Wenn irgendwo auf der Welt das nächste große Erdbeben auftritt, wird es ohne Vorwarnung eintreffen, die Infrastruktur zerstören und Menschenleben gefährden.
Doch schon Tage vor dem Ereignis werden titanische geologische Kräfte am Werk sein und die Kruste auf subtile Weise verformen, die theoretisch die kommende Katastrophe vorhersagen könnten.
Ein mögliches Zeichen könnte ein Flackern im Magnetfeld sein, das um unseren Planeten herum ab- und abfließt. Jahrzehntelang haben Forscher aus Mangel an überzeugenden Beweisen über die Vorzüge der Suche nach magnetischen Signaturen für bevorstehende Erschütterungen diskutiert.
Eine neue Fall-kontrollierte Studie von QuakeFinder, einem humanitären Forschungsprojekt des Systemtechnik-Dienstleistungsunternehmens Stellar Solutions, in Zusammenarbeit mit dem Google Accelerated Science-Team kommt zu dem Schluss, dass es möglicherweise einen guten Grund gibt, die Suche fortzusetzen.
Durch die Anwendung von maschinellem Lernen auf bodengestützte Messungen lokaler magnetischer Veränderungen im Vorfeld einer Reihe bedeutender Erdbeben in ganz Kalifornien zwischen 2005 und 2019 fanden die Forscher Anzeichen für ein Muster, das weiterer Untersuchungen bedarf.
Das soll nicht heißen, dass der von ihnen beobachtete Effekt notwendigerweise zur Vorhersage von Erdbeben verwendet werden könnte, aber er ist dennoch ein faszinierender Hinweis für zukünftige Studien.
„Wir behaupten nicht, dass dieses Signal vor jedem Erdbeben existiert“, sagte QuakeFinder-Direktor Dan Schneider gegenüber Joshua Rapp Learn bei Eos.
Doch die Erkenntnisse könnten ausreichen, um das umstrittene Thema der elektromagnetischen Vorhersagen großer Erschütterungen noch etwas länger am Leben zu erhalten.
Prämissen hinter hypothetischen Schwankungen im Magnetfeld vor Erdbeben klingen vernünftig genug. Einige argumentieren, dass der massive Druckaufbau in der Kruste vor einem Beben theoretisch die Eigenschaften der Gesteinsschichten so stark verändern könnte, dass ihre Leitfähigkeit beeinflusst wird.
Andere Studien deuten darauf hin, dass sich Taschen mit eingeschlossenem Gas vor der Freisetzung aufbauen und die notwendigen elektrischen Ströme erzeugen, um die magnetische Aktivität zu beeinflussen.
Das Erkennen der resultierenden ultraniedrigen Frequenzverschiebungen im Magnetfeld würde die Behörden warnen, dass etwas Großes platzen wird, und ihnen Zeit geben, sich auf die gleiche Weise vorzubereiten, wie es die Gemeinden auf einen wachsenden Hurrikan tun könnten.
Was nach einer vielversprechenden Idee klingt, stößt bei der Anwendung leider auf einige Hürden.
Zum einen können viele Dinge in lokalen Bereichen eines Magnetfelds niederfrequente Wobbles erzeugen. Selbst eine Zunahme des Verkehrs in der Nähe oder kleine Verschiebungen der Sonnenaktivität können ein Summen hervorrufen, das mit einer geologischen Störung verwechselt werden könnte.
Um ein zuverlässiges Signal aus diesem Rauschen zu entwirren, müssen genaue Messgeräte an festen Standorten in der Nähe von beträchtlichen Erschütterungen vorhanden sein. Auch dort müssen genügend Beben der richtigen Größe für eine statistische Stichprobe aufgezeichnet werden.
Mit Forschungsstandorten in der Nähe von Verwerfungen im ganzen Bundesstaat Kalifornien ist Quakefinder in einer soliden Position, um diese Hürden zu überwinden.
An den verschiedenen Forschungsstandorten vergrabene Magnetometer lieferten den Forschern eine beträchtliche Menge an Daten über Beben mit einer Stärke von mehr als 4,5.
Nach der Auswahl von Beben, für die Messungen von zwei nahe gelegenen Orten vorlagen, und dem Ausschluss von Paaren von Orten ohne geeignete Aufzeichnungen, blieben den Forschern Messungen von 19 Erdbeben.
Diese Stichprobe wurde dann in zwei Gruppen aufgeteilt, von denen eine als Grundlage einer maschinellen Lernstudie diente, die versuchte, potenzielle Muster aus bekannten Einflüssen herauszufiltern, während die zweite Gruppe als Test für mögliche Entdeckungen diente.
Der vom Verfahren ermittelte und im Testlauf bestätigte Signal-Rausch-Abstand war nicht gerade stark. Wie die Forscher in ihrem veröffentlichten Bericht einräumen, wären offensichtliche elektromagnetische Anomalien vor Beben in früheren Untersuchungen “viel früher beobachtet, dokumentiert und akzeptiert worden”.
Aber sie deuten darauf hin, dass etwas Faszinierendes im elektromagnetischen Schimmer lauert, wie ein verdächtiger Schrei im Regensturm, der bis zu drei Tage vor einem Erdbeben vorhanden sein könnte. Eine Feinabstimmung der Methode der Forscher mit einer größeren Stichprobe könnte möglicherweise identifizieren, was vor sich geht.
Sollten zukünftige Studien auf ein zuverlässiges Brummen des bevorstehenden Untergangs im Magnetfeld eines Gebiets stoßen, ist dies möglicherweise immer noch keine universelle Melodie, die noch weitere Tests an mehreren Standorten auf der ganzen Welt erfordert.
Vorerst bleibt die Idee, winzige Änderungen im Magnetfeld des Planeten zur Vorhersage von Erschütterungen zu verwenden, umstritten. Aber von Ergebnissen wie diesen beflügelt, könnten weitere Untersuchungen endlich das geheime Geflüster eines Bruchs an der Bruchstelle aufdecken.
Diese Forschung wurde in der veröffentlicht Journal of Geophysical Research: Feste Erde.