2023 – Ein Erdbeben erschüttert den Südosten der Türkei und den Norden Syriens. Über 62.000 Menschen sterben, über 125.000 Menschen werden verletzt. Diesen und weiteren Menschen wird am 29. April gedacht, dem internationalen Gedenktag an die Opfer von Erdbeben. Den nehmen wir in dieser Folge Forschungsquartett zum Anlass, um darüber zu sprechen, wie Erdbeben entstehen, wie Frühwarnsysteme funktionieren und wie Telefonkabel dabei helfen können, Erdbeben schneller zu erkennen. Mein Name ist Wieland Mikulajczyk. Wie gut, dass ihr zuhört! Das Forschungsquartett – Wissenschaft bei detektor.fm in Kooperation mit dem GFZ Helmholtz Zentrum für Geoforschung.
Wenn die Erde bebt, dann werden unglaubliche Kräfte freigesetzt. Eine Person, die sich beruflich mit Erdbeben und diesen Kräften beschäftigt, ist Dr. Annabelle Hendel. Sie hat Geophysik studiert und in Seismologie promoviert. Sie ist Wissenschaftlerin am Helmholtz Zentrum für Geoforschung und dort Managerin für das Projekt SAFA Thor. Meine Kollegin Jessica Hughes hat mit ihr das Interview geführt.
In Deutschland ist die Erdbebengefahr nicht so groß. Wir sprechen da noch mal konkret drüber später im Interview. Ja, auf Erdbeben stellt sich unser Einziel in Deutschland vielleicht eher ein, wenn man in ein anderes Land reist, in ein Land, in dem vielleicht häufiger Erdbeben vorkommen. Oder im Fall meiner Cousine, sie hat einen Erasmus gemacht in Istanbul. Sie kam tatsächlich zurück und hat vor allem davon erzählt, dass es eine ziemlich große psychische Belastung für sie war, in Istanbul zu studieren, weil dort die Erdbebengefahr so groß ist. Und das hatte ich tatsächlich nicht so sehr auf dem Schirm. Ich dachte, sie erzählt bestimmt zuerst von ganz anderen Dingen. Und tatsächlich sprudelte das aber sehr schnell aus ihr heraus. Vielleicht können wir mal über dieses konkrete Beispiel sprechen. Also, warum ist die Angst vor Erdbeben genau in Istanbul so groß? Und wie entsteht ein Erdbeben überhaupt und warum eben genau dort?
Vielleicht fangen wir erst mal damit an, wie Erdbeben entstehen. Also, 90 Prozent aller Erdbeben entstehen an Plattengrenzen. Unsere Erde ist ja in tektonische Platten aufgeteilt. Und die verschieben sich relativ zueinander, können sich verhaken. Und wenn sie sich verhaken, dann bauen sich Spannungen auf. Und wenn die Spannungen die Gesteinsfestigkeit überschreiten, dann kommt es zu einem plötzlichen Bruch und einer Verschiebung dieser Erdplatten an dieser Stelle. Das ist nicht nur eine kleine lokale Stelle. Wir reden bei großen Erdbeben von teils bis zu 1000 Kilometer langen Brüchen und Versetzen von bis zu mehreren Metern. Und dann breiten sich von diesen Stellen, wo die Platten aneinander vorbeigeglitten sind, Erdbebenwellen in alle Richtungen aus. Das ist wie so ein Stein, den man ins Wasser fallen lässt und wo sich dann auch quasi Wellen in alle Richtungen ausbreiten. Das sind dann die Erdbebenwellen, die man an der Oberfläche spüren kann.
In Istanbul wird mit einem sehr starken Erdbeben in naher Zukunft gerechnet. Wie lässt sich denn sowas eigentlich vorhersagen und einschätzen? Wirklich vorhersagen lässt sich nicht. Aber Istanbul hat sehr lange Aufzeichnungen, weil Istanbul besiedelt war für lange Zeiträume. Das heißt, man weiß, dass im Mittel in der Region alle 250 Jahre ein Erdbeben auftritt. Das ist natürlich nur ein statistisches Mittel. Die Natur hält sich nicht so dran. Das letzte große Erdbeben vor Istanbul war 1766. Das heißt, diese mittleren 250 Jahre haben wir jetzt schon erreicht. Dadurch wissen wir, dass sich auch genug Spannung aufgebaut hat, um wieder ein Erdbeben der Magnitude 7 bis 7.4 ungefähr zu erzeugen. Ich glaube, es gab in der Zwischenzeit auch immer mal kleinere Erdbeben vor Ort schon. Gar nicht so lange her. Tatsächlich.
