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4.1 – Erdbeben und Tsunamis

Erdbeben können noch nicht vorhergesagt werden. Das Ziel besteht daher darin, das Risiko durch Erdbeben und Tsunamis zu mindern. Die Geowissenschaften haben in den letzten Jahren Fortschritte dabei erzielt, die Prozesse zu verstehen und Gefährdungs- und Risikoeinschätzungen methodisch zu verbessern.

Darüber hinaus wurden schnelle Erdbebeninformations- und Frühwarnsysteme entwickelt. Geowissenschaftler haben in Zusammenarbeit mit Ingenieuren Methoden erarbeitet, mit denen der Schaden nach einem Erdbeben schnell bestimmt werden kann. Auch erarbeiten sie gemeinsam mit der lokalen Bevölkerung und den Behörden komplexe Vorsorgestrategien.

Die Naturgefahren-Forschung beruht auf einer integrierten Beobachtung der Erde. Dabei werden klassische Messnetze auf dem Erdboden mit tiefen Bohrungen in die Kruste und modernen Erdbeobachtungs-Satelliten kombiniert. Die Beobachtung der Erde mit Satelliten wird eine immer größere Rolle spielen. Einige Forscher hoffen zum Beispiel, Tsunamis mit Satelliten erkennen zu können, die die Ozeanoberfläche kontinuierlich mit Hilfe der so genannten GPS-Reflectometry abtasten. Die Grundlagenforschung ist unverzichtbar, um offene Fragen zu beantworten. Sie kann zum Beispiel die Frage beantworten, welche Mechanismen ein Erdbeben auslösen. So hat sich gezeigt, dass seismische Wellen imstande sind, den Porendruck in Geothermal-Systemen über große Entfernungen hinweg zu verändern. Dabei kann sich der Druck um mehrere Bar erhöhen, was wiederum ein Erdbeben auslösen kann. Auf ähnliche Weise könnte auch die Tätigkeit von Vulkanen Erdbeben auslösen. Zum Verständnis der mehrschichtigen Prozesse, die im Katastrophenfall eintreten, zählen zudem Untersuchungen zu den Vorsorgestrategien der lokalen Bevölkerung, um deren Verwundbarkeit im Katastrophenfall mindern zu können.

Prozessverständnis

In urbanen Regionen können seismische Standorteffekte mit Hilfe so genannter „Noise“-Messungen schnell erfasst werden. Dabei wird das natürliche seismische Rauschen genutzt, um herauszufinden, wo besonders starke Bodenbewegungen zu erwarten sind. ­Diese Methode sollte weiter vorangebracht und getestet werden. Zum Beispiel sollte erforscht werden, welche Rolle Oberflächensedimente und Gebäuderesonanzen spielen, was passiert, wenn sich seismische Wellen in eine andere Form umwandeln oder wenn die seismische Geschwindigkeit in der Tiefe niedriger ist als an der Oberfläche. Im Forschungsbereich „Erdbebenrisiko“ haben deutsche Forscher bei der Risikoanalyse von Istanbul Werkzeuge entwickelt, die sie nun auf andere Regionen übertragen können. Zum Beispiel haben sie für Istanbul eine Methode entwickelt, um das Erdbebenrisiko mit Hilfe von Satellitenbildern zu überwachen. Inzwischen wird die Methode auch in Süditalien, Mumbay und Padang (Sumatra) getestet. Sie soll zudem in der Initiative GEM (Global Earthquake Model) zur Anwendung kommen, die vom Globalen Wissenschaftsforum der OECD vorangebracht wird.

