Rund um den Globus knüpfen Wissenschaftler an einem System hochsensibler Geräte, um heimliche Atomtests aufspüren zu können. Geoforscher profitieren von dem neuen Spionagenetz.
Die letzten Atomtests erschütterten im Mai 1998 die Weltöffentlichkeit. Die verfeindeten Nachbarn Indien und Pakistan hatten in tiefen Bohrlöchern gewaltige Sprengsätze gezündet. Dabei schien schon lange zuvor der nukleare Rüstungswettlauf gestoppt. Nach jahrzehntelangem Ringen hatten die Vereinten Nationen 1996 einen Kernwaffen-Teststopp vereinbart, den bis heute 165 Staaten unterzeichnet und 91 Staaten ratifiziert haben – die USA allerdings nicht. Doch der Anschlag vom 11. September 2001 auf das World Trade Center könnte den mühsam gefundenen Konsens kippen. „Ich hoffe, dass die USA weiter auf Tests verzichten”, sagt Manfred Henger von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover. Denn die Weltmacht will auf ihrem Kreuzzug gegen den internationalen Terrorismus kleine Atomsprengsätze entwickeln, so genannte Mini-Nukes, um Tunnelsysteme aus der Luft zerstören zu können. Ob das ohne Tests geht, ist fraglich. Henger gehört zu einer internationalen Gruppe von Wissenschaftlern, die den Atomteststopp-Vertrag erst möglich machen. Sie arbeiten an einem weltumspannenden Überwachungssystem (International Monitoring System, IMS), das jede nukleare Detonation bis hinab zu einem Stärke-Äquivalent von einer Kilotonne (1000 Tonnen) TNT aufspüren soll – egal, ob sie unter der Erde, im Ozean oder in der Atmosphäre stattfindet. Zum Vergleich: Die Hiroshima-Bombe hatte eine Stärke von rund 12,5 Kilotonnen TNT, die gewaltigste Testbombe kam auf 58000 Kilotonnen. Der globale Horchposten mit seinen geplanten 321 Messstationen fahndet nach allem, was eine Kernexplosion verraten könnte: Vibrationen der Erdkruste, Schallwellen im Wasser, Infraschallsignale in der Atmosphäre und radioaktiver Fallout (siehe bild der wissenschaft 11/1998: „ Schmutziger Fingerabdruck”). Rund 80 Millionen US-Dollar lassen sich die Unterzeichnerstaaten diese Rückversicherung jährlich kosten. Seit 1997 ist das System im Aufbau – in etwa fünf Jahren soll es komplett installiert sein. Schon heute zeichnet sich ab, dass nicht nur Militär und Politik davon profitieren, sondern auch die Wissenschaft. Denn mit einer bislang unerreichten Genauigkeit fühlt das Stationsnetz den Puls der Erde. Derzeit lässt sich nur ahnen, welche Schätze in dem ständig wachsenden Datenberg schlummern: Erdbebenforschung, Meteorologie, Luftfahrt, Atomaufsicht, Umweltphysik, Astronomie und viele andere Fachgebiete können davon zehren. Allerdings sind die Aufzeichnungen vertraulich. Doch „das ist kein Datenfriedhof”, versichert Henger. Bis auf wenige Länder wie China oder Israel zeigen sich alle Nationen freizügig. Allein die BGR verzeichnete innerhalb eines Jahres – zwischen Mai 2001 und April 2002 – 82000 externe Zugriffe auf ihre Seismik- und Infraschall-Daten. Deutschland beteiligt sich mit fünf Stationen am internationalen Netz. Die BGR betreibt zwei Erdbebenwarten und zwei Infraschallstationen, davon jeweils eine in der Antarktis. Das Bundeamt für Strahlenschutz betreut eine Messanlage für Radionuklide im Schwarzwald. Die Erdbebenwarte im Bayerischen Wald, die empfindlichste in ganz Mitteleuropa, hat schon Erfolg zu vermelden: Mithilfe ihrer Daten konnte der Ort des letzten indischen Atomtests 1998 auf vier Kilometer genau ermittelt werden. Der feinfühlige Sensor hatte sogar die Explosion auf dem russischen Atom-U-Boot Kursk im August 2000 in der Barentssee registriert. Dass Hengers BGR-Team neben dem Ort auch die Stärke der Detonation angeben konnte, ist allerdings einem Zufall zu verdanken: Die Israelis hatten zuvor eine Testladung von fünf Tonnen TNT im Toten Meer gezündet. Dieser Kalibrationstest zeigte, wie sich Erschütterungen im Wasser auf die feste Erdkruste auswirken. Das Henger-Team ermittelte eine Ladungsstärke um fünf Tonnen TNT. Damit stand fest, dass kein fremdes U-Boot die Kursk gerammt hatte, wie die Russen meldeten. Denn in die-sem Fall hätten die Geräte nicht ausgeschlagen. Während Wissenschaftler in der Seismologie über jahrzehntelange Erfahrungen verfügen, tappen