Geologen beobachten sie – reagieren Ameisen sensibel auf Erdbeben?
Das Ansiedeln von hügelbauenden Waldameisen auf tektonischen Bruchzonen, überwiegend gaspermeablen Seitenverschiebungen, wirft die Frage auf, ob aus dieser Situation Informationen für geologische Fragestellungen gewonnen werden können. Eine der ungeklärten Fragen in der Geowissenschaft ist die Vorhersagbarkeit von Erdbeben. Um zu überprüfen, ob neben technischen Möglichkeiten Sensibilitäten aus dem Tierreich Hinweise auf Erdbeben liefern könnten, werden zurzeit in einem Forschungsprojekt Waldameisen in der Laacher See-Region (Osteifel) beobachtet, in dem gehäuft kleinere Erdbeben auftreten.
Die Vorteile, die die Ameisen bieten, sind eindeutig. Im Vergleich zu anderen Tierarten, die in der Literatur mit Reaktionen vor einem Erdbeben in Verbindung gebracht werden, sind die Ameisen mit ihrem Nest ortsfest und somit rund um die Uhr beobachtbar. Weiterhin leben sie direkt auf dem Informationskanal aus der Tiefe, in unmittelbarem Kontakt zur Störungsfläche. Ein besonderer Vorteil der Ameisen ist die hohe Sensibilität für Umweltveränderungen. Sie können CO2-Konzentrationen bestimmen, eine Bedingung für die optimale Sauerstoffregulierung im Nest. CO2 steigt aber auch aus der Tiefe auf. Die Gasmenge und Zusammensetzung kann sich vor und nach Erdbeben ändern, etwas was eine Reaktion bei den Insekten hervorrufen sollte. Darüber hinaus können sie sehr geringe Temperaturanstiege wahrnehmen und vielleicht akustische, elektromagnetische und mikroseismische Signale aus der Tiefe registrieren.
Bedingungen für die ganzzeitliche Beobachtung eines Ameisennestes ist die Verfügbarkeit einer Infrastruktur. Da diese im natürlichen Siedlungsumfeld im Wald nicht gegeben ist, wurden im Sommer 2009 über einen Presseaufruf mögliche Standorte in privaten Gärten mit Stromanschluss erfragt. Es ergab sich daraufhin ein Kontakt zu einem optimalen Standort mit einem Nest (F. pratensis), das seit 01. September 2009 rund um die Uhr mit einer hochauflösenden Infrarotkamera beobachtet wird. Die anfallenden digitalen Datenmengen (ca. 40 GB am Tag) sind gigantisch und stellen für die online-Auswertung ein Problem dar, das noch nicht gelöst ist. An der Optimierung der Datenverwaltung wird zurzeit gearbeitet. Die Speicherung der Daten erfolgt auf einem “Network-Attached-Storage-System“ (NAS) vor Ort. Die Daten werden auf einem Festplattensystem für die weitere Bearbeitung gespeichert.
Auswertung
Vorläufig können nur die Aktivitäten der Ameisen auf der Nestkuppe, in dem von der Kamera erfassten Ausschnitt ausgewertet werden. Die Auswertung erfolgt im Moment noch subjektiv durch ein bis zwei Personen. Vorgesehen sind für kritische Tage (s. u.) zusätzliche weitere Auswertungen über neutrale Drittpersonen. Langfristig ist eine Software-gestützte Auswertung geplant. Hierfür muss das Problem des geringen Kontrastes von braunen Ameisen auf braunem Hintergrund überwunden werden. Die Aktivitäten werden in Stufen von 0 (keine Aktivität) bis 6 (extrem Aktivität) eingestuft.
Erste Ergebnisse
In den ersten 5 ausgewerteten Wochen konnten Standardtagesabläufe erkannt werden. Vereinfacht ausgedrückt zeigen die Ameisen einen Tagesrhythmus, der sich am besten durch eine m-fömige Wellenbewegung charakterisieren lässt: Bei Tagesanbruch (etwa 7:30 h) steigt die Aktivität auf dem Nestkopf bis etwa 11:00 h. Zwei Aktivitätsspitzen können zur Mittagszeit und am späteren Nachmittag beobachtet werden. In den Abendstunden lässt die Aktivität wieder nach.
Im Detail: Von Mitternacht an bis etwa 7:30 h morgens befinden sich alle Ameisen im Nest (Aktivitätsindex 0). Nach der Aufwachphase (etwa 7:30 h) öffnen sie ihre Ausgänge und belüften ihr Nest für etwa 1,5 Stunden. Zwischen 11:00 und 13:00 und zwischen 15:30 und 17:00 zeigen sie die höchsten Aktivitätsstufen (zwischen 5 und 6). Ab etwa 17:00 h nimmt die Aktivität auf dem Nestkopf wieder deutlich ab und alle Ameisen ziehen sich gegen Abend wieder ins Nest zurück (Abb. vom 05.09. – 09.09., 18.09., 22.09., 23.09., 25.09. - 28.09.).
Am 10.September 2009 ereignete sich ein Erdbeben mit Magnitude 3,2 etwa 30 km vom beobachteten Nest entfernt. Die Ameisenaktivität vor und nach dem Erdbeben war ungewöhnlich. Von Mitternacht des 10. Septembers bis etwa 10:00 h des nachfolgenden Tages (11. September) zogen sich die Ameisen nicht in ihr Nest zurück, sondern verblieben in einem mittleren Aktivitätsniveau zwischen 3 und 4 auf dem Nestkopf. Sie gingen erst nach 10:00 h des folgenden Tages in ihren standardisierten Tagesrhythmus über.
