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Erdbeben-Forschung: Hilfe von oben

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Polarlichter machen die Ionosphäre sichtbar. Dabei bringen elektrisch geladenen Teilchen Luftmoleküle zum Leuchten. Das Foto entstand von der Internationalen Raumstation aus.
Polarlichter machen die Ionosphäre sichtbar. Dabei bringen elektrisch geladenen Teilchen Luftmoleküle zum Leuchten. Das Foto entstand von der Internationalen Raumstation aus.
Foto: Nasa

Vor starken Erdbeben messen Satelliten über den Epizentren Veränderungen in der Ionosphäre der Erde. Katastrophen wie vor zwei Jahren in Haiti könnten so in Zukunft vielleicht vorher gesagt werden.

Das Vorzeichen verbarg sich in einem gewaltigen Datenberg. Mehr als tausend GPS-Bodenstationen in Japan senden ständig Funksignale zu den Satelliten des Global Positioning System, um Verformungen der Erdkruste zu registrieren. Quasi automatisch durchleuchten die Funkwellen dabei die Ionosphäre, jene Schicht der Erdatmosphäre in mehr als 80 Kilometern Höhe, die viele geladene Teilchen enthält.

Die Daten der GPS-Stationen lud sich der japanische Geophysiker Kosuke Heki von der Hokkaido Universität einige Tage nach dem verheerenden Erdbeben in Japan am 11. März 2011 herunter. Er war an Oszillationen interessiert, die starke Erdstöße in der Ionosphäre erzeugen.

Typische Signatur

„Ich stellte etwas Seltsames fest“, berichtet Heki. Nicht erst nach dem Beben, sondern bereits 40 Minuten vorher veränderte sich die Ionosphäre. Der Gesamtgehalt an Elektronen stieg über dem späteren Epizentrum merklich an. Der Wert, der die Summe aller Elektronen zwischen einem Satelliten und dem Boden umfasst, lag acht Prozent über dem erwarteten Wert.

Satelliten, die sich am nächsten an der Bruchzone befanden, registrierten die stärkste Abweichung, schreibt der Forscher in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters. Heki analysierte daraufhin weitere starke Erdbeben, darunter das in Chile 2010 und das in Sumatra 2004. „Dort habe ich fast die gleiche Signatur gefunden“, sagt Heki. Bei Beben unter der Magnitude 8 entdeckte er keine Anomalie.

Der Forscher wagt es, daraus einen weitreichenden Schluss zu ziehen: Zumindest große Erdbeben könnten vielleicht doch vorhersagbar sein – auch wenn sein Verfahren so zeitaufwendig ist, dass es derzeit noch nicht zur Vorwarnung taugt.

9000 Erdbeben analysiert

Mit dieser These verstößt Heki gegen die Lehrmeinung: Vor gut zwanzig Jahren haben die meisten Seismologen den Versuch aufgegeben, Erdbeben vorherzusagen. Sie glauben, dass sich die Kruste so chaotisch verhält, dass Erdbeben nicht vorhergesagt werden können. Schlimme Katastrophen sollten am besten durch gute Vorsorge verhindert werden.

Doch einige Außenseiter sind überzeugt, dass Erdbeben eben doch nicht aus heiterem Himmel losbrechen. Im Gegensatz zu den Seismologen, die sich traditionell auf seismische Signale wie Vorbeben oder schwache Mikrobeben konzentrierten, suchen sie nach elektromagnetischen Vorzeichen.

Verräterische Spuren

Seit etwa 15 Jahren fahnden die Forscher vor allem in der Ionosphäre nach verräterischen Spuren. Dabei stehen sie vor dem Problem, dass sich die viele hundert Kilometer dicke Atmosphärenschicht ständig verändert. Der Wechsel von Tag und Nacht, die Jahreszeiten, Blitze, menschliche Aktivitäten und geomagnetische Stürme beeinflussen den Aufbau der geladenen Schicht.

Um einen möglichen Zusammenhang zwischen natürlichen Phänomenen wie Erdbeben oder Vulkanausbrüchen und Störungen der Ionosphäre zu untersuchen, schickte das französische Weltraumforschungszentrum CNES 2004 den Mikrosatelliten Demeter ins All. Tatsächlich registrierte der Satellit, der bis Ende 2010 in Betrieb war, vor mehreren starken Erdbeben Anomalien. Eine Analyse von gut 9000 Erdbeben ergab zudem, dass die Intensität bestimmter Funkwellen vier bis sechs Stunden vor Erdbeben mit einer Magnitude von fünf oder mehr in der Nähe des Epizentrums absinkt – was auf Veränderungen in der leitfähigen Ionosphäre hindeutet.

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