Geologie Beben ist menschlich

Wenn die Erde zittert, hat das nicht immer natürliche Ursachen. Gasförderung, Erdwärmeprojekte und Kohleabbau lösten schon 200 Erdbeben aus.

Ausschlag des Seismographen während des Erdbebens am frühen Dienstagmorgen

Die Idee, so schien es, taugte allenfalls für einen Science-Fiction-Krimi. Ein Bohrgestänge wird in den Boden getrieben. Von seinem unteren Ende aus läuft Wasser in den Untergrund. Auf einmal beginnt die Erde zu zittern; erst unmerklich. Schließlich zerreißt der Boden mit einem lauten Knall, ein Beben erschüttert die Gegend, Gebäude wanken, Menschen fliehen aus ihren Häusern.

Ursache solcher Ereignisse ist normalerweise die Plattentektonik. Dass aber Menschen die kilometerdicke Gesteinskruste der Erde tatsächlich ins Wanken bringen, erscheint unwahrscheinlich. In Basel ist dies soeben geschehen, und nicht zum ersten Mal: Am Dienstag dieser Woche löste die Bohrung einer Anlage, die mit Hilfe eingepressten Wassers Erdwärme aus dem Boden gewinnen soll, ein Beben der Stärke 3,2 aus. Dabei steht die Erdwärme-Anlage seit dem 8. Dezember still. Sie wurde abgeschaltet. Denn an jenem Tag hatte ein Erdstoß der Stärke 3,4 die Anwohner erschreckt. Seither kommt die Erde in Basel nicht zur Ruhe. Zwar gab es bei den Beben kaum Schäden an Gebäuden. Doch das Vertrauen in die neue Energietechnik wurde gründlich erschüttert. Ein Gutachten soll klären, ob größere Gefahr besteht.

Der Vorfall offenbart, welch gewaltige Kräfte wir mit unseren Projekten auslösen können; denn neue Studien belegen, dass Menschen auch andernorts Erdbeben verursacht haben, sogar äußerst starke. Die Erkenntnis bringt Bergbaufirmen und Gasförderer in Bedrängnis, die bislang stets auf eine natürliche Ursache der Beben pochten.

Mehr als 200 Starkbeben, die menschlichen Aktivitäten geschuldet sind, hat der Geophysiker Christian Klose von der Columbia University in Palisades, USA, gezählt. Klose ist einer der wenigen Wissenschaftler, die das brisante Thema überhaupt untersuchen. Die Hälfte dieser Erdstöße wurde durch Bergbau verursacht. Im Dezember 1989 etwa ließ ein Beben in einer Kohlemine im australischen Newcastle Hunderte Häuser zusammenkrachen, schreibt Klose in einer Studie, die in Kürze im Fachblatt Earth and Planetary Science Letters erscheinen wird. Bei dem Schlag der Stärke 5,6 starben 13 Menschen, 165 wurden verletzt. Die Schäden beliefen sich auf 3,5 Milliarden US-Dollar. »Die Kosten waren höher als die Einnahmen durch die Mine seit ihrer Eröffnung 1799«, sagt Klose. Trotz der Kritik von Wissenschaftlern wies die Bergbaufirma die Verantwortung zurück; das Beben habe natürliche Ursachen.

Doch der Abbau von 500 Millionen Tonnen Kohle entlastete den Untergrund auf riskante Weise, hat Klose berechnet. Weil immer mehr Auflast fehlte, geriet eine kilometerlange Gesteinsnaht im Boden zunehmend unter Spannung. Bis Dezember 1989 hatte sich der Druck um etwa 0,1 Atmosphären erhöht. Ein gefährlicher Schwellenwert war erreicht, Erdbeben waren damit jederzeit möglich geworden. Denn die Erde steht weltweit unter großer Spannung. Leichte Druckänderungen reichen aus, um entlang von Schwächezonen ruckartige Verschiebungen auszulösen.

Als Folge dieser Rechnung gerät auch ein Plan unter Vorbehalt, mit dem Forscher die Klimaerwärmung stoppen möchten. Die Idee, Kohlendioxid (CO ₂ ) im Boden zu verklappen, mag bestechend sein – das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) lässt derzeit für knapp 7,5 Millionen Euro unterirdische Kerker für den Klimakiller testen. Aber wer garantiert, dass das in den fragilen Untergrund gepresste Treibhausgas nicht plötzlich Verheerungen seismischer Natur auslösen könnte?