Neben der visuellen Auswertung werden weitere Parameter, wie die Erdgezeiten oder klimatische Daten in die Interpretation einbezogen.
Diese sehr interessanten ersten Ergebnisse zeigen, dass Ameisen einen gut identifizierbaren Tagesrhythmus besitzen (siehe Kurve des Standardtagesablauf, berechnet und geglättet aus den Tagen 06.09, 25.09 bis 27.09.), der durch sekundäre Einflüsse deutlich verändert wird. Das Beispiel vom 10.09.09 könnte darauf hinweisen, das hierzu auch Erdbebenvorläuferphänomene gehören. Ein weiterer Einfluss ist die Wettersituation vor Ort. Gleiche Wetterbedingungen wie am 10.09. herrschten vom 25.09. bis 27.09. Diese Tage zeigen einen normalen Tagesrhythmus der Aktivität, sodass der klimatische Einfluss für die Auffälligkeit am 10.09. eher keine Rolle gespielt haben kann. Auch die Veränderung der Erdgezeiten zeigt keine Besonderheiten, die als Erklärung dienen können. Die Tage (12.09., 13.09., 16.09., 29.09.), an denen im Umfeld des Neuwieder Beckens kleinere Erdbeben stattfanden, zeigen in Ansätzen vor den Beben ähnliche Aktivitäten wie vor dem 10.09.. Es fällt auf, dass immer die Ruhephase unterdrückt ist.
In die Beobachtungszeit fallen eine Reihe starker Beben, die überwiegend in Fernost stattfanden. Die Bebenwellen der starken Beben erreichen die Beobachtungsstation und die Seismometer in der Umgebung in wenigen 10er Minuten. Welche Veränderungen in der Kruste durch diese abgeschwächten Wellen noch hervorgerufen werden, ist spekulativ. Die Frage, ob etwas von diesen möglichen Veränderungen von den Ameisen registriert werden kann, ist offen. Die Wahrnehmung von Vorläuferphänomenen aus dieser Entfernung kann ausgeschlossen werden. Wir haben zur Information die größten Beben eingetragen. An den entsprechenden Tagen sind die Aktivitätsprofile häufig anormal.
Wie bei allen derartigen Untersuchungen gibt es Ausnahmen. Dies sind die Tage vom 19.09.-– 21.09. An diesen Tagen fanden weder im engen Umfeld des Neuwieder Beckens noch in größerer Entfernung Erdbeben von Bedeutung statt. Eine noch unbefriedigende Erklärung ist, dass die Vorläuferphänomene von Erdbeben vorhanden waren, es aber nicht zu einem Erdbeben gekommen ist. Die Spannungen hätten dann nicht die erforderliche Größe für ein Beben erreicht oder es kam zu einem langsamen gleitenden Spannungsabbau. Andere Ursachen könnten durch Vergleichsmessungen erkannt werden.
Es muss bei den vorgestellten Untersuchungen verdeutlicht werden, dass es sich um einen ersten Zugang zu einem völlig neuen Forschungskomplex handelt, bei dem die Frage im Vordergrund steht, ob etwas in dem Verhalten der Ameisen in Bezug auf Erdbeben zu erkennen ist. Die ersten Eindrücke lassen hoffen und ermutigen zum Weitermachen. Allerdings müssen Daten über mindestens ein Jahr gesammelt werden und das nicht nur an einem einzigen Nest. Ideal wären drei Standorte im Umfeld des Neuwieder Beckens. Derzeit werden weitere Standorte im Umfeld des Neuwieder Beckens gesucht.
Sollten die Verhaltensweisen der Ameisen vor Erdbeben signifikant und reproduzierbar sein, müsste über ein Monitoring-Netzwerk – ähnlich zu meteorologischen Stationen – nachgedacht werden, das auf die Möglichkeit einer Erdbebenvorhersage mit ausreichender Vorlaufzeit abzielt.
Ziel der nächsten Monate ist es, neben dem Aufbau einer zweiten Station möglichst viele Standardsituationen in den Verhaltensweisen der Ameisen zu erkennen. Hierzu gehören die Wintermonate mit Schnee, Frost, Hagel und Tauwechseln, die Frühjahrsbedingungen mit ersten Sonnungen, Regeneinflüssen und Hochzeitsflügen sowie die Sommerbedingungen mit Hitze und Starkregenereignissen. Weiterhin gehören natürlich Störungen durch Großtiere (überwiegend Vögel) dazu. Erst nach Kenntnis sämtlicher Verhaltensweisen in Standardsituationen lassen sich zusätzliche Einflüsse wie Erdbeben realistisch abschätzen.
Was ist weiterhin geplant?
Parallel zu den Beobachtungen sollten weitere geophysikalische und gasgeochemische Untersuchungen durchgeführt werden:
- Nano-Seismik zur Detektion der Störung und möglichen Auswirkungen der fernen Erdbeben
- Geogasmonitoring zur Beobachtung der Einflüsse von Erdbeben auf die Gaswegsamkeiten
- Stromflussmessungen zur Abschätzung der Beeinflussung von piezoelektrisch erzeugten Feldern in den quarzbesetzten Störungszonen (vor Beben oder im Zuge möglicher Erdgezeiteneffekte)
Wir werden die Daten von jedem Monat zeitnah ins Netz stellen, um sie einem größeren Kreis zugänglich zu machen.
