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Erdbebenwarnung - schneller sein als die tödlichen Wellen

Zwar lassen sich Erdbeben noch immer nicht vorhersagen. Seismische Meßverfahren in Verbindung mit leistungsfähiger Datenverarbeitung und Kommunikationstechnik ermöglichen in bestimmten Fällen jedoch eine Vorwarnung, Minuten bevor die verheerenden Wellen eintreffen.


Sirenen heulten in Mexico City, Menschen stürzten aus den Häusern. Dann kam das Beben – eine Minute und zwölf Sekunden nach Beginn des Alarms. Jeder konnte das Vibrieren deutlich spüren. "Über vier Millionen Menschen haben wir erreicht", sagt der Geophysiker Juan Manuel Espinosa Aranda, Generaldirektor des Centro de Instrumentación y Registro Sísmico in Mexico City, "ein großer Erfolg." Gewarnt wurden gleichzeitig die für den Katastropheneinsatz zuständigen Behörden sowie Versorgungsunternehmen und die Betreiber der U-Bahn.

Es war ein schweres Beben mit der Magnitude 7,3, dessen Herd rund 280 Kilometer entfernt lag. Immer wieder wird Mexicos Hauptstadt von solchen seismischen Erschütterungen heimgesucht, die ihren Ursprung vor der pazifischen Küste haben. Diesmal waren die Bewohner der Megastadt glimpflich davongekommen; denn das Beben richtete keine größeren Schäden an. Doch oft genug verhielt es sich anders, zuletzt 1985 mit 20 000 Toten (Bild).

Obgleich kompliziert in den technischen Details, ist das Prinzip, auf das sich die Warnung stützte, leicht zu verstehen. Wenn ein Beben die Erde erschüttert, breiten sich von seinem Herd nach allen Seiten seismische Wellen unterschiedlicher Geschwindigkeit aus. Maßgeblich für die Frühwarnung sind die zuerst von Meßinstrumenten aufgenommenen P(Primär)-Wellen und die ihnen folgenden S(Sekundär)-Wellen. Die S-Wellen laufen nur gut halb so schnell wie P-Wellen, richten aber die größten Zerstörungen an der Erdoberfläche an.

So kommt es also darauf an, an der Erdoberfläche auftauchende P-Wellen, die ersten Boten des Bebens, möglichst schnell zu erfassen. Das geschieht in der Nähe des Herdes an der Küste. Sobald die Erschütterungen als potentiell gefährlich erkannt sind, wird die Nachricht vom Beben per Funk übertragen. Mit einer Geschwindigkeit von 300000 Kilometern pro Sekunde erreicht das Signal die Empfänger, während sich die zerstörerischen S-Wellen mit nur wenigen Kilometern pro Sekunde durch die Kruste bewegen. Die relativ lange Strecke bietet besonders gute Chancen, die langsamen S-Wellen auf ihrem Weg zur Metropole mit einer Alarmmeldung zu überholen.

Das mexikanische Frühwarnsystem ist das am weitesten fortgeschrittene unter einer Reihe ähnlicher seismologischer Projekte, über die kürzlich auf einer internationalen Konferenz am Geo-ForschungsZentrum in Potsdam berichtet wurde. Sie fand im Rahmen der von den Vereinten Nationen für 1990 bis 2000 ausgerufenen International Decade for National Disaster Reduction statt. Beunruhigt über immer höhere Verluste durch Naturkatastrophen, hatte die Weltorganisation alle Länder dazu aufgefordert, erhöhte Anstrengungen zu Vorbeugung und Schutz davor zu unternehmen. Extreme Naturereignisse treten heute zwar nicht häufiger auf als früher, doch immer mehr Menschen sind davon betroffen, und immer teurere Infrastruktur-Einrichtungen gehen zu Bruch.

Von Frühwarnsystemen war im Dekadenprogramm ursprünglich gar nicht die Rede. Erst 1994 wurde ihre fundamentale Bedeutung zur Risikominderung bei Naturkatastrophen herausgestellt. In Potsdam zogen Wissenschaftler aus über 70 Ländern nun die Bilanz ihrer Bemühungen, möglichst frühzeitig Alarm zu schlagen.

