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Blick in die Tiefe

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 31.08.2007 09:16

Erdbeben gehören zum Alltag auf einem Planeten wie dem unseren. Denn die Krustenplatten, in die seine oberste Oberflächenschicht zerfällt, reiben sich nun einmal aneinander. Um das Geschehen bei diesen Kollisionen in einigen Kilometern Tiefe besser zu verstehen, bohren Wissenschaftler an einigen besonders gefährlichen Störungen direkt in die Kollisionszone.

Am 16. Juli, um 23:17 Uhr Ortszeit war es in Japan wieder soweit. Ein starkes Erdbeben erschütterte die Westküste der Hauptinsel Honshu in Höhe der Präfektur Niigata, die Wellen waren noch im 460 Kilometer entfernten Tokio zu spüren. Erdbeben sind in Japan an der Tagesordnung, das hochentwickelte Land ist darauf eingestellt. So kostete das Beben der Magnitude 6,8 Erdbeben nur zehn Menschenleben und verursachte nur begrenzte Schäden. Das wichtigste Opfer war jedoch der Kernkraftwerkskomplex von Kashiwazaki-Kariwa, das mit seinen sieben Reaktoren größte Atomkraftwerk der Welt. Hier geriet ein Transformator in Brand und verstrahltes Wasser trat aus - das Kraftwerk wurde heruntergefahren und darf bis auf weiteres nicht mehr in Betrieb genommen werden. In anderen Staaten haben schon schwächere Erdbeben wesentlich mehr Schaden angerichtet.

Ein Erdbeben zerstörte 1906 San Francisco vollkommen. Foto: USGS

Dass es aber selbst im gut vorbereiteten Japan anders gehen kann, zeigt das Kobe-Beben von 1995. Damals wurde die Region um die Hafenstadt durch ein Beben der Magnitude 7,3 zerstört. Die Stadt ist Teil von Kansai, der nach dem Großraum Tokio zweitgrößten Agglomeration Japans. Insgesamt leben hier 17 Millionen Menschen. Der Stoß von 1995 setzte sechsmal so viel Energie frei wie der vom 16. Juli diesen Jahres in Niigata. Damals starben 6400 Menschen, die Schäden werden auf 100 Milliarden Euro geschätzt. Es waren die größten Schäden, die eine Naturkatastrophe je angerichtet hatte.

Die moderne Zivilisation ist städtisch. Nach UN-Erhebungen leben in diesem Jahr genauso viele Menschen in Städten wie auf dem Lande - und die Zahl der Riesenstädte und Agglomerationen wird vor allem in den Entwicklungs- und den Schwellenländern steigen. Damit steigt auch das Risiko für die Menschheit rapide, denn immer mehr Menschen leben und wirtschaften in akut von Erdbeben bedrohten Zonen. Tokio mit 35 Millionen Einwohnern, Los Angeles mit 13 Millionen, Istanbul mit zehn Millionen und Santiago de Chile mit immerhin knapp sechs Millionen. Sie alle sind Riesenstädte, die dicht an seismischen Störungen liegen, oder sogar mitten drauf. Das Schadenpotential erreicht damit astronomische Höhe.

Kein Wunder also, dass seismischen Störungen wie der San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien oder dem Bruchsystem unter Bosporus und Marmarameer von Wissenschaftlern größte Aufmerksamkeit gewidmet wird. Doch das ist gar nicht so einfach, denn die Ursache für die heftigen Erdbewegungen liegt tief in der Erde. Und obwohl sich die Geowissenschaftler aufgrund von seismischen Untersuchungen in etwa zusammenreimen, was dort unten passiert, gibt es keine direkte Untersuchung dieser Herdzonen für Erdbeben. Die Wissenschaftler wollen daher einige seismogene Zonen zumindest ankratzen. Im Rahmen des Internationalen Ozeantiefbohrprogramms IODP wird jetzt zum ersten Mal direkt in eine seismisch aktive Bruchzone gebohrt, in die Nankai-Tiefseerinne vor der Ostküste Japans. Dort taucht die ozeanische Philippinenplatte unter die eurasiatische Kontinentalplatte. Innerhalb des parallelen Kontinentaltiefbohrprogramms läuft außerdem eine Bohrung in die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien. Hier schrammen die pazifische und die nordamerikanische Platte aneinander vorbei.

Erdbeben sind eine Folge der Plattentektonik. Die oberste Schicht der Erde, die Kruste, zerfällt in eine Vielzahl größerer und kleinerer Platten. Die schwimmen wie Fettaugen auf der Suppe auf dem oberen Erdmantel und werden von den plattentektonischen Konvektionsströmungen im Erdmantel im Laufe von Jahrmillionen über die Erdoberfläche mitgeschleppt. So hat sich Amerika seit der Kreidezeit von Europa entfernt und mittlerweile rund 6000 Kilometer zurückgelegt. Da es aber anders als bei den Fettaugen auf einem Teller Suppe zwischen den Krustenplatten keine Zwischenräume gibt, stoßen diese permanent miteinander zusammen, schrammen aneinander vorbei und eine taucht unter der andere her ins Erdinnere. César Ranero vom katalanischen Forschungsinstitut Icrea in Barcelona, der an der Bohrung in der Nankai-Tiefseerinne beteiligt ist: "Am Kontakt zwischen beiden Platten entsteht durch die Bewegung, wenn die eine Platte ins Erdinnere abtaucht, eine enorme Reibung. Die Energie, die sich dabei aufstaut, kann sich in sehr großen Erdbeben entladen."

Das japanische Bohrschiff Chikyu ist auch für das Internationale wissenschaftliche Tiefbohrprogramm im Einsatz. Foto: Jamstec

Dabei sind solche Subduktionszonen sehr komplex: In dem einen Gebiet scheinen die Steine regelrecht aneinanderzukleben. Große Spannungen bauen sich auf, die sich irgendwann schlagartig lösen - die Erde bebt. In einem anderen Abschnitt ist die Haftung geringer, die abtauchende Platte rutscht einfach ins Erdinnere hinab. Die Spannungen hier bleiben eher gering, aber wenn "nebenan" die Erde reißt, pflanzt sich der Bruch in dieser Zone fort. Renero: "Wir sehen zwar, dass die Erde in einer Subduktionszone mal auf einer längeren Strecke aufreißt, mal auf einer kürzeren, aber wir wissen nicht, warum das so ist. Mit unseren Bohrungen wollen wir erstmals untersuchen, wie sich die Eigenschaften der Gesteine auf ihrem Weg ins Erdinnere verändern und wie diese Eigenschaften mit den Beben zusammenhängen."

Sowohl in der Tiefsee vor Japan als auch in der San-Andreas-Verwerfung sollen die Bohrlöcher über lange Zeiträume offengehalten werden und als Observatorium der Störungen dienen. Der Ast, den man in der San-Andreas-Verwerfung beobachtet, ist zwar ein vergleichsweise harmloser. Dennoch erwarten sich die Forscher tiefe Einblicke in die Funktionsweise einer Störung. "The big one", das Riesenerdbeben mit potentiell dramatischen Zerstörungen, wird allerdings auf einem anderen Ast der Verwerfung erwartet.