Erdbeben vorherzusagen, bevor sie eintreten, ist der Heilige Gral der Seismologie. Wenn wir wüssten, wo und wann eine katastrophale Erschütterung bevorsteht, könnten wir Menschen evakuieren, Gasleitungen abstellen und die Infrastruktur zum Schutz von Menschen und Häusern aufbauen. Leider wird die Erdbebenvorhersage wie der Heilige Gral größtenteils als Mythos angesehen - vom Seismologen Charles Richter, dem Mann hinter der Richterskala, als Reich der "Narren und Scharlatane" bekannt.
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Neue Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass Störungszonen, die sich auf das Rumpeln vorbereiten, tatsächlich physische Veränderungen erfahren können, die ein Beben telegraphieren.
Marco Scuderi, ein Postdoktorand an der Sapienza Universität in Rom, entdeckte, dass er diese Veränderungen durch die Aufnahme seismischer Wellen durch ein Laborerdbebenmodell nachweisen konnte. In Verbindung mit realen Analysen der Fehlerzonen lässt dieses Modell vermuten, dass die Überwachung aktiver Fehler in Echtzeit die Wissenschaftler bei der Entwicklung von Frühwarnsystemen unterstützen und möglicherweise sogar eines Tages verheerende Beben vor deren Beginn prognostizieren kann. Scuderi und seine Kollegen veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Geoscience .
Jean-Paul Ampuero, ein Seismologe am California Institute of Technology, der nicht an der Studie beteiligt war, nannte die Studie gründlich und die Ergebnisse vielversprechend. "Wir müssen die Auswirkungen untersuchen, die es auf unsere Fähigkeit hat, diese Vorläufer vor einem großen Erdbeben zu messen", sagt er.
Scuderi machte sich nie daran, Erdbeben vorherzusagen - und er ist vorsichtig, wenn er über seine Arbeit spricht, das "P-Wort" zu verwenden. Stattdessen wollte er wissen, ob regelmäßige Erdbeben durch ähnliche Prozesse verursacht werden wie die kürzlich entdeckten, sanfteren Gegenstücke, die als langsame Erdbeben bekannt sind.
„Wir wissen nicht, ob schnelle Erdbeben und langsame Erdbeben Cousins sind oder ob sie entfernte Verwandte sind oder ob sie nicht einmal verwandt sind“, erklärt Scuderis Co-Autor und ehemaliger Berater Chris Marone, Geowissenschaftler in Pennsylvania Staatliche Universität.
Also wandte sich Scuderi an eine massive Erdbebenmaschine aus Metall von der Größe eines Volkswagen Käfers, um es herauszufinden. Marone baute die erste Version dieser Erdbebenmaschine in den 1990er Jahren in Penn State, arbeitete dann mit Scuderi und dem Studienkoautor Cristiano Collettini an der Universität Sapienza in Rom zusammen, um eine zweite in Italien zu bauen.
"Es sieht sehr groß und sehr kompliziert aus", sagt Scuderi. Und das ist es - aber er sagt, die Gründe für das Innenleben sind einfach. "Mit dieser Maschine versuchen wir nur, so viel wie möglich zu reproduzieren, was auf der Erde geschieht."
Innerhalb des Metallgipfels wirken Metallblöcke wie tektonische Platten, die aneinander vorbeigleiten, und gemahlener Quarz steht für die zerkleinerten Steine an der Grenzfläche zwischen den Platten. Da Erdbeben nicht auf einer Labortischplatte, sondern tief in der Erde auftreten, können die Forscher die auf die Blöcke ausgeübte horizontale und vertikale Kraft optimieren, um den Druck in verschiedenen Tiefen unter der Erdoberfläche zu reproduzieren. Um die Steifigkeit oder Komprimierbarkeit der tektonischen Platten zu simulieren, können sie die Steifigkeit der Feder des Kolbens ändern, mit dem die Blöcke aneinander vorbeigeschoben werden.
Indem Scuderi die Steifheit der Feder und den Druck auf den Fehler einstellte, konnte er ändern, ob die Platten zusammenklebten und dann heftig auseinander rutschten wie bei einem typischen Erdbeben, oder ob sie sich mit der Zeit langsam lösten - eher wie bei einem langsamen Erdbeben. In der Lage zu sein, das gesamte Spektrum des seismischen Verhaltens im Labor zu erzeugen, indem nur einige Variablen geändert wurden, ließ ihn erkennen, dass langsame und schnelle Erdbeben durch ähnliche physikalische Prozesse in tektonischen Fehlern hervorgerufen werden können.
Darüber hinaus schoss er vor, während und nach dem "Beben" seismische Wellen in die Verwerfung und maß, wie sie sich veränderten, als sie durch die Verwerfung gingen. Die seismischen Wellen wurden immer langsamer, bevor der Fehler auftrat - ein Vorläufersignal, das sich auch in der realen Welt gezeigt hat.
Zwischen 2005 und 2006 schoss ein Forscherteam unter der Leitung eines Seismologen der Rice University aus einem tief unterirdisch gebohrten Bohrloch seismische Wellen durch die Verwerfung von San Andreas. Als sie die Wellengeschwindigkeiten während des Durchlaufs der Verwerfung maßen, stellten die Wissenschaftler fest, dass sich die Wellen vor zwei verschiedenen Beben verlangsamt hatten. Andere Studien, in denen lediglich das seismische Umgebungsrauschen in Störungsgebieten gemessen wurde, stellten ähnliche Verlangsamungen etwa zur gleichen Zeit wie Erdbeben fest, waren sich jedoch nicht so sicher, wann genau diese Verlangsamungen auftraten.
Es wird eine Herausforderung sein, Fehlerzonen für diese Vorläufersignale außerhalb des Labors aktiv zu überwachen. „Das haben sie im Labor anhand von Laborexperimenten herausgefunden“, sagt Ampuero. „Wie skaliert man das auf eine Verwerfung von 100 Kilometern Länge, bei der die Vorbereitung auf ein Erdbeben in einer Tiefe von 10 Kilometern stattfindet?“
Joan Gomberg, ein Seismologe des US Geological Survey, der nicht an dieser Untersuchung beteiligt war, ist der Ansicht, dass der Versuch, diese Vorläufersignale außerhalb des Labors zu detektieren, nicht einfach sein wird. Er ist jedoch der Ansicht, dass Scuderis Ergebnisse einen Versuch wert sein könnten. "Wenn es machbar ist, ist es super spannend", sagt sie. "Es deutet darauf hin, dass es Möglichkeiten geben könnte, ein großes Erdbeben oder ein zerstörerisches Erdbeben zu antizipieren."
