21. Mär. 2019
Luftbild von Istanbul.

Luftbild von Istanbul.

Kaum eine Metropole der Erde ist so durch Erdbeben gefährdet wie Istanbul am europäischen Ufer des Bosporus. Dort bewegen sich die eurasische und die anatolische Platte mehr oder weniger glatt aneinander vorbei und unmittelbar nördlich dieser Störungszone liegt die 14-Millionen-Einwohner-Stadt. Mit umfangreichen seismischen Messnetzen, zu denen auch Sensoren in tief abgeteuften Bohrlöchern gehören, versuchen deutsche und türkische Forschungsinstitutionen das Bebenrisiko für die Stadt besser zu erfassen. Auf dem Tiefbohrkolloquium der Deutschen Forschungsgemeinschaft in Köln wurden die jüngsten Erkenntnisse vorgestellt.

"Für den Fall Istanbul ist die Wahrscheinlichkeit eines Erdbebens der Magnitude 7 oder größer in den nächsten 30 Jahren je nach Modell bei 40 bis 80 Prozent, das ist ein sehr hoher Wert", betont Marco Bohnhoff, Professor für Geophysik an der Freien Universität Berlin und Sektionsleiter "Geomechanik und Wissenschaftliches Bohren" beim Deutschen GeoForschungszentrum in Potsdam. Da die Bausubstanz in Istanbul wesentlich schlechter als im ähnlich gefährdeten Tokio, rechnen Experten mit zahllosen Opfern, wenn das große Erdbeben kommt.

Blick vom Satelliten auf (v.l.n.r.) die Dardanellen, das Marmarameer und den Bosporus.

Blick vom Satelliten auf (v.l.n.r.) die Dardanellen, das Marmarameer und den Bosporus.

Bild: Nasa/GSFC
Hinterlassenschaften des Izmit-Bebens von 1999.

Hinterlassenschaften des Izmit-Bebens von 1999.

Bild: GFZ
Schematische Darstellung der Nordanatolischen Verwerfung vom Kaukasus bis nach Griechenland.

Schematische Darstellung der Nordanatolischen Verwerfung vom Kaukasus bis nach Griechenland.

Bild: GFZ
Verlauf der Störungszone unter dem Marmarameer.

Verlauf der Störungszone unter dem Marmarameer.

Bild: GFZ
Die Marineakademie auf Heybelida, der zweitgrößten Prinzeninsel.

Die Marineakademie auf Heybelida, der zweitgrößten Prinzeninsel.

Bild: Wikipedia/CrniBombarder/CC0
Zerstörtes Haus nach dem Erzican-Erdbeben im Osten der Türkei von 1992.

Zerstörtes Haus nach dem Erzican-Erdbeben im Osten der Türkei von 1992.

Bild: GFZ
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Blick vom Satelliten auf (v.l.n.r.) die Dardanellen, das Marmarameer und den Bosporus.

Bild: Nasa/GSFC

Hinterlassenschaften des Izmit-Bebens von 1999.

Bild: GFZ

Schematische Darstellung der Nordanatolischen Verwerfung vom Kaukasus bis nach Griechenland.

Bild: GFZ

Verlauf der Störungszone unter dem Marmarameer.

Bild: GFZ

Die Marineakademie auf Heybelida, der zweitgrößten Prinzeninsel.

Bild: Wikipedia/CrniBombarder/CC0

Zerstörtes Haus nach dem Erzican-Erdbeben im Osten der Türkei von 1992.

Bild: GFZ
 

Weil es unter Geowissenschaftlern unumstritten ist, dass ein solches Erdbeben kommen wird, ist die Region zwischen Bosporus und Dardanellen ein sogenannter Hotspot der Erdbebenforschung geworden. Das GFZ ist gleich mit zwei seismischen Überwachungsnetzen präsent: Zusammen mit dem türkischen Katastrophenschutz AFAD betreiben die Potsdamer auf den Prinzen-Inseln im östlichen Teil des Marmarameers das permanente GONAF-Observatorium, das die Störung direkt vor Istanbul überwacht. "Unser übergeordnetes Ziel ist, die Störungszone unterhalb des Marmarameeres bestmöglich mikroseismisch zu überwachen", so Bohnhoff. Denn dieses 140 Kilometer lange Segment, das unter bis zu 1000 Meter Wasser verläuft, ist das letzte Stück der Nordanatolischen Verwerfung, das in den vergangenen 300 Jahren noch nicht gerissen ist.

