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Erdbebengefährdung und Risikobewertung

Die Grundlagen zur seismischen Gefährdungs- und Risikoanalyse werden im Fachbereich Ingenieurseismologie erarbeitet. Diese Grundlagen beinhalten Erdbebenkataloge für historische und instrumentelle Erdbeben, zuverlässige Bodenbewegungs-Abminderungsmodelle, hochauflösende Untergrundmodelle für die numerische Simulation von Erdbeben sowie die Interpretation historischer Beobachtungen und der Erdbebenaufzeichnungen an den seismischen Stationen. Die Ingenieurseismologie erarbeitet lokale Gefährdungskarten (Mikrozonierungen) und verknüpft die Ergebnisse mit Daten zur Gebäudeverletzbarkeit, um zuverlässige Risikostudien durchführen zu können.

Um die Grundlagen zu erarbeiten, ist die Sektion Erdbebengefährdung und Risikoanalyse in vier Forschungsgruppen unterteilt, die zum Teil eigenständige aber oftmals auch gruppenübergreifende Fragestellungen bearbeiten. Leiter der Sektion ist Prof. Dr. Donat Fäh.

Der Forschungsbereich „Starkbebenseismologie und Standorteinflüsse“ erarbeitet neue Grundlagen, um die seismische Gefährdungsanalyse in der Schweiz zu verbessern. Teil dieser Aufgabe ist die Erneuerung und Erweiterung des Starkbebenmessnetzes bis 2019. Mittels geophysikalischer und geotechnischer Messungen werden die Eigenschaften des lokalen Untergrundes jeder Station bestimmt, was es uns erlaubt, die beobachteten Erdbebenaufzeichnungen zu interpretieren. Für diese Messungen wurden spezielle Verfahren entwickelt, u.a. basierend auf der Analyse der seismischen Bodenunruhe.

Die Forschungsbereich „Numerische Modellierung der Erdbeben-Bodenbewegung“ arbeitet an Methoden um die Wirkung von Erdbeben numerisch zu simulieren. Modellierungen von Erdbeben werden dort eingesetzt, wo Registrierungen fehlen, d. h. insbesondere für grosse Schadensbeben und für Standorte im Nahfeld seismischer Quellen. Hierfür können einerseits standortspezifische Bodenbewegungs-Abminderungsmodelle kalibriert werden. Andererseits können auch deterministische Modellierungen des Bruchvorgangs und der Wellenausbreitung für Szenario-Erdbeben verwendet werden. Unablässig hierfür ist eine genaue Einbeziehung der lokalen geologischen Eigenschaften. Die Aufzeichnungen an den seismischen Stationen werden verwendet, um die numerischen Modelle zu kalibrieren.

Nicht nur Erdbeben haben schadhafte Auswirkungen auf Gebäude und Infrastruktureinrichtungen, sondern diese können auch durch sekundäre erdbebeninduzierte Phänomene verursacht werden wie z. B. durch Bodenverflüssigung, Hangrutsche sowie durch Tsunamis in Seen aufgrund von unterseeischen Rutschungen. Dies ist der Schwerpunkt der Forschungsgruppe „Erdbebeninduzierte Phänomene“. Ein Ziel besteht in der Charakterisierung solcher Phänomene für die seismische Gefährdungsanalyse sowie die frühzeitige Erkennung von Massenbewegungen aufgrund typischer seismischer Signale. Ein weiterer Aspekt bilden kurzfristige Erdbebenvorläufer, die durch Prozesse in der Erdkruste entstehen und elektromagnetische und geochemische Signale erzeugen können.

Die Forschungsgruppe „Historische Seismologie und Paläoseismologie“ analysiert Erdbeben aus der Zeit vor der Inbetriebnahme des modernen seismischen Netzwerks Mitte der 1970er Jahre. Die Erkenntnisse über frühere Erdbeben liefern wichtige Hinweise für die Erdbebenvorsorge und ermöglichen uns, die Beben zu lokalisieren und ihre Stärke abzuschätzen. In der Schweiz treten starke Schadensbeben relativ selten auf, daher sind instrumentelle Daten für Starkbeben noch nicht verfügbar. Wir müssen deshalb auf historische Dokumente zurückgreifen und mit geschichtswissenschaftlichen Methoden analysieren sowie mit paläoseismologischen Methoden die geologischen Spuren grosser Erdbeben interpretieren.