Warum es nicht reicht, ein Atomkraftwerk einfach abzuschalten
Im japanischen Atomkraftwerk Fukushima spitzt sich die Lage immer mehr zu. Explosionen haben die Hülle der Reaktoren 1 und 3 zerstört, im Reaktor 2 liegen die Uran-Brennstäbe anscheinend teilweise frei und beginnen zu schmelzen und im Reaktor 4 der zur Zeit des Bebens am Freitag gar nicht eingeschaltet war hat es eine Explosion und einen Brand gegeben. Aus zwei Löchern in der Außenwand dringen dort nun radioaktive Stoffe in die Umwelt.
Doch woher kommt eigentlich der Wasserstoff, der die drei Explosionen ausgelöst hat? Im normalen Betrieb von Siedewasserreaktoren entsteht das Gas durch sogenannte Radiolyse. Strahlung, die bei der Spaltung der schweren Urankerne freigesetzt wird, zerlegt Wassermoleküle aus dem Kühlwasser unter anderem zu Wasserstoff. Das explosive Gas wird ständig aus dem geschlossenen primären Kühlkreislauf abgeführt.
Doch die Reaktorblöcke schalteten sich direkt nach dem Erdbeben automatisch ab, indem Steuerstäbe zwischen die Brennstäbe geschoben wurden. Das stoppte die atomare Kettenreaktion, bei der Neutronen die schweren Urankerne spalten. Was sich allerdings nicht stoppen lässt, ist die natürliche Radioaktivität des Urans. Dabei entsteht ebenfalls Wärme – wenn auch wesentlich weniger als bei der Kernspaltung. “Die Brennstäbe geben jetzt, vier Tage nach dem Erdbeben, nur noch ein Tausendstel der Wärmemenge ab, die während des Betriebs entsteht”, sagt Gerhard Schmidt vom Öko-Institut in Darmstadt, Experte für Nukleartechnik und Anlagensicherheit.
Weil die Kühlsysteme teilweise ausgefallen sind, hat sich das Kühlwasser dennoch stark erhitzt. So konnte eine fatale chemische Reaktion in Gang kommen. “Bei hohen Temperaturen reagiert Wasser mit der äußeren Hülle der Brennstäbe, die aus einer Zirconiumlegierung besteht”, erläutert Rafael Macián-Juan vom Lehrstuhl für Nukleartechnik an der Technischen Universität München. Die Metalllegierung nimmt Sauerstoff auf, der explosive Wasserstoff bleibt zurück. Da die kleinen Gasmoleküle durch die Metallhülle des Reaktorkerns diffundieren können, gelangen sie an der Luft wiederum mit Sauerstoff in Kontakt. Dort reicht ein Funke, um eine heftige Knallgasexplosion in Gang zu setzen.
Auch im Reaktorblock 4 hat sich nach Angaben der japanischen Nachrichtenagentur Kyodo eine solche Wasserstoffexplosion ereignet, obwohl der Reaktor während des Erdbebens gar nicht in Betrieb war. Auslöser war in diesem Fall ein mit Wasser gefülltes Abklingbecken, in dem verbrauchte Brennstäbe lagern. “Sie geben nicht mehr so viel Hitze ab, weil sie schon Monate oder Jahre in diesem Becken lagern”, erläutert Macián-Juan. Doch offenbar versagte auch hier die Kühlung. “Das Wasser hat angefangen, zu kochen und ist verdampft, wodurch die Brennstäbe teilweise frei lagen und sich erhitzten”, sagt der Professor für Nukleartechnik. So könnte auch hier die fatale Reaktion zwischen der Zirconiumlegierung und Wasser in Gang gekommen sein, bei der Wasserstoff entstand.
Kühlen ist also die einzige Lösung, um weitere Explosionen zu verhindern selbst bei verbrauchten Brennstäben. “Das muss man im Grunde dauerhaft machen”, sagt Gerhard Schmidt vom Öko-Institut. In Deutschland werden verbrauchte Brennstäbe daher fünf Jahre lang direkt an den Kraftwerken in Wasser getaucht, bevor sie zum weiteren Auskühlen in Castor-Behälter umgelagert werden.
Auch die ausgeschalteten Reaktorkerne müssen um jeden Preis weiter gekühlt werden. In Fukushima haben die Ingenieure als letzte Option Meerwasser zu den Reaktorkernen geleitet, offenbar mit Wasserpumpen der Feuerwehr. Deren Leistung reicht eigentlich nicht aus, um ein bis zwei Megawatt an Wärme abzuführen, die die Reaktorkerne immer noch erzeugen. Der entstehende Dampf wurde anschließend in die Atmosphäre abgelassen. “Anscheinend war der primäre, geschlossene Kühlkreislauf nicht mehr intakt”, sagt Macián-Juan. Mit dem verdampften Meerwasser gelangten auch radioaktive Elemente in die Umwelt.
“Das sind alles Notfallmaßnahmen”, kommentiert Gerhard Schmidt, “es wird jetzt improvisiert, damit die Kühlung irgendwie aufrecht erhalten werden kann.” Er fürchtet allerdings: “Es gibt ein hohes Risiko, dass das nicht funktioniert.” Sand oder Zement auf die havarierten Reaktoren zu schütten, wie es in Tschernobyl geschah, ist seiner Meinung nach keine Lösung: “Dann kann die Wärme noch schlechter entweichen.”
16. März: Droht Tokio ein weiteres Starkbeben?
Eine seismische Lücke südwestlich der Hauptstadt gibt Forschern Rätsel auf
Das starke Erdbeben vom Freitag in Japan war für Geowissenschaftler keine Überraschung. Schließlich ist Japan eines der am häufigsten von Erdbeben erschütterten Länder der Welt, gleich vier tektonische Platten stoßen hier aufeinander. Im Süden und Nordosten der größten japanischen Insel Honshu schieben sich zwei Ozeanplatten unter das Land. Solche Plattengrenzen, an denen eine Platte im Erdmantel versinkt, bezeichnen Geowissenschaftler als Subduktionszonen. Diese meist an Tiefseegräben erkennbaren Nahtstellen sind die Schauplätze der stärksten Erdbeben auf der Erde. Sowohl das Erdbeben von Sumatra 2004 (Magnitude 9,0) als auch das von Chile 2010 (Magnitude 8,8) ereigneten sich an Subduktionszonen.
Seit 30 Jahren warnen japanische Seismologen, dass der Hauptstadt Tokio ein verheerendes Erdbeben droht. Doch es war nicht das Sendai-Beben – wie das Beben vom 11. März wegen des Epizentrums nahe der gleichnamigen Stadt. inzwischen inoffiziell genannt wird – mit dem sie gerechnet hatten. Ihr Fokus lag auf einer seit 150 Jahren ruhigen Plattengrenze etwa 120 Kilometer südwestlich von Tokio vor der Provinz Shizuoka. Ein Beben dort, das “Große Tokai-Beben”, könnte durch die Katastrophe vom vergangenen Freitag ein Stück näher gerückt sein, fürchten Experten nun. “Die Situation hat sich nicht verbessert”, sagt Frederik Tilmann, Seismologe am Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam. Seiner Einschätzung zufolge dürfte die Spannung in der gefährdeten Störungszone zugenommen haben wie stark, müssen Berechnungen noch zeigen. “Die Gefahr für Tokio hat sich erhöht, aber auf einer längeren Zeitskala”, sagt der Forscher, der das Beben am Freitag selbst in Tokio miterlebte, inzwischen aber nach Deutschland zurückgekehrt ist. “Es wird nicht gleich morgen oder nächste Woche passieren.”
Erst in den letzten Jahren ist klar geworden, dass es bei benachbarten Abschnitten einer Störungszone manchmal eine Art Domino-Effekt gibt: Ein Abschnitt nach dem anderen bricht. An der nordanatolischen Verwerfung in der Türkei rücken die Erdbeben seit 1939 immer weiter von Ost nach West vor. Jedes der Erdbeben erhöhte offenbar die Spannung im jeweils nächsten Segment bis nahe an die Belastungsgrenze. Da die Bewegung der Platten ständig weiter an der Störungszone zerrte, kam es dort bald zum nächsten Bruch.
“Doch ganz so simpel ist es nicht immer”, sagt Tilmann. Das zeige zum Beispiel das Erdbeben vom 26. Dezember 2004 vor Sumatra. Dort folgten zwar 2005 und 2007 weitere starke Beben an der gleichen Plattengrenze, doch ein Abschnitt zwischen den beiden geborstenen Segmenten blieb ruhig. Das Beben von 2007 ging zudem an einem Punkt los, an dem sich die Spannung Berechnungen zufolge nur minimal erhöht hatte. “Die Beben hatten sicherlich etwas miteinander zu tun, aber wir verstehen noch nicht, was da genau abgelaufen ist”, sagt Tilmann.
Auch in Japan lässt sich Genaueres derzeit nur schwer sagen. Dort ist die Tektonik besonders kompliziert. Im Süden schiebt sich die Philippinische Platte unter die Eurasische Platte, im Norden, am Japan-Graben, bewegt sich die Pazifische Platte unter die Nordamerikanische Platte. Auch die beiden Ozeanplatten kollidieren, wobei die Pazifische Platte in die Tiefe gedrückt wird. Das Beben vom 11. März ereignete sich am Japan-Graben. Dabei ruckte ein 300 Kilometer langer und hundert Kilometer breiter Abschnitt der Pazifischen Platte auf einen Schlag 15 bis 20 Meter nach Osten vor. Wie stark diese enorme Umlagerung die Spannung am südlich gelegenen Nankai-Graben erhöht hat, wo sich das gefährdete Tokai-Segment befindet, müssen Seismologen nun ausrechnen.
