Benutzerspezifische Werkzeuge
Sie sind hier: Startseite Archiv Gutes Reaktionsvermögen

Gutes Reaktionsvermögen

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:37 — abgelaufen

Nach einem Erdbeben zählt jede Sekunde – eine möglichst genaue und vor allem schnelle Einschätzung der Lage kann Menschenleben retten. Dazu müssen aber aus der Datenflut, die Sensoren aus dem betroffenen Gebiet senden, die entscheidenden Informationen erst einmal herausgefiltert werden.

Nach Naturkatastrophen müssen Einsatzkräfte und Entscheidungsträger schnell reagieren und die richtigen Maßnahmen in die Wege leiten. Hat ein Erdbeben etwa den Meeresboden angehoben, muss eine Tsunamiwarnung an Küstengebiete herausgegeben werden. Sind schwere Nachbeben zu erwarten, muss die Bevölkerung rechtzeitig darüber informiert werden. Ist die Stärke des Erdbebens bekannt, kann man abschätzen, welche Infrastruktur, welche Brücken, Straßen und Tunnel vermutlich nicht mehr passierbar sind.

Dabei beruhen all diese Einschätzungen auf Daten, die beispielsweise Seismometer aus dem betroffenen Gebiet liefern. Diese Daten müssen zunächst bearbeitet und in eine Form gebracht werden, die den Experten sofort die für sie wichtigen Infos liefert. Nur Spezialsoftware ist dazu in der Lage, Software wie sie zum Beispiel im Rahmen des Projekts RAPID entwickelt wurde.

Der Titel sagt dabei eigentlich schon alles – RAPID steht für „Rapid Automatic Determination of Seismic Source Parameters“, also die schnelle automatische Erfassung der seismischen Herdparameter. Herd meint dabei den Erdbebenherd, also die Quelle der Erschütterungen unter der Erdoberfläche; die Herdparameter sind die Charakteristika des Bebens am Entstehungspunkt wie etwa die Erdbebenstärke oder die Ausdehnung des Herdes. Diese und viele weitere Daten schnell und zuverlässig zu gewinnen und aufzubereiten, darum ging es bei RAPID. Über das Verbundprojekt, das bis September 2010 im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN-Programms gefördert wurde, sprachen wir mit Projektkoordinator Prof. Dr. Thomas Meier.

planeterde: Herr Prof. Meier, fangen wir vielleicht mal mit einer grundlegenden Frage an. Was ist RAPID?

Meier: Das Projekt RAPID wurde 2007 ins Leben gerufen, unter Beteiligung der Universitäten Bochum, Hamburg, Kiel und Potsdam sowie dem Geoforschungszentrum Potsdam und der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe als Projektpartner. Thema des Projekts war die schnelle automatische Bestimmung seismischer Herdparameter, eingeordnet in die Bemühungen, im Falle eines Erdbebens eine Frühwarnung möglichst schnell und zuverlässig vorzunehmen. Frühwarnung bedeutet in diesem Fall nicht, dass wir Erdbeben vorhersagen können, sondern dass, wenn es ein Beben irgendwo auf der Erde gab, wir möglichst schnell feststellen können, wo und wie stark es war.

planeterde: Warum ist das so wichtig?

Meier: Es geht darum, im Fall von starken Erdbeben das Katastrophenmanagement möglichst effektiv vorzunehmen, zum Beispiel auch vor möglichen Tsunamis zu warnen. Und dabei spielt die Analyse von seismologischen Aufzeichnungen eine wesentliche Rolle. Hier ist es seit einigen Jahren möglich, dass Daten in Echtzeit an Datenzentren übertragen werden. Das heißt, man kann an Datenzentren verfolgen, wie sich der Untergrund an verschiedenen Punkten auf der Erde bewegt. Damit stehen die Daten digital zur Verfügung, sodass man dann Analysemethoden anwenden kann, um möglichst schnell das Beben zu orten und seine Eigenschaften zu bestimmen. Daran setzte RAPID an.

planeterde: Eine Auswertung von Erdbebendaten findet ja auch jetzt bereits statt. Was ist der Unterschied zu den Systemen, die bereits heute in der Praxis eingesetzt werden?

