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Erdbebenzone verkabelt

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 28.08.2009 12:30

Japan gehört zu den Länder der Erde, die am stärksten von Erdbeben bedroht sind. Eine besonders unangenehme Zone liegt südöstlich vor der Hauptinsel Honschu und heißt Nankai-Trog. Hier erwarten Geophysiker eines der Riesenbeben, die Japan bis ins Mark treffen könnten. Deshalb soll ein rekordverdächtiges Bohrprojekt im Rahmen des Internationalen Tiefseebohrprogramms IODP nicht nur Grundlagenwissen über das Geschehen in Subduktionszonen liefern, sondern auch den Grundstein für ein permanentes Tiefseeobservatorium legen, mit dem die Anzeichen für Starkbeben frühzeitig bemerkt werden können.

Chikyu von obenRegungslos liegt das japanische Bohrschiff Chikyu im Pazifik rund 80 Kilometer südöstlich der japanischen Hauptinsel Honschu. Seine Position liegt über dem Nankai-Trog, einer rund 900 Kilometer langen Störungszone vor der Südostküste der Insel. Das Schiff von der Größe eines mittleren Supertankers hält sie auf weniger als einen Meter genau, denn gerade ist wieder absolute Genauigkeit gefragt. Hochpräzise Positionsgeber, die starken Maschinen des Schiffes und die besonders für solche Manöver ausgebildete Brückenbesatzung machen die Navigationsmeisterleistung möglich. Die Crew des internationalen Bohrprojekts Nantroseize muss mit dem Gestänge an Bord ein 30 Zentimeter großes Loch im Meeresboden treffen, der an dieser Stelle des Ozeans in 2500 Meter Tiefe liegt. „Auf dem Bohrloch ist ein Trichter von zwei Meter Durchmesser, in den wir einfädeln müssen, nur mit Hilfe eines Positionsgebers und der Videokameras eines Tauchroboters“, beschreibt Achim Kopf, Professor für marine Geotechnik am Bremer Zentrum für marine Umweltwissenschaften Marum, von Bord der „Chikyu“ die Herausforderung.

Nantroseize








Um das Vorhaben noch zu erschweren, gibt es in der Gegend die Kuroshio genannte Oberflächenströmung, die mit bis zu 7,5 Stundenkilometern an Schiffen zerrt. „Durch diese starke Strömung vibriert das Bohrgestänge die ganze Zeit wahnsinnig“, erklärt Kopf. Deshalb muss das Bohrschiff des öfteren seinen Arbeitsplatz verlassen und das Bohrgestänge außerhalb der störenden Strömung bis fast auf den Meeresboden absenken. Dann fährt die „Chikyu“ mit ausgefahrenem Gestänge langsam zurück an die Position über dem Bohrloch und beginnt mit dem Einfädeln. Aber beim letzten Abteufen, als die Sensoren im Bohrloch angebracht werden sollen, läuft es ohne Störung durch den Kuroshio. Vom 70 Meter hohen Bohrturm wird das Gestänge mit dem sensorbestückten Kopf Meter für Meter ins Wasser gelassen.

BohrkopfUnten angekommen trifft der Instrumentenkopf auch tatsächlich das Bohrloch und kann seine Instrumentenfracht an deren Bestimmungsort 500 Meter unterhalb des Meeresbodens absetzen. Dort werden jetzt die Druck- und Temperatursensoren permanent Daten sammeln und speichern. Bei einer zukünftigen Expedition in einem oder zwei Jahren sollen die Instrumente samt ihren Daten an die Oberfläche geholt und ausgewertet werden. Ihre Nachfolger werden dann schon per Kabel mit einer Zentrale auf dem japanischen Festland verbunden sein und ihre Daten in Echtzeit dorthin übermitteln.

Bohrrohr beim TransportDamit ist der Grundstein für das erste permanente Observatorium einer untermeerischen Erdbebenzone gelegt. „Die japanische Regierung scheut keine Kosten und Mühen, um hier ein verkabeltes Beobachtungsnetzwerk zu errichten“, berichtet Kopf. Der Grund ist einleuchtend. Die Ostküste Honschus gehört zu den tektonischen Brennpunkten der Erde. Hier stoßen die philippinische und die pazifische Ozeanplatte mit der eurasischen Kontinentalplatte zusammen und tauchen unter dieser hinab ins Erdinnere. Das ist eine Konstellation mit Potenzial für zahlreiche und äußerst schwere Erdbeben. „Wenn man sich die geologische und auch historische Überlieferung dieser Gegend ansieht“, erklärt Michael Strasser, Postdoc am Marum, „lernt man, dass diese Subduktionszone so alle 100 bis 150 Jahre mal in einem großen Beben ihre aufgeladenen Kräfte wieder entlassen.“

