Seismologische Messungen

So funktioniert die Erdbebenmessung in Deutschland

Der Leiter des Seismologischen Observatoriums in Bad Berggießhübel, Reinhard Mittag, zeigt in seinem Büro des Observatoriums auf seismographische Karten.

Berggießhübel - Bilder von Erdbeben sehen die Deutschen meist nur bei Nachrichten aus dem Ausland. Dabei wackelt auch hierzulande die Erde. Und selbst die großen Beben anderswo hinterlassen in der Bundesrepublik ihre Spuren.

Einen Erdbebenexperten kann so schnell nichts erschüttern. Wenn Geophysiker Reinhard Mittag am Morgen das Seismologische Observatorium in Berggießhübel (Sächsische Schweiz) betritt, gehört eine Tasse Grüner Tee schon fast zum Ritual. Dann schaut der 58-Jährige erstmal nach, wo es in den vergangenen Stunden gerumpelt hat. An diesem Tag wird das erste Erdbeben 9.39 Uhr Weltzeit aus dem Bereich der russischen Halbinsel Sachalin registriert. Das nächste folgt sechs Minuten später vor der Westküste der Türkei. Überhaupt dominieren Erdbeben in der Türkei in den ersten zwölf Stunden des 12. Dezember das Geschehen. „Das alles sind noch Nachbeben vom großen Beben im Oktober“, erklärt Mittag.

Sein Arbeitsweg führt für Reinhard Mittag nur ein paar Treppenstufen nach unten. Das mit Computern gespickte Büro liegt gleich unter der Dienstwohnung, die offiziell dem Institut für Geophysik und Geoinformatik der Freiberger Bergakademie gehört. Und auch das eigentliche Messgerät lässt sich durch eine Hintertür erreichen. Das Seismometer befindet sich in einem Berg direkt hinter dem Grundstück, 36 Meter unter der Erdoberfläche. Ein aufrechter Gang bis dahin ist für Erwachsene kaum möglich. Die Wissenschaftler messen in einem Erkundungsgang der früheren Eisenerz-Grube in Berggießhübel. „Je tiefer das Seismometer steht, desto günstiger. Denn viele Störungen treten an der Erdoberfläche auf“, erläutert der Geophysiker.

Klingenthal im Vogtland liegt quasi im Epizentrum eines von drei deutschen Erdbebengebieten. Im Westen sind es der Rheintalgraben einschließlich der Schwäbischen Alb und das Voralpengebiet. Im Osten führt ein Gürtel von Leipzig bis ins Vogtland. Klingenthals Bürgermeister Enrico Bräunig (SPD) ist mit den sogenannten Mikro- oder Schwarmbeben aufgewachsen, die aber nur selten die Magnitude 4 überschreiten. „Ein dumpfes Grollen, es kommt von weitem, dann wackelt es mal kurz“, beschreibt er ein typisches Vogtland-Beben. Meist passiere es nachts. „Für Touristen ist das ein Ereignis, für die Einheimischen dagegen fast schon Alltag. Am Morgen danach unterhält man sich darüber.“ Manche würden bei so etwas aufwachen, er habe aber schon Erdbeben verschlafen.

„Wir werden ab und zu mal durchgeschüttelt“, erzählt Roswitha Schrögel aus der Gemeindeverwaltung von Bad Brambach. Das sei wie ein Gewitter unter der Erde. „Da kracht es im Gebälk“, sagt die Frau und lacht. Sie glaubt nicht, dass die seismischen Aktivitäten „Nachtschwärmer“ sind. Vermutlich spüre man das nachts eher, weil alles zur Ruhe komme.

Bad Brambach liegt an der zu Grenze Tschechien. Zuletzt waren Schwarmbeben größeren Ausmaßes im Sommer dieses Jahres aufgetreten. Zwischen dem 24. August und 4. September wurde zwölfmal die Magnitude 3,0 auf der Richterskala erreicht oder überschritten. Das Maximum lag bei 3,8. Noch bis in den September zitterte es wiederholt.