sie beim Infraschall noch im Dunkeln. Diese Schallwellen mit Frequenzen unterhalb der menschlichen Hörschwelle, die sich über hunderte bis tausende von Kilometern ausbreiten, machen sich durch minimale Schwankungen des Luftdrucks bemerkbar. Als 1963 Atomtests in der Atmosphäre verboten wurden, erlosch das Interesse an entsprechenden Empfangsgeräten ziemlich, so dass nun Basisarbeit nötig ist. Deutschland geht dabei voran: Die erste Station, die im Mai 2000 an das internationale Überwachungsnetz angeschlossen wurde, steht im Bayerischen Wald. Sie besteht aus fünf Mikrobarographen, hochauflösenden Barometern, die weit genug voneinander platziert sind, um die Richtung einer ankommenden Schallwelle bestimmen zu können. Zivilisationslärm kann die Messungen nicht stören: Die Station liegt abgeschieden auf einem Berg, so dass sich die Techniker bei ihren winterlichen Inspektionstouren Langlaufskier anschnallen müssen. Der automatische Horchposten kann Luftdruckunterschiede wahrnehmen, die einer Höhendifferenz von nur 0,4 Millimetern entsprechen. Die Daten gelangen online zur BGR-Zentrale in Hannover, wo sie rund um die Uhr über einen Monitor flimmern. Mehr als 200-mal am Tag schlägt der Cursor aus. Doch was das wilde Auf und Ab bedeutet, können die Experten nur selten sagen. „Für uns ist alles neu”, gesteht Henger. Sein Team muss erst lernen, bestimmte Muster im Wellensalat zu erkennen und deren Herkunft zu deuten. Die Forscher können bislang nicht eindeutig zuordnen, ob es sich um die Spuren eines entfernten Gewitters, einer harmlosen Sprengung in einem Steinbruch oder einer katastrophalen Explosion handelt. Erfahrungen aus der Seismik, das hat sich inzwischen gezeigt, helfen ihnen nur in wenigen Fällen weiter. Immerhin: Zwei Jahre Betrieb haben schon erstaunliche Resultate geliefert. So schlägt das Gerät im Bayerischen Wald stets aus, wenn die Concorde über Irland die Schallmauer durchbricht. Bis zum Absturz des Überschallfliegers im Sommer 2000, dem ein befristetes Flugverbot folgte, wusste das BGR-Team über den Flugplan bestens Bescheid. Auch kosmische Irrläufer verraten sich durch Infraschallsignale. Henger: „Wir sehen in den Aufzeichnungen viele Meteoriten, die über Europa niedergehen.” Sogar ein Brocken, der an der amerikanischen Westküste in die Atmosphäre eintauchte, wurde registriert. Und Vulkanausbrüche – wie die Eruption des Ätna im Sommer 2001 – legen einen Schallteppich im Frequenzbereich zwischen 0,3 und 0,8 Hertz. Die internationale Flugüberwachung hat großes Interesse an diesen Daten, denn Flugzeuge haben immer wieder mit vulkanischer Asche zu kämpfen, die in die Düsen gelangt und schon manches Triebwerk abgewürgt hat (siehe bild der wissenschaft 10/1991: „ Die Aschefalle”). Wenn es gelingt, einen explosiven Vulkanausbruch selbst in der Nacht rasch zu erkennen, können Flugzeuge die Gefahrenzone weiträumig umfliegen. Meteorologen können die Infraschallsignale für eine bessere Wettervorhersage nutzen: Blitze und anrückende Tiefdruckgebiete machen mit niederfrequenten Schallwellen über hunderte von Kilometern auf sich aufmerksam. Der Mikrobarograph „hört” sogar den Wind, der über den Alpenkamm streicht. Das Geräusch ähnelt dem pfeifenden Ton, der entsteht, wenn man über eine Flaschenöffnung bläst. Natürlich gehen auch alle Arten von Katastrophen, bei denen es zu Explosionen kommt, den Sensoren ins Netz. Als am 13. Mai 2000 im niederländischen Enschede eine Feuerwerksfabrik in die Luft flog und einen Stadtteil zerstörte, zog eine halbe Stunde später ein Infraschallgewitter über den Bayerischen Wald und ließ in der Zentrale den Cursor tanzen. Auch am 21. September 2001, als im 1100 Kilometer entfernten Toulouse eine petrochemische Fabrik explodierte, überquerten nachweisbar niederfrequente Schallwellen Deutschland. Allerdings können die Atomtest-Wächter all diese Signale bislang erst im Nachhinein deuten. Sie tun sich nicht nur mit der Mustererkennung schwer, sondern haben auch mit den weiten Maschen des Messnetzes Probleme: Von den geplanten 60 Stationen sind erst 12 in Betrieb, davon nur eine einzige in Zentraleuropa. Mit diesem „einen Auge” lässt sich zwar die Richtung eines Signals