Ist es denn nicht so, dass sich da dann vielleicht auch schon mal ein Stück Spannung abbaut, wenn kleinere Erdbeben zwischendurch passieren? Oder kann man das so nicht sagen? Teils ja. Dort ganz konkret gab es zum Beispiel letztes Jahr im Frühling ein Erdbeben. Das war aber weiter westlich. Und dieses Segment, was derzeit so vor Istanbul ist, da sind die Platten noch verhakt. Und das heißt, das Erdbeben, was westlich davon aufgetreten ist, könnte sogar die Spannungen auf diesem Segment erhöht haben. Dass da quasi ein Erdbeben noch wahrscheinlicher geworden ist. Und vielleicht, weil wir das jetzt gar nicht so fragen, warum überhaupt vor Istanbul Erdbeben auftreten. Es gibt eine sehr lange Verwerfungszone, die Nordanatolische Verwerfung. Die läuft vom Osten der Türkei einmal quer durch die Halbinsel, durchs Marmara Meer bis in die Ägäis. Und die verläuft ungefähr 20 Kilometer vor Istanbul dann eben auch. Und in den letzten 100 Jahren konnte man beobachten, wie sich Erdbeben wie an so einer Perlenschnur aufgereiht vom Osten der Türkei weiter in Richtung Istanbul bewegt haben. Und das einzige Segment, was noch nicht gebrochen ist, ist halt so das direkt vor Istanbul im Marmara Meer.
Vielleicht treten wir noch mal einen kleinen Schritt zurück und gucken uns generell an. Sie sind Seismologin, das heißt, es ist die Frage, die an Sie gerichtet wird: Wie lassen sich Erdbeben generell vorhersagen? Was für Faktoren berücksichtigen Sie da in Ihrer Forschung? Leider lassen sich Erdbeben nicht vorhersagen. Das Problem ist, die finden halt in 10, 15, 20 Kilometern Tiefe statt. Und wir haben dort keine Sensoren. Wir können an der Erdoberfläche messen. Wenn wir Glück haben, haben wir ein paar Bohrlöcher, die so 100, 200, 300 Meter in die Tiefe reichen. Aber es reicht einfach nicht bis dahin, bis zu den Zonen, wo die Erdbeben auftreten. Das heißt, wir können das physikalische System dort unten gar nicht in seiner vollen Gänze begreifen und messen, um eine Vorhersage zu treffen. Das ist nicht wie bei der Wettervorhersage, wo man quasi alle Parameter gut messen kann und dann eine Vorhersage machen kann. Das funktioniert dort einfach nicht.
Was funktioniert, sind sogenannte Frühwarnsysteme. Das heißt, sobald ein Erdbeben aufgetreten ist, werden ja mehrere Wellentypen erzeugt. Die sehr schnellen P-Wellen richten in aller Regel keinen großen Schaden an. Wenn die aufgezeichnet werden, kann man eine Warnung herausgeben, damit die Leute sich in Sicherheit bringen können oder Züge gestoppt werden können, Ampeln auf rot gestellt, solche Sachen. Und dann kommen erst die langsameren und zerstörerischen S-Wellen oder Oberflächenwellen. Aber das klappt halt erst, wenn das Erdbeben da war, also nicht vorher. Wie viel Zeit bleibt einem da? Das hängt ganz stark davon ab, wie weit man entfernt ist. Im Fall von Istanbul, mit nur 20 Kilometer Entfernung, hat man vielleicht ein, zwei Sekunden. Und das reicht nur eigentlich für automatische Abschaltungen von gewissen Sachen. Um wirklich die Bevölkerung zu warnen, reicht es dann leider nicht.
Ich könnte mir auch vorstellen, dass mittlerweile Sie sprechen hier von Messungen, dass diese großen Datenmengen vielleicht auch für die Nutzung künstlicher Intelligenz natürlich sehr wertvoll sein könnten. Oder kann man mit künstlicher Intelligenz, kommt man damit vielleicht ein kleines Stückchen weiter in der Prognose? Mit künstlicher Intelligenz bin ich mir jetzt nicht hundertprozentig sicher. Was ganz gut inzwischen funktioniert, ist sogenanntes maschinelles Lernen. Also jetzt quasi nicht für eine Prognose, aber eher für, dass man die Datensätze besser analysieren kann. Dass man einfach zum Beispiel Ereignisse findet, die sonst im allgemeinen Rauschen untergegangen wären. Und dass man sozusagen mehr noch dieses Knistern hört, was so in der Erde vorhanden ist. Wenn man Glück hat, ja, vielleicht finden sich dadurch irgendwann Vorläuferphänomene. Da sind doch einige GFZ Kollegen hier dran, die versuchen zu sehen, gibt es bestimmte Signale, die vor großen Erdbeben auftreten, die man sozusagen als eine Art Warnsignal sehen könnte, dass da was Größeres kommt. Aber noch sind wir nicht so weit.
