Schnellere Analyse von starken Erdbeben

Nach starken Erdbeben laufen Stoßwellen durch die Erde und können selbst in großer Entfernung mit empfindlichen Seismometern gemessen werden. Die Wellen, aus denen sich die Stärke eines Bebens bestimmen lässt, legen dabei bis zu zehn Kilometer pro Sekunde zurück. Winzige Schwankungen des Schwere- oder Gravitationsfelds der Erde breiten sich nach einem starken Beben aber noch viel schneller aus – mit Lichtgeschwindigkeit. Geowissenschaftler berichten nun in der Fachzeitschrift „Science“, dass sich über den Nachweis dieser Schwankungen die Stärke eines Bebens früher und genauer ermitteln lässt als über die herkömmliche Analyse der Stoßwellen.

Für ihre Studie untersuchten Martin Vallée vom Institut für Geophysik Paris und seine Kollegen die Aufzeichnungen von Seismometern in China, Südkorea und der Mongolei nach dem zerstörerischen Tōhoku-Erdbeben am 11. März 2011 vor der Küste Japans. Dem Beben mit einer Magnitude von 9,1 folgte ein Tsunami, der auch den Reaktorunfall in Fukushima verursachte. Herkömmliche Messmethoden lieferten noch Stunden nach dem Beben zu geringe Magnituden zwischen 7,9 und 8,8 – die Bebenstärke wurde daher erst deutlich unterschätzt.

Ausbreitung des Tōhoku-Erdbebens

Zunächst simulierten Vallée und sein Team, wie sich die plötzlichen Verschiebungen großer Erdmassen nach einem Beben auf das Gravitationsfeld der Erde auswirken können. Es ergaben sich geringe Schwankungen im Schwerefeld, die sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Erdkörper ausbreiten und sich besonders in größerer Entfernung nachweisen lassen könnten.

Diese Simulationen verglichen die Forscher mit den Daten der bis zu 2000 Kilometer vom Epizentrum entfernten Messstationen. In den Daten fanden sie tatsächlich einen deutlichen Ausschlag der Messwerte, der mit Schwankungen des Schwerefelds erklärt werden konnte. „Die Störungen des Schwerefelds können mit Seismometern gerade in Entfernungen zwischen 1000 und 2000 Kilometern vom Epizentrum beobachtet werden“, so die Wissenschaftler. Die Schwankungen hätten bereits wenige Minuten vor dem Eintreffen der langsameren Stoßwellen nachgewiesen werden können. Zudem ließ sich aus den Messdaten die Stärke des Bebens mit einer Magnitude über 9,0 verblüffend genau bestimmen.

Da sich über die Schwankungen des Schwerefelds die Magnitude von starken Beben schneller bestimmen lässt, könnten mit dieser Methode in Zukunft bessere Warnungen vor Folgeereignissen wie Tsunamis früher erfolgen. Ein Zeitvorteil von wenigen Minuten klingt zwar gering, reicht aber für das Schließen von Gaspipelines, das Runterfahren von Kraftwerken oder auch die Sperrung von Straßen aus. Schnellere und exaktere Warnungen haben daher das Potenzial, viele Menschenleben zu retten.