Kannst du bitte mal dieses Erdbeben shazamen?

Nicht jedes Erdbeben ist bemerkbar. Manche sind so leicht und delikat, dass es eine Musik-App braucht, um sie zu erkennen. Shazam liefert nun die technische Grundlage, um seismische Aktivitäten leichter zu identifizieren.

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Shazam sagt, es ist ein Erdbeben. © Karen Bleier/AFP/Getty Images

Für die drei bis sieben Personen auf der Welt, die es nicht wissen: Shazam ist eine mobile App, mit der Nutzer Lieder und TV-Sendungen in der unmittelbaren Umgebung erkennen können.

Jedes Lied hat einen akustischen Fingerabdruck, eine bestimmte Tonreihenfolge, die es einzigartig macht. Shazam nutzt einen Algorithmus, um diesen Fingerabdruck zu identifizieren und mit einer Lieder-Datenbank abzugleichen. Wird die App fündig, spuckt sie Interpret und Titel des Liedes aus, fertig.

Gregory Beroza, Seismologe an der Stanford University, war gerade beim Shopping als er ein Lied hörte, das ihm gefiel. Er zückte sein Smartphone und shazamte es, so wie es jeder vernünftige Mensch tun würde – und hatte gleich noch eine weitere Idee. Könnte er nicht dieselbe Technologie verwenden, um Erdbeben zu bestimmen?

Dabei geht es dem Wissenschaftler nicht um die Erdbeben, die die gesamte Umgebung zum Umfallen bringen – die würden wir ja ohnehin merken. Spätestens dann, wenn wir nüchtern nicht mehr gerade gehen können. Seit einigen Jahren versuchen sich Wissenschaftler an der Erfassung von so genannten Mikrobeben. So schwache Beben, dass wir sie nicht bemerken und selbst mit traditionellen Messgeräten nicht messen können. Forscher erhoffen sich durch ein besseres Verständnis dieser Bebchen eine frühzeitige Erkennung potenziell gefährlicher, seismischer Ereignisse.

So funktioniert’s

Erdbeben haben, genau wie Lieder, ein bestimmtes Muster – einen Fingerabdruck. „Die Struktur der Erde verändert sich sehr langsam. Erdbeben, die nah beieinander stattfinden, haben sehr ähnliche Kurvenverläufe. Sie erschüttern den Boden fast in gleicher Weise“, erklärt Beroza.

© Nicolas Asfouri/AFP/Getty Images
Mach lieber mal Shazam an. © Nicolas Asfouri/AFP/Getty Images

Forscher haben im Laufe der Zeit eine Datenbank von Erdbeben-Fingerabdrücken angelegt, die ihnen dabei helfen soll, Mikrobeben zu erfassen. Wenn also der Boden wackelt, können sie auf diese Datenbank zurückgreifen und anhand der Kurvenverläufe sehen, ob es ein bereits vergangenes Beben gab, das den selben Fingerabdruck hatte. Das einzige Problem dabei ist, dass sie dafür einen dermaßen gewaltigen Datensatz so akribisch inspizieren müssten, dass sämtliche Beteiligten vergreisen würden. Seismologen tun also oft nichts anderes, als unendlich lange auf Echtzeit-Daten zu starren und dabei alt zu werden. „Tatsächlich ist es unmöglich, sämtliche Uhrzeiten mit sämtlichen anderen Uhrzeiten, 365 Tage im Jahr, 24 Stunden am Tag miteinander zu vergleichen“, sagt Beroza.

Ein auf Shazam basierendes Lesegerät, das mithilfe eines Algorithmus Fingerabdrücke von Mikrobeben erkennt, könnte diese Aufgabe wohl fast auf Anhieb schaffen. Gemeinsam mit drei Studenten mit Erfahrung in computergestützter Geowissenschaft entwickelte Gregory Beroza ein Programm namens „Fingerprint and Similarity Thresholding“ mit der passenden Abkürzung „FAST“. Das Programm ist in der Lage, mittels seismischer Fingerabdrücke eine Woche an seismischen Daten in weniger als zwei Stunden auszuwerten, 140 mal schneller als klassische Methoden. Die Arbeitsergebnisse des Forschungsteams wurden Anfang Dezember im wissenschaftlichen Journal Science Advance veröffentlicht.

„FAST ist vielfältig einsetzbar. Es kann dazu dienen, winzige Nachbeben aufzuspüren. Um den Prozess besser zu verstehen, wie ein Beben zum nächsten führt“, meint Beroza. Es könnte zusätzlich dabei helfen, so genannte „induzierte Seismizität“ zu ermitteln. Das sind kleine Erdbeben, die durch menschliches Verhalten verursacht werden. Das kann zum Beispiel beim Bergbau, Fracking oder dem Verpressen von Abwässern passieren. Bei letzterem wird kontaminiertes Restwasser von Öl- oder Gasbohrungen in unterirdischen Senken entsorgt.

Abwasserverpressung im Untergrund ist auch die Ursache für das bis dato stärkste von Menschenhand induzierte Erdbeben in den USA: ein Beben mit der Stärke 5,7 in einem entleerten Ölfeld in Oklahoma im Jahr 2011.

„Im Gegensatz zu natürlichen Erdbeben, deren Auftreten über die Jahre konstant blieb, werden von Menschen verursachte Beben immer häufiger“, meint Beroza. FAST könne in dieser Hinsicht besonders hilfreich sein. Denn Forscher könnten damit besser verstehen, wie viel an menschlicher Aktivität die Erdkruste aushält.

FAST braucht noch ein wenig Zeit, um in großem Rahmen einsetzbar zu sein. Bisher wurde es nur an einer einzigen tektonischen Verwerfungslinie mit einem einzigen Gerät verwendet. In Zukunft soll es mit einem großen Netzwerk an seismischen Sensoren verbunden sein und noch schneller funktionieren.