Die Erde wehrt sich

Lösen Fracking, Geothermie und Staudämme wirklich Erdbeben aus? Was die Wissenschaft bisher darüber weiss.

Tiefe Eingriffe in die Erdoberfläche: Fracking, hier eine Anlage bei Rifle, Colorado, löst Spannungen im Untergrund aus. Foto: Ted Wood (Keystone)

Tiefe Eingriffe in die Erdoberfläche: Fracking, hier eine Anlage bei Rifle, Colorado, löst Spannungen im Untergrund aus. Foto: Ted Wood (Keystone)

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An einem Tag im Sommer ging in Oklahoma das Licht aus. Ein Erdbeben der Stärke 4,2 erschütterte die Kleinstadt Edmond und verursachte einen Stromausfall. Vor zehn Jahren wäre so etwas noch vollkommen undenkbar gewesen. «Bevor Fracking aufkam, war Oklahoma ein aseismischer Bundesstaat», sagt Marco Bohnhoff, Seismologe am Geoforschungszentrum Potsdam. Auf den offiziellen Gefährdungskarten war der Staat ein weisser Fleck, Erdbeben traten dort im Prinzip nicht auf.

Aber Anfang der 2000er-Jahre begannen die Energiekonzerne, die Gesteine im Untergrund im grossen Stil aufzubrechen, um das dort in sogenannten unkonventionellen Lagerstätten gespeicherte Erdöl und Methan zu gewinnen. Bei diesem Prozess entstehen Abwässer, die anschliessend im Untergrund entsorgt werden; der Umfang dieser Verpressung verdoppelte sich binnen weniger Jahre. In der Folge begann ein immenser Anstieg seismischer Aktivität, von der Oklahoma inzwischen mehr verzeichnet als das erdbebengebeutelte ­Kalifornien. 2016 wurden 623 Erdstösse mit einer Magnitude von mindestens 3,0 registrierten – und Oklahoma hat jetzt seine eigene Erdbebenbehörde.

Weltweites Phänomen

Die Vorgänge im Zentrum der USA sind Teil eines weltweit auftretenden Phänomens: vom Menschen verursachte Erdbeben. Zum Teil haben sie mit dem sogenannten Hydraulic Fracturing zu tun, auch Fracking genannt, und der damit oft verbundenen Abwasserverpressung. Das ist aber längst nicht mehr der einzige Auslöser. Sogenannte induzierte Seismizität droht auch infolge von Bergbau, Staudämmen, Geothermie, der Entnahme von Grundwasser und CO2-Einlagerungen im Untergrund – im Prinzip bei allen Vorgängen, bei denen der Mensch in das Spannungsfeld der Gesteinsschichten eingreift.

Das kann beim Fracking zwar durchaus der Fall sein. Die durch den eigentlichen Prozess ausgelösten Beben sind allerdings kaum an der Oberfläche spürbar. Fracking als Auslöser für Erdbeben zu ­bezeichnen, ist ein weitverbreitetes Missverständnis. Die anschliessende Abwasserverpressung greift wesentlich stärker in die unteren Gesteinsschichten ein.

Methan und Erdöl können beispielsweise in Schiefer oder Sandstein lagern. Die Rohstoffe lassen sich dort aber nicht direkt fördern, sie sind im Gestein eingeschlossen. Um dieses aufzubrechen, pressen die Förderkonzerne beim Fracking grosse Mengen eines Gemischs aus Wasser, Sand und Chemikalien in den Untergrund. Der Druck führt zum Bruch, es entstehen künstliche Risse im Gestein. Gas oder Öl werden freigesetzt.

Auch Monate nach der Bohrung kommt es zu Erschütterungen.

Die eingesetzten Flüssigkeiten sind danach nicht mehr verwendbar. Die Förderkonzerne pumpen dieses Abwasser zurück in den Untergrund. Die eingepresste Flüssigkeit verändert den Druck innerhalb des Gesteins und verursacht dadurch feine Risse. Das Gestein wird destabilisiert und Spannung umgeschichtet. Die Folge können Erdbeben sein.