Dass von dem Abschnitt Gefahr ausgeht, hatte der japanische Seismologe Katsuhiko Ishibashi 1976 herausgefunden. Während die beiden Abschnitte weiter westlich 1944 und 1945 gebebt hatten, ereignete sich am Tokai-Segment zuletzt 1854 ein Beben der Magnitude 8,4. Davor hatte es dort 1707, 1605 und 1498 ähnlich starke Erdstöße gegeben, im Schnitt alle 110 Jahre. “Das Tokai-Beben ist also überfällig”, meint Frederik Tilmann. Wenn die verhakten Platten nachgeben, rechnet die japanische Regierung mit knapp 6000 Toten und 190.000 zerstörten Gebäuden allein in der Präfektur Shizuoka. Da die Plattengrenze unter Wasser liegt, droht zudem ein bis zu neun Meter hoher Tsunami. Das Japanische Erdbebenkomitee errechnete bereits 2009, dass das Tokai-Beben mit einer Wahrscheinlichkeit von 87 Prozent innerhalb der nächsten 30 Jahre eintreten wird.
17. März: Die Schweiz als Vorbild
Wie groß ist die Erdbebengefahr für deutsche Kernkraftwerke?
Drei Monate hat sich die Bundesregierung Zeit genommen, um die Sicherheit der deutschen Atomkraftwerke zu überprüfen. Viel wird jetzt darüber diskutiert, wie stark Erdbeben in Deutschland werden können. Ist die Seismizität wirklich “gering bis moderat”, wie die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover in einer Pressemitteilung beruhigt? Oder gibt es ein “Starkbeben-Risiko”, wie Spiegel Online meldet?
“Das sind die falschen Fragen”, sagt der Seismologe Frank Scherbaum von der Universität Potsdam. Die richtige Frage ist etwas komplizierter, seiner Meinung nach muss sie lauten: “Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass bei einem Erdbeben die Beschleunigung überschritten wird, für die deutsche Kraftwerke ausgelegt sind?” Es geht also nicht um Erdbebenstärken, sondern um die Bewegung des Bodens. Und da kann ein verhältnismäßig schwaches, aber nahes Erdbeben eben viel heftiger sein als ein stärkeres, aber weiter entferntes. Das zeigte erst jüngst das Beben in Christchurch am 21. Februar 2011. Die Erdstöße hatten die Magnitude 6,3 und waren eigentlich “nur” ein Nachbeben. Das Hauptbeben im September 2010 hatte die Magnitude 7,0. Dabei wurde gut zehnmal soviel Energie frei (die Magnitudenskala ist logarithmisch, pro Magnitude steigt die freigesetzte Energie um den Faktor 27). Trotzdem hielt sich die Zerstörung in Grenzen, niemand kam ums Leben. Doch im Februar lag das Epizentrum viel flacher, nur fünf Kilometer tief und fast direkt unter der Stadt. Dementsprechend heftiger waren die Erschütterungen. Mindestens 65 Menschen starben in den Trümmern zerstörter Gebäude.
Die Wahrscheinlichkeit, dass eine bestimmte Beschleunigung an einem Ort auftritt, kann man berechnen, sagt Scherbaum. Und zwar mit einem aufwendigen Verfahren mit sperrigem Namen, der “probabilistischen seismischen Gefährdungsanalyse” (genaueres dazu finden sie beispielsweise hier). Es funktioniert folgendermaßen: Zunächst wird die Wahrscheinlichkeit dafür bestimmt, dass ein Erdbeben einer bestimmten Stärke an einer Störungszone innerhalb eines Jahres auftritt. Anschließend werden die resultierenden Beschleunigungen am Standort ausgerechnet. Schließlich muss man für jeden Beschleunigungswert die Wahrscheinlichkeit für alle denkbaren Erdbeben aufsummieren. So erfährt man schließlich, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass eine bestimmte Beschleunigung innerhalb eines Jahres überschritten wird. “In Deutschland wurde das Risiko aber bislang nicht nach dieser Methode bestimmt”, sagt Scherbaum.
Derzeit wird die sogenannte “deterministische Gefährdungsanalyse” angewandt. Sie geht vom Konzept des schlimmsten denkbaren Erdbebens aus. In der Praxis wird dafür meist das stärkste Erdbeben gewählt, das in der Vergangenheit aufgetreten ist. Anschließend wird noch einen Sicherheitsspielraum aufgeschlagen. “Bei dieser Betrachtungsweise ignoriert man aber sogenannte ‘Black-Swan-Ereignisse’, die sehr selten, aber nicht unmöglich sind”, sagt Scherbaum. Er glaubt, dass sich Menschen bei der Frage, was im ungünstigsten Fall passieren kann, zu leicht von ihren eigenen Erfahrungen irreführen lassen ein Phänomen, das Psychologen Verfügbarkeitsfalle nennen. Da das stärkste bekannte Beben in Japan in der Vergangenheit die Magnitude 8,4 erreichte, wurde beim Bau der Kraftwerke davon ausgegangen, dass es auch in Zukunft keine stärkeren Beben geben wird. Ein Trugschluss, wie sich nun zeigte. “Es ist schlicht eine Illusion, zu glauben, dass man die Gefährdung mit einem einzigen Szenario sicher abschätzen kann. Das ist nun in Japan auf tragische Weise klargeworden”, sagt Scherbaum.
Dass sich ein zehn Meter hoher Tsunami ereignen könnte, hatte dort offenbar niemand berücksichtigt. “Wenn man diese Möglichkeit bei der Planung einbezogen hätte, hätte man sehr schnell gemerkt, dass man ein Problem hat”, sagt Scherbaum. Es wäre ein Leichtes gewesen, die Notstromaggregate im Kraftwerk Fukushima I unterirdisch einzubauen, damit die schlimmste denkbare Störung, der Stromausfall, auch bei einem Tsunami nicht hätte eintreten können.
Wie das Risiko für die deutschen Kraftwerke nun neu bestimmt werden könnte, zeigt ein Blick in die Schweiz. Das Nachbarland legte bereits 2007 die Pegasos-Studie vor, in der die Erdbebengefährdung für die vier eidgenössischen Kernkraftwerke mit der probabilistischen Methode neu bewertet wurde. Darin heißt es: “Die standortnahen Erdbeben mit relativ kleinen Magnituden zwischen 5 und 6 [bestimmen] die Gefährdung stärker ( ) als weiter entfernte starke Beben mit Magnituden größer als 7.” So etwas wie Christchurch könnte also auch in der Schweiz passieren, heißt das wohl. Als Konsequenz aus dem Bericht werden die Kraftwerke nun nachgerüstet, in fünf Jahren sollen die Arbeiten beendet sein, melden Schweizer Zeitungen.
Letztlich müsse hierzulande die Gesellschaft entscheiden, was sie als sicher erachtet, meint Frank Scherbaum: “Risiko ist nicht nur das, was wir als Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer bestimmten Gefahr errechnen, sondern es ist ein gesellschaftliches Konstrukt.” Welche Gefahren akzeptabel sind, ist letztlich keine wissenschaftliche Frage mehr.
18. März: Kampf gegen die Kernschmelze
Was schlimmstenfalls passieren könnte
Kernschmelze. Der Begriff aus der Reaktortechnik ist zur Metapher für die ultimative Katastrophe geworden, für den Kollaps von Regierungen, Finanzmärkten oder gar ganzen Kulturen. Seit Tagen geistert das Wort durch die Nachrichten. Alle spekulieren, ob die Kernschmelze in den vier havarierten Reaktorblöcken des japanischen Kernkraftwerks Fukushima I schon stattfindet oder noch verhindert werden kann.
Doch die möglichen Folgen sind unklar. Könnte der geschmolzene Reaktorkern eine Explosion verursachen, die radioaktive Elemente weiträumig in der Umwelt verteilt? Oder brennt er sich durch den Druckbehälter, dringt ins Erdreich vor und verseucht das Grundwasser?
Erfahrungen mit der Höllenlava haben die Reaktortechniker unter anderem 1979 bei der Havarie des Reaktors Three Mile Island in Harrisburg und 1986 bei der Katastrophe von Tschernobyl gemacht.
Auch in Three Mile Island versagte die Kühlung. Die Brennstäbe erhitzten sich, ihre Zirkonium-Hülle platzte. Zusätzlich angefeuert durch die chemische Reaktion des Zirkoniums mit Sauerstoff, begann der Kernbrennstoff im Inneren zu schmelzen und nach unten zu sinken (siehe auch Illustration). Etwa die Hälfte des Reaktorkerns, gut 19 Tonnen, löste sich auf und bildete einen Brei aus Uran, Zirkonium und Sauerstoff. Spätere Proben zeigten, dass die Temperaturen in der Schmelze 2.600 bis 2.850 Grad Celsius erreicht haben müssen. Trotz dieser extremen Temperaturen blieb der Reaktorbehälter aber intakt, die Kernschmelze blieb gefangen. Womöglich hatte sich frühzeitig eine feste Kruste am Boden gebildet, die das Schmelzen des Stahls verhinderte.
