Gesucht: Fingerabdrücke von Explosionen

Islamistische Attacken oder der Bombenanschlag in Oklahoma: Angriffe mit Sprengstoff sind verheerend. Bislang gibt es keine zuverlässige Standardmethode, um die Stärke solcher Detonationen zu berechnen. Dabei müssten Ermittler schnell wissen, womit sie es zu tun haben. Eine Software soll helfen.

Ein Explosion lässt viele Tonnen Staub in den Himmel steigen.

Bildlegende: Sprengsstoff-Anschlag von unten: Am 14. Mai 2014 gelang es islamistischen Rebellen, den Checkpoint Wadi Deif zu zerstören. Reuters

Wie er im Internet auf die Filme über Sprengung der syrischen Militärbasis Wadi Deif stiess, daran kann sich Michael Pasyanos vom Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien nicht mehr erinnern. Aber als er die Aufnahmen des explodierenden Hügels sah, die Angehörige der radikalen «Islamischen Front» im Mai 2014 online gestellt hatten, war ihm klar: Diese Sprengung war genau geeignet, um sein neues System zur Abschätzung der Stärke von Explosionen nahe an oder auch über der Oberfläche zu erproben.

Dafür gibt es bislang keine Standardmethode der Berechnung. Der Grund: Bei Explosionen tief unter der Erde wird fast die gesamte Energie in Form von seismischen Wellen in den Untergrund geleitet. Sie werden von Erdbeben-Messtationen registriert – und daraus lässt sich die Grösse des Sprengkörpers berechnen. Genau darauf beruht das Verfahren, das die CTBTO einsetzt, um das Atomwaffen-Teststopp-Abkommen zu überwachen.

Exakte Rekonstruktion schwierig

Doch bei Detonationen nahe der Oberfläche funktioniert das System nicht mehr, denn ein Teil der Energie wird verbraucht, um Material auszuwerfen oder Gebäude zu zerstören; ein anderer Teil wird in Schallwellen umgesetzt, kurz: den Knall. Weil sich nicht sagen lässt, wie gross ihr Anteil an der freigesetzten Energie jeweils ist, lässt sich die Grösse des Sprengkörpers kaum berechnen.

Um dieses Ziel zu erreichen, entwickelten Michael Pasyanos und sein Team die Methode des Atomwaffenteststopp-Abkommens weiter: «Wir müssen verstehen, wie viel Energie warum in den Knall geht, in den Auswurf von Material und in die seismischen Wellen», sagt er, «dafür nutzten wir Sprengversuche.»

Highspeed-Aufnahmen einer Oberflächen-Explosion auf einem Luftwaffenstützpunkt der US Air Force.

Bildlegende: Test-Detonation für die Forschung: Highspeed-Aufnahmen einer Oberflächen-Explosion auf einem Luftwaffenstützpunkt der US Air Force in New Mexico. Defense Threat Reduction Agency (DTRA) Counter-WMD Test Support Division (CXT).

Test-Detonationen in Varianten

Diese Explosionen waren unterschiedlich stark, wurden an der Oberfläche gezündet, darüber oder auch darunter. Ausserdem variierte der Untergrund: Je härter Gestein ist, desto mehr Energie wird in seismische Wellen umgewandelt – und umgekehrt. Diese Faktoren fliessen in die Methode ein, die dann abschätzen soll, wie stark eine Grubenexplosion war, ein Industrieunfall – oder eben Sprengstoff-Pakete wie im Fall von Wadi Deif.

«Dieses Ereignis war an 100 bis 200 Kilometer entfernten Erdbeben-Messstationen in der Türkei aufgezeichnet worden», erzählt Pasyanos, «die Informationen zum Untergrund holte ich mir aus einer alten geologischen Karte. Und die Rebellen hatten angegeben, 60 Tonnen Sprengstoff eingesetzt und einen 850 Meter langen Tunnel gegraben zu haben, um unter die Militärbasis zu gelangen.»

Weniger Sprengstoff als behauptet?

In welcher Tiefe die Bombe genau explodierte, war unbekannt, aber die Bilder belegen, dass es recht nah an der Oberfläche passiert sein muss. Das Ergebnis der Berechnungen: In dem Tunnel explodierten nicht – wie von der «Islamischen Front» behauptet – 60 Tonnen Sprengstoff, sondern eher 40 Tonnen.

«Für diese Abweichung haben wir mehrere gute Erklärungen», sagt Pasyanos, «einmal könnten die Rebellen übertrieben haben. Wir halten es jedoch für wahrscheinlicher, dass die Qualität des selbstgemachten Sprengstoffs schlechter war als die von TNT, das wir als Standard verwenden. Ausserdem könnte nicht der gesamte Sprengstoff explodiert sein.»

Anschlag von Oklahoma analysiert

Ein weiterer Testfall war der Terroranschlag von Oklahoma City. Am 19. April 1995 sprengten dort drei Männer ein Regierungsgebäude in die Luft. Es war einer der schwersten Terroranschläge in der Geschichte der USA: 168 Menschen starben; das achtstöckige Gebäude wurde fast vollkommen zerstört, als die Attentäter einen mit Sprengstoff beladenen Lastwagen detonieren liessen. Wie gross die Bombe gewesen war, rekonstruierten Geophysiker damals aus den Daten von Erdbeben-Messstationen vor Ort.


Explosionen: Wie stark hat es geknallt?

5:40 min, aus Wissenschaftsmagazin vom 04.07.2015

Pasysanos und sein Team wählten für ihre Berechnungen die Aufzeichnungen von weiter entfernten Stationen: Sie wollten zeigen, dass sie auch Ereignisse untersuchen können, die sich hunderte oder gar tausende Kilometer von der nächsten Messstation entfernt abspielen. Und es funktioniert: Ihr Ergebnis stimmt mit dem überein, was mit den Daten der lokalen Station berechnet worden war.

Software noch nicht praxisreif

Zwar muss noch viel Entwicklungsarbeit in das neue Verfahren fliessen. So brauchen die Forscher weitere experimentelle Explosionen, um eine Datenbank über die Eigenschaften unterschiedlicher Gesteinstypen aufzubauen. Doch dann könnte die Software als neues Standardverfahren Forensikern und Strafverfolgungsbehörden ebenso die Arbeit erleichtern wie Zivilschutzkräften oder Militärs.

Das glaubt auch Randy Bell von der CTBTO-Vorbereitungskommission in Wien: «Die Methode macht Sinn und die Verfahren sind zuverlässig», sagt er, «sie ist sehr interessant und wichtig für die Forscher, die sich damit beschäftigen, die Grösse solcher konventionellen Explosion zu bestimmen.»