Meier: Uns ging es vor allem darum, neue Algorithmen und auch Softwaremodule zu entwickeln, die dann zum Beispiel die Einsetzzeiten der ankommenden Erdbebenwellen an den seismischen Stationen sehr genau festhalten oder auch die Erdbebenstärke möglichst zuverlässig, insbesondere auch für große Beben sehr genau bestimmen. Ein anderes Ziel war es, zusätzliche Informationen zur Verfügung zu stellen – über die Bruchausbreitung selbst, also wie groß war der Herd, wie ist er orientiert, wie bewegt sich der Bruch, wie ist der Bruchverlauf auf der Verwerfung. Das sind Fragen, die bisher in herkömmlichen Systemen kaum behandelt werden. Dazu zählt auch die Abschätzung der Bodenbewegung im Herdgebiet, selbst wenn dort keine Messstationen zur Verfügung stehen, zum Beispiel in sehr entlegenen Gebieten. Das geschieht dann mit teleseismischen Daten aus entfernteren Stationen.

planeterde: Sie erwähnten auch die Warnung vor Tsunamis.

Meier: Ja. Eine andere Frage, der wir uns gewidmet haben, war die nach der Tsunamigefahr. Man bewertet wieder und wieder die berechneten Herdparameter, um dann den Entscheidungsträgern Informationen über die Tsunamigefahr zur Verfügung zu stellen. Auch historische Kataloge, die Informationen über frühere Ereignisse enthalten, werden dabei berücksichtigt.

planeterde: In wie weit sind die aufbereiteten Daten aber wirklich eine Hilfe für die Einsatzkräfte im betroffenen Gebiet? Diese sind doch vor Ort und sehen die Zerstörung mit eigenen Augen.

Meier: Für die Einsatzkräfte ist es wichtig zu wissen, wo das Beben tatsächlich stattgefunden hat und wie stark es war. Einfach, um abschätzen zu können, was für Maßnahmen ergriffen werden müssen. Es kann zum Beispiel um die Frage gehen, ob durch das Beben ein Tsunami ausgelöst worden ist. Wenn ein Bebenherd sehr tief liegt oder sich in kontinentalen Gebieten befindet, ist die Wahrscheinlichkeit eines Tsunami nicht so hoch. Aber wenn er zum Beispiel in einer Subduktionszone oder dichter unter der Oberfläche liegt, dann ist die Tsunamigefahr schon sehr viel höher. Das sind dann ganz wichtige Informationen für die Frühwarnung vor Ort.

planeterde: Sprechen wir einmal über den zeitlichen Ablauf. Wie schnell will man nach einem Beben eine erste grobe Charakterisierung des Bebens haben? Spricht man da von Stunden oder Tagen? Wie schnell läuft das Ganze ab?

Meier: Wird eine Verwerfung aktiviert wie zum Beispiel beim Sumatra-Beben von 2004, sendet dieser Vorgang elastische Wellen aus, die sich durch den Erdkörper ausbreiten und in den näher gelegenen seismischen Stationen nach wenigen Minuten, in Europa von Sumatra aus nach acht bis zehn Minuten eintreffen. Die Datenmengen, die dann aus den Stationen übertragen und verarbeitet werden müssen, sind sehr groß. Verschiedene Daten- und Verarbeitungssysteme arbeiten daran, das Beben zu lokalisieren und seine Stärke zu ermitteln. Erste Informationen bekommt man in der Regel dann nach zwei bis fünf Minuten, im besten Fall. Weitergehende Informationen stehen dann oft nach weiteren zehn bis fünfzehn Minuten zur Verfügung. Und das ist auch der Zeitrahmen, der angestrebt werden muss. Erfolgt die Information nämlich zu spät, kann nicht mehr rechtzeitig reagiert werden. Die Wellen eines Tsunami breiten sich langsamer aus als die elastischen Wellen des Erdbebens. Deswegen hat man da eine gewisse Vorwarnzeit. Diese ist aber stark abhängig von der Entfernung zum Erdbebenherd.

planeterde: In die Auswertung der Seismometerdaten fließen ja wahrscheinlich auch bestimmte Modelle mit ein, zum Beispiel über das Erdinnere oder den Verlauf der Wellen. Hat sich RAPID auch mit einer Weitentwicklung dieser Modelle beschäftigt oder ging es ausschließlich darum, den Umgang mit diesen Modellen zu optimieren?