Bei der Katastrophe von Tschernobyl kam es dagegen zur vollständigen Kernschmelze. Nach der Explosion brannte der überhitzte Reaktor zehn Tage lang, weil der Kern leicht brennbaren Graphit als Neutronenbremse enthielt. Dabei verteilten sich enorme Mengen radioaktiven Materials in der Umwelt. Fünf Prozent des Reaktorkerns dürften in die Luft geblasen worden sein, gibt die World Nuclear Association an. Der Rest des Kerns schmolz, durchbrach den Reaktorbehälter und verteilte sich innerhalb einiger Tage im Keller des Kraftwerks. Dort erstarrte die bräunliche Masse zu einer Art Glas, es bildeten sich Stalaktiten, Stalagmiten und andere bizarre Gebilde. Eines davon ist als “Elefantenfuß” bekannt. Bis zum Betonboden des Kraftwerks drang die Kernschmelze aber nicht vor. Durch das anhaltende Bombardement mit radioaktiver Strahlung ist die anfangs steinharte Masse im Laufe der Jahre allmählich spröde geworden.
In Fukushima sei die Situation weit weniger schlimm als seinerzeit in Tschernobyl, so das Urteil des britischen Wissenschaftsmagazins New Scientist. Derzeit sieht es folgendermaßen aus: Die Reaktorkerne der Reaktoren 1 bis 3 sind beschädigt und liegen zur Hälfte frei, heißt es heute auf der Seite der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit. Auch in den beiden Abklingbecken der Reaktoren 3 und 4, in denen ausgediente Brennstäbe lagern, ist der Wasserstand anscheinend niedrig. Sowohl die drei Reaktorkerne als auch der Zwischenraum zwischen der Stahlhülle des Reaktors und dem Sicherheitsbehälter werden aber nach wie vor mit Meerwasser gekühlt.
Dass es bereits zur Überhitzung der Kerne gekommen ist, zeigt die Freisetzung der Isotope Jod-131 und Cäsium-137. Diese beiden radioaktiven Stoffe entstehen bei der Spaltung von Uran, sie stammen also aus dem Inneren der Brennstäbe. Die Wasserstoffexplosionen sind ein Zeichen dafür, dass die Temperaturen mindestens 1.200 Grad Celsius erreicht haben müssen bei dieser Hitze beginnt die Oxidation des Zirkoniums, bei der Wasserstoff entsteht.
Sollten die Kühlversuche letztlich fehlschlagen und die Reaktorkerne oder die alten Brennelemente in den Abklingbecken doch noch massiv zu schmelzen beginnen, dann weiß niemand genau, was passieren wird. “Die physikalischen Prozesse in der späten Phase von schweren Unfällen sind sehr kompliziert und noch lange nicht komplett verstanden”, heißt es in einem Vortrag aus dem Jahr 2005 von vier russischen Wissenschaftlern vom Institut für nukleare Sicherheit in Moskau. Chemische Reaktionen oder ein Kontakt zwischen der fast 3.000 Grad heißen Kernschmelze und Wasser könnten zum Beispiel eine Dampfexplosion auslösen, bei der radioaktive Gase und Aerosole in die Umwelt gelangen was schlimm wäre, aber vermutlich nicht so viel Radioaktivität freisetzen würde wie die massiven Brände der Tschernobyl-Katastrophe, heißt es auf der Webseite des Wissenschaftsmagazins Science. Trifft die Schmelze auf Beton, könnten ebenfalls heftige chemische Reaktionen stattfinden, bei denen sich der Beton zersetzt und radioaktive Gase oder Aerosole frei werden. Innerhalb einiger Tage könnte sich die Kernschmelze auch durch eine meterdicke Betonschicht fressen, falls die Temperatur noch höher als 1.100 Grad Celsius liegt. Im Erdboden würde sie vermutlich nicht mehr als ein paar Meter weit kommen.
Heute morgen meldet die International Atomic Energy Agency (IAEA), dass japanische Behörden den Schaden in den Reaktoren 2 und 3 in Fukushima auf der Internationalen Bewertungsskala für nukleare Ereignisse (INES) als “ernsten Unfall” (Stufe 5) bewerten. In die gleiche Kategorie fallen der Brand in der Wiederaufbereitungsanlage Windscale (Sellafield) 1957 in Großbritannien und die Havarie in Three Mile Island. Den Verlust von Kühlwasser in den Abklingbecken von Reaktor 4 stufen die japanischen Behörden als “ernsten Störfall/Beinahe-Unfall” ein (Stufe 3).
21. März: Wohin der Wind weht
Radioaktive Teilchen aus Fukushima wandern um die Welt
Zumindest was die Ausbreitung der radioaktiven Wolke des Atomkraftwerks Fukushima I betrifft, hatten die Japaner bislang Glück im Unglück. Der Wind wehte während der vergangenen Woche meist in Richtung Pazifik. Doch während die Nachrichtenagentur Kyodo am heutigen Montag einen weiteren Brand am Reaktorblock 3 meldet ob dabei erneut Radioaktivität austritt, ist unklar hat sich nun das Wetter geändert, sagt Gerhard Wotawa von der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Wien. Heute und morgen strömt die Luft seinen Berechnungen zufolge vorwiegend in Richtung des Landesinneren. “Falls radioaktive Partikel austreten, ist es jetzt ein ungünstiger Zeitpunkt”, sagt er. Wotawa rechnet bis Mittwoch mit starken Niederschlägen in Tokio, bei denen radioaktive Partikel aus der Luft ausgewaschen werden könnten.
Wie viel Radioaktivität bislang aus den vier zerstörten Blöcken des japanischen Atomkraftwerks Fukushima I entwichen ist, bleibt allerdings unklar. “Wir haben nur Daten von den ersten Tagen. Was im Augenblick passiert, wissen wir nicht”, sagt Wotawa. Die verfügbaren Daten deuten darauf hin, dass vor allem in den ersten Tagen nach dem Unfall relativ viel radioaktives Cäsium ausgetreten ist. “Es ist die höchste Menge an radioaktiven Partikeln, die seit Tschernobyl in die Umwelt gelangt ist”, sagt der Meteorologe.
Die Gesellschaft für Reaktorsicherheit zeigt auf Ihrer Homepage eine Grafik des Betreibers Tepco. Darauf ist zu sehen, wie die Dosis der Strahlenbelastung in der vergangenen Woche mehrfach steil anstieg, aber auch schnell wieder abfiel. Hohe Mengen an Radioaktivität gelangten offenbar vor allem während der Brände und Explosionen aus den Reaktoren ins Freie. Der Internationalen Atomenergie-Agentur IAEA zufolge (Stand: Sonntag, 17 Uhr) ist die Strahlenbelastung außerhalb der Evakuierungszone aber bislang nicht gesundheitsschädlich.
Das japanische Gesundheitsministerium meldete derweil erhöhte Werte radioaktiven Jods und Cäsiums in Milch und Gemüse. Auch in einigen Trinkwasserproben wurde Jod-131 gefunden. Die Ursache für diese Kontamination waren einige Wetter-Episoden zu Beginn der letzten Woche, als Ostwinde ins Landesinnere vorherrschten. “Dabei gab es im Bereich um das Kraftwerk auch Regen, wodurch die radioaktiven Partikel aus der Atmosphäre ausgewaschen wurden und auf den Boden gelangten”, erläutert Wotawa. Auch der Land-See-Wind ein Wetterphänomen, das an allen Küsten auftritt könnte dazu beigetragen haben, dass ein Teil der radioaktiven Partikel trotz vorherrschender Westwinde in der Nähe des Kraftwerks blieb: In der Nähe von Küsten bilden sich oft lokale Windsysteme aus, weil sich Land und Wasser unterschiedlich schnell erwärmen. Tagsüber strömt dabei die Luft vom Meer in Richtung Land, nachts andersherum.
Radioaktive Partikel, die während der Reaktorkatastrophe in Japan freigesetzt wurden, haben sich am Wochenende bereits bis zur anderen Seite des Pazifiks ausgebreitet. In Alaska, Kanada und in den US-Staaten Washington und Kalifornien haben hochempfindliche Messstationen, die die Einhaltung des Kernwaffenteststopp-Abkommens überwachen sollen, radioaktive Xenon-Isotope aus Japan registriert. Auch radioaktive Jod- und Cäsium-Isotope aus Fukushima kamen in Kalifornien an. Im Vergleich zu Japan waren die Konzentrationen aber um den Faktor Zehntausend verdünnt. Der US-Umweltagentur EPA zufolge ist die Belastung durch die Fukushima-Wolke an der US-Westküste kaum relevant. Die Strahlendosis beträgt nur ein Hunderttausendstel der natürlichen Strahlendosis.
Radioaktive Partikel, die durch Regen oder verseuchtes Kühlwasser in den Pazifik gelangen, werden sich wahrscheinlich relativ schnell verdünnen, heißt es beim Johann Heinrich von Thünen-Institut in Braunschweig. Das schließen die Forscher aus Erfahrungen mit der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl. In Fischen aus der Nord- und Ostsee war bereits nach einem Jahr kein Cäsium-137 mehr nachweisbar, das aus Tschernobyl stammte. Der radioaktive Fallout über Süddeutschland wirkt dagegen bis heute nach, ist im Magazin Forschungsreport des Bundesforschungsinstituts für Ländliche Räume, Wald und Fischerei zu lesen. Pilze und Wildbret enthalten in Bayern nach wie vor erhöhte Mengen von Cäsium-137, einem Isotop, das mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren zerfällt. Beim Verzehr eines Wildschwein-Koteletts kann man im Extremfall so viel Strahlung aufnehmen wie bei einem Flug von Frankfurt nach Gran Canaria.