Arbeiten am Bohrturm 2Und ein solches schweres Beben, die japanische Version des kalifornischen „Big One“, ist eigentlich überfällig. Geophysiker tippen darauf, dass es die Region Tokai um die Millionenstadt Nagoya treffen wird. Die Auswirkungen werden aber weit über die Region in Mittel-Honschu hinausreichen. Und das liegt an den Gegebenheiten im Nankai-Trog. Denn hier verhaken sich nicht nur die Krustenplatten in rund fünf oder sechs Kilometer Tiefe. Über der eigentlichen Subduktionszone haben sich obendrein noch kilometerdicke Sedimentschichten aufgetürmt, die ursprünglich die Oberfläche der ozeanischen Platten bedeckten. „Man kann sich das vorstellen wie einen Schneepflug“, erklärt Michael Strasser, „die Sedimente wurden auf der ozeanische Platte abgeschabt, als diese unter die Kontinentalplatte tauchte, und in einen sogenannten Akkretionskeil eingearbeitet.“ In diesen keilförmigen Sedimentpaketen haben sich ebenfalls Störungen gebildet, die parallel zur Bruchlinie in der darunter liegenden Platte liegen und bis hinauf zum Meeresboden reichen. „Das heißt auch, dass während Erdbeben entlang dieser Störungen der Seeboden gegeneinander versetzt werden kann“, so Strasser, „und das ist eigentlich der Hauptmechanismus, wie Tsunamis entstehen.“

Tokio bei NachtDa Nagoya aber nur 250 Kilometer Luftlinie vom Ballungsraum Tokio entfernt liegt, ist dieses Gebiet mit mehr als 35 Millionen Einwohnern akut bedroht. Dort leben 27 Prozent der Japaner und erwirtschaften 40 Prozent des Bruttosozialprodukts - die Folgen eines Erdbebens oder Tsunamis an dieser Stelle wären für die japanische Volkswirtschaft und die globale Wirtschaft verheerend. Das Projekt Nantroseize hat demnach neben wissenschaftlichen Zielen auch immense angewandte Aspekte. Marum-Wissenschaftler Achim Kopf: „Die Langzeit-Perspektive ist neben dem ganzen wissenschaftlichen Erkenntnissen, wie Erdbeben entstehen und wo sie tatsächlich ausgelöst werden, natürlich auch ganz klar eine gesellschaftliche, um vor Erdbeben zu warnen und die Konsequenzen negativer Art zu mindern.“

Bohrlochsicherung auf dem Weg in die TiefeDie Bohrungen auf dieser Exkursion sind nur die ersten einer ganzen Reihe, um das gesamte Gebiet mit Instrumenten zu bestücken und zu verkabeln. Am Ende sollen Informationen aus allen Teilen der Störungszone eine frühzeitige Warnung in Japan ermöglichen, um Notfallmaßnahmen gegen Beben und vor allem gegen Tsunamis einzuleiten. Die Sensoren, die die Chikyu bei diesem Mal platzierte, liegen nur rund 500 Meter unterhalb des Meeresbodens und sind damit noch im Bereich des Sedimentkeils auf den Krustenplatten. Die späteren Bohrlöcher sollen dagegen bis ins Zentrum der Störung selbst reichen, bis in 6000 Meter unterhalb des Meeresbodens. Dort könnten dann ganz unmittelbar Daten aus dem Brennpunkt des Geschehens erhoben werden, und genauer erklären, was passiert, wenn Krustenplatten miteinander kollidieren.

Arbeiten Bohrturm der ChikyuAuch unter technischen Aspekten wird es ein sensationelles Projekt sein, denn die Instrumente, die dort unten permanent und über viele Jahre arbeiten sollen, müssen immense Drücke und hohe Temperaturen aushalten. „Dort herrschen ausgesprochen feindliche Bedingungen“, erklärt Nantroseize-Projektleiter Masa Kinoshita vom japanischen Meeresforschungszentrum Jamstec, „die Temperaturen liegen bei rund 170 Grad und die chemischen Bedingungen sind außerordentlich korrosiv.“ Bislang gibt es kein Instrument, das eine solche Tortur aushält, deshalb gibt es für dieses nächste Stadium von Nantroseize auch noch keinen konkreten Termin. Dennoch lassen die Japaner keinen Zweifel daran, dass sie die für ihr Land so gefährliche Zone umfassend verkabeln und überwachen wollen. „Wir werden solche Instrumente entwickeln, ganz einfach, weil wir müssen“, so Kinoshita.

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