Temporäres Seismometer-Netzwerk auf Gallipoli errichtet

Zusätzlich dazu haben die Geoforscher auf der Ganos-Verwerfung auf der Halbinsel Gallipoli im Westen ein weiteres Netzwerk aufgebaut. "Dort haben wir 2017 40 Messstationen aufgebaut, direkt an der Verwerfung", erläutert Marco Bohnhoff, "und diese Seismometer stehen dort jetzt seit anderthalb Jahren und auch noch ein halbes weiteres Jahr und lauschen im Prinzip Tag und Nacht die Bodenbewegung ab." Die Ganos-Verwerfung hat zuletzt 1912 ein starkes Erdbeben produziert, akute Gefahr besteht dort also nicht. "Aber weil die Verwerfungszone dort relativ gut aufgeschlossen ist, können wir durch lokale Messungen doch etwas erfahren über die Beschaffenheit und über die Abfolge von Erdbeben", so Bohnhoff. Die Messungen mit diesem temporären Netzwerk ergänzen die Messungen, die ein GFZ-Team 1999 kurz nach dem Izmit-Beben im Osten des Marmarameers durchführte. Mit beiden Kampagnen an Land und dem GONAF-Observatorium auf den Prinzen-Inseln kann man dem kritischen Stück unter dem Marmarameer so nahe kommen wie nur möglich. Die direkte Untersuchung des 140-Kilometer-Segments unter dem Meer ist nämlich technisch ungeheuer aufwendig.

Durch die intensive Beobachtung konnten die Geowissenschaftler die seismische Situation vor Istanbul wesentlich erhellen. "Die aktuell wichtigste Beobachtung ist die, dass der Bereich der Störungszone unmittelbar vor Istanbul verhakt ist", berichtet Bohnhoff. Während überall sonst auf dem 140-Kilometer-Segment, das zu reißen droht, kleine Erdbeben anzeigen, dass die Platten aneinander vorbeirutschen, herrscht unmittelbar vor Istanbul bedrohliche Ruhe. "Dort haben wir eine sogenannte seismische Lücke gemessen, das heißt, dort gibt einen Bereich, wo gar keine Mikroerdbeben auftreten", so Bohnhoff. Entweder bewegen sich dort die Erdplatten völlig problemlos aneinander vorbei, oder sie sind so ineinander verhakt, dass sie sich gar nicht bewegen. Zusätzliche Messungen mit GPS-Stationen an Land deuten allerdings darauf hin, dass sie verhakt sind und sich somit mehr und mehr Energie aufstaut, die sich in einem Beben entladen wird. Die Warnzeiten für Istanbul wären daher extrem kurz, betrügen nicht mehr als ein paar Sekunden.

Istanbul mit schlechten Optionen

Die Messungen haben aber auch ergeben, dass dieses Szenario von allen schlechten Optionen der Metropole noch die beste ist. Wenn nämlich das Beben vor Istanbul beginnt, kann sich der Riss nur nach Westen durch das Marmarameer hindurch in Richtung Gallipoli fortpflanzen, östlich Istanbuls ist die Nordanatolische Verwerfung schließlich 1999 gerissen, dort steht kein Potential zur Verfügung. Damit aber würde die Bebenenergie von Istanbul weggeleitet werden. "Die Bodenerschütterungen würden etwas geringer ausfallen, als wenn das Beben ganz im Westen beginnen würde", erklärt Marco Bohnhoff.

Wie stark das Beben letztendlich ausfallen wird, können die Wissenschaftler nicht prognostizieren. Es könnte eine einzige gewaltige Entladung geben, bei der die gesamte 140 Kilometer lange Strecke durch das Marmarameer reißt. Das würde einem Beben der Stärke 7,4 entsprechen. Das Segment könnte aber auch nur teilweise reißen. "Wir wissen aus verschiedenen Forschungsergebnissen, dass typischerweise dort Bruchsegmente aktiviert werden, die 40 Kilometer lang sind. Ein 40 Kilometer langes Bruchsegment wäre an sich auch schon etwa ein Magnitude-7-Beben", so der GFZ-Wissenschaftler. Der Unterschied ist größer als die Differenz der beiden Zahlen nahelegt. Wegen des logarithmischen Maßstabs der Magnituden-Skala ist ein 7,4-Beben fast 4000 Mal stärker als ein 7,0-Beben.

Permanentes Observatorium wird ausgebaut

In den kommenden Jahren soll das GONAF-Observatorium noch einmal bedeutend erweitert werden. Darauf haben sich GFZ und der türkische AFAD mittlerweile geeinigt. "Zwischen 2019 und 2021 werden sieben oder acht weitere Bohrungen abgeteuft in Richtung Westen, um dann das gesamte Marmarameer nicht nur den östlichen Bereich von Istanbul überwachen zu können", berichtet Marco Bohnhoff. Dadurch wird die Kenntnis über das noch nicht gerissene Stück der Nordanatolischen Verwerfung noch einmal wesentlich verbessert werden, eine Vorhersage, wann das Erdbeben eintreten wird, wird aber weiterhin wohl außerhalb der Möglichkeiten bleiben.