Gefährdungs- und Risikoeinschätzungen

Die Frühwarnung ist seit langem ein Schwerpunkt der deutschen Aktivitäten zur Katastrophenvorsorge. In den beiden Projekten ­GITEWS (German Indonesian Tsunami Early Warning System) und SAFER (Seismic Early Warning for Europe) wurden wesentliche Fortschritte in der Erdbeben- und Tsunamifrühwarnung erzielt. Eine erste Feuertaufe hat das Tsunami-Frühwarnsystem bereits bestanden: Bei dem Bengkulu-Beben am 12. September 2007 löste das Warnsystem bereits vier Minuten nach dem Erdbeben einen hausinternen Tsunami-Alarm aus. Bei dem verheerenden Tsunami von 2004 betrug die Zeit, bis das Erdbeben von den staatlichen Stellen erfasst wurde, noch zwölf Minuten. Ein weiteres Problem besteht darin, Magnituden bei sehr großen Erdbeben schnell und zuverlässig zu bestimmen. So ging man 15 Minuten nach dem Sumatra-Beben noch von einem Magnitude-8-Erdbeben aus. Nach 65 Minuten musste die Magnitude auf 8,5 korrigiert werden, und nach mehreren Wochen war schließlich klar, dass es sich um ein Erdbeben der Stärke 9,3 gehandelt hatte. Das SAFER-Projekt hat sich mit diesem Problem befasst und eine schnell bestimmbare Energie-Mag­nitude erarbeitet. Außerdem ist während des Projektes ein neuartiges, selbstorganisierendes Frühwarnsystem für Istanbul entwickelt und getestet worden. Innerhalb weniger Minuten nach einem Beben lassen sich dort aus den Aufzeichnungen von Seismometern so genannte „shake maps“ herstellen. Diese Karten geben Auskunft darüber, wie intensiv die Erschütterung an einem bestimmten Ort war und ob Infrastruktur beschädigt sein könnte. Das Ziel besteht darin, intensitätsbasierte Erschütterungskarten während eines Erdbebens quasi online zu erzeugen. Für die Testregionen des SAFER-Projektes um Istanbul, Bukarest und Neapel sind die dafür notwendigen Dämpfungsmodelle und ihre möglichen Fehlerbereiche abgeleitet worden. Informationen über Katastrophenopfer müssen zudem schneller verfügbar sein, indem die Schadenserhebung verbessert wird. Derzeit dauert es oft Tage, bis die Zahl der Opfer bekannt ist. Im Rahmen des EDIM-Projektes wurde daher ein Erdbeben-Desaster-Informationssystem für die Marmara-Region entwickelt. Über diese Warnsysteme hinaus bedarf es ferner kulturangepasster Informations- und Kommunikationsstrategien zur Warnung und Interaktion mit der lokalen Bevölkerung und den Behörden, die sich speziell an die Bevölkerung in den Gefahrenzonen richten müssen.

Erdbebeninformation und Frühwarnung

Überwachung der Fatih-Brücke über den Bosporus mit kostengünstigen Sensoren

Überwachung der Fatih-Brücke über den Bosporus mit kostengünstigen Sensoren (Quelle: Matteo Picozzi, Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches
GeoForschungsZentrum (GFZ))

Wissenschaftliche Herausforderungen

Die Vernetzung von Infrastruktur und Ökonomie wächst. Dadurch steigen die Schäden von Naturrisiken exponentiell an. Während das San Francisco-Erdbeben von 1906 einen Schaden von 180 Millionen US-Dollar anrichtete, wird für „the next big one“ ein Betrag von 260 Milliarden US-Dollar prognostiziert. Eine Wiederholung des Tokio-Erdbebens von 1923 könnte mit zweitausend Milliarden Dollar die gesamte Weltwirtschaft in eine Krise stürzen. Eine große Herausforderung für die Geowissenschaften besteht daher darin, diesen Risikowandel global zu überwachen und dabei die verschiedenen Risiken zu berücksichtigen. Ein Ansatz für Erdbeben ist das globale Erdbebenmodell GEM. Diese OECD-Initiative soll eine globale Plattform bieten, um Erdbebenrisiken zu überwachen. Die Vision besteht darin, dass jedermann offen auf diese Information zugreifen kann. Dahinter stecken folgende Ziele:

  • Das Modell soll das allgemeine Risiko-Bewusstsein anheben.
  • Es soll dabei helfen, Erdbeben weltweit zu überwachen und das wachsende Erdbebenrisiko vorherzusagen.
  • Es soll Erdbebenrisiken unterschiedlicher Regionen weltweit vergleichbar machen.
  • Es soll charakteristische Schadensszenarien für seismische “Hotspots“ auf der Erde simulieren.
  • Eine präzise Vorhersage des Erdbebenrisikos ist die Voraussetzung dafür, dass Gebäude so gebaut werden können, dass sie möglichen Erschütterungen standhalten.

Auch Klimaänderungen können Naturkatastrophen verursachen, zum Beispiel Hangrutschungen, Gletscher kommen ins Rutschen und erzeugen Beben oder Tsunamis können entstehen, wenn Gashydrat am Meeresboden durch die Erwärmung des Meerwassers instabil wird. Als weiterer Schritt sind komplexe Entscheidungsunterstützungssysteme zu entwickeln, bei denen Natur- und Sozialwissenschaftler in der Beobachtung und Vorsorge multipler Natur- und vom Menschen verursachter Risiken zusammenarbeiten.

zuletzt geändert am 2014-08-26 11:05:02 durch Jana Stone | Impressum