Forschung hautnah

Riskantes Spiel

Von Georg Scholl

Wann kommt der nächste Tsunami oder das ganz große Beben? Die Bewohner der japanischen Küste oder von Städten wie Los Angeles wissen es nicht und leben mit dem Risiko. Der Seismologe Seth Stein entwickelt Strategien für den Umgang mit unkalkulierbaren Gefahren.

Tsunami-Katastrophe in Japan, 11. März 2011
Tsunami-Katastrophe in Japan, 11. März 2011: Ausgelöst durch ein Erdbeben der Stärke 9,0 donnern gigantische Wellen über die Küstenstraße der Stadt Miyako im Nordosten des Landes. (Foto: picture alliance / dpa / AFLO)

Die Mauer ragt zehn Meter hoch und erstreckt sich kilometerweit entlang der Küste. Doch dann kommt die Welle und zehn Meter schrumpfen auf Spielzeuggröße. Schmutzig wälzen sich die Wassermassen über den Schutzwall und schlagen auf der anderen Seite nieder. Sie reißen alles mit, Ampelmasten, Autos, ganze Schiffe. Seth Stein stoppt das Video und lässt die Wucht der Bilder wirken. Als der verheerende Tsunami 2011 die Ostküste Japans traf und den Reaktorunfall von Fukushima auslöste, hatte niemand eine Katastrophe diesen Ausmaßes kommen sehen. Das Erdbeben, das dem Tsunami vorausging, war 20-mal stärker, als die Seismologen erwartet hatten, die Flutwelle höher als jede Prognose. Seth Stein ist Erdbebenforscher an der Northwestern University in Evanston, USA. Am MIT und Caltech ausgebildet, ist der Humboldt-Forschungspreisträger einer der führenden Köpfe seiner Disziplin. Seit mehr als 30 Jahren erforscht Stein die Ursachen und Folgen von Erdbeben. Seine Erfahrungen machen ihn bescheiden: „Wir überschätzen, was wir wissen, und wir unterschätzen, was wir nicht wissen.“ 

Beben mit Sprengkraft
Beben mit Sprengkraft
Quelle: Seth Stein, Jerome
Stein: Playing against Nature,
Wiley & Sons, 2014

Erdbebenforscher wie Stein dokumentieren jedes Beben, das sie mit ihren Instrumenten aufzeichnen. Da es die dafür notwendigen Geräte erst seit rund 100 Jahren gibt, zeigen die Bebenkarten der Seismologen gemessen an geologischen Maßstäben nur einen winzigen Ausschnitt. Die meist komplexen räumlichen und zeitlichen Muster der Beben lassen sich so oft gar nicht erkennen. Von der Vergangenheit auf die Zukunft zu schließen, kann deshalb trügerisch sein, meint Stein. „Unsere Prognosen der Verhaltensweise von Erdbeben gleichen dem klassischen Rummelplatzspiel Whac- A-Mole, bei dem man mit einem Hammer versucht, einen Plastikmaulwurf zu erwischen, wenn er den Kopf aus seinem Loch steckt. Man denkt, er kommt aus einem bestimmten Loch, doch dann springt er ganz woanders nach oben.“

Otsuchi, Japan, 14. März 2011
Otsuchi, Japan, 14. März 2011: Die Flutwelle, die drei Tage zuvor durch die Kleinstadt im Nordosten des Landes brandete, hat große Verwüstungen hinterlassen. (Foto: picture alliance / dpa / epa / Asashi Shimbun)

