Geophysik: Die Erde rauscht

Könnten wir ultratiefe Töne wahrnehmen, so würden wir mit dem Ohr am Boden sogar die Stürme auf dem Atlantik toben hören. Denn die Ozeane erzeugen Schwingungen in der Erdkruste. Geophysiker können mit ihrer Hilfe etwas über den Aufbau der Erde lernen.

Wissenschaftler haben in den vergangenen Jahren gelernt, aus dem Rauschen in der Erde etwas über ihren Aufbau zu lernen. (Foto: iStockphoto)

Mit dem Ohr am Boden bekäme man ganz schön was zu hören. Vorausgesetzt, der Hörsinn erstreckte sich weit in den Bereich der ultratiefen Töne, könnte man die Stürme auf dem Atlantik toben hören oder die Wellen, die sich in Tasmanien brechen.

Die Weltkugel ist erfüllt von sogenanntem seismischen Rauschen, haben Geophysiker in den vergangenen Jahren erkannt. Er entsteht an Myriaden von Orten, vor allem durch Ozeanwellen - und nicht nur dort, wo Erdbeben ganze Regionen erschüttern.

Vergleicht man die Erde mit einer Kirchenglocke, dann wären die selten und lokal auftretenden Erdstöße die Schläge des Klöppels, das Rauschen aber Erschütterungen durch den Straßenverkehr vor dem Turm, der Wind, der um die Glocke streicht, und die Sonne, unter der sie sich ausdehnt.

Wissenschaftler haben in den vergangenen Jahren gelernt, aus dem Rauschen in der Erde etwas über ihren Aufbau zu lernen. Sie erzeugen daraus Schnittbilder wie die Tomografiegeräte der Medizin. "Die Seismologie hat sich damit unabhängig von den aktiven Quellen und Erdbeben gemacht", sagt Christoph Sens-Schönfelder vom Geoforschungszentrum Potsdam.

Der Schlüssel dazu ist der Vergleich von Messdaten mehrerer benachbarter Stationen, also eine Korrelation. Ähneln sich die Zacken der Kurven, lässt sich das als durchlaufende Welle interpretieren. Sie enthält Informationen über die passierten Schichten. Raffinierte Mathematik gewinnt daraus Information wie aus einem gezielten Experiment. "Das ist so, als hätte man an der einen Station gezielt seismische Signale erzeugt, die an Strukturen in der Tiefe reflektiert werden", sagt Sens-Schönfelder.

Bisher war das nur für die oberflächennahen Schichten gelungen, also Erdkruste und oberer Mantel. Aber jetzt hat es ein Forscherteam geschafft, Erkenntnisse über die Übergangszone zwischen oberen und unterem Mantel in 400 bis 700 Kilometern Tiefe aus den Signalen zu destillieren ( Science, Bd. 338, S. 1063, 2011). Die Gruppe um Piero Poli von der Universität Grenoble hat dazu die Daten aus dem Jahr 2008 von einer Gruppe von 42 seismischen Horchstationen in Nordfinnland ausgewertet.

Da die Forscher wissen, wie Oberflächenwellen aussehen, konnten sie aus den Daten der 861 Paare von Stationen solche Signale herauspicken, die keine Oberflächenwellen waren, aber dennoch Korrelationen aufwiesen. Durch Isolieren und Aufaddieren solcher Wellenpakete erhielten sie Einblick in die Tiefe.

Sie fanden den oberen Rand der Übergangszone, der sich unter Nordfinnland in Tiefen von 405 bis 420 Kilometern befindet. Der untere Rand war schärfer begrenzt, auf 650 bis 654 Kilometer. Das sei ein "großer Fortschritt für die Tomografie mit seismischem Rauschen", sagt German Prieto von der Universidad de los Andes in Bogota in einem Kommentar in Science. Die Methode dürfte zum "entscheidenden Baustein" werden, die Struktur der Erde abseits der Erdbebenzonen aufzuklären.