Sie haben jetzt gesagt, Erdbeben vorauszusagen ist nicht möglich. Und wenn ich einen Blick werfe auf eine Erdbeben-Richterskala, dann ist das für mich tatsächlich auch recht verwirrend. Man misst eine Erdbebenstärke ja mit einer Magnitude, die allerdings nicht linear ansteigt, richtig? Was ist denn da los? Genau, die Magnitudenskala ist logarithmisch. Das heißt, wenn man ein Erdbeben in der Magnitude 5 hat und dann ein anderes mit der Magnitude 6, dann ist das Erdbeben in der Magnitude 6 ungefähr 30 Mal oder setzt 30 Mal so viel Energie frei wie eins der Magnitude 5. Wenn man jetzt noch mal auf Magnitude 7 hochgeht, dann ist mal 30 Mal 30, also 900 Mal so viel Energie. Das ist einfach, um dieses Energiemaß überhaupt abgreifen zu können in seiner vollen Skala.
Und was ist der Unterschied zwischen der Magnitude und der Intensität eines Erdbebens? Die Magnitude ist ein Maß dafür, wie viel Energie tatsächlich abgestrahlt wurde bei einem Erdbeben. Und die Intensität ist das, was die Leute zum Beispiel auch fühlen. Das hängt ganz stark davon ab, je weiter war das Erdbeben entfernt. Das heißt, wenn ich näher dran bin, wird die Intensität höher sein, als wenn ich weiter weg bin von dem Erdbeben. Das heißt, die Magnitude bleibt die gleiche, die Energie, die abgestrahlt wird, aber je weiter weg ich bin, desto weniger ist das dann spürbar zum Beispiel für die Menschen. Hängt dann aber auch ganz stark davon ab, wie ist der Untergrund aufgebaut? Haben wir ein sehr festes Gestein, haben wir sehr weiche Lockersedimente? Und von solchen Faktoren hängt dann die Intensität selber ab.
Wo entstehen die stärksten Erdbeben? Wahrscheinlich dort, wo der Boden am festesten ist und am meisten Reibung erzeugt wird, oder? Ne, damit hat es tatsächlich nichts zu tun, sondern die Erdbeben entstehen weitgehend an Plattengrenzen, an großen Störungszonen. Was aber den Untergrund oder die Beschaffenheit des Untergrunds beeinflusst, ist, wie die Erschütterungen, also die Intensitäten am Ende sein werden. Das heißt, es hat keinen Einfluss darauf, wie die Erdbeben generiert werden, sondern es hat einen Einfluss darauf, wie die Erschütterungen am Ende sein werden und was bei uns ankommt, sozusagen.
Hat eigentlich der Klimawandel in irgendeiner Form Einfluss auf die Erdbebenwahrscheinlichkeit? Das haben auch einige GFZ-Kollegen in den letzten Jahren untersucht und haben herausgefunden, dass der Klimawandel sorgt ja dafür, dass Gletscher abschmelzen, dass der Meeresspiegel steigt. Und ein steigender Meeresspiegel erhöht sozusagen auch die Spannungen im Untergrund. Das heißt, es kann sein, dass einige Erdbeben durch die erhöhten Spannungen einfach einen Hauch früher auftreten, als sie es sonst getan hätten. Das heißt, man hat so ein bisschen diese seismologische Uhr nach vorne geschoben. Und dadurch könnte es tatsächlich sein, dass in den nächsten Jahrzehnten, Jahrhunderten mehr Erdbeben erstmal auftreten, einfach weil einige Erdbeben verfrüht auftreten.