Was ist dann die Botschaft der Forscher für die Einwohner von Städten wie Istanbul, Tokio, Teheran, Mexiko-Stadt oder Los Angeles, die alle im Schatten des drohenden Big One leben, des nächsten großen Bebens? „Wir können ihnen sagen, dass sie in einer gefährdeten Region leben. Mehr nicht. Die Erde ist viel zu chaotisch und unser Wissen nicht ausreichend, als dass wir das Risiko von Naturkatastrophen mit Modellen verlässlich vorhersagen könnten“, so Stein. Für ihn als Wissenschaftler geht es deshalb in erster Linie darum, die Prozesse besser zu verstehen und die Prognosen verlässlicher zu machen. „Die Kontinentalplatten bewegen sich sehr langsam, etwa in der Geschwindigkeit, mit der unsere Fingernägel wachsen. Wie sie dabei über lange Zeiträume Druck aufbauen und wann sich dieser plötzlich in einem Beben entlädt, müssen wir noch besser verstehen“, sagt Stein. Die meisten Beben entstehen dort, wo die Platten sich reiben und aneinanderstoßen, was als plausible Erklärung für häufige Beben gilt. Doch manche Beben treten fernab der kollisionsträchtigen Ränder auch inmitten der Platten auf. Sie sind besonders schwierig zu prognostizieren und geben Stein und seinen Kollegen eine harte Nuss zu knacken.

Weltkarte der Erdbeben
Weltkarte der Erdbeben.
Quelle: Seth Stein, Jerome
Stein: Playing against Nature,
Wiley & Sons, 2014

Bis die geologischen Hintergründe jedoch besser verstanden sind, werden die Bewohner der betroffenen Regionen noch lange in Ungewissheit leben müssen. Stein beschäftigt sich deshalb auch damit, wie die Gesellschaft mit Risiken umgeht und wie wirtschaftliche Kosten- Nutzen-Überlegungen helfen könnten, kluge Entscheidungen zu treffen. Es geht um viel Geld, denn Naturkatastrophen kommen die Menschen immer teurer zu stehen. Kosteten die Folgen von Überschwemmungen, Stürmen, Feuersbrünsten, Dürren, Vulkanausbrüchen oder Erdbeben im Jahr 1980 weltweit noch etwa 75 Milliarden Dollar, so waren es 2012 nach Steins Berechnungen bereits über 400 Milliarden. Es lohnt sich also, in die Vermeidung und Minderung von Risiken zu investieren. Doch was ist hierbei ein vernünftiges Maß? Und wie viel Risiko wollen wir eingehen?

Fehlalarm: Statt Lava gab es Schnee

Dass falsche Prognosen kosten, auch wenn die Katastrophe ausbleibt, zeigt das Beispiel von Mammoth Lakes, einem Wintersportort in der kalifornischen Sierra Nevada. Der Ort liegt an einem Vulkan, an dessen Hängen sich trefflich Ski fahren ließ, bis 1982 die staatlichen Geologen vor einem Ausbruch des Vulkans warnten. Doch die Katastrophe blieb aus. Ebenso wie fortan die Touristen, obwohl es statt Lava weiterhin herrlichen Pulverschnee gab. Die Preise für Häuser fielen, Geschäfte schlossen, Einwohner zogen weg. Es dauerte ein Jahrzehnt, bis sich die Wirtschaft erholte und die Skifahrer zurückkehrten.

Das Veterans Affairs Medical Center in San Diego
Das Veterans Affairs Medical Center in San Diego wurde nachträglich mit einer 60 Millionen Dollar teuren Stahlkonstruktion ausgerüstet. Sie soll das Gebäude im Fall eines Erdbebens schützen. (Foto: VA San Diego Healthcare System)

Hätten die Wissenschaftler auf ihre Warnung verzichten sollen? Wie groß wäre der Schaden gewesen, wenn ein Vulkanausbruch die Menschen unvorbereitet getroffen hätte? Welchen ethischen und ökonomischen Wert haben menschliche Verluste? Kostet es im Falle Japans mehr, eine neue, nochmals höhere Flutmauer zu bauen oder eine Küstenstadt umzusiedeln?