22. März: Anatomie eines Erdbebens
Wie die Kollision am Japangraben ablief
Es fühlte sich an wie das langsame Rollen eines Schiffes bei kräftigem Seegang. Die ersten Erdstöße waren noch schwach. Nach gut eineinhalb Minuten kamen die stärksten Wellen. Sie schüttelten den Erdboden der japanischen Insel Honshu vor allem in horizontaler Richtung. Sechs Minuten lang hielt das starke Gewackel des Hauptbebens am 11. März in Tokio an, dann folgten die Nachbeben. “Anfangs spürte man die neuen Schläge im Minutentakt, dann wurden es allmählich weniger”, berichtet der Seismologe Frederik Tilmann vom Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam. Er nahm zur Zeit des Erdbebens an einem Workshop in der Nähe von Tokio teil und erlebte erstmals ein Beben dieser Stärke am eigenen Leib.
Inzwischen haben Seismologen die Ereignisse etwas genauer analysiert (z. B. eine Zusammenstellung des USGS oder hier eine Linksammlung). Auf lange Sicht, hofft etwa der Seismologe William Ellsworth vom Geologischen Dienst der USA (USGS), werden die Erdstöße vom 11. März seiner Zunft dringend benötigte Einblicke in die Anatomie solcher zerstörerischen Monsterbeben geben. Denn kein anderes Erdbeben wurde bislang so genau beobachtet. Allein in Japan, dem am besten mit Seismographen ausgestatteten Land der Welt, zeichneten 800 seismische Stationen die Erdbebenwellen auf. 1.200 GPS-Stationen registrierten, wie sich die Erdkruste durch das Beben teils um mehrere Meter verschob. Auch überall sonst auf der Welt trafen die Erdbebenwellen aus Japan innerhalb von etwa 20 Minuten ein. Schon jetzt zeigen die inzwischen gesammelten Daten, welch gewaltige Kräfte vor der Küste von Honshu entfesselt wurden.
Mit einer Magnitude von 9,0 war es das fünftstärkste Erdbeben auf der Erde, das je mit Instrumenten aufgezeichnet wurde, also etwa seit dem Jahr 1900. Japan hat in dieser Zeit zwar mehrere verheerende Erdbebenkatastrophen erlebt, aber nie ein Beben von vergleichbarer Stärke. Zuletzt ereignete sich ein ähnlich starkes Beben womöglich vor mehr als tausend Jahren, im Jahr 869 nach Christus. Das legen historische Berichte und Tsunami-Ablagerungen in der Ebene von Sendai nahe. Ungewöhnlich war diesmal das starke Vorbeben mit der Magnitude 7,2 nur 40 Kilometer weiter nördlich, das sich zwei Tage vorher ereignete. “Meines Wissens hat es das bei einem derart starken Beben noch nicht gegeben”, sagt Joachim Saul vom Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam. “Normalerweise kommt das stärkste Beben zuerst.” Die Sequenz aus inzwischen gut 500 Nachbeben, von denen zwei nur wenige Minuten nach dem Hauptbeben fast die Magnitude 8 erreichten, ist zwar heftig, aber “im üblichen Rahmen”, wie Saul sagt. Die Nachbeben können noch Monate anhalten.
Schauplatz des Bebens war die Plattengrenze zwischen der Pazifischen und der Nordamerikanischen Platte. Am Japangraben östlich der Küste von Honshu befindet sich der oberflächlich sichtbare Teil dieser Grenze, doch sie setzt sich in der Erdkruste fort. Sie verläuft aber nicht senkrecht, sondern schräg. Mit einem Winkel von 14 Grad und einer Geschwindigkeit von 8,3 Zentimetern pro Jahr taucht die Pazifische Platte unter Japan in den Erdmantel ab. Je weiter man unter Nord-Honshu nach Westen kommt, desto tiefer liegt also die Plattengrenze. Am unterirdischen Teil der Grenze waren die beiden Platten seit Jahrzehnten verhakt. Jedes Jahr nahm die Pazifische Platte das darüber liegende Land daher ein Stück auf ihrer Wanderung nach Westen mit. Japan verformte sich dadurch und wölbte sich auf. Es baute sich Spannung auf, ähnlich wie bei einer Feder, die zusammengedrückt wird.
Doch am 11. März, um 14:46 Uhr Ortszeit, entlud sich die aufgestaute Spannung. Etwa 120 Kilometer östlich der Stadt Sendai entstand 24 Kilometer unter der Erde ein Bruch, der sich sowohl nach Süden als auch nach Norden hin ausbreitete. Drei Minuten dauerte es, bis der Riss an beiden Enden wieder zum Erliegen kam. Doch das war nicht alles, wie eine Analyse der Harvard-Forscher Eric Kiser und Miaki Ishii zeigt: Innerhalb von 25 Minuten nach diesem ersten, stärksten Schlag brachen weitere Teile der Plattengrenze. Das waren keine klassischen Nachbeben, meinen die Forscher. Denn Nachbeben ereignen sich normalerweise im gleichen Bereich der Plattengrenze wie das Hauptbeben. Kiser und Ishii glauben, dass die Plattengrenze in zahlreiche Bruchstücke zerfällt, die jeweils mit kurzer Zeitverzögerung zu rutschen begannen. Wären alle auf einen Schlag gebrochen, hätte das Gesamtbeben die Magnitude 9,4 erreicht.
Insgesamt erfasste das Erdbeben eine 400 Kilometer lange und gut hundert Kilometer breite Fläche, die kurz vor der Küste der Insel Honshu endete. Am stärksten bewegte sich der Erdboden seewärts des Epizentrums: 27 Meter schnellte die vorher zusammengepresste Erdkruste dort relativ zur Pazifischen Platte nach Osten. Die Küste von Nordost-Japan bewegte sich immerhin noch etwa vier Meter nach Osten und sank als Folge der Entspannung um einen halben Meter ab. Womöglich wird ein Teil der vom Tsunami überfluteten Gebiete durch diese Senkung dauerhaft unter Wasser bleiben. Der südliche Teil der Insel Honshu bewegte sich dagegen nicht.
Berechnungen von Shinji Toda von der Universität von Kyoto, Ross Stein und Volkan Sevilgen vom Geologischen Dienst der USA (USGS) zeigen, wie das Beben die Spannung an den umliegenden Plattengrenzen verändert hat. “Es gibt keine simple Story”, sagt Frederik Tilmann vom GFZ. Viele geologische Verwerfungen an Land scheinen durch das Beben entlastet worden zu sein, doch nördlich und südlich der Bruchzone stieg die Spannung an. Eine Plattengrenze südlich von Tokio, die zuletzt 1923 geborsten war und damals eine Katastrophe mit 130.000 Todesopfern verursacht hatte, wurde durch das jetzige Beben eher entlastet, zeigen die Berechnungen.
Wie das Beben heißen soll, darüber besteht übrigens keine Einigkeit. “Offizielle Namen gibt es nicht”, sagt Joachim Saul. Zuerst war häufig vom Sendai-Beben zu hören, wegen der Nähe der gleichnamigen Stadt zum Epizentrum. Doch weil die Bruchzone so lang war, wird inzwischen meist der Name der betroffenen Region im Norden von Honshu verwendet: Tōhoku. Die Japanische Meteorologische Agentur spricht etwas umständlich vom “2011 off the Pacific coast of Tōhoku Earthquake”, der USGS nennt es dagegen “das Große Tōhoku-Erdbeben”. Die Internet-Gemeinde ist noch gespalten. Auf der deutschen und englischen Wikipedia-Seite hat sich Tōhoku durchgesetzt, doch auf Plattdeutsch, Norwegisch, Griechisch und Esperanto ist noch vom Sendai-Beben die Rede.
23. März: Die unheimliche Gefahr
Wie Strahlung den menschlichen Körper schädigt
Nach wie vor ist unklar, wie viel Strahlung aus den beschädigten Reaktoren des Atomkraftwerks Fukushima entweicht. Die IAEA gibt an, außerhalb der Evakuierungszone Werte von 6,9 Mikrosievert (Millionstel Sievert) pro Stunde gemessen zu haben, was etwa dem 30-Fachen der natürlichen Hintergrundstrahlung entspricht. Nun ist die Angst da. Nicht nur in Japan, auch in den USA und in Deutschland. In Kalifornien soll es Hamsterkäufe für Jodtabletten geben, in Deutschland sind Geigerzähler ausverkauft. Das sind übertriebene Reaktionen. Doch die Furcht vor radioaktiver Strahlung ist natürlich durchaus berechtigt. Die unsichtbare Gefahr kann grauenhafte Folgen haben, wie man vor allem seit Hiroshima und Tschernobyl weiß.
Zunächst einmal: “Radioaktive Strahlung” ist ein eher umgangssprachlicher Begriff. Gemeint sind damit zum einen energiereiche Teilchen, die beim radioaktiven Zerfall oder bei der Kernspaltung entstehen. Das können Heliumkerne sein, die sogenannte Alpha-Strahlung, aber auch Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen (Beta-Strahlung), Protonen und Neutronen. Wenn ein schwerer Atomkern zerfällt, werden diese Teilchen mit hoher Geschwindigkeit weggeschleudert. Zum anderen kann der radioaktive Zerfall auch energiereiche elektromagnetische Strahlung freisetzen, die Gammastrahlung.
Alle Strahlungsarten können Elektronen aus Atomen herausschlagen und dadurch Bindungen in Molekülen zerstören. Man spricht daher auch von ionisierender Strahlung. Trifft solche Strahlung auf biologisches Gewebe wie zum Beispiel menschliche Zellen, kann sie dort auf mehrfache Weise Unheil anrichten, erläutert Ingolf Bernhardt, Leiter des Isotopenlabors an der Universität des Saarlandes: “Die Strahlung kann Veränderungen an den Chromosomen hervorrufen, im schlimmsten Fall zu Strangbrüchen bei der DNA führen.” Außerdem gebe es “indirekte Effekte”, wenn die Strahlung etwa Wassermoleküle ionisiert und dadurch besonders reaktionsfreudige freie Radikale erzeugt. Die Folgen: “Es kann zu Mutationen kommen. Eine Zelle kann zur Krebszelle entarten, oder sie kann ihre Fähigkeit zur Teilung verlieren, sie stirbt also”, erläutert der Biophysiker.