In sogenannte Erdbebengefährdungskarten fließen auch historische Daten ein. Sie reichen bis ins 9. Jahrhundert zurück. Die Helmholtz Gemeinschaft deutscher Forschungszentren gibt einen Überblick. Demnach waren die schwersten Beben der vergangenen 250 Jahre im Februar 1756 in Düren und im November 1911 in Albstadt bei Tübingen - beide mit Stärke 6,1. In Mitteldeutschland führt Gera mit etwa 5,5 die Liste an. Dort bebte am 6. März 1872 die Erde.

Im internationalen Maßstab sind das freilich seismologische Peanuts. Reinhard Mittag hat ein Diagramm vom bislang schwersten Beben in der Neuzeit im Büro hängen, es wurde auch in Berggießhübel registriert. Am 22. Mai 1960 explodierte die Erde in Valdivia (Chile) geradezu. Das Beben der Stärke 9,5 riss mehr als 1600 Menschen in den Tod. Vier Jahre später folgte Alaska mit Magnitude 9,4 (125 Tote). Das Sumatra-Beben (9,2) mit Tsunami tötete im Dezember 2004 knapp 230 000 Menschen und dürfte im Gedächtnis der heutigen Generation lange gespeichert bleiben. Tausende Urlauber in Thailand und anderswo haben mit ihren Videokameras das Ereignis festgehalten. Für das größte Beben 2011 stehen Japan und der Name Fukushima (9,0).

Wenn man sich die Erde als Pfirsich vorstellt, würde die Haut etwa der Dicke der Erdkruste entsprechen. Erdbebenforscher Thomas Jahr von der Schiller-Universität in Jena findet den Vergleich treffend. Als Student hat er in Griechenland sein erstes Erdbeben erlebt, in einem Auto. „Das war, als würde ein Ziegenbock an der Stoßstange rütteln.“ Als er die schwingenden Stromleitungen gesehen habe, sei ihm klar gewesen: Erdbeben.

Der Wissenschaftler sieht in seinem Fachgebiet momentan viel Bewegung. „Das globale und das regionale Netz der Beobachtung wird immer dichter, auch in Entwicklungsländern“, sagt Jahr. Deshalb könne die Forschung immer besser erkennen, wie sich das Muster an Erdbeben weltweit verteile. Zudem erlaube die Rechentechnik immer genauere Modellrechnungen.

In Deutschland sind etwa 20 Basisstationen für die Aufzeichnung seismischer Aktivitäten zuständig. Hinzu kommt eine größere Zahl kleinerer Stationen für regionale Überwachungsnetze. Geophysiker Mittag beschreibt Erdbeben aus wissenschaftlicher Sicht als „positiven Prozess“. „Sie sorgen für eine Entlastung, wenn die Spannungen an den Plattengrenzen zu groß werden“, erklärt er. „Ursache für die Katastrophe ist nicht das Erdbeben, sondern die Besiedlung durch den Menschen in diesen Gebieten.“

Wie in einem Druckkessel

Der Forscher vergleicht das Geschehen mit einem Druckkessel. Die großen Kontinentalplatten schwimmen auf einer Schicht aus heißem Gestein. Die „Pfirsich“-Haut steht unter Spannung, aufgestaute Energie entlädt sich bereits an kleinsten Bruchzonen in Form schwacher Beben. Käme es nicht zu diesem frühzeitigen Entspannungsprozess, würde es stets in sehr starken, katastrophalen Megabeben mit hoher Magnitude enden.

Die Magnitude ist beim Erdbeben das Maß aller Dinge. Wissenschaftler haben diverse Magnitudenskalen entwickelt. Alle haben einen logarithmischen Aufbau: Ein Beben mit der Stärke 5 setzt etwa 31 mal mehr Energie frei als eines mit der Stärke 4 - und circa 1000 mal mehr als eines mit der Stärke 3.

