War es das Hauptbeben?

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Bislang war es nicht möglich vorherzusagen, ob auf ein starkes Beben wahrscheinlich ein noch grösseres folgt oder nicht. Eine neue Studie von Forscherinnen und Forschern des Schweizerischen Erdbebendienstes an der ETH Zürich macht Hoffnung darauf, Voraussagen in fast Echtzeit machen zu können.

Während sich die meisten grossen Beben nicht durch Vorbeben ankünden, ereignen sich im Anschluss daran immer tausende von Nachbeben. Deren Häufigkeit und Stärke nimmt jeweils mit der Zeit ab. In manchen Fällen folgt aber auf ein grosses Beben ein noch stärkeres. Das trifft beispielsweise auf die Bebensequenzen in Zentralitalien im Jahr 2016 zu oder auf jene bei Ridgecrest (USA) im Juli dieses Jahres.

Bislang war es nicht möglich vorherzusagen, ob auf ein starkes Beben wahrscheinlich ein noch grösseres folgt oder nicht. Die Resultate einer soeben in der Fachzeitschrift «Nature» publizierten Studie von Laura Gulia und Stefan Wiemer vom Schweizerischen Erdbebendienst an der ETH Zürich wecken die Hoffnung, dazu bald in Echtzeit in der Lage zu sein. Diese wissenschaftliche Entdeckung hätte weitreichende Folgen für den Bevölkerungsschutz: Entscheidungen über die Evakuationen von Personen könnten verlässlicher getroffen werden, Rettungskräfte ihre Arbeit entsprechend ausrichten oder kritische Infrastrukturen Kraftwerke geschützt werden.

Ausgehend von aktuellen Bebendaten haben die Autoren der Studie eine Methode entwickelt, mit der sich bestimmen lässt, ob eine Bebensequenz eher ausklingt oder ein noch grösseres Beben folgt. Als relevante Messgrösse untersuchten sie den sogenannten b-Wert. Er kennzeichnet das Verhältnis zwischen der Grösse und der Anzahl Beben. Aus Labormessungen weiss man, dass er indirekt den Spannungszustand der Erdkruste angibt. In seismisch aktiven Regionen ist er in der Regel nahe 1. Das heisst, es ereignen sich etwa 10-mal mehr Magnitude-3-Beben als solche mit einer Magnitude von 4 oder grösser.

Ampelsystem entwickelt

Die Forschenden haben nun nachgewiesen, dass sich der b-Wert im Zuge einer Bebensequenz systematisch verändert. Dazu untersuchten sie die Daten von 58 Bebensequenzen und entwarfen ein Ampelsystem, das ihre künftige Entwicklung anzeigt. Bei einer Abnahme des b-Werts um 10 Prozent oder mehr geht die Ampel auf Rot. Das heisst, es besteht akute Gefahr für ein noch grösseres Beben. In den allermeisten Fällen steigt der b-Wert hingegen um 10 Prozent oder mehr und die Ampel geht auf Grün und gibt damit Entwarnung. In diesem Fall ist von einer typischen Nachbebensequenz auszugehen, die mit der Zeit ausklingt. Ausgehend von den untersuchten Datensätzen trifft dies auf 80 Prozent der Sequenzen zu. Gelb zeigt die Ampel, wenn die Zu- oder Abnahme weniger als 10 Prozent beträgt und daher unklar ist, wie es weitergeht.

Das entwickelte Ampelsystem bewährte sich in 95 Prozent der untersuchten Fälle: Die beobachtete Veränderung des b-Werts zeigte, wie sich eine Sequenz entwickelt, also ob noch ein grösseres Beben folgt oder nicht. Weitere Überprüfungen mit zusätzlichen Datensätzen sind jedoch unbedingt notwendig, bevor ein solches System effektiv für den Bevölkerungsschutz eingesetzt werden könnte. Für eine erfolgreiche Anwendung benötigt es zudem ein dichtes seismisches Netzwerk und entsprechende Datenverarbeitungskapazitäten. Darüber verfügen derzeit längst nicht alle Regionen, die von einem solchen Ampelsystem profitieren könnten.

Literaturhinweis

Gulia L, Wiemer S. Real-time discrimination of earthquake foreshocks and aftershocks. 2019, published online Oct 9th. DOI: 10.1038/s41586-019-1606-4

Michèle Marti