Wie schwer ein Erdbeben ein Haus trifft, hängt nicht nur von Magnitude und Herdtiefe ab, sondern entscheidend vom Boden unter dem Fundament. Diesen Standorteffekt großflächig und feinmaschig zu kartieren, scheiterte bisher an der geringen Zahl seismischer Stationen. In der italienischen Region Campi Flegrei haben Forscher nun die Beschleunigungssensoren tausender Mobiltelefone angezapft und daraus eine hochauflösende Karte gerechnet. Das Ergebnis offenbart innerhalb weniger Kilometer Unterschiede, die für Rettungskräfte und Bauplaner erhebliche Folgen haben.
Die Zerstörungskraft eines Erdbebens verteilt sich nicht gleichmäßig über die betroffene Fläche. Seismische Wellen laufen aus dem Herd durch den Untergrund nach oben und treffen dabei kurz vor der Oberfläche auf die jüngsten und weichsten Gesteinsschichten. Lockere Sedimente, Aschelagen oder aufgeschüttetes Material bremsen die Wellen ab, und weil die transportierte Energie erhalten bleibt, wachsen die Auslenkungen an. Dieser Vorgang wird als Standorteffekt bezeichnet und kann die Bodenerschütterung an einem Ort um ein Vielfaches gegenüber dem Nachbarort verstärken. Umgekehrt dämpfen feste, kompakte Untergründe die Wellen. Genau deshalb standen nach schweren Beben immer wieder Häuser unbeschädigt neben Ruinen, obwohl beide gleich weit vom Epizentrum entfernt lagen und ähnlich gebaut waren. Wer das seismische Risiko einer Stadt realistisch beziffern will, braucht diese Information möglichst kleinräumig und nicht als Mittelwert über einen ganzen Landkreis.
Das Problem liegt in der Datendichte. Klassische Seismometer sind teuer, benötigen Strom, Netzanbindung und einen erschütterungsarmen Standort, weshalb selbst gut überwachte Regionen nur wenige Dutzend Geräte tragen. Eine europaweite Erdbebengefährdungskarte arbeitet zwangsläufig mit groben Rastern, weil die zugrunde liegenden Messpunkte weit auseinanderliegen. Parallel dazu trägt fast jeder Mensch einen Beschleunigungssensor mit sich herum, denn in jedem Mobiltelefon steckt ein mikroelektromechanisches Bauteil, das eigentlich die Bildschirmdrehung und die Schrittzählung steuert. Diese Sensoren sind unempfindlicher als ein Geophon und liefern verrauschte Werte, dafür existieren sie milliardenfach und stehen genau dort, wo Menschen wohnen. Ob sich aus solchen Daten mehr herausholen lässt als eine grobe Erdbebenfrühwarnung, war bislang offen, denn jede Messung hängt auch vom Gebäude, vom Stockwerk und von der Lage des Geräts auf dem Tisch ab.
Als Testgebiet diente die rote Zone der Phlegräischen Felder, ein 130 km² großes Areal westlich von Neapel, in dem rund 500.000 Menschen über einer aktiven Caldera leben. Zwischen April und Juni 2024 durchlief die Region eine Phase deutlich erhöhter seismischer Aktivität. In dieser Zeit lieferten pro Ereignis zwischen 7.000 und 9.000 Bewohner Daten über das Earthquake Network, eine bürgerwissenschaftliche Initiative, an der sich bislang mehr als 20 Millionen Menschen beteiligt haben. Beim Beben vom 8. Juni 2024 waren es 8.151 Geräte, denen lediglich 29 klassische Messstationen im selben Gebiet gegenüberstanden. Die Auswertung stammt von Francesco Finazzi von der Universität Bergamo gemeinsam mit Fabrice Cotton vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung in Potsdam und Rémy Bossu vom Europäisch-Mediterranen Seismologischen Zentrum. Das Telefonnetz deckte dabei gerade jene Bereiche ab, in denen überhaupt keine Station steht.
Die eigentliche Leistung liegt nicht im Sammeln, sondern im Auswerten. Ein einzelnes Mobiltelefon misst eine Mischung aus echter Bodenbewegung, Gebäudeschwingung, Sensorfehler und Zufall, und diese Anteile lassen sich aus einer einzelnen Aufzeichnung nicht trennen. Die Forscher legten deshalb ein räumliches statistisches Modell über die Daten, das die Korrelationsstruktur zwischen den verrauschten Telefonwerten und den präzisen Stationsaufzeichnungen ausnutzt. Geräte- und gebäudespezifische Verzerrungen mitteln sich dabei über tausende Messpunkte heraus, während das gemeinsame, geologisch bedingte Muster stehen bleibt. Was für ein einzelnes Telefon eine wertlose Zahlenreihe ist, wird in der Summe zu einem belastbaren Signal. Aus der Fusion beider Datenquellen entstand so die erste hochauflösende Verstärkungskarte der roten Zone, deren Detailgrad die 29 Stationen allein niemals hätten liefern können. Das Vorgehen erinnert an andere kollektive Ansätze, etwa die Beobachtung, dass sich Verhaltensänderungen von Tieren vor Beben erst im Kollektiv zuverlässig zeigen.
Die fertige Karte zeigt ein überraschend scharfes Gefälle. Im östlichen Teil der roten Zone dämpfen die oberflächennahen Schichten die seismischen Wellen auf einen Faktor zwischen 0,25 und 0,5, im Südwesten verstärken sie dieselben Wellen dagegen um den Faktor 2 bis 3. Zwischen beiden Extremen liegen lediglich rund zehn Kilometer. Für die Praxis bedeutet das, dass zwei Stadtteile bei identischem Beben völlig unterschiedlich getroffen werden, und dieser Unterschied war bisher schlicht unbekannt. Aus solchen Verstärkungskarten und den Messwerten eines neuen Ereignisses lässt sich anschließend binnen Minuten eine hochauflösende ShakeMap erzeugen, also eine Karte der tatsächlichen Erschütterungsintensität. Genau darauf stützen Rettungsteams ihre Entscheidung, wohin sie zuerst fahren. Die Methode hat Grenzen, denn sie funktioniert nur dort, wo genügend Menschen mit aktiver App wohnen, und sie ersetzt keine präzisen Stationen, sondern verdichtet deren Netz. Für wachsende Millionenstädte in seismisch aktiven Regionen ohne dichte Messinfrastruktur ist das nach Einschätzung der Autoren dennoch ein realistischer Weg, wie eine Studie in Nature Communications darlegt, die den Ansatz erstmals systematisch prüft.
Nature Communications, Citizens' smartphones unravel earthquake shaking in urban areas; doi:10.1038/s41467-025-64543-3