Solche Erschütterungen werden oft von Kritikern des Frackings herangezogen, um auf die Risiken der Technologie hinzuweisen. Allerdings entstehen nicht nur beim Fracking, sondern auch in der herkömmlichen Förderung von Öl und Gas Abwässer, die einen Grossteil der verpressten Fluide in Oklahoma ausmachen.

Und künstliche Beben treten längst nicht nur durch den Abbau von Erdöl oder Methan auf. Es gibt sie auch in der Nähe von Staudämmen, wo sie von ganz ähnlichen Ursachen ausgelöst werden. Das aufgestaute Wasser drückt auf den Untergrund; Flüssigkeit dringt in feinste Poren im Gestein ein und drückt es gewissermassen auf. Der zusätzliche Druck ist zwar wesentlich geringer als bei der Brauchwasserverpressung. Da er aber auf einer deutlich grösseren Fläche ausgeübt wird, können die Erdbeben durchaus stark sein. Im indischen Koyna, südlich von Mumbai, löste ein Stausee 1967 das bislang folgenreichste Erdbeben aus, das nachweislich vom Menschen verursacht wurde. Ungefähr 200 Menschen kamen ums Leben.

Bildstrecke: Menschliche Aktivitäten können Erdbeben verursachen

Manche Seismologen vermuten auch hinter dem Erdbeben in der südchinesischen Provinz Sichuan, wo 2008 etwa 70'000Menschen starben, die nahe gelegene Zipingpu-Talsperre als Auslöser. Das Beben hätte in der gefährdeten Region vermutlich ohnehin irgendwann stattgefunden. Die Talsperre könnte Zeitpunkt und Ausmass allerdings verändert haben. Ein wissenschaftlicher Beweis für diese These steht jedoch noch aus.

Über die Frage, wie intensiv und häufig künftig in Oklahoma die Erde beben wird, ist derweil ein Streit unter Experten ausgebrochen. Die Geophysiker Cornelius Langenbruch und Mark Zoback von der Stanford University in Kalifornien nehmen an, dass die seismische Aktivität in Oklahoma künftig zurückgehen wird. Die Injektionsraten von Brauchwasser erreichten 2015 ihren Höhepunkt. In diesem Jahr hatte die Erde noch 903 Stösse mit einer Magnitude von 3,0 oder mehr abgegeben. Seitdem pressen die Konzerne weniger Wasser in den Untergrund, was vermutlich mit dem gefallenen Ölpreis und neuen Regulierungen zusammenhängt. Damit gehe auch die Wahrscheinlichkeit von Erdstössen zurück.

Fracking boomt weltweit

Ein Team von Seismologen um Thomas Goebel an der Universität von Kalifornien in Santa Cruz widerspricht in einer Studie: Zwar geben sie zu, dass die Zahl kleinerer Erdbeben mit den Wasserinjektionen zurückgegangen ist. Die Wahrscheinlichkeit von etwas stärkeren Erdbeben nehme hingegen zu, weil das bereits im Untergrund verpresste Wasser die Spannungsverhältnisse verändert hat. Auch Monate nach der Bohrung kommt es zu Erschütterungen. Im gasreichen Oklahoma ist das derzeit deutlich zu beobachten.

Das Phänomen ist nicht nur dort ein Problem: Zwei Millionen Fracks gab es bislang in den gesamten USA. Auch in anderen Ländern boomt Fracking. Und in den Gesteinsschichten unter dem chinesischen Festland lagern 30 Billionen Kubikmeter Schiefergas, das grösste Vorkommen der Erde. Ausbleibende gesetzliche Bestimmungen ermöglichen einen rapiden Abbau.

