halten New Madrid für gefährlicher als Kalifornien.

Um Gefährdungskarten zu berechnen, nehmen die Modellierer an, dass jedes Gebiet sein charakteristisches Erdbeben besitzt. Robert Geller: "Die Idee ist, dass sich Erdbeben wie ein Uhrwerk in mehr oder weniger gleichmäßigen Intervallen wiederholen." Dahinter steckt die Vorstellung, dass sich in einem Gebiet tektonischer Stress aufbaut, der irgendwann ein kritisches Niveau überschreitet und ein Erdbeben auslöst. "Die japanische Gefährdungskarte war sehr detailliert", warnt auch Seth Stein, "aber die Erde fühlte sich nicht dazu verpflichtet, ihr zu folgen: Im Fall von Tohoku hat sie es nicht getan." Und auch davor schon nicht. In den vergangenen Jahrzehnten hätten sich in Japan alle Erdbeben mit mehr als zehn Toten in Regionen ereignet, in denen die Wahrscheinlichkeit eines schweren Bebens als gering galt, erklärt Robert Geller von der University of Tokyo. "Die Gefährdungskarten sind falsch, weil die Methoden, mit denen sie errechnet werden, auf inkorrekten Annahmen basieren", urteilt der Seismologe.

Das größte Problem sieht Geller in der mechanistischen Vorstellung der Wissenschaftler. Das Geschehen an den Kollisionszonen sei kein Uhrwerk und wiederhole sich nicht in regelmäßigen Abständen. "Wissenschaftler von der University of California in Los Angeles konnten nachweisen, dass man damit nur Zufallstreffer erreicht." In dieselbe Kerbe haut auch Anke Friedrich, Professorin für Geologie an der Ludwig-Maximilians-Universität in München: "Diese Gefährdungskarten sind so ein bisschen sind wie eine Fliegenklatsche", meint auch Anke Friedrich"wir sind immer einen Schritt hinterher, die Fliege zu erwischen. Und da nützt es nichts, wenn wir immer wieder an der gleichen Stelle schauen." Ganz im Gegenteil sollte man vielleicht die Störungszonen in den Blick nehmen, die sehr lange ruhig geblieben sind. "Wir überlegen manchmal unter Fachkollegen", so Friedrich, "ob es nicht sinnvoll wäre, eventuell die Gefährdungskarten genau umzudrehen. Das heißt, die Bereiche, die jetzt rot sind, da könnte man sagen: Dort ist die Spannung jetzt entwichen, so dass es vielleicht an der benachbarten Störung wesentlich eher zu einem größeren Erdbeben kommen könnte."

Verweise
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