Verborgene Muster

Haargenau registrieren Seismografen jedes noch so schwache Zittern der Erdkruste. In ihren Messkurven spiegelt sich das ständige, wenn auch schwache Vibrieren des Bodens. Physiker bezeichnen dieses Dauergezappel als Hintergrundrauschen.In diesem scheinbar monotonen seismischen Auf und Ab haben Joachim Peinke von der Universität Oldenburg und Mohammad Reza Rahimi Tabar von der Sharif University of Technology in Teheran ein verborgenes Muster entdeckt. Einige Stunden vor einem Erdbeben, so berichten sie gemeinsam mit anderen Forschern in der Fachzeitschrift Physical Review Letters, beginnt sich das Rauschen in der Nähe eines Bebenherds zu verändern. "Das System organisiert sich um", sagt Peinke.Die Forscher errechneten aus den aufgezeichneten Geschwindigkeiten der Erdbewegungen, wie wahrscheinlich eine große Auslenkung des Bodens - mit anderen Worten ein Erdbeben - wird. "Die Wahrscheinlichkeit steigt etwa fünf bis zehn Stunden vor einem Beben deutlich an", sagt Peinke. Die nötigen Berechnungen könnten auf jedem PC gemacht werden, das dauere nicht länger als eine Minute. Anhand von drei Beispielen aus Kalifornien und Spanien stellten Peinke und sein Team die Methode kürzlich in der Zeitschrift Physical Review Letters vor.Der verräterische Wahrscheinlichkeitszuwachs zeigt sich ihren Beobachtungen zufolge nur dann, wenn das Seismometer weniger als dreihundert Kilometer vom zukünftigen Epizentrum entfernt ist. Die Forscher fanden auch Anzeichen dafür, dass sich aus den Daten die Stärke des zu erwartenden Bebens herauslesen lässt. Bei schwachen Beben unterhalb von Magnitude 5 funktioniert das Verfahren nicht, berichten die Forscher: Selbst nahe gelegene Seismografen registrierten dann keine Veränderung.Zur Vorhersage von Erdbeben eignet sich das Verfahren noch längst nicht. Zuerst müsse geprüft werden, wie häufig es Fehlalarme gebe, sagt Peinke: "Wir sind aber guten Mutes, dass es sich lohnt, den Weg weiter zu verfolgen." Seine Zuversicht hat auch damit zu tun, dass er und Tabar vor drei Jahren bereits zwei weitere wichtige statistische Größen entdeckt haben. Diese sogenannten Kohärenzlängen verändern sich ebenfalls einige Stunden vor einem Erdbeben. "Wir sehen dabei, wie aus den kleinen Schwingungen des Bodens nach und nach größere Erschütterungen werden", sagt der Oldenburger Forscher. "Während normalerweise viele kleine Bereiche des Erdbodens unabhängig voneinander vibrieren, beginnen vor einem Erdbeben größere Einheiten im Gleichklang zu schwingen, bis es schließlich einen großen Ruck gibt."Im Iran sind Peinke zufolge einige Seismografen an Computer angeschlossen, die automatisch aus den aufgezeichneten Bodenschwingungen Kohärenzlängen berechnen und daraus die Erdbebengefahr ermitteln. Die Zahl der Fehlalarme sei gering gewesen, berichtet Peinke: "Eine echte Bewährungsprobe steht jedoch aus, denn in den letzten Jahren hat sich im Iran kein starkes Beben ereignet."Peinke, dessen Spezialgebiet die Turbulenzforschung ist und der sich sonst vor allem mit Windböen beschäftigt, wagt sich als Außenseiter an ein Problem, das für Seismologen derzeit fast ein Tabuthema ist. Jahrzehntelang haben Erdbebenforscher nach verlässlichen Vorzeichen für eine bevorstehende Katastrophe gesucht - ohne Erfolg."Die Konsequenz aus den vielen früheren Fehlschlägen ist, dass wir davon abgerückt sind, nach Anomalien vor einem Beben zu suchen", sagt Jochen Zschau, Leiter des Aufgabenbereichs Desasterforschung am Geoforschungszentrum Potsdam. Erst wenn genau bekannt sei, wie sich die Erdkruste während eines Erdbebens verändere, könne man womöglich Indizien für ein bevorstehendes Beben erkennen.Die Methode von Peinke und Tabar bietet keine physikalische Erklärung, sondern beruht wie die meisten bisherigen Vorhersageversuche auf der Beobachtung eines sogenannten Vorläuferphänomens. "Davon gibt es beliebig viele und mal treten sie auf, mal nicht", sagt Zschau. Bislang sei noch kein Phänomen gefunden worden, das Erdbeben in der Regel vorausgehe, und das während der langen, ruhigen Zeiten zwischen zwei Beben nicht auftrete. Die drei Beispiele, die Peinke und seine Kollegen vorstellen, seien nicht ausreichend, um daraus allgemeine Schlüsse zu ziehen. Zschau plädiert für weitere Tests: "Es handelt sich um eine neue Idee, deren Nutzen man erproben sollte."Die Industrie indes zeigt großes Interesse. Ein britisches Unternehmen sei dabei, auf Basis ihrer Methode ein Erdbebenwarnsystem für die Öl- und Gasindustrie zu entwickeln, berichtet Peinke. Die neuen statistischen Verfahren, die die Physiker aus Oldenburg und Teheran anwenden, lassen sich auch auf andere komplexe Systeme mit katastrophalen Entgleisungen anwenden. Die Forscher hoffen, dass Hirnströmen oder Börsenkursen ebenfalls verborgene Muster innewohnen, die einen bevorstehenden epileptischen Anfall oder eine Finanzkrise ankündigen.Physical Rev. Letters, Bd. 102, S. 14101------------------------------Foto: Ein Seismograf registriert feinste Erderschütterungen.Foto: Diese 95 Meter lange Straßenbrücke im nordjapanischen Ichinoseki wurde von einem Erdbeben im vergangenen Juni zerstört. Rechtzeitig gewarnt, könnten Autofahrer solche Brücken meiden.