bestimmen, aber nicht die Entfernung zur Schallquelle. „ Wir tappen im Dunkeln”, bedauert Henger. Ende des Jahres sollen immerhin 20 Stationen angeschlossen sein, und die BGR setzt obendrein ein zweites mobiles Gerät im Bayerischen Wald ein. Auch in der Antarktis wird bald ein deutsches Gerät stehen und voraussichtlich Anfang nächsten Jahres die ersten Daten übertragen. Ein dicker Styropormantel soll dafür sorgen, dass die eigene Betriebswärme die empfindliche Elektronik vor dem strengen Frost schützt. Die Radionuklidstation im Schwarzwald läuft bereits im Probebetrieb und soll nächstes Jahr ihre offizielle Zulassung erhalten. Sie misst radioaktive Spuren in der Luft mit hoher Empfindlichkeit – „an der Grenze des technisch Machbaren”, wie Dr. Matthias Zähringer vom Bundesamt für Strahlenschutz sagt. Die Nachweisgrenzen des Geräts für einzelne Substanzen liegen mehrere Größenordnungen unter den Grenzwerten, wie sie für die menschliche Gesundheit gelten. Die Spürnase soll sogar Atomtests erschnüffeln, die unter der Erde oder im Ozean stattgefunden haben. Dabei wird zwar der größte Teil der frei werdenden Radioaktivität vom Gestein oder Wasser abgefangen, doch es gelangen – nachweisbare – radioaktive Edelgase in die Atmosphäre. Problemlos kann der empfindliche Detektor jede größere Freisetzung beim Umgang mit radioaktiven Substanzen aufdecken. Und es wäre für ihn ein Leichtes, eine radioaktive Wolke aufzuspüren, wie sie Ende Mai 1998 von Südspanien über das Mittelmeer, Südfrankreich, die Schweiz und Deutschland zog, als ein Behälter mit Cäsium-137 zusammen mit einer Schrottladung in den Hochofen eines Stahlwerks geriet. Störfälle in Atomkraftwerken, Schlampereien mit Strahlenquellen in Krankenhäusern – nichts bleibt dem sensiblen Apparat verborgen. Sogar über den Austausch von Luftmassen gibt er Aufschluss. Denn in der hohen Stratosphäre entsteht ständig Beryllium-7, wenn die kosmische Strahlung auf Stickstoff trifft. Aus dem Boden dringt dagegen Radon. Die gemessenen Konzentrationen zeigen somit, ob stratosphärische Luftmassen eingedrungen sind oder ob eine Inversionswetterlage den Boden abschirmt. Tatsächlich senkt jede Nacht im Schwarzwald nachweisbar Inversion den Radon-Gehalt. Die Hauptaufgabe des gesamten feinfühligen Überwachungssystems ist es freilich, Atomtests aufzuspüren. Bereits mit dem existierenden lückenhaften Netz dürfte das meist gelingen. „Das System arbeitet besser, als alle zunächst dachten”, sagt Henger. Länder wie Irak oder Libyen haben es also schwer, sich unbemerkt in den Kreis der Atommächte zu bomben, falls sie das planen. Wenn allerdings die USA selbst ein neues Atomprogramm auflegen, werden sie nicht versuchen, das zu verheimlichen. Solange es um ihre eigenen Interessen ging, haben sich die USA in jüngster Zeit wenig um Partner und Verpflichtungen gekümmert, wie Henger betont. So haben die USA zwar ihren Beitrag von 22 Prozent zum Aufbau des Messnetzes in diesem Jahr fast voll bezahlt, aber die Software-Unterstützung für die Datenzentrale in Wien haben sie eingestellt. Anstatt sich auf eine internationale Einrichtung zu verlassen, werten sie die Daten lieber selbst aus. Auch an Vor-Ort-Inspektionen, die eine mobile Einsatzgruppe bei zweifelhaften Daten vornehmen darf, besteht offiziell kein Interesse mehr. Aber selbst wenn die USA wieder Bomben testen sollten, der Fertigstellung des Messnetzes werden sie sich wohl nicht in den Weg stellen – schon aus Angst vor den „ Schurkenstaaten”.
Kompakt
Die angespannte weltpolitische Lage macht neue Atomtests wahrscheinlich. Zurzeit entsteht ein weltumspannendes Netz, das Atom-Sprengungen nachweisen kann – egal, ob sie unter der Erde, im Meer oder in der Atmosphäre stattfinden. Ins Netz gehen auch andere feine Erschütterungen – zum Beispiel durch ferne Vulkanausbrüche, heranrückende Tiefdruckgebiete und aufschlagende Meteoriten. So entsteht ein Datenschatz für die Geowissenschaften.
Internet
Beschreibung der deutschen Aktivitäten zum internationalen Überwachungssystem: www-seismo.hannover.bgr.de/ Homepage der Vorbereitungskommission der Atomteststopp-Organisation, wo die Fäden des Überwachungssystems zusammenlaufen: www.ctbto.org/
Klaus Jacob