Unmittelbar nach einer Katastrophe ist oft nicht der Moment, derlei Fragen abgewogen zu diskutieren. Es schlägt die Stunde der politischen Tatkraft und der Ankündigung von Konsequenzen. Solche im Lichte von Katastrophen getroffenen Maßnahmen stehen nicht immer in einem gesunden Verhältnis zu ihrer Wirkung, wie das Beispiel kalifornischer Krankenhäuser zeigt, die erdbebensicherer gemacht werden sollen. Der Beschluss hierzu wurde nach einem Erdbeben im San Fernando Valley 1971 gefasst, bei dem einige Krankenhäuser einstürzten und über 50 Personen starben. Die kalifornische Regierung ordnete daraufhin an, die Krankenhäuser mit Stahlskeletten zu ummanteln und so stabiler zu machen. Bis heute wurden die Arbeiten noch nicht beendet, die Kosten steigen immer weiter. Vor 2030 wird nicht mit dem Abschluss der Umbauten gerechnet. „Was wir für das eine ausgeben, fehlt für etwas anderes“, sagt Stein. „Könnten mehr Menschenleben dadurch gerettet werden, wenn zumindest ein Teil des Geldes in Personal oder medizinische Geräte investiert würde? Das Beispiel zeigt, wir brauchen eine nüchterne und transparente Analyse von Kosten und Nutzen, gerade wenn es um öffentliche Güter geht.“

Wenn der Job wichtiger ist als die Gefahr

Aschewolken und Donnergrollen aus dem Vulkan Sinabung
Nordsumatra, Indonesien, Januar 2014: Aschewolken und Donnergrollen aus dem Vulkan Sinabung. Wer wagt sich da noch in die Kirche? Foto: picture alliance / AP Photo / dpa / Binsar Bakkara

Stein hat ein mathematisches Modell entwickelt, das die Kosten für die Vorsorge mit den erwarteten Verlusten und mit der Wahrscheinlichkeit verrechnet, mit der ein bestimmtes Risiko eintritt. Herauskommt eine Kurve, an deren tiefstem Punkt das optimale Verhältnis zwischen Vorsorge und Risikofreudigkeit liegt. Sich mit noch mehr Aufwand gegen ein Risiko zu wappnen, wäre unvernünftig und Ressourcen würden besser anders investiert.

Das Modell ermöglicht einen systematischen Blick auf das Für und Wider im Umgang mit Risiken. Doch die Abwägung bleibt subjektiv, wie Stein weiß, gerade wenn Risiken aus der zeitlichen Perspektive eines Menschenlebens betrachtet werden: „Für die Bewohner eines Ortes, der wirtschaftlich von einem maroden Kernkraftwerk abhängig ist, kann beispielsweise das kurzfristige Risiko eines Jobverlusts bei einer Schließung des Werks schwerer wiegen als das eines möglichen nuklearen Unfalls oder langfristiger Probleme mit radioaktivem Abfall in einigen Jahrzehnten.“ Wichtig sei, so Stein, überhaupt Risikoabwägungen zu treffen und Entscheidungen gründliche Kosten-Nutzen- Berechnungen voranzustellen. „Hierzu müssen wissenschaftliche, ökonomische und politische Analysen besser integriert werden“, so Stein, der seinen Studenten zur Verdeutlichung immer eine Gedankenaufgabe stellt: Wenn für ein Busticket 2 Euro zu zahlen sind und Schwarzfahren 40 Euro Strafe kostet, ab wann ist es sinnvoll, eine Fahrkarte zu kaufen? Die Studenten überlegen dann eine ganze Weile, bis sich schließlich einer traut zu fragen: Wie oft kommt denn überhaupt ein Schaffner und kontrolliert? Und genau dies ist für Stein der Punkt. Die Studenten müssen diese Entscheidung anhand ihrer eigenen, eingeschränkten Erfahrung treffen. Bei Naturgefahren, sagt Stein, ist es nicht anders: „Wir müssen mit Unsicherheiten leben und anhand von sehr begrenzten Informationen die bestmöglichen Entscheidungen treffen.“

aus Humboldt Kosmos 102/2014
Seth Stein
Professor Dr. Seth Stein 
Foto: privat

Als Humboldt-Forschungspreisträger kooperiert Professor Dr. Seth Stein zurzeit mit Kollegen in Göttingen und München und sucht nach Mustern in den historischen Aufzeichnungen vergangener Erdbeben in Europa. In dem gemeinsam mit seinem Vater Jerome verfassten, jüngst erschienenen Buch „Playing against Nature“ beschreibt er seine Forschung für ein breites Publikum.