„Alle zehn Minuten kommt es zu einem Erdbeben auf der Welt“, sagt Mittag. Nach der Häufigkeitsverteilung gibt es pro Jahr in der Regel ein Beben der Stärke 8. Zehnmal wackelt es mit Stärke 7, 100 Mal mit 5. Magnitude 4 hat eine Häufigkeit von circa 10 000 Mal. Laut Mittag sind Erdbeben etwa ab Stufe 2 zu spüren, aber nur wenn man sich direkt über dem Epizentrum befinde.

Bei den vogtländischen Schwarmbeben liegen die Epizentren fast immer in Tschechien. Das Dreieck Karlsbad, Marienbad und Franzesbad zeugt mit seinen heißen Quellen von einem energiegeladenen Erdinneren. Stärke und Dauer eines Bebens hängen von der Länge der Bruchzone ab. Beim Sumatra-Beben war sie mehr als 500 Kilometer lang.

Dass auch Erdbeben „vom anderen Ende der Erde“ in Deutschland registriert werden, hat mit der Ausbreitung der Erdbebenwellen zu tun. Würde man in Berggießhübel ein Loch in die Erde bohren, käme man südwestlich von Neuseeland heraus. Ein Erdbeben am Antipodenpunkt habe gerade mal 20 Minuten bis in Sächsische gebraucht - die Erdbebenwellen breiteten sich mit Geschwindigkeiten bis zu 14 Kilometer pro Sekunde aus.

Wieviel Energie ist im Erdbebenherd?

„Die Magnitude gibt Auskunft über die Energie im Erdbebenherd. Aber grundsätzlich sind alle Informationen wichtig“, erklärt Mittag. Die Vielzahl an Messgeräten macht es heute möglich, ein Epizentrum bis auf wenige Kilometer genau zu bestimmen, mit lokalen Messnetzen sogar bis auf wenige Meter.

Die Aufzeichnung der Daten erfolgt automatisch. In Deutschland ist die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover zuständig. Als internationale Zentrale agiert das Seismological Center in Newbury in Großbritannien.

Für Berggießhübel steht das Kürzel BRG. Nicht alles, was unterirdisch rumpelt, ist ein Erdbeben. Auch Sprengungen werden von den Seismometern aufgezeichnet. Fachleute können sie auf Anhieb von „richtigen“ Erdbebenwellen unterscheiden. Selbst ein Erkundungsbohrer hinterlässt für Messgeräte Spuren.

Bevor Mittag in sein unterirdisches Reich bittet, verteilt er Schutzhelme. Im niedrigen Gang wäre sonst das Risiko für schmerzhafte Erschütterungen des Kopfes zu groß. Wer auf ein Wunderwerk an Technik hofft, wird enttäuscht. Dass Messgerät ist in einer Box verstaut. Immerhin ist das Prinzip eines Seismometers ziemlich simpel. Eine Masse wird weitgehend vom Boden entkoppelt aufgehängt. Sie bleibt wegen ihrer Trägheit auch dann ziemlich ruhig, wenn Erdbebenwellen den Boden erschüttern. Ein Stift zeichnet die Ausschläge auf. Hochempfindliche Geräte können selbst Bodenbewegungen im Bereich von Nanometern (millionstel Millimeter) registrieren.

Eins kann die Technik jedoch nicht: Erdbeben voraussagen. Die Gefährdungskarten geben lediglich einen Überblick, wo die Erde in der Vergangenheit bebte. Der Bürgermeister von Bad Brambach, Helmut Wolfram, erhält über eine seiner Heilquellen zumindest Indizien. Wenn ein größeres Schwarmbeben anstehe, setze die Quelle mehr Radon - ein Edelgas - und Kohlendioxid frei. Auf seinen Hund will sich Wolfram nicht verlassen. Früher habe er bei dem Grollen aufmerksam gelauscht, jetzt höre er wohl nicht mehr so gut, sagt der Bürgermeister. Vielleicht hat sich der Vierbeiner - wie die meisten Vogtländer - auch nur an die Beben gewöhnt.

frx/dpa

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