Wo wir gerade bei so einer Art Domino-Effekt sind: Was ein Erdbeben zur eigentlichen Katastrophe macht, ist ja eigentlich vor allem, wenn ein Erdbeben einen Sekundäreffekt zur Folge hat. Und der entsteht ja eigentlich schon dadurch, wenn eben ein Erdbebengebiet dicht besiedelt ist. Also kann man auch sagen, je besiedelter ein Gebiet ist, desto katastrophaler sind die Erdbebenfolgen. In aller Regel ja, weil das Erdbeben selber tötet ja keine Menschen. Es sind die Gebäude, die Infrastruktur, die dann zusammenstürzen, die für die Verluste sorgen. Das heißt, je dichter besiedelt, je enger, dass dann zum Beispiel die Einsatzkräfte, die Katastrophenhelfer, nicht vor Ort hinkommen, weil dann eben die Gebäude die Straßen blockieren oder sowas, desto fataler ist es in der Regel. Und dann hängt es natürlich auch ganz stark davon ab, wie ist die Bausubstanz. Dann hat man Länder wie Japan, die sehr gut auf Erdbeben vorbereitet sind, die erdbebensicher bauen. Und dann hat man einfach ärmere Länder, in denen vielleicht auch die Korruption sehr hoch ist, wo keine Erdbebenstandards beim Bauen eingehalten werden. Und da stürzen dann einfach viel mehr Gebäude ein. Da ist das Risiko in dem Fall sehr viel größer. So wahrscheinlich auch in Istanbul, wo sehr viel sehr alte Bausubstanz da ist.
Ja, richtig. Wir erinnern uns auch alle an den verheerenden Tsunami im Indischen Ozean 2004. Der wurde damals auch durch eins der schlimmsten Erdbeben aller Zeiten ausgelöst. Wie hängen jetzt Erdbeben und Tsunamis genau zusammen? Wenn ein Erdbeben unter dem Meeresboden stattfindet, dann kann das teils bis zum Meeresboden durchbrechen und dann quasi den Meeresboden heben oder senken. Und diese Hebe oder Senkung, da wird dann quasi die ganze Wassersäule darüber auch mitgehoben oder abgesenkt. Und das löst dann den Tsunami aus, der sich dann eben auch über sehr weite Strecken ausbreiten kann.
Ich habe gesehen, dass am GFZ eine der neuesten Forschungserrungenschaften ein Projekt ist namens SAFATOR. Können Sie mir dazu was erklären? Die Idee bei SAFATOR ist, dass wir zwar relativ viele Messstationen an Land haben, aber fast nichts in den Ozeanen. Und ich meine, zwei Drittel unseres Planeten sind von Ozeanen bedeckt. Und die Hauptidee ist nun, dass man Telekommunikationskabel verwendet, die durch die Ozeane laufen und die als Sensoren verwenden kann. Und da gibt es zwei verschiedene Techniken. Zum einen kann man das Kabel selber als Sensor verwenden. Da sendet man dann Laserimpulse hinein und ein Teil von diesem Signal wird zurückgestreut an kleinsten Unebenheiten. Und wenn dann zum Beispiel ein Erdbeben oder Erdbebenwellen das Kabel ein bisschen verändern, dann ist diese Rückstreuung anders. Und daraus kann man dann quasi Informationen ableiten. Die zweite Technik ist, dass man sogenannte smarte Sensorpakete auf den Kabeln ausbringt, zusätzlich, die dann Temperatur, Druck und auch die Bodenbewegung messen, um dadurch quasi zusätzliche Sensoren auf dem Meeresboden zu haben. Und gerade diese Drucksensoren, die dort ausgebracht werden könnten, die wären auch in der Lage, zum Beispiel Tsunamis direkt zu messen, wenn die durch den Ozean laufen. Das klingt auch ziemlich intelligent, wegen der Doppelnutzung. Also praktisch effizient, umweltschonend, oder? Genau, das war die Idee daran, dass man sagt, da ist eine Infrastruktur da und wir können uns quasi Huckepack mäßig mit draufsetzen, zu hoffentlich relativ geringen Kosten und zum Nutzen für alle.