Wie stark die Strahlung den Körper schädigt, hängt zunächst einmal von ihrer Energie ab. Physiker messen die Dosis in Joule pro Kilogramm, die Einheit dazu heißt offiziell Gray (Gy). Die verschiedenen Strahlungsarten haben aber bei gleicher Energie eine unterschiedlich starke biologische Wirkung. Die schweren Alphateilchen und Neutronen richten mehr Schaden an als Beta- oder Gammastrahlung. Um die biologische Wirkung zu beschreiben, wird daher die sogenannte Äquivalenzdosis verwendet, gemessen in der Einheit Sievert (Sv). Bei Gamma- und Betastrahlen entspricht ein Sievert einem Gray, bei Alphastrahlen und Neutronen muss man die Dosis aber noch mit einem Faktor multiplizieren, der je nach Art und Energie der Teilchen zwischen 5 und 20 liegt.
In vielen Fällen können Zellen einen entstandenen Schaden wieder reparieren selbst, wenn die Chromosomen betroffen sind, die ja aus Proteinen und der Erbsubstanz DNA bestehen. Die natürliche Dosis einschließlich der Belastung durch Flüge und Röntgenaufnahmen liegt zwischen einem und fünf Millisievert pro Jahr. Damit wird der Körper gut fertig. Bis zu einer Dosis von 500 Millisievert innerhalb einiger Tage oder Wochen treten keine akuten Schäden auf, heißt es beim Bundesamt für Strahlenschutz. Spätschäden wie etwa Krebserkrankungen können aber auch Jahre später auftreten wobei es naturgemäß schwierig ist, die Strahlung als Ursache nachzuweisen.
Doch je stärker der Strahlenbeschuss ist, desto fataler die Wirkung. Ist der gesamte Körper kurzzeitig von außen einer Dosis von 500 Millisievert ausgesetzt, kann die akute Strahlenkrankheit auftreten, mit Symptomen wie Übelkeit, Kopfschmerzen und Müdigkeit. Bei höheren Dosen treten auch Haarausfall, Durchfall und innere Blutungen auf. “Bei einer Dosis unterhalb von drei Sievert überleben die meisten Strahlenopfer, bei mehr als sechs Sievert sterben fast alle”, sagt Bernhardt. Die Symptome der Strahlenkrankheit rühren daher, dass undifferenzierte Zellen, die sich häufig teilen, schneller zerstört werden als ausgereifte Zellen. Aus diesem Grund wird ionisierende Strahlung häufig auch bei der Krebstherapie eingesetzt. “Embryonale Zellen sind besonders empfindlich, vor allem aber Zellerneuerungssysteme”, sagt Bernhardt. Akute Strahlenschäden zeigen sich daher zuerst beim blutbildenden System: Die Stammzellen im Knochenmark sterben ab. Außerdem sind die sogenannten Dünndarm-Epithelzellen (sie sind dafür zuständig, Stoffe aus der Nahrung aufzunehmen) und die Haut besonders stark betroffen. Merkwürdigerweise stirbt auch ein Großteil der Lymphozyten ab, obwohl es sich bei diesen weißen Blutkörperchen um ausgereifte Zellen handelt. “Warum das so ist, weiß man nicht”, sagt Bernhardt. Da die Lymphozyten dafür zuständig sind, Bakterien und Viren unschädlich zu machen, können Strahlenkranke sich gegen Krankheitserreger kaum noch wehren, ihr Immunsystem ist stark geschwächt.
Medikamente gegen die Strahlenkrankheit gibt es bislang nicht, sagt Bernhard, auch wenn das US-Verteidigungsministerium offenbar mit Substanzen experimentiert, die den Zelltod verhindern sollen. Wenn Strahlenopfer schnell in eine sterile Umgebung gebracht werden und zudem eine Knochenmarkstransplantation erhalten, haben sie aber eine Chance, zu überleben und auch wieder gesund zu werden. “Spätschäden wie Krebserkrankungen können natürlich trotzdem noch auftreten”, sagt Bernhardt.
Nahrungsmittel und Wasser, die radioaktive Substanzen enthalten, bergen andere Gefahren. Der Körper baut Stoffe wie Jod, Cäsium oder Strontium in unterschiedliche Gewebe ein. Jod gelangt zum Beispiel in die Schilddrüse, Strontium in die Knochen und Cäsium vorwiegend in die Muskeln. Dort schädigt die nach und nach freigesetzte Strahlung den Körper dann von innen. Manche Elemente, zum Beispiel Jod, werden schnell wieder ausgetauscht, andere bleiben dagegen über Jahrzehnte im Körper, so etwa Strontium. Radioaktives Jod erhöht die Gefahr für Schilddrüsenkrebs vor allem bei Kindern. Das zeigen die Erfahrungen nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl. Daher ist es sinnvoll, dass Kinder und auch Schwangere in Japan vorsorglich Jodtabletten einnehmen. Hier in Deutschland ist das aber nicht zu empfehlen, sagt Bernhardt: “Diese Tabletten haben starke Nebenwirkungen.”
24. März: Wellen der Zerstörung
Vorbereitung ist der beste Schutz vor Tsunamis
Angesichts der anhaltenden Sorge um das Atomkraftwerk Fukushima I gerät die eigentliche Katastrophe fast ein wenig in den Hintergrund. Mehr als 9.700 Todesopfer haben Erdbeben und Tsunami am 11. März gefordert, meldet die japanische Polizei heute, noch 16.500 Personen werden vermisst. Die meisten dieser Opfer kamen wohl in den Fluten des Tsunamis um, der 20 bis 30 Minuten nach den Erdstößen an die Ostküste der Insel Honshu brandete und ganze Dörfer innerhalb von Minuten wegschwemmte. Auf Erdbeben ist kein anderes Land der Welt so gut vorbereitet wie Japan. Viele Experten sind sich einig, dass ein vergleichbares Beben anderswo noch schlimmer gewütet hätte. “Die Erdbeben-Frühwarnung, die Bauweise der Gebäude, es hat alles funktioniert”, sagt der Seismologe Frank Scherbaum vom Deutschen Geoforschungszentrum Potsdam. Doch gegen einen meterhohen Tsunami scheint selbst die beste Technik machtlos zu sein.
Tatsächlich hat der Geologische Dienst der USA in einem Merkblatt eher simple Überlebensstrategien zusammengestellt, die auf Erfahrungen mit früheren Monsterwellen beruhen: Weglaufen, auf Bäume klettern und an schwimmenden Gegenständen festhalten, raten die US-Experten für den Fall der Fälle. Doch auch technische Maßnahmen und vor allem eine gute Vorbereitung sind nicht vergebens. Das zeigt ein Vergleich zwischen Japan und Sumatra. In der Provinz Aceh, wo man überhaupt nicht mit einem Tsunami gerechnet hatte, kamen 2004 fast 170.000 Menschen ums Leben, ein Vielfaches der nun in Japan erwarteten Opfer. In der japanischen Bevölkerung ist das Gefahrenbewusstsein für Tsunamis dagegen tief verankert. In den vergangenen hundert Jahren hat es etwa zehn Tsunamis an unterschiedlichen Küstenstreifen gegeben, die jeweils einige hundert Todesopfer forderten. Daher verfügt Japan über eins der besten Tsunami-Frühwarnsysteme der Welt. Es funktionierte auch am 11. März und rettete wahrscheinlich viele Menschenleben. Rundfunk und Fernsehen schlugen Alarm, Sirenen heulten los, so dass viele Küstenbewohner flüchten konnten. In Japan finden zudem regelmäßige Tsunami-Übungen statt. Fluchtwege in höher liegende Gebiete oder sichere Gebäude sind ausgeschildert. An manchen Orten zeigen Schilder an, wie weit das Wasser bei einem früheren Tsunami gekommen ist.
Japan ist zudem das bislang einzige Land auf der Welt, das über spezielle Schutzgebäude und -plattformen für Tsunamis verfügt. Es handelt sich meist um massive Betonbauwerke auf dicken, bis zu zehn Meter hohen Pfeilern, die teils noch 20 Meter tief im Boden verankert sind. Breite Treppen bieten ungehinderten Zugang. Im Fischerdorf Nishiki in Zentraljapan etwa, das in den letzten 200 Jahren viermal von einem Tsunami getroffen wurde, hat die Gemeinde 16 Rückzugsorte hergerichtet, meist offene Terrassen an den Flanken der umliegenden Hügel. Jeder der etwa 2.000 Einwohner von Nishiki sollte einen dieser sicheren Plätze innerhalb von fünf Minuten zu Fuß erreichen können. Diejenigen, die am weitesten entfernt von den Hügeln im Zentrum des Ortes wohnen, können auf einen 20 Meter hohen, runden Turm flüchten. In normalen Zeiten dient das Gebäude als öffentliche Toilette, Museum und Lagerraum für die Feuerwehr.
Ein anderes Schutzkonzept hat die Firma Brahman Developments in Puerto Rico entwickelt: Ihr “Statim Shelter System” ist eine Art Rettungsboot. Das geplante Vehikel besteht im Wesentlichen aus mehreren großen Abflussrohren aus Beton, die zu einem geschlossenen Schwimmkörper verbunden sind. Das Ganze sieht so ähnlich aus wie ein U-Boot und soll schwimmen, wenn ein Tsunami kommt. Innen können 80 Menschen Schutz finden. Nach Angaben des Erfinders Miguel Serrano kosten diese Rettungskapseln etwa 100.000 US-Dollar pro Stück. Man könnte sie in dicht besiedelten Gebieten im Abstand von einigen hundert Metern aufstellen.