Basel traf es schlimmer

In Deutschland hingegen gilt für kommerzielles Fracking seit 2014 ein Moratorium. Lediglich 300 Fracks gab es bislang, grösstenteils zu wissenschaftlichen Zwecken. Aber auch in Deutschland greift der Mensch in den Untergrund ein. Im Kohlebergbau etwa ist induzierte Seismizität schon lange eine Begleiterscheinung. Bei der Kohleförderung bilden sich Hohlräume. Rutscht das Gestein nach, schichtet es Spannung um und kann zum Bruch führen. Wenn sich die Spannung löst, wird bereits im Untergrund vorhandene Energie freigesetzt. Sie äussert sich in seismischen Wellen. Bei einem solchen Erdbeben im Saarland 2008 haben Wissenschaftler eine Magnitude von 4,0 gemessen. Das Beben beschädigte mehrere Häuser in einem Gebiet, das ohnehin schon von tektonischen Störungen durchzogen ist.

Anfang September sorgte ein Erdbeben im oberbayerischen Poing für Aufsehen. Zwar gab es kaum Sachschäden, es ereignete sich aber in unmittelbarer Nähe einer Geothermieanlage. Prinzipiell gilt die Geothermie als sicheres Verfahren; allenfalls treten Mikrobeben auf. Die Erschütterungen sind normalerweise nicht stärker als an einer viel befahrenen Strasse. Auch der Erdstoss in Poing war mit einer Magnitude von 2,4 gering. Dennoch schaltete der Betreiber die Anlage vorübergehend ab.

Schlimmer traf es Basel im Dezember 2006, wo Geopower Basel und Geothermal Explorers ein geothermisches Heizkraftwerk planten. Sie pressten Wasser in fünf Kilometer Tiefe und erzeugten Wärme. 12'000 Kubikmeter Wasser waren in den Boden eingeleitet worden, bis sich die Erde am 8. Dezember 2006 wehrte. Der Tiefenbohrung folgte ein Erdbeben der Stärke 3,4. Aus der Schweiz und Deutschland gingen mehr als 1000 Schadensmeldungen ein, die Betreiber mussten das Projekt einstellen. Dabei gibt es in der Schweiz immer wieder Erdstösse der Magnitude 3,4. Meist werden sie relativ gelassen hingenommen, man kann ja nichts dagegen machen. Aber das Beben in Basel löste damals Empörung aus: weil es von Menschen verursacht war.

Erstellt: 24.10.2017, 17:56 Uhr

Schweiz hält an Fracking fest

Trotz Risiken kein Verbot

Das hydraulische Aufbrechen des Gesteins, Fracking genannt, birgt Risiken. Neben der Auslösung von Erdbeben wie bei den Geothermieprojekten in Basel und St. Gallen könnten in der Frackingflüssigkeit eingesetzte Chemikalien das Grund- und Oberflächenwasser verschmutzen. Gefahr geht auch von Schwermetallen und radioaktiven Substanzen aus, die aus der Tiefe gefördert werden.

Der Bundesrat ist jedoch überzeugt, dass diese Risiken durch Vorsichtsmassnahmen und hohe Standards beim Risikomanagement beherrschbar sind. Es gebe keinen Grund für ein Technologieverbot. Das geht aus dem Bericht «Fracking in der Schweiz» hervor, den der Bundesrat im März verabschiedet hat. Die Gasförderung mittels Fracking lehnt der Bundesrat aus klimapolitischen Gründen zwar ab. Aber der Nutzung der Tiefengeothermie steht im Grunde nichts im Weg. Allerdings wird das Vorgehen von den Kantonen bisher sehr unterschiedlich gehandhabt.

Schweizweit am bedeutendsten ist derzeit das Tiefengeothermie-Projekt der Geo-Energie Suisse in der jurassischen Gemeinde Haute-Sorne. Hier wird mit einer neuen Bohrtechnik versucht, das Gestein in kleineren Schritten aufzubrechen. So werde das Erdbebenrisiko reduziert. Das Geothermikraftwerk soll um 2020 in Betrieb gehen. (jol)

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