Meier: Man braucht, um Herdparameter eines Erdbebens zu bestimmen, immer auch Erdmodelle, damit man weiß, beispielsweise mit welcher Geschwindigkeit sich die Wellen ausbreiten. Bei RAPID bestand die Herausforderung eher darin, aus den kontinuierlichen seismologischen Aufzeichnungen automatisch diese Information über die Herdparameter zur Verfügung zu stellen. Wir haben dabei auf bereits existierende Modelle zurückgegriffen und unser Augenmerk stärker darauf gelegt, die Daten automatisch zu verarbeiten, um aus dieser Datenfülle dann wirklich die interessanten Herdparameter zu extrahieren.

planeterde: Wie zum Beispiel die Magnitude?

Meier: Ja, genau. Gerade bei der Bestimmung der Magnitude gibt es das Problem, dass für große Beben die wirkliche Stärke normalerweise erst nach einer gewissen Zeit bestimmt werden kann und dass oft nach wenigen Minuten die Stärke unterschätzt wird. Hier ist ein Algorithmus entwickelt worden, um möglichst schnell eine so genannte „Momentmagnitude“ aus regionalen Aufzeichnungen zu bestimmen, um dann diese sehr gute Schätzung der Erdbebenstärke möglichst schnell zur Verfügung zu stellen.

planeterde: In welcher Form stehen die Rohdaten der Seismometer denn zunächst zur Verfügung, bevor sie durch die neuen Algorithmen aufbereitet werden?

Meier: Also ein Seismometer misst an dem Punkt, an dem es aufgestellt ist, die Bodengeschwindigkeit oder auch die Bodenbeschleunigung – das hängt vom Seismometertyp ab. Das heißt: Kontinuierlich wird registriert, wie sich die Erde an der Stelle bewegt. Sie ist nie ganz in Ruhe. Es gibt ein Rauschen, das entweder durch anthropogene Ursachen oder auch zum Beispiel durch natürliche Vorgänge hervorgerufen werden kann wie etwa dem Meeresrauschen. Zusätzlich zu dieser ständigen Bewegung kommen dann die seismischen Wellen an, die durch ein Erdbeben ausgelöst worden sind. Am Ende liegen kontinuierliche Aufzeichnungen dieser Bodenbewegung mit Abtastraten zwischen 1 und 100 Hertz (1 bis 100-mal pro Sekunde, Anm. d. Red.) vor. Außerdem bestehen die Daten aus einer x-, einer y- und einer z-Komponente – so kann die Bewegung auch räumlich charakterisiert werden.

planeterde: Und aus wie vielen Stationen stammen die Daten für die Analysen?

Meier: Es gibt ungefähr 500 Stationen weltweit, die aktuell zur Verfügung stehen für eine Echtzeit-Überwachung.

planeterde: Und die im Rahmen von RAPID entwickelten Algorithmen werten dann tatsächlich die Daten aus all diesen Stationen aus?

Meier: Ja, genau. Sie können sich vorstellen, wie anspruchsvoll dies ist. Da gibt es zwar schon existierende Systeme, aber natürlich auch noch Forschungsbedarf. Die effektive automatische Bearbeitung seismologischer Daten wird sicherlich in den nächsten Jahren noch ein Thema sein. Auch was die Anwendung auf anderen Skalen als nur der globalen Skala betrifft, also zum Beispiel bei kleineren Beben etwa in Mitteleuropa oder vielleicht sogar im Bereich der Geothermie …

planeterde: … also bei Beben, die durch Exploration verursacht werden.

Meier: Ja, genau. Da gibt es durchaus weitergehendes Forschungspotenzial, was durch RAPID erschlossen worden ist.

planeterde: Die Förderung des Projekts ist im September ausgelaufen. Wird RAPID in irgendeiner Art und Weise noch weitergeführt? Oder ist die Forschungsarbeit hier tatsächlich abgeschlossen?

Meier: Das Projekt ist beendet, aber die entstandenen Algorithmen und Softwaremodule sind natürlich auch in Zukunft für die Anwendung verfügbar. Außerdem ergeben sich aus unserem Projekt wiederum neue Forschungsmöglichkeiten.

planeterde: Herr Prof. Meier, vielen Dank für dieses Gespräch.


Weitere Informationen zum Projekt RAPID finden Sie hier, mehr zum GEOTECHNOLOGIEN-Schwerpunkt „Frühwarnsysteme gegen Naturgefahren“ hier.

Eine Live-Übersicht der globalen Erdbebenaktivität liefert der „Global Seismic Monitor“ des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ in Potsdam.

TM, iserundschmidt 10/2010

Verweise
Bild(er)