In den USA beginnt man zurzeit gerade damit, über Evakuierungsgebäude nachzudenken. Die Gemeinde Cannon Beach im US-Staat Oregon etwa plant, eine neue Stadthalle auf Stelzen zu bauen, in die sich Bewohner flüchten könnten. Die Nordwestküste der USA ist durchaus bedroht: Die geologische Situation ist dort ganz ähnlich wie in Japan. Vor Oregon und Washington schiebt sich die Juan-de-Fuca-Platte unter die Nordamerikanische Platte. Zuletzt brach diese Plattengrenze im Jahr 1700. Ein gewaltiges Erdbeben der Magnitude 9 sandte Tsunami-Wellen über den gesamten Pazifik, noch in Japan richteten sie Schaden an.
Eine weitere Strategie gegen Tsunamis sind Schutzwälle. Japan hat fast 40 Prozent seiner Ostküste mit hohen Betonmauern geschützt, berichtet die New York Times. Doch wie sich jetzt zeigte, helfen diese teuren und wenig ästhetischen Bauwerke nur bedingt. “Die Mauer beim Atomkraftwerk Fukushima war 5,50 Meter hoch, der Tsunami aber deutlich höher”, berichtet Christian Berndt, Professor für marine Geophysik am Leibniz-Institut für Meereswissenschaften IFM-GEOMAR in Kiel. GPS-Messungen deuten darauf hin, dass sich die Welle am 11. März an einigen Stellen sogar 25 Meter hoch auftürmte. “Auf See ist ein Tsunami sehr viel kleiner, aber dafür unglaublich lang”, erläutert Berndt. Doch im flachen Wasser vor der Küste wird er langsamer. “Vor allem an Trichtermündungen von Flüssen staut sich das Wasser”, sagt der Geophysiker. Dort kann der Tsunami dann erstaunliche Höhen erreichen.
Wie hoch das Wasser im Extremfall steigen kann, können Geowissenschaftler inzwischen recht gut mit Modellen berechnen zumindest wenn sie die Unterwasser-Topographie vor einer Küste gut kennen. Solche Modellrechnungen können zeigen, welche Stellen einigermaßen sicher sind zum Beispiel Felsvorsprünge, um die das Wasser herumfließt und wo man besser nicht bauen sollte, meint Berndt.
Auch Pflanzen können die Gewalt der Wassermassen abschwächen. Wälder oder Mangrovengürtel sind natürliche Schutzschilde für gefährdete Städte allerdings nur, wenn diese nicht direkt am Meer liegen. “In Indonesien sind viele Dörfer nach dem Tsunami von 2004 weiter im Inland wieder aufgebaut worden”, sagt Frederik Tilmann vom Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam. “Das ist sicherlich weise. Man kann nur hoffen, dass die Menschen in hundert Jahren noch daran denken, wenn der nächste Tsunami kommt.”
25. März: Erreicht Fukushima-Fallout die Dimension von Tschernobyl?
Vor allem flüchtige Substanzen entweichen aus den Reaktoren
Brände, Dampfwolken und nun radioaktiv verseuchtes Wasser im Reaktorkeller: Viele Nachrichten lassen darauf schließen, dass die drei zerstörten Reaktoren des Atomkraftwerks Fukushima I nicht mehr dicht sind. Allerdings ist wenig bis gar nichts darüber zu hören, wie viel radioaktives Material wirklich in die Umwelt entweicht. Die Grafik des Betreibers Tepco von Messstationen am Kraftwerk zeigt nur wenige Spitzen bei der Strahlendosis. Die Internationale Atomenergiebehörde IAEA meldete dagegen gestern, dass die Strahlendosis 21 Kilometer vom Kraftwerk entfernt fast auf das 600-Fache des natürlichen Wertes erhöht ist. Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) kommt aufgrund verschiedener Messwerte zu der Einschätzung, von der Anlage Fukushima I gehe “eine massive und andauernde Freisetzung von Radioaktivität in die Umwelt” aus. Etwas konkreter sind die Ergebnisse von Gerhard Wotawa von der österreichischen Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Wien. Er hat die Menge der radioaktiven Isotope Jod-131 und Cäsium-137 berechnet, die Fukushima I während der ersten drei Tage, vom 12. bis 14. März freisetzte. Das Ergebnis: Die Werte liegen fast so hoch wie bei der Katastrophe von Tschernobyl.
Dennoch ist Fukushima nach wie vor nicht mit dem Super-GAU von Tschernobyl zu vergleichen. “Das Szenario ist hier ein ganz anderes”, sagt José Broekaert, Professor für Analytische Chemie an der Universität Hamburg. Aus den schwer beschädigten Fukushima-Reaktorkernen entweichen vor allem flüchtige Stoffe wie Jod-131, Cäsium-137 und radioaktive Isotope des Edelgases Xenon. Der zehn Tage dauernde Brand des Reaktorkerns in Tschernobyl schleuderte dagegen auch weniger flüchtige radioaktive Isotope in die Umwelt, etwa Strontium und Barium, dazu auch Brennmaterial aus dem Kern wie Plutonium. Durch den Brand bildete sich zudem ein Kamineffekt aus, wodurch radioaktives Material in hohe Atmosphärenschichten gelangte und sich mit den vorherrschenden Winden über Tausende Kilometer bis nach Westeuropa ausbreitete. Das führte insgesamt zu einer wesentlich höheren Strahlenbelastung als jetzt in Japan, vor allem in der näheren Umgebung des Unglücksreaktors.
Wotawa nutzte für seine Berechnungen die Detektoren der CTBTO. So heißt die UN-Organisation zur Überwachung des internationalen Kernwaffenteststopp-Abkommens. Derzeit 60 Stationen weltweit messen ständig die Konzentration von etwa einem Dutzend Radionukliden in der Luft. Die hochempfindlichen Messgeräte sind in der Lage, auch kleinste Mengen von radioaktiven Partikeln aufzuspüren, die bei Atomwaffentests freigesetzt werden. So soll die Einhaltung des Abkommens überwacht werden. Ab dem 17. März registrierten Stationen in Japan, Kalifornien, Alaska und Russland radioaktive Partikel aus Fukushima (siehe auch Bericht vom Montag). Wotawa nutzte diese Messwerte und zudem meteorologische Daten, um zurückzurechnen, wie viel radioaktives Jod und Cäsium freigesetzt wurden.
Das Ergebnis: In den ersten Tagen stieß Fukushima 1,3 mal 10 hoch 17 Becquerel radioaktives Jod pro Tag aus, in Worten: 130 Billiarden Becquerel. Das klingt zuerst einmal gewaltig. Rechnet man jedoch die Zahl der Zerfälle in Massen um (ein Becquerel entspricht einem zerfallenen Atom pro Sekunde), kommt man auf Werte im Grammbereich. Tschernobyl setzte wohl insgesamt 380 Gramm Jod-131 oder 1,76 mal 10 hoch 18 Becquerel innerhalb von zehn Tagen frei, also pro Tag etwa ein Drittel mehr als Fukushima. Diese relativ gering scheinende Menge an radioaktivem Jod war allerdings für etwa ein Zehntel der insgesamt in Tschernobyl freigesetzten Strahlung verantwortlich, zudem verursachte die Substanz geschätzte zusätzliche 6.000 Fälle von Schilddrüsenkrebs bei Kindern.
Beim Cäsium errechnete Wotawa für Fukushima etwas mehr als die Hälfte der in Tschernobyl emittierten Menge. José Broekaert von der Uni Hamburg hält Wotawas Berechnungen für plausibel: “Diese Werte sind sicher nur eine grobe Näherung, geben aber die Größenordnung der freigesetzten Radioaktivität an”, sagt er.
Das britische Wissenschaftsmagazin New Scientist vermutet, dass sich die hohen Werte dadurch erklären, dass im gesamten Fukushima-Komplex mit 1.760 Tonnen zehnmal so viel Brennmaterial lagert wie im Unglücks-Reaktor von Tschernobyl. Wie viel davon beschädigt ist, bleibt aber nach wie vor unklar.
Immerhin war die Windrichtung in Fukushima bislang meist günstig. Die radioaktive Wolke trieb auch in dieser Woche oft nach Osten in Richtung Pazifik. Aber eben nicht immer. Die bisher freigesetzte Radioaktivität dürfte “langfristige Auswirkungen sowohl auf die Umwelt als auch auf die Menschen in der Region um Fukushima haben”, heißt es beim Bundesamt für Strahlenschutz. Die Wissenschaftler dort gehen davon aus, dass Lebensmittel aus der Region “auch längerfristig stärker kontaminiert sein werden.”
28. März: Die Sprache der Erdbeben
Richter-Skala, Intensität, Erdbebenvorhersage: Wie Seismologen die Botschaften aus der Tiefe deuten
Nach dem Erdbeben und Tsunami vom 11. März überschwemmt derzeit eine Flut von Zahlen die Nachrichten. Von der Richter-Skala ist wieder viel zu hören, aber auch von Magnituden, Intensitäten und von hunderten, teils starken Nachbeben zuletzt heute Morgen. Da kann man leicht durcheinander geraten: Was hat die Stärke auf der Richterskala eigentlich mit der Zerstörungskraft eines Erdbebens zu tun? Wenn man die traurigen Bilder aus der japanischen Katastrophenregion betrachtet die Eindrücke aus Haiti, Sumatra, Chile und Sichuan noch frisch im Gedächtnis , stellt sich auch die Frage, ob Erdbeben in letzter Zeit zugenommen haben. Und: Warum schaffen es die Seismologen eigentlich nicht, Erdbeben vorherzusagen? Zum Schluss des regelmäßigen Japan-Reports gibt es hier nun einige Antworten.
