Blick in die Geschichte der Erde

Seeböden dienen Geologen als Archiv, um die Geschichte der Erde zu rekonstruieren. Durch die Analyse aquatischer Bohrkerne will Michael Strasser wichtiges Datenmaterial sammeln, um das Wissen über Erdbeben zu erweitern und einen ersten Schritt in Richtung ihrer Prognostizierbarkeit zu gehen.
Die Wissenschaftler entnehmen Bohrkerne aus Seen, um dort nach Spuren vergangener Erdbeben zu suchen. (Foto: Florian Kober)
Bild: Die Wissenschaftler entnehmen Bohrkerne aus Seen, um dort nach Spuren vergangener Erdbeben zu suchen. (Foto: Florian Kober)

„Wenn ich die Prognose von Erdbeben mit Wettervorhersagen vergleiche, befinden wir uns derzeit in der Phase, als man begann, erste Wetterballons steigen zu lassen“, erklärt Michael Strasser, seit 2015 Professor für Sedimentgeologie an der Uni Innsbruck. „Die heutigen, relativ sicheren Wetterprognosen sind nur möglich, weil wir durch hunderte Sensoren permanent wissen, in welcher Höhe welcher Druck und welche Luftfeuchtigkeit herrschen. Wettervorhersagen haben sich in den letzten 3-400 Jahren von einfachen Bauernregeln zu dem entwickelt, was wir heute kennen.“ Auch wenn wir seiner Ansicht nach noch nicht in den nächsten 20 Jahren von der Prognostizierbarkeit von Erdbeben profitieren werden, ist Michael Strasser davon überzeugt, dass das Sammeln von Daten über vergangene und kommende Erdbeben, ein Prognosemodell ermöglichen wird. Um diese Daten zu erhalten, bedient sich der Geologe an einem Archiv, das in See- und Meeresböden zur Verfügung steht: Er entnimmt subaquatische Bohrkerne, um in den Sedimenten nach Spuren von Erdbeben und Tsunamis zu suchen. „Vergleichbar mit Historikern, die alte Bücher studieren, haben wir Geologen gelernt, Sedimente zu lesen“, erklärt Strasser. „Wir verwenden diese Archive, um die Geschichte der Erde zu rekonstruieren.“ Besonders gut eignen sich für diese Analysen die Böden größerer alpiner Seen, die durch den Rückgang der Gletscher im Holozän zurückgeblieben sind. „Seit sich die Gletscher, die die alpinen Täler übertieft haben, zurückgezogen haben, lagert sich in diesen Seen seit rund 15 000 Jahren Jahr für Jahr Sediment ab, was uns als hochauflösendes Archiv dient.“

Kurze Messzeitreihe

Extremereignisse wie Erdbeben und Tsunamis sind zwar mittlerweile durch die mediale Berichterstattung sehr präsent – das Erdbeben mit dem darauf folgenden Tsunami im indischen Ozean 2004 ist dabei eines der prägendsten der letzten Jahre. Dennoch sind diese Ereignisse eher selten. „Wenn wir in unsere Wissenschaftsgeschichte schauen, gibt es eine sehr kurze Zeitreihe, in der Erdbeben mittels Sensoren gemessen wurden. Wir haben also ein relativ beschränktes Daten-Zeitfenster zur Verfügung“, erklärt Michael Strasser. „Durch unser physikalisches Verständnis des Erdgeschehens wissen wir allerdings, dass solche Extremereignisse oft längere Wiederkehrraten haben.“ Diese Wiederkehrraten sind je nach geografischer Lage kürzer oder länger. In Japan gibt es Gebiete, in denen circa alle 30 Jahre ein Erdbeben gemessen wurde, während sich beispielsweise die wenigsten Tiroler erinnern können, ein Erdbeben aktiv erlebt zu haben.

