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Übersicht nationales seismisches Netzwerk

Das nationale Netzwerk der Schweiz (CHNet) besteht aus dem Breitbandnetz (SDSNet) und dem Starkbebennetz (SSMNet). Es nutzt vorwiegend Breitbandseismometer, um schwache lokale, mässige regionale und mässige bis starke globale Erdbeben zu registrieren. Akzelerometer werden eingesetzt, um mässige und starke lokale Erdbeben zu registrieren.

Die exakte Lokalisierung von Erdbeben ist von Beobachtungen abhängig, die durch zahlreiche Stationen ohne grosse Azimutabstände, darunter Stationen nahe am Epizentrum, gemacht werden. Da jedoch schädigende Beben, zu denen es in der Schweiz kommt, ihren Ursprung auch in Ereignissen jenseits der Landesgrenzen haben können, überwacht das seismische Netzwerk auch alle nahegelegenen, in Betrieb befindlichen Echtzeitstationen in den Nachbarländern.

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Karte aller Echtzeitstationen, die vom SED in der Schweiz überwacht werden

Das wichtigste Instrument der Stationen des SDSNet ist ein hochempfindliches Breitbandseismometer, das jede noch so schwache Bodenerschütterung registriert, die durch schwache lokale, mässige regionale und mässige bis starke globale Erdbeben ausgelöst wird. Nach Möglichkeit werden die Stationen des SDSNet auf festem Fels an abgelegenen Orten angebracht.

Das SDSNet ist das Herzstück der Massnahmen zur Erdbebenüberwachung in der Schweiz, und die von ihm erfassten Daten ermöglichen für das gesamte Land die Erstellung eines einheitlichen Erdbebenkataloges im Hinblick auf die Vollständigkeitsmagnitude. Die niedrigste Magnitude eines seismischen Ereignisses, das in der Schweiz zuverlässig gemessen und geortet werden kann, beträgt derzeit 2,0. In Gebieten, in denen das Netz am dichtesten und das Grundrauschen gering ist, können jedoch Magnituden von rund 1,0 gemessen werden (Hinweis: kleinere Erdbeben werden häufig registriert und auf unserer Webseite aufgeführt, aber nicht alle Ereignisse dieser Grösse können aufgezeichnet werden, so dass unser Erdbebenkatalog bei dieser Magnitude unvollständig ist).

Erdbeben mit einer Magnitude von rund 4,5 oder mehr, die in der Nähe einer SDSNet-Station aufgezeichnet werden, erzeugen Bodenbewegungen, die ausserhalb der Skala liegen und den maximalen Messbereich der Breitbandsensoren überschreiten. Im Zuge einer Aufrüstung des Messnetzes werden sämtliche SDSNet-Standorte mit einem zusätzlich an gleicher Stelle angebrachten Starkbebenakzelerometer ausgestattet, damit sichergestellt ist, dass auch grosse Erdbeben ohne eine derartige Sättigung aufgezeichnet werden und diese Stationen die volle Magnitude im Skalenbereich erfassen.

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Karte aller Breitband- und kurzperiodischen Seismometer, die vom SED in der Schweiz überwacht werden

Das SSMNet ergänzt das SDSNet, indem es für eine zusätzliche Messnetzdichte und -abdeckung sorgt.

Die Stationen des SSMNet sind mit einem Akzelerometer ausgerüstet, das mässige und starke lokale Erschütterungen messen kann. Die meisten Stationen des SSMNet befinden sich in Siedlungsgebieten, Hochrisiko-Regionen und an Orten, an denen mit starken Auswirkungen gerechnet wird.

Bei grossen Erdbeben liefern die von diesen Stationen gelieferten Daten wesentliche Informationen, die dabei helfen, die Muster der verursachten Schäden zu verstehen. Die Stationen sollen zwar Bodenbewegungen aufzeichnen, können aber auch Erdbeben registrieren, die von der Bevölkerung vor Ort nicht bemerkt werden.

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Karte aller Akzelerometer, die vom SED in der Schweiz überwacht werden

Die meisten Stationen des SDSNet sind mit Streckeisen-Breitbandseismometern vom Typ STS-2 ausgestattet, die einen Periodenbereich von 120 Sekunden bis 50 Hz mit nahezu konstanter Reaktion abdecken. Einige wenige Stationen sind mit Trillium-Sensoren der Versionen 120s oder 40s ausgerüstet, die insbesondere bei längeren Perioden eine niedrigere Auflösung haben, die jedoch gegenüber höheren Frequenzen empfindlicher sind. Eine Bohrloch-Station in Basel ist mit einem Seismometer vom Typ Güralp CMG-3T 360s ausgestattet. Sämtliche kurzperiodischen 5s- oder 1s-Sensoren werden auf Breitbandsensoren der nächsten Generation aufgerüstet (das Streckeisen STS-2.5 und das Nanometrics Trillium 240s, deren Leistung mit jener des Streckeisen STS-2 vergleichbar ist).

Die Digitalisierungs- und Datenerfassungssysteme, die bei der Mehrzahl der Stationen genutzt werden, basieren auf verschiedenen Generationen von Nanometrics-Geräten. Bei der fortlaufenden Aufrüstung des Netzwerks werden Systeme der älteren Generation mit begrenzten Speicher- und Kommunikationsmöglichkeiten durch die neuesten Versionen der Systeme Nanometrics Centaur und Quanterra Q330HR ersetzt. Überdies werden sämtliche Breitbandstationen mit einem an gleicher Stelle angebrachten Starkbebensensor vom Typ EpiSensor ausgerüstet, damit an diesen Standorten alle Erdbeben im Skalenbereich innerhalb des Basissystems aufgezeichnet werden.

Sämtliche Stationen des SSMNet sind mit einem 200-Hz-Breitband-Akzelerometer vom Typ Kinemetrics EpiSensor und einem Datenlogger vom Typ Nanometrics Taurus oder Centaur ausgestattet.

Die Datenlogger im CHNet werden via GPS synchronisiert. Die Stationen des SDSNet tasten die seismischen Signale mit einer Frequenz von mindestens 120 SPS ab, in der Regel 120 SPS (STS-2), 200 SPS (STS-2.5, Trillium 40s, 120s, 240s) und 250 SPS (allein installierte EpiSensors).

Die Kommunikation zwischen dem Feld und Zürich wird durch mehrere unabhängige Internet-basierte Anbieter sichergestellt, um das Szenario eines „Single point of failure“ zu vermeiden. Die meisten Stationen des SSMNet nutzen