Was so innovative Forschungsmethoden angeht, an was arbeiten Sie denn gerade und was erhoffen Sie sich so für die Zukunft in der Erdbebenforschung? Genau, also erstmal generell, ich denke, dass eben so maschinelles Lernen, KI, wird bestimmt noch einige Fortschritte bringen. Dann aber auch solche simplen Sachen wie Smartphones. Jeder hat ein Smartphone in der Tasche und die haben kleinste Bewegungssensoren drin. Die sind nicht sehr gut, die sind wirklich viel schlechter als ein richtiges Seismometer. Aber Millionen Menschen haben Smartphones. Das heißt, man kann damit relativ gut zum Beispiel auch Frühwarnsysteme aufbauen, was auch schon getan wird in Kalifornien, zum Beispiel. Und dann natürlich so eine Nutzung wie MT Telekommunikationskabel. Das wird hoffentlich auch das ganz viel voranbringen. Dann gibt es auch noch Bohrungen, die in Störungszonen, wo man direkt in Störungszonen hineinbohrt, um besser zu verstehen, was direkt am Ort, wo die Erdbeben entstehen, passieren. Da gibt es hoffentlich auch noch viele neue Erkenntnisse in der Zukunft. Und bei mir selber, wir hatten ja vorhin über die Intensitäten gesprochen, dass die sehr unterschiedlich sein können, je nachdem, auf welchem Standort man sich befindet oder an welchem Standort man ist, wie der Untergrund zu beschaffen ist. Und ich gucke gerade inwiefern diese Untergrundbeschaffenheit sich auch mit dem Jahreszyklus ändert. Zum Beispiel, was hat ein gefrorener Boden für einen Einfluss darauf, wie die Erschütterungen vor Ort sind oder wie der Grundwasserspiegel ist, ob Schnee obendrauf liegt, solche Sachen. Also quasi, wie Umwelteinflüsse diese Erschütterungsintensität beeinflussen.
Dann kommen wir doch vielleicht auch zu guter Letzt nochmal zurück zu Deutschland. Ich habe hier noch nie ein Erdbeben erlebt, habe aber tatsächlich letztens in der Zeitung gelesen, dass es vor kurzem auch ein kleines Erdbeben in Leipzig gab, beziehungsweise ein Erdbeben spürbar war. Wie ist denn die Gefahr in Deutschland für Erdbeben im Vergleich zu Ländern wie Japan, Taiwan, Kalifornien? Ist sie viel geringer? Das muss man ganz ehrlich zugeben. Und ist auch gut so. Es gibt aber einige Regionen, wo historisch Erdbeben aufgetreten sind und wo sie auch in der Zukunft auftreten werden. Aber wir reden da nicht von Magnitude 9, sondern wir reden dann wirklich von kleineren Magnituden. Das sind am Oberrheingraben zum Beispiel so von Basel aus nach Norden. Es ist die Niederrheinische Bucht, so um Köln und Aachen herum. Dann auch noch in der Schwäbischen Alb, so im Voralpenraum. Und im Vogtland ist es wahrscheinlich mit magmatischer Aktivität im Untergrund verbunden, wo dann so bis zu Tausende kleine Schwarm-Erdbeben in gewissen Perioden in wenigen Tagen auftreten können.
Und wie ist das, wenn ich verreisen möchte? Was würden Sie da raten, also in ein Land, wo die Gefahr eben ein bisschen größer ist? Wie bereitet man sich dann auf so was vor? Das Beste ist, also wenn es zum Beispiel direkt am Ozean ist, würde ich sagen, dann sollte man immer guten Blick behalten, wo sind Tsunami-Evakuierungsrouten. Das sind häufig dann Schilder, die dann den kürzesten Routen zu höherem Gelände zeigen. Dass man auch weiß, was man bei einem Erdbeben tut. Dass man zum Beispiel versucht, wenn man drin ist, Schutz unter dem Tisch zu suchen, dass einem nichts auf den Kopf fallen kann, dass man sich gut festhält und so. Und vielleicht auch einfach immer Wasser, also so ein kleines Notfallkit dabei hat, wie es zum Beispiel in Japan alle Schulkinder auch haben, um notfalls, falls irgendwas passiert, was da zu haben.
Das sagt Dr. Annabelle Hendel. Sie ist Wissenschaftlerin und Projektmanagerin am Helmholtz Zentrum für Geoforschung. Meine Kollegin Jessica Hughes hat das Interview geführt. Vielen Dank dafür. Ebenfalls vielen Dank für die Produktion dieser Folge. Die kam diese Woche von Benjamin Serdani. Das war es mit dem Forschungsquartett für diese Woche. Jeden Donnerstag erscheint eine neue Folge. Wir freuen uns sehr, wenn ihr einer anderen Wissenschaftlerin oder einer wissenschaftsbegeisterten Person vom Forschungsquartett erzählt. Und wenn ihr nächste Woche wieder reinhört. Mein Name ist Wieland Mikulajczyk. Vielen Dank fürs Zuhören. Bleibt neugierig und bis zum nächsten Mal. Das Forschungsquartett – Wissenschaft bei detektor.fm in Kooperation mit dem GFZ Helmholtz Zentrum für Geoforschung. www.forschung.ch
Foto: Teresa Händel