Richter vs seismisches Moment
Wie stark ist ein Erdbeben? Der kalifornische Seismologe Charles Richter entwickelte 1935 eine Methode, um Erdstöße zu vergleichen. Er berechnete aus dem Ausschlag eines Standard-Seismographen und der Entfernung zum Bebenherd die Erdbebenstärke die sogenannte Magnitude. Die Skala, die er entwickelte, ist logarithmisch. Das heißt, die Bodenbewegung bei einem Erdbeben der Magnitude 6 ist zehnmal so stark wie bei einem Beben der Magnitude 5, die Energie steigt sogar um den Faktor 30.
Richters ursprüngliche Methode funktioniert allerdings nur bei Beben bis zur Magnitude 7 und bei Abständen von weniger als 700 Kilometern. Für stärkere Beben und größere Entfernungen ist sie ungenau. Daher verwenden Seismologen inzwischen andere Verfahren, um aus bestimmten Erdbebenwellen Magnituden zu errechnen. Es gibt zum Beispiel die Raumwellen- oder die Oberflächenwellenmagnitude. Diese Skalen sind an die ursprüngliche Richter-Skala angepasst, die Werte stimmen in etwa überein. Allerdings haben auch diese Skalen ein Problem: Wenn man nur den Ausschlag der Seismographen betrachtet, unterscheidet sich ein Magnitude 8,4-Beben nicht von einem Magnitude-9-Beben, obwohl es ein Vielfaches der Energie freisetzt. “Die Erschütterungen werden nämlich ab einer bestimmten Magnitude nicht mehr stärker, aber sie dauern länger an”, erläutert Frederik Tilmann vom Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam.
Zur Beschreibung starker Beben benutzen Seismologen daher inzwischen die sogenannte Moment-Magnitude, so auch der geologische Dienst der USA in seinen offiziellen Mitteilungen. Das seismische Moment hängt von der Größe der Bruchfläche und der Verschiebung ab und ist daher ein besseres Maß für die freigesetzte Energie als die Bodenbewegung. Es kann mit Hilfe von Seismogrammen, aber auch mit geodätischen Messungen bestimmt werden. Ein Erdbeben der Magnitude 6 setzt etwa die Energie einer Hiroshima-Bombe frei. Magnitude 9 entspricht dem gesamten Energieverbrauch von Großbritannien in einem Jahr.
Hat sich ein Erdbeben ereignet, wird zuerst ein vorläufiger Magnitudenwert angegeben. Nach ein paar Tagen, wenn mehr Daten vorliegen und genauere Analysen durchgeführt sind, wird der erste Wert häufig korrigiert. Auch jetzt in Japan änderte sich die Einstufung des Bebens: Der USGS und die Japan Meteorological Agency stuften das Tohoku-Beben unabhängig voneinander am 14. März von 8,9 auf 9,0 hoch.
Was ist die Intensität?
Welche Zerstörung ein Erdbeben anrichtet, hängt nicht nur von seiner Magnitude ab, sondern zum Beispiel auch davon, wie fest der Untergrund ist. Oder wie weit entfernt der Bebenherd liegt. Um das Geschüttel an der Oberfläche zu beschreiben, gibt es daher spezielle Skalen, zum Beispiel die “modifizierte Mercalli-Skala” oder die “europäische makroseismische Skala”. Sie beschreiben die Auswirkungen eines Erdbebens auf Menschen, Gebäude und die Natur: die Intensität. Die Skalen reichen von I (“nur unter günstigen Bedingungen spürbar”) bis XII (“völlige Zerstörung”). Das Problem: Da Intensitäts-Skalen auf Schäden an unterschiedlichen Gebäudetypen und subjektiven Wahrnehmungen beruhen, sind sie nicht immer vergleichbar. Das ist zum Beispiel problematisch, wenn es gilt, mögliche Schäden an einem Atomkraftwerk abzuschätzen, sagt der Seismologe Frank Scherbaum von der Universität Potsdam.
Mittlerweile berechnen Seismologen die seismische Intensität aber auch aus Messwerten, zum Beispiel aus der maximalen Bodenbeschleunigung an einem Ort. In den USA stellen die Seismologen des USGS bereits kurz nach einem Beben eine Erschütterungskarte (Shakemap) her, um die Schäden abzuschätzen und Rettungsdienste in die am schlimmsten betroffenen Gebiete zu schicken.
Nehmen Erdbeben zu?
In der Dekade von 2000 bis 2009 forderten Erdbeben von allen Naturkatastrophen die meisten Todesopfer. Nach den verheerenden Erdbeben in Haiti und Chile 2010 und jetzt in Japan steht zu befürchten, dass sich dieser traurige Trend auch in diesem Jahrzehnt fortsetzen wird.
Die Zahl der Erdbeben auf der Erde nimmt allerdings nicht zu. Im Durchschnitt ereignen sich etwa 20 Magnitude-7-Beben pro Jahr, etwa ein Beben der Magnitude 8, und alle zehn Jahre gibt es im Durchschnitt ein Magnitude-9-Beben. In den letzten Jahren haben sich diese Riesenbeben tatsächlich gehäuft: Die Erdstöße von Sumatra (2004, Magnitude 9,3), Chile (2010, Magnitude 8,8) und jetzt Japan (Magnitude 9,0) zählen zu den zehn stärksten jemals gemessenen Beben. Die ebenfalls zerstörerischen Beben von Sichuan (Magnitude 7,9) und Haiti (Magnitude 7,0) waren dagegen seismologisch gesehen nicht ungewöhnlich stark.
Doch bislang ist die Erdbeben-Statistik zu klein, um einen Trend zu erkennen. Eine ähnliche Serie wie jetzt ereignete sich auch zwischen 1952 und 1964, mit Megabeben in Alaska, Chile und Kamtschatka. Wahrscheinlich erleben wir zurzeit einfach eine zufällige Häufung auch wenn einige Forscher glauben, dass die derzeitige Serie eine Nachwirkung des Sumatra-Bebens sein könnte (siehe Bericht im New Scientist). Dass Erdbeben häufig so viele Todesopfer fordern, hat aber vor allem damit zu tun, dass immer mehr Menschen in erdbebengefährdeten Regionen wohnen und dass die Bausubstanz in vielen ärmeren Ländern schlecht ist. In den Industrieländern ist die Gefahr, durch ein Erdbeben zu sterben, in den letzten hundert Jahren um den Faktor zehn gesunken ist. In Entwicklungsländern steigen die Opferzahlen dagegen.
Kann man Erdbeben vorhersagen?
Den genauen Ort und Zeitpunkt eines Erdbebens kann bislang niemand vorhersagen. Forscher haben lange nach allen möglichen “Vorläuferphänomenen” gesucht, die ein starkes Beben ankündigen. Bislang ohne Erfolg. Viele Seismologen gehen inzwischen davon aus, dass Erdbeben prinzipiell nicht vorhergesagt werden können, weil die Erdkruste ein chaotisches System ist. Andere glauben, dass man Störungszonen nur gut genug überwachen muss, um zu bemerken, wo die Spannung eine kritische Grenze erreicht. Schließlich funktioniert die Wettervorhersage inzwischen recht gut, obwohl sich auch die Atmosphäre chaotisch verhält. Tatsächlich könnten GPS-Messungen, dichte seismische Netze und unterirdische Observatorien es in Zukunft leichter machen, die Vorgänge in der Tiefe der Erdkruste besser zu verstehen.
Statistische Vorhersagen wagen Seismologen inzwischen durchaus. So rechnen USGS-Geophysiker Anfang 2008 aus, dass Kalifornien mit einer Wahrscheinlichkeit von 99 Prozent von einem Beben der Magnitude 6,7 oder mehr getroffen wird. Seit der Entdeckung der Plattentektonik weiß man auch ungefähr, an welchen Stellen Erdbeben auftreten nämlich bevorzugt an den Plattengrenzen. Allerdings halten sich Erdbeben häufig nicht einmal an diese Gesetzmäßigkeiten. Immer wieder werden Seismologen von Erdbeben überrascht. So auch jetzt wieder: “Kaum ein Experte hatte angenommen, dass die seismische Zone vor Sendai einen auch nur annähernd so starken Schock produzieren könnte wie das Magnitude-9-Beben am 11. März”, schrieb das Magazin Nature. Die bisher bekannte Erdbebengeschichte der Region schien diese Annahme zu belegen.
Das zeigt: Seismologen müssen wohl erst noch eine Menge Daten sammeln, um sinnvolle Voraussagen treffen zu können. Die einzige Möglichkeit, sich auf Erdbeben vorzubereiten, sei es, das “Unerwartete zu erwarten”, sagt der Seismologe Robert Geller von der Universität von Tokio.