Unter den Experten für die gewalttätige Natur haben es Erdbebenforscher mit Warnungen besonders schwer. Verheerende Fluten bahnen sich meist über einen längeren Zeitraum an. Tropische Wirbelstürme bauen sich, von Satelliten ständig beäugt, über dem Meer allmählich auf, bevor sie ihre zerstörerischen Kräfte an Land austoben. Schwieriger ist der Umgang mit Vulkanen. Sie pflegen zwar vor gefährlichen Ausbrüchen ausgiebig zu rumoren. Doch oft lassen sich die Feuerspeier Zeit, bis es zur großen Eruption kommt, und manchmal schlafen sie auch für eine Weile wieder ein.



Die unberechenbare Gefahr



Vorherzusagen wann, wo und wie stark der Boden demnächst schwingen wird, erwies sich als härteste Nuß. Die Plötzlichkeit, mit der das unheimliche Rütteln der scheinbar so festen Erde einsetzt, hat die Menschen seit jeher besonders entsetzt. Seismologen wissen heute zwar, wo der Untergrund schon häufig gebebt hat und wo er mit großer Wahrscheinlichkeit aufs neue beben wird. Doch das kann ebenso gut morgen wie in 100 Jahren sein. Von Wert ist aber nur eine auf wenige Tage exakte und zuverlässige Vorhersage.

Mit Eifer haben sich Experten bemüht, verläßliche "Erdbebenvorläufer" aufzuspüren: Veränderungen in der Erdkruste, die auf ein bedrohliches Beben hindeuten. Von den häufigen Mikrobeben und den Mustern, in denen sie auftreten, über Spannungen in der Kruste, magnetische und elektrische Eigenschaften der Gesteine, freigesetztes Radon und chemische Veränderungen des Grundwassers bis zum Verhalten von Tieren wurde vieles untersucht. Doch ein sicheres Signal für einen unmittelbar bevorstehenden Schlag war bislang nicht darunter.

So konnte man denn auch in Potsdam nichts wesentlich Neues über Erdbebenvorhersagen hören. Nur chinesische Forscher nahmen für sich in Anspruch, in den letzten Jahren starke seismische Erschütterungen richtig vorausgesagt und dadurch große Verluste in der Bevölkerung vermieden zu haben, wie es 1975 schon einmal in der Provinz Liaoning gelungen zu sein scheint. War das alles Geschick oder nur glückliche Fügung? Weil es an überzeugenden Einzelheiten darüber mangelte, wie die Chinesen zu ihren Erfolgen gelangt sind und in welchem Verhältnis Treffer zu Fehlprognosen stehen, blieben die Kollegen reserviert.

Angesichts der frustrierenden Bemühungen um eine verläßliche Vorhersage haben Seismologen verschiedener Länder nun den Wettlauf mit den Erdbebenwellen aufgenommen. Die unterschiedliche Geschwindigkeit der P- und S-Wellen nutzt man schon seit längerem, Schäden dadurch zu mindern, daß beim Eintref-fen der ersten P-Wellen Industrieanlagen abgeschaltet, Gasleitungen geschlossen, Züge gestoppt werden. Nach dem kalifornischen Beben, das 1989 das Gebiet von San Francisco heimsuchte, wurden über dem Bebenherd südlich der Stadt seismische Geräte aufgestellt, die P-Wellen von Nachbeben registrierten und sofort Warnsignale auslösten. So konnten sich Arbeiter, die in San Francisco mit Aufräumarbeiten befaßt waren, rechtzeitig aus Ruinen in Sicherheit bringen.