Seismographen

„Nichtsdestotrotz gibt es auch in den Alpen Erdbeben – die Zeitskalen sind nur länger. Und hier kommen Geologen zum Einsatz, um Daten zu generieren“, so Strasser. Erdbebenwellen und Erschütterungen während eines Erdbebens induzieren Sedimentumlagerungen, Deformationen im Sediment und auch Unterwasser Schlammlawinen. „Wenn wir in Bohrkernen aus Seeböden systematisch nach diesen Ablagerungen von subaquatischen Rutschungen suchen, können wir einerseits feststellen, dass ein Erdbeben stattgefunden hat und es datieren. Gleichzeitig kann mithilfe mechanischer und physikalischer Modelle rückgerechnet werden, wie stark die Bodenerschütterung war“, beschreibt Strasser die Vorgangsweise. Auch das Epizentrum des Erdbebens kann berechnet werden: „Die Seen fungieren dabei als prähistorische Seismographen – mithilfe ihrer Daten kann man durch physikalische Berechnungen der Wellenausbreitungsgeschwindigkeiten räumliche Analysen durchführen.“ So hat sich Strasser in den letzten 15 Jahren in der Schweiz ein Archiv aus Bohrkernen in Seen aufgebaut, anhand derer er nachweisen kann, dass es in der Vergangenheit starke Erdbeben gab, diese aber weiter zurückreichen als die Geschichtsbücher. In den kommenden Jahren will er eine ähnliche Datenbank für Österreich erarbeiten. „Daraus lernen wir viel über die aktive Tektonik des Alpenraums“, erläutert Strasser. Neben Bohrkernen aus alpinen Seen untersucht der Geologe aber auch ozeanische Bohrkerne. „Während meiner Dissertation bin ich dazu übergegangen auch im Ozean zu forschen und neue Dinge zu lernen. Dieser Wissensaustausch funktioniert mittlerweile sehr gut: Wir können die Seen als Modelle verwenden, da sie gut kontrollierbar sind und mit geringerem finanziellem Aufwand beforscht werden können und nehmen auch neu generiertes Wissen aus dem Ozean wieder mit zurück in die Seen.“

Neuland

Ergänzend zu der Suche nach Spuren vergangener Erdbeben arbeitet Michael Strasser im Rahmen internationaler Projekte auch daran, effektiv zu verstehen, wie Erdbeben und Tsunamis entstehen. Er ist am International Ocean Discovery Program beteiligt, bei dem Wissenschaftler aus der ganzen Welt zusammenarbeiten, um in neue Welten vorzudringen: Zurzeit ist das Bohrloch vor der Küste Japans rund 3500 Meter tief; in den nächsten drei bis vier Jahren will das internationale Forschungsprogramm in eine Tiefe von rund sechs Kilometer vordringen. „Wir können dann erstmals direkt dort Messungen vornehmen, wo zwei Platten aufeinandertreffen und Erdbeben entstehen“, zeigt sich Strasser begeistert. „Natürlich bringen diese Messungen nichts für die Vorhersage des nächsten Erdbebens“, so der Wissenschaftler, „wahrscheinlich auch nicht für die Vorhersage des übernächsten, aber wenn wir das hundert mal messen, werden wir beginnen die Mechanismen zu verstehen. Dieses Wissen, ergänzt um die historischen Daten, wird es in Zukunft ermöglichen, eine bevorstehende Gefahr durch Erdbeben besser zu erkennen.“

Zur Person

Geboren 1977 in der Schweiz, absolvierte Michael Strasser das Studium der Erdwissenschaften sowie sein Doktorat an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich. Nach seiner Promotion 2008 forschte er mit einem Stipendium des Schweizer Nationalfonds und später als MARUM Fellow am Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen. 2011 erhielt er eine Förderprofessur in der Schweiz und kehrte an die ETH Zürich zurück, wo er bis 2015 als Assistenzprofessor für Sediment-Dynamik forschte und lehrte. Seit Oktober 2015 ist er Universitätsprofessor für Sedimentgeologie an der Universität Innsbruck.

Dieser Artikel ist in der Dezember-Ausgabe des Magazins „wissenswert“ erschienen. Eine digitale Version ist hier zu finden (PDF).