1. April: Das schwere Erbe des Unglücks
Wie es in Fukushima weitergeht
Auch drei Wochen nach der Tsunami-Katastrophe sind die vier Unglücks-Reaktoren des Kernkraftwerks Fukushima-1 nicht unter Kontrolle. Nach wie vor funktionieren die Kühlsysteme der drei Reaktoren nicht, die zur Zeit des Erdbebens in Betrieb waren. Beim Pumpen muss weiterhin improvisiert werden. Die beschädigten Brennelemente geben kontinuierlich Radioaktivität in die Umwelt ab, wie Strahlungsmessungen vom Reaktorgelände zeigen. Eine große Gefahrenquelle ist das offenliegende Abklingbecken des Reaktors 4, in dem sich mehr als 1.300 teils beschädigte Brennstäbe befinden. Zudem muss immer wieder Dampf aus den Druckbehältern der drei anderen Reaktoren abgelassen werden, wodurch radioaktive Nuklide in die Umwelt gelangen. Die japanische Regierung wagt noch keine Prognose, wie schnell die Reaktoren gezähmt werden können. Schon jetzt zeichnet sich aber ab, dass die Aufräumarbeiten Milliarden verschlingen und wahrscheinlich Jahrzehnte dauern werden.
2065 in diesem fernen Jahr soll die Sanierung des Unglücks-Reaktors von Tschernobyl beendet sein, 80 Jahre nach der Katastrophe. Zurzeit fahren täglich 3.500 Arbeiter auf das Gelände, um die Strahlung zu überwachen oder sauber zu machen. Ein Problem besteht zum Beispiel darin, dass die Ruine ständig unter Wasser steht und daher 300.000 Liter radioaktives Wasser pro Monat entsorgt werden müssen, schreibt das Magazin Nature in seiner aktuellen Ausgabe. Der Betonsarkophag, in den das zerstörte Kraftwerk im November 1986 eingeschlossen wurde, bröckelt inzwischen. Schon seit 2001 gibt es Pläne, eine hundert Meter hohe Stahlkuppel zu bauen, die man auf Schienen über die Ruine schieben kann. 2015 soll sie fertig sein, doch bislang hat der International Chernobyl Shelter Fund, der das Projekt unterstützt, erst die Hälfte der benötigten Kosten von etwa einer Milliarde Euro eingetrieben. Erst wenn die Stahlkuppel fertig ist, kann man damit beginnen, den strahlenden Reaktormüll zu entsorgen.
“Einen ähnlichen Sarkophag wird man in Fukushima auch bauen müssen, daran geht wohl kein Weg vorbei”, sagt Helmut Fischer, Leiter der Landesmessstelle für Radioaktivität in Bremen. Die Kosten dafür dürften ebenfalls in die Milliarden gehen. Das zeigt auch ein Vergleich mit dem havarierten US-Reaktor Three Mile Island in Harrisburg. Dort wurden nach dem Unfall mit Teil-Kernschmelze 1979 etwa 150 Tonnen kontaminiertes Material in ein Zwischenlager verfrachtet. Die Aufräumarbeiten endeten 1993, sie hatten also 14 Jahre gedauert und eine Milliarde Dollar gekostet. In Japan hat man es nun freilich gleich mit vier zerstörten Reaktoren auf einmal zu tun, die mehr als tausend Tonnen Brennstäbe enthalten. Wie stark diese beschädigt sind und ob sie geschmolzen sind, ist nach wie vor unklar. Als Sofortmaßnahme erwägt die japanische Regierung, eine Art Harz über das Gelände zu sprühen, meldet das britische Wissenschaftsmagazin New Scientist. So soll radioaktiver Staub gebunden werden, der sich durch die Explosionen auf den Ruinen verteilt hat und den Arbeitern das Leben schwer macht. Der Betreiber Tepco ist bei seinen Überlegungen derweil noch ein paar Schritt zurück. Am Mittwoch gab das Unternehmen bekannt, dass die vier zerstörten Reaktoren nie wieder in Betrieb gehen sollen.
Welche Auswirkungen die ausgetretene Radioaktivität für die japanische Bevölkerung haben wird, wird man wohl erst sagen können, wenn die Reaktoren keine weiteren Emissionen mehr freisetzen. Viele derzeit veröffentlichte Messwerte tragen eher zur Verwirrung bei, weil sie nur die Situation an einzelnen Punkten wiedergeben. Luftmessungen des US Department of Energy vom 17. bis 19. März liefern allerdings erstmals ein flächendeckendes Bild: Die Dosismessungen belegen, dass sich auf einem 3 mal 30 Kilometer großen Streifen nordwestlich von Fukushima erhebliche Mengen radioaktiver Isotope auf dem Boden abgesetzt haben. “In Deutschland könnten diese Werte bedeuten, dass die Gegend längerfristig nicht besiedelt werden darf”, sagt Helmut Fischer. Das größte Problem sei das Isotop Cäsium-137, das mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren zerfällt. Das heißt, nach 30 Jahren ist noch die Hälfte des Stoffes da, erst nach 300 Jahren sind 99,9 Prozent zerfallen. Fischer hat ausgerechnet, dass die Cäsium-137-Werte in dem hochbelasteten Streifen vermutlich ein ähnliches Niveau haben, wie sie in einem Umkreis von etwa hundert Kilometern um Tschernobyl gemessen wurden.
Ob es Möglichkeiten zur Sanierung gibt, werde man diskutieren müssen, sagt Fischer. Es sei zum Beispiel denkbar, den Boden umzupflügen, um das Cäsium zu vergraben, so dass es weniger Schaden durch direkte Strahlung anrichten kann. Bislang, so sagt der Forscher, habe die japanische Regierung die richtigen Sofortmaßnahmen ergriffen: Evakuierung, Verteilung von Jodtabletten und das Verkaufsverbot für kontaminierte Lebensmittel. In Tschernobyl funktionierte das weniger gut. Dort evakuierte man die Bevölkerung der nächstgelegenen Stadt Prypjat erst einen Tag nach der Explosion am 26. April 1986. Kinder durften sogar noch draußen spielen, während nebenan der Reaktorkern brannte. Eine 30-Kilometer-Zone um Tschernobyl wurde erst am 6. Mai geräumt, einen Tag, nachdem der Brand gelöscht werden konnte. Jodtabletten wurden nicht verteilt. Etwa 5.000 Kinder erkrankten in den folgenden Jahren zusätzlich an Schilddrüsenkrebs, weil sie radioaktiv verseuchte Milch getrunken hatten. “Weil man die Menschen dort nicht schnell über die Gefahren der Strahlung aufgeklärt hat, wurden sie einer höheren Strahlungsdosis ausgesetzt als nötig”, sagte Jim Smith von der University of Portsmouth in Nature. Welche langfristigen Folgen Tschernobyl für die Bevölkerung in den ehemaligen Sowjetrepubliken und in Europa insgesamt hatte, ist dennoch nicht genau bekannt auch, weil es keine koordinierten Studien in Europa gab, heißt es in Nature. Die erneute Aufmerksamkeit durch das Unglück in Japan könne nun helfen, einige seit langem geplante Untersuchungen endlich auf den Weg zu bringen.
2. Mai, Nachtrag: Flickenteppich unter der Erde
Das Beben in Japan war ungewöhnlich komplex
Während des Megabebens am 11. März 2011 vor der japanischen Küste brachen insgesamt fünf Abschnitte der Erdkruste nahezu gleichzeitig oder kurz hintereinander. Bei früheren Erdbeben waren diese Segmente jeweils einzeln in Bewegung geraten, berichtete Eric Kiser von der Harvard University kürzlich auf der Jahrestagung der Seismological Society of America in Memphis (US-Staat Tennessee). Dieser komplexe Ablauf könnte die enorme Gewalt des Bebens erklären, berichtete der Forscher.
Ein weiteres Anzeichen dafür, welch gewaltige Spannung sich vor dem Beben im Japan-Graben aufgestaut hatte: Der Meeresboden verschob sich dabei womöglich um bis zu 60 Meter, zeigen Berechnungen von Takeshi Sagiya von der Nagoya Universität. An Land betrug die maximale Verschiebung fünf Meter in der Horizontalen und 1,10 Meter in der Vertikalen. Der gesamte nördliche Teil der Insel Honshu rückte um einen Meter nach Osten – am Stück
Überrascht waren die Seismologen vor allem von der Stärke des Erdbebens nicht nur, weil es in Japan in den vergangenen 400 Jahren wohl kein vergleichbares Ereignis gegeben hat: Bislang nahmen Erdbebenforscher auch an, dass die maximale Magnitude eines Erdbebens vom Alter der beteiligten tektonischen Platten abhängt. Die stärksten Beben auf der Erde treten an sogenannten Subduktionszonen auf, an denen sich eine Ozeanplatte unter eine andere Platte schiebt und anschließend im Erdmantel versinkt. Die bisherige Theorie besagte, dass Erdbeben an einer Subduktionszone umso stärker ausfallen können, je jünger und heißer die Ozeanplatte ist und je schneller sie sich bewegt. Im Japan-Graben, wo verhältnismäßig alte Ozeankruste mit mittlerem Tempo unter Eurasien rückt, rechnete man daher maximal mit Beben der Magnitude acht zu Unrecht, wie sich nun zeigte. Auch das Magnitude-9,2-Beben von Sumatra 2004 passt nicht ins bisherige Bild: Dort war die verschluckte Ozeanplatte ebenfalls weder jung noch besonders schnell.
“Wir müssen uns klarmachen, dass praktisch jede Subduktionszone ein Kandidat für ein Magnitude-9-Beben ist”, zitiert das Wissenschaftsmagazin New Scientist den Seismologen Matt Pritchard von der Cornell University im US-Staat New York. Einige Forscher spekulieren, dass ein Unterwasserberg oder andere Strukturen auf der verschluckten Ozeanplatte dafür verantwortlich waren, dass sich eine enorme Spannung aufstaute. Das komplexe Bruchmuster deutet darauf hin, dass das Gestein stellenweise wie ein Klettverschluss aneinander haftete, während es anderswo rutschte wie geschmiert.