Als Frühwarnsystem im umfassenderen Sinne taugt dieses Verfahren vorzugsweise, wenn eine dicht besiedelte Region immer wieder durch eine berüchtigte Erdbebenzone in einiger Entfernung gefährdet wird. Wenig geeignet ist es deshalb im Erdbebengebiet Kalifornien, wo die Pazifische und die Nordamerikanische Platte in entgegengesetzter Richtung bebenfördernd aneinander entlangschrammen; denn dort können Erschütterungen in einem großen Bereich entlang der San-Andreas-Störung und zahlreicher anderer damit verbundener Verwerfungen auftreten.

Ganz anders ist die geologische Situation in Mexiko. Vor der pazifischen Küste gleitet ein Stück Pazifik-Boden, die Cocos-Platte, unter die Nordamerikanische Platte, und dabei ruckt es immer mal wieder. Durch die Erschütterungen gerät der Boden eines einstmals riesigen Sees, auf dem der Ballungsraum Mexico City mit seinen 20 Millionen Einwohnern liegt, besonders heftig in Schwingung. Der prekäre Untergrund ist der Grund, daß die Hauptstadt noch in so großer Entfernung von den Beben immer wieder stark in Mitleidenschaft gezogen wird.

Seit 1991 analysieren zwölf Feldstationen, die im Abstand von jeweils 25 Kilometern an der Pazifikküste aufgestellt sind, aus der Tiefe eingetroffene P-Wellen auf die Stärke des Bebens und damit die Relevanz für einen Alarm. 681 einschlägige "seismische Ereignisse", berichtete Espinosa Aranda, wurden seitdem entdeckt, die meisten harmlos. Zwölfmal jedoch wurde – bei Beben mit der Magnitude 6 und mehr – allgemeiner Alarm ausgelöst und 33mal – bei Magnitude 5 bis 6 – begrenzter Alarm. Einmal gab es Fehlalarm.

Selten steht so "viel" Zeit zur Verfügung wie in Mexico City. So kommt es bei den Frühwarnsystemen auf jede Sekunde an. Innerhalb weniger Sekunden werden heute die empfangenen P-Wellen automatisch analysiert. Nach Erkenntnissen der Bonner Geologen Gunnar Greksch und Hans-Joachim Kümpel geht es noch schneller. Sie haben die Aufzeichnungen von 250 Beben studiert und festgestellt, daß die starken unter ihnen von der ersten Sekunde an stark waren.

Das ist eine gute Nachricht etwa für Taiwans Hauptstadt Taipeh, die 1986 von einem verheerenden Erdstoß heimgesucht wurde. 30 Sekunden, berichtete Yih-Min Wu von Taiwans Zentralem Wetterbüro, liegt Taipeh von der seismisch aktiven Zone entfernt. Das reicht kaum, größere Gebäude zu räumen, doch läßt sich ein automatisches Katastrophenmanagement durch Abschalten, Sperren, Stoppen einleiten. Keine Sekunde Zeit zu verlieren ist auch in Japan. An der Küste aufgestellte Seismometer, teilte Jun Saita von System and Data Research in Tokio mit, warnen gefährdete Züge der Shinkansen-Linie.



"25 Sekunden für Bukarest"



Mit maßgeblicher Unterstützung des GeoForschungsZentrums Potsdam arbeiten türkische Forscher an einem Frühwarnsystem für die bebengefährdete Zehn-Millionen-Stadt Istanbul, das wirtschaftliche Herz des Landes am Bosporus. Da Erdbeben in der westlichen Türkei weit verstreut auftreten, ist das ein schwieriges Unterfangen.

Der Karlsruher Geophysiker Friedemann Wenzel trug mit einer deutsch-rumänischen Arbeitsgruppe den Plan vor, Bukarest künftig zu warnen, bevor wieder einmal, wie schon so oft, ein schweres Beben in den Südkarpaten die rund 130 Kilometer entfernte Hauptstadt Rumäniens durchrüttelt. 1977 starben dabei 1500 Menschen. Bei dem Vorhaben geht es, wie der Titel des Vortrags lautete, um "25 Sekunden für Bukarest".


Aus: Spektrum der Wissenschaft 11 / 1998, Seite 42
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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