Am frühen Dienstagmorgen gab es eine Erschütterung in drei Ländern

Die mögliche Erdbebengefahr, die das Unterfangen provoziert, wird vom BMBF nicht erforscht. Ein Fehler, meint Klose. Denn der Druck eines CO ₂ -Lagers von mittlerer Größe würde nach spätestens 30 Jahren den Schwellenwert von 0,1 Atmosphären überschreiten. Das ist gerade deshalb ein höchst unangenehmer Befund, weil Stätten für die CO ₂ -Entsorgung vor allem dort geplant sind, wo das Treibhausgas produziert wird: in der Nähe von Siedlungen und Kraftwerken.

Auch der Gasindustrie in Deutschland dürften die Forschungsresultate und die Ereignisse von Basel ungelegen kommen. Sie bestreitet vehement, dass zwei Erdbeben, die Norddeutschland im Herbst 2004 und Sommer 2005 erschüttert haben, von der Erdgasförderung verursacht wurden.

Am 20. Oktober 2004, um 8.59 Uhr, geschah auf halbem Weg zwischen Hamburg und Bremen, was nach wissenschaftlichem Ermessen dort eigentlich kaum passieren kann. Die Erde bebte mit der Stärke 4,5 auf der Richterskala – mitten in einem Gasfördergebiet. In Hamburg schwankten Hochhäuser, Zimmerwände rissen auf, Menschen liefen aus Angst ins Freie. Solch ein Ruckeln wurde in der Gegend noch nie registriert. Norddeutschland gilt als nahezu aseismisch, selbst schwache Vibrationen der Erde sind selten. Am 15. Juli 2005 aber folgte der nächste Schlag: Erschütterungen der Stärke 3,8 verursachten einen lauten Knall und ließen Gebäude erzittern.

Schnell schien die Ursache beider Erdbeben gefunden: Uralte Schwächezonen im Gestein in mehr als acht Kilometer Tiefe seien aufgerissen, erklärten Experten der industrienahen Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover.

Seismologen, die die Erdbebenwellen ausgewertet haben, kommen allerdings zu einem weitaus heikleren Ergebnis. Demnach ist die Gasförderung für die Beben verantwortlich. Da es in der »aseismischen« Region aber keine entsprechende Baunorm gibt, könnte ein Beben nahe einer Großstadt hier beträchtliche Schäden anrichten.

Die schlimmsten Schläge verursachte Usbekistan in den 1970er Jahren

Bei der Förderung von Erdgas kam es auch anderswo schon häufiger zu Erdbeben, mitunter gar zu äußerst starken. In Frankreich bebte die Erde dreimal so stark wie 5 auf der Richterskala und mehrfach so stark wie 4, berichtet Klose. Beben größer als 5 richten in Regionen, deren Bauten nicht entsprechend gesichert sind, erhebliche Zerstörung an. In Italien hat vermutlich die Förderung von Erdgas 1951 einen Schlag der Stärke 5,5 verursacht. In Kalifornien kam es dabei 1983 sogar zu einem 33-mal so starken Beben; es entsprach dem Wert 6,5 auf der Richterskala.

Die schwersten Beben dürfte die Gasförderung in den 1970er Jahren in Usbekistan verursacht haben: Die Folgen der drei Schläge der Stärke 7 wurden in den Zeiten der Diktatur allerdings geheim gehalten. Klar ist jedoch, dass Erschütterungen dieser Größe verheerende Folgen haben.

Solche Katastrophen sind in Deutschland nach Meinung der Seismologen aber nicht zu befürchten, denn hierzulande sind die Gasfelder und die Erdbebenzonen deutlich kleiner. Gleichwohl ist unklar, wie stark die Gasfelder in Norddeutschland in Bewegung geraten können. Der Geophysiker Klose kann hier nur eine Tendenz andeuten: »Dauert die Förderung an, nimmt der Druck meist zu.«

Die Förderfirmen hierzulande wollen nichts von einer möglichen Verantwortung wissen. Sie weigern sich, Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. In den Niederlanden hingegen, wo mehr Gas gefördert wird als in Deutschland, wird die Förderung seit Jahren mit Erdbebensensoren genau überwacht. Bislang gab es nur schwache Erschütterungen, die lediglich Risse in Wänden verursachten.

Die Wissenschaftler sprechen von »geomechanischer Verschmutzung«

Weil jedoch immer mehr Gas gefördert wird, sah sich die Regierung zum Handeln gezwungen. Das neue Bergbaugesetz von 2003 schreibt strengere Regeln vor. Beispielsweise müssen die Bauten in der Region erdbebensicher verstärkt werden, sobald die Vibrationen des Bodens einen bestimmten Wert überschreiten. Viele Gebäude sollten am besten sofort renoviert werden, meint der Geoforscher Torild van Eck von der Universität Utrecht.

Doch Bevölkerung und Politiker verhalten sich gegenüber drohenden Naturgefahren erfahrungsgemäß wenig vorausschauend. Seltenen Ereignissen wird kaum Interesse geschenkt, da können Wissenschaftler noch so sehr warnen. In Polen etwa ließ der Abbau in einer Kupfermine nahe der Stadt Polkowice mehrmals spürbar den Boden erzittern. Nun soll die Mine erweitert werden – 500 Meter neben einem Staudamm. »Der Damm droht zu brechen«, erklärte der Krakauer Geologe Stanisław Lasocki im vergangenen September auf einer Tagung in Genf.

Stauseen selbst lassen übrigens zuweilen die Erde beben. Denn ihre Wassermasse erhöht den Druck im Untergrund. Im Dezember 1967 löste der Koyna-Stausee in Indien ein Erdbeben der Stärke 6,3 aus. 200 Menschen kamen um. Beben dieser Stärke sind bei der Gewinnung von Erdwärme nicht zu erwarten, meinen Seismologen. Aus den bislang bekannten Daten über die Häufigkeit und die Stärke von Erdbeben folgern sie, dass in Erdwärme-Anlagen eingepresstes Wasser keine Beben über einer Stärke von 3,5 verursachen kann. Denn das eingeflößte Wasser einer Geothermie-Anlage erhöhe die Spannung im Untergrund nur auf engem Raum.

Die Bohrung in Basel liegt mit fünf Kilometern zudem zu wenig weit in der Tiefe, als dass das in den Boden gepresste Wasser ein erhebliches Schadensbeben auslösen könnte. Der Druck im Boden verringert sich mit abnehmender Tiefe – und damit auch die Gefahr von sehr starken Erdstößen.

Bislang gibt es keine Berichte über große Beben, die von Erdwärme-Anlagen verursacht wurden. Im französischen Soultz-sous-Forêts am Oberrheingraben, wo seit 1993 ein Erdwärme-Projekt betrieben wird, beschwerten sich nach einem leichten Beben der Stärke 2,9 im Jahr 2003 Anwohner aus Sorge um ihre Häuser. Die Betreiber drosselten daraufhin den Wasserdruck im Bohrloch deutlich. Erdbeben gab es seither nicht mehr. Doch die Anlage produziert nun weitaus weniger Energie.

Auch in Australien und Kalifornien haben Erdwärme-Anlagen in der Vergangenheit Erschütterungen verursacht. Äußerst strittig sind die Interpretationen dagegen zu einem Beben in El Salvador. Möglicherweise löste ein Erdwärme-Projekt dort 2003 ein Beben der Stärke 4,4 aus – natürliche Ursachen sind nicht auszuschließen.

Um die Gefahr zu verringern, schlägt der Geophysiker Torsten Tischner von der BGR vor, mehrere kurze Bohrungen zu machen anstatt einer tiefen, da oberhalb von vier Kilometern eingepumptes Wasser bislang noch nie ein spürbares Beben ausgelöst habe.

Angesichts der zahlreichen Bohr- und Bergbauprojekte spricht Klose in Anspielung auf den Treibhauseffekt plakativ von »geomechanischer Verschmutzung«. Während die Erwärmung der Erde jedoch weltweit von Bedeutung ist, betreffen geomechanische Projekte nur bestimmte Regionen. In manchen wird man künftig wohl vorsichtiger sein müssen.

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