Kölner Dom: Wankendes Wahrzeichen ist auf Sand gebaut

Der Kölner Dom steht felsenfest? Irrtum! Er schwankt, vibriert und zittert, manchmal schunkelt er wie im Karneval. Forscher haben der Kathedrale auf den Puls gefühlt und ermittelt, welche Gefahr dem berühmten Wahrzeichen durch Erdbeben und Stürme droht.

Unerschütterlich wirken die zwei Türme der Hohen Domkirche zu Köln. Mit jeweils knapp 25.000 Tonnen Gewicht stemmen sich die beiden 157 Meter hohen Sandsteingiganten gegen Wind und Wetter. Doch reglos sind die Kolosse nicht. Vielmehr wankt der Kölner Dom - mal mehr, mal weniger. Neben Erdbeben können ihn auch Stürme und sogar Eisenbahnen und Glockenschlag vibrieren lassen, haben Wissenschaftler festgestellt. Sie haben ermittelt, wann das Bauwerk in Gefahr gerät.

Der bedrohlichste Moment für ein Gebäude ist erreicht, wenn es von einer Schwingung angeregt wird, die seiner Eigenfrequenz entspricht. Brücken etwa können von im Gleichschritt marschierenden Menschen in gefährliches Schwanken versetzt werden. Türme werden besonders von Erdbeben angeregt. Größe und Form des Gebäudes bestimmen, wie es auf Erschütterungen antwortet.

Geophysiker suchen die Antwort des Kölner Doms auf Erschütterungen. Sie wollen wissen, ob die Kathedrale schweren Beben standhält, die Seismologen für das Rheinland nicht ausschließen können: Bei Ausgrabungen in Köln und Umgebung stießen Forscher auf Erdschichten, die einst mit einem Ruck versetzt wurden - nur Beben mit mehr als Stärke 6,5 scheinen dazu in der Lage. Solch ein Schlag ist aber wohl selten, er kommt schätzungsweise alle paar Jahrtausende vor. Doch wann es passieren wird, ist unklar. Klar ist: Ein Starkbeben würde in Köln Tausende Gebäude zerstören. Auch den Dom?

Der Dom tanzte auf und ab

Der Untergrund lässt Böses erahnen: Köln ist auf Sand gebaut, gut 300 Meter dick stapeln sich die körnigen Ablagerungen unter der Stadt. Solch weiche Schichten verstärken lange Erdbebenwellen. Felsboden hingegen leitet kurze Wellen besser weiter - die Erde vibriert regelrecht, so dass vor allem kleine Häuser zittern. Bei Beben auf sandigem Boden wie in Köln hingegen schwingen hohe Gebäude stärker.

Neue Forschungsergebnisse geben zu denken. Klaus-Günter Hinzen von der Universität Köln und seine Kollegen hatten vor Jahren fünf Schwingungsmesser im Dom angebracht: Einen im Keller, einen im Dachboden der Kirche und drei im Nordturm in 70, 100 und 130 Meter Höhe. Die Daten zeigen, dass die stolze Kathedrale ständig in Bewegung ist. 1200 Züge etwa, die täglich in den benachbarten Hauptbahnhof einfahren, lassen den Dom zittern. Doch die alltägliche Belastung hält er aus.

Interessant wird es nach Erdbeben. Selbst das Tsunami-Beben im mehr als 9000 Kilometer entfernten Japan im März 2011 ließ den Kölner Dom tanzen: Nach einer halben Stunde rollten die Bebenwellen durch Deutschland, der Boden hob und senkte sich um gut einen Zentimeter - allerdings so langsam, dass die Wellen für Menschen nicht spürbar waren. Der Dom sei dabei nicht in Schwingung geraten, er habe sich nur als Ganzes mehrfach um einen Zentimeter auf und ab bewegt, berichten die Forscher.

"Das halten die Türme aus"

Anders am 14. Februar 2011, als die Erde bei Koblenz mit der Stärke 4,4 leicht ruckte, 90 Kilometer südlich von Köln. Wie eine wackelnde Sandschüssel habe der Kölner Boden das Beben verstärkt, berichtet Hinzen. Auch der Dom geriet in Wallung: Minutenlang zitterten die Türme um den Bruchteil eines Millimeters. Die Spitzen schwangen hundertmal stärker als die Sockel - wegen dieses Effektes werden etwa bei Sturm frühzeitig die oberen Geschosse geräumt.

Das Verhalten des Doms bei dem Beben überraschte die Experten: Er schwingt in anderem Takt als angenommen, mit anderer Frequenz. Das hat Folgen für sein Verhalten bei starken Erdbeben: "Modelle müssen korrigiert werden", berichten Hinzen und seine Kollegen nun im Fachblatt "Seismology Research Letters". Wie stark die Domtürme bei einem Starkbeben ins Wanken geraten würden, müsse nun neu berechnet werden.

Frühere Rechnungen hatten gezeigt, dass ein Beben der Stärke 7 die Turmspitzen um bis zu 20 Zentimeter wanken lassen könnte. Welche Schäden zu befürchten wären, weiß niemand. "Zehn Zentimeter halten die problemlos aus", sagt Hinzen. "Strukturelle Schäden sind dann nicht zu erwarten." Aber doppelt so starkes Schwanken? Zumindest Gewölbedecke und Naht zwischen Kirchenschiff und Domtürmen drohten bei einem Starkbeben zu kollabieren, sagt Hinzen.

Partitur für Geoforscher

Zerstörerische Folgen können aber nicht erst Beben, sondern sogar Stürme haben: Aufbauten, Zinnen oder Aufhängungen können zu Boden stürzen. Aufgrund des Risikos sperren die Behörden die Wege im Umkreis des Doms bei Starkwind; dort liegen auch Zuwege zum Hauptbahnhof. Allerdings beruhen die Maßnahmen auf groben Angaben: Die Windstärke entscheidet, ob der Zutritt verboten wird.

Aufgrund der neuen Daten wisse man nun besser, wann es gefährlich würde, sagt Hinzen: Die Messungen seiner fünf Sensoren im Dom zeigten, wie stark der Dom tatsächlich schwanke, wenn es stürmt. Entsprechend genau könne künftig Alarm gegeben werden.

Manchmal versetzt sich der Dom selbst in Schwingung: An besonderen Tagen läutet die berühmte Petersglocke, eine der größten frei schwingenden Glocken der Welt. Auch zum Dreikönigsfest am 6. Januar 2011 erklang das 24.000-Kilogramm schwere Gerät. Wie auf einer Partitur konnten die Geophysiker die feierlichen Klänge auf ihren Erdbebendaten ablesen. Das Geläut ließ die Türme des Doms schunkeln wie im Karneval: Sie wiegten sich um einen Fünftel Millimeter hin und her, berichten die Forscher.

Um 9.35 Uhr jedoch fiel der tiefe C-Ton aus - die Petersglocke verstummte, nur die kleineren Glocken bimmelten noch. Die Forscher erkannten die neue, weniger schöne Melodie auf den Aufzeichnungen der Schwingung: Die gleichmäßigen Kurven gingen in ein unstetes Auf und Ab über. Schnell wurde klar, das etwas Dramatisches geschehen war: Der 800 Kilogramm schwere Klöppel war zu Boden gestürzt - der Aufschlag hatte der gesamten Kathedrale einen Ruck von einem halben Millimeter verpasst.