Aktive Bruchzone unter Basel

News: Aktive Bruchzone unter Basel

1356 glaubten die Bewohner Basels, das Ende der Welt wäre gekommen: Das stärkste Erdbeben im mitteleuropäischen Raum legte ihre Häuser in Trümmer, und noch Tage danach wüteten Feuer in der ganzen Stadt. Doch erst jetzt konnten Forscher die genaue Lage der verantwortlichen Störung im Untergrund ausfindig machen. Sie prognostizieren außerdem einen Zeitrahmen, in dem das nächste Beben im Raum Basel auftreten könnte.

Am Abend um die Essenszeit, um etwa 19 Uhr am 18. Oktober 1356, bebte historischen Berichten zufolge in Basel die Erde zum ersten Mal. Es war nur der Vorläufer eines zweiten, stärkeren Bebens um die Bettzeit, das die Stadt wahrscheinlich gegen 22 Uhr erschütterte. Im am schwersten betroffenen Gebiet wurden 30 bis 40 mittelalterliche Burgen zerstört. In einem Radius von 200 Kilometern um Basel stürzten viele weitere Kirchen und Türme ein, als das Erdbeben eine Mercalli-Stärke von IX bis X erreichte – vergleichbar mit der Katastrophe von Izmit in der westlichen Türkei vor zwei Jahren.

Doch der Herd der Katastrophe blieb lange unbekannt. Erst jetzt entdeckten Mustapha Meghraoui von der Université Louis Pasteur in Strasbourg und Kollegen eine aktive Bruchzone, die auf Bodenebene durch einen Höhenzug oder Steilhang, eine so genannte Bruchstufe, gekennzeichnet ist. Sie verursachte in den vergangenen 8500 Jahre drei aufeinanderfolgende Brüche und verschob die Erdoberfläche um 1,8 Meter nach oben.

Die Tatsache, dass die Region sowohl Chemiekonzerne als auch Kernindustrie beheimatet, bedeutet, dass jegliche Art seismischer Aktivität die öffentliche Sicherheit gefährden könnte. Mitautor Domenico Giardini von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich fügt hinzu, dass nach Schätzungen von Versicherungen und öffentlichen Ämtern ein Erdbeben in der Größenordnung der Katastrophe von 1356 Schäden von schätzungsweise 60 bis 100 Milliarden Mark verursachen würde.

Die Forscher beschreiben konsistente Zyklen seismischer Aktivität, die auf ein Vorkommen eines Erdbebens vom Typ des 1356 im Raum Basel aufgetretenen in etwa 1500 bis 2500 Jahren hinweisen. Sie betonen zwar, sie könnten das nächste größere Erdbeben nicht mit Gewissheit vorhersagen, doch gebe das von ihnen identifizierte seismische Muster der Region genügend Zeit zum Schutz der Infrastruktur und Feinabstimmung der Notfallverfahren. Trotzdem meint Mitautor Domenico Giardini von der ETH Zürich: "Die Zeit, Vorsichtsmaßnahmen zu ergreifen, ist jetzt."

Die Bruchstufe beginnt nahe des Schweizer Juras südlich von Basel und ist mindestens acht Kilometer lang. Nordöstlich zieht sie sich durch einen Senkungsgraben südlich des Rheins (den Rheingraben) und quer durch das flache Gelände des Birs-Tals, bis zur südlichen Stadtgrenze. Die Wissenschaftler meinen, es sei durchaus möglich, dass sich die Verwerfungslinie noch weiter nördlich durch die Stadt hindurch und weiter südlich bis in den Jura ziehe. Die Bruchzone Basel-Reinach gehört zu einer grösseren "seismogenen Schicht" – einer Region, in der Erdbeben entstehen können.

Es stellte sich jedoch als schwierig heraus, den genauen Herd des Basler Erdbebens von 1356 zu ermitteln: Die Bruchzone ist teilweise von dichten Alpenwäldern verdeckt, und seismische Aktivität ist in der Region so selten, dass es für Forscher schwierig ist, den genauen Verlauf der Verwerfung zu bestimmen.

Um die Bruchzone Basel-Reinach vollständiger zu charakterisieren, untersuchten Wissenschaftler zuerst die auf der Bodenebene verursachten Deformationen – einschließlich alter Mäander der nahen Birs und stufenartiger Felsnasen.

Wasserablaufmuster entlang der Bruchstufe lieferten frühe Hinweise auf den Verwerfungstyp im Rheingraben: Zuflüsse der Birs stellen sich als kurze, tiefe Einschnitte an der Ostseite der Bruchstufe dar, während lange, mäandernde Gewässer auf der weniger steilen Westseite ablaufen. Diese Abflussmuster weisen auf einen "aktiven, normalen Bruch" hin, an dem die zwei aufeinandertreffenden tektonischen Domänen – der Rheingraben und das verwandte känozoische Bruchsystem – eine kliffartige Struktur bilden, wobei ein westlicher Höhenzug 100 Meter auf ein Schelf beziehungsweise einen "liegenden Block" im Osten abfällt.

Mit bodendurchdringendem Radar, Reflexionsseismik und Messungen des elektrischen Wiederstandes bestimmten die Forscher zwei Hauptstellen für Gräben, die sie anfangs September 1999 erstellten. Am ersten Ort, unmittelbar nördlich des Juras, gruben sie drei Sondierungsgräben. Aufgrund der durch die Bewaldung vorgegebenen Grenzen waren diese jeweils auf Längen von maximal 10 Metern beschränkt. Am zweiten Ort, etwas nördlicher im Rheingraben gelegen, wurden vier parallele Gräben erstellt, die sich über 75 Meter der Bruchstufe hinzogen.

Von der Basis der Bruchstufensteilseite aus untersuchten die Wissenschaftler drei dicke keilförmige Gesteinsproben aus gemischten Kiesarten und schlammigem Ton. Jede dieser Gesteinsproben wurde abgelagert, als nach einem geologischen Ereignis der mittleren bis hohen Größenordnung Trümmer über die Bruchzone gespült wurden. Die biochemische Analyse auf der Basis des sehr langsam zerfallenden radioaktiven Kohlenstoff-14 in organischen Stoffen, die in die jeweiligen Gesteinsproben einflossen, lieferten Daten für den Zeitrahmen dreier seismischer Ereignisse aus dem späten Quartär: das Erdbeben von Basel und zwei frühere Episoden.

Auf der Basis des Kohlenstoff-14-Alters der Gesteinsprobenkeile bestimmten die Forscher, dass das jüngste dieser Erdbeben zwischen 1475 und 610 nach Christus stattgefunden hatte, was dem Zeitrahmen für das Basler Beben von 1356 entspricht. Zwei andere Ereignisse traten auf zwischen 890 nach Christus und 850 vor Christus sowie vor dem Altersbereich der ältesten Gesteinsprobe, deren Alter auf zwischen 850 und 6480 vor Christus zurückgeführt wurde.

"Diese aufeinanderfolgenden Brüche der normalen Verwerfung weisen auf das Potenzial starker Bodenverschiebungen in der Region Basel hin", schließen die Autoren, "und sollten bei der Verfeinerung der seismischen Risikoabschätzungen entlang des Rheingrabens in Betracht gezogen werden."