Bohren an einer harten Nuss

Es geschah am 21. Dezember 1946: Ein Erdbeben der Stärke 8 erschütterte den Süden Japans. Eine halbe Stunde später dann traf der Tsunami die Küste. Das Epizentrum des Bebens lag im Meer, weit vor der Küste:

An der Nankai-Tiefseerinne ereignen sich alle 100 bis 200 Jahre verheerende Erdbeben, die schon sehr viele Opfer gefordert haben. Weil wir Beben nicht verhindern können, wollen wir in diese aktive Störungszone bohren, um mehr darüber zu lernen, warum und vielleicht auch wann die Erde bebt.

Masataka Kinoshita von der japanischen Agentur für Erdwissenschaften und Technologie Jamstec. Japan hat die Federführung bei dem technisch höchst anspruchsvollen Projekt des Internationalen Tiefseebohrprogramm IODP: mit der Nankai-Tiefseerinne zielen die Geologen auf einen Tiefseegraben. Er entsteht, wo die Pazifische Meereskrustenplatte mit der japanischen Kontinentalplatte kollidiert. Die Meereskrustenplatte sinkt dabei ins Erdinnere hinab. Das Ganze ist eine Subduktionszone, erklärt IODP-Teammitglied César Ranero vom katalanischen Forschungsinstitut Icrea in Barcelona.

Am Kontakt zwischen beiden Platten entsteht durch die Bewegung, wenn die eine Platte ins Erdinnere abtaucht, eine enorme Reibung. Die Energie, die sich dabei aufstaut, kann sich in sehr großen Erdbeben entladen.

Dabei sind solche Subduktionszonen sehr komplex aufgebaut: Es gibt Abschnitte, in denen die Platten aneinander zu kleben scheinen. Dort bauen sich gefährlich hohe Spannungen auf, die sich irgendwann schlagartig lösen - die Erde bebt. In anderen Abschnitten ist die Haftung zwischen den Platten gering, und die abtauchende Platte rutscht einfach ins Erdinnere hinab. Dort sind die Spannungen gering, aber wenn "nebenan" die Erde reißt, kann sich der Bruch hier hinein fortpflanzen.

Die physikalischen Eigenschaften der Platten verändern sich, und das hat Einfluss darauf, wie groß oder wie klein ein Erdbeben wird. Grundsätzlich ist das klar - aber was passiert genau? Warum reißt die Erde mal auf einer längeren Strecke, mal auf einer kürzeren? Da haben wir keine Ahnung. Mit unseren Bohrungen wollen wir erstmals untersuchen, wie sich die Eigenschaften der Gesteine auf ihrem Weg ins Erdinnere verändern und wie diese Eigenschaften mit den Erdbeben zusammenhängen.

An der Tiefseerinne sind acht Bohrungen geplant: Die ersten sechs dringen einen Kilometer tief in den Meeresboden ein. Später folgen zwei Tiefbohrungen: In mehr als 3000 Metern Wassertiefe werden die Bohrlöcher sechs Kilometer tief in den Meeresboden vorgetrieben, erklärt Nathan Bangs von der University of Texas:

Wir werden die Bohrkerne untersuchen, um zu sehen, wie stark der ehemalige Meeresboden auf seinem Weg ins Erdinnere mechanisch und chemisch verändert wird. In einer zweiten Projektphase wollen wir über Jahre hinweg die Bedingungen in den Bohrlöchern selbst messen: Wie sich die Temperaturen verändern, wie Flüssigkeiten durch die Steine gepresst werden, wie sich die Belastung aufbaut, die irgendwann in einem Beben bricht.

Technologisch ist das eine gewaltige Herausforderung, denn für die Tiefbohrungen muss selbst die Messtechnik entwickelt werden:

Wir arbeiten in einer feindlichen Umgebung: sechs Kilometer tief im Meeresboden ist es 170 Grad heiß und wir müssen damit rechnen, dass ätzende Flüssigkeiten die Instrumente angreifen.

Zunächst sollen die Daten am Meeresboden mit Rekordern gesammelt und von unbemannten Tauchbooten zusammengetragen werden. Später soll ein Kabel die Daten direkt zu den Forschern an Land bringen. Falls alles klappt, denn das Projekt ist so anspruchsvoll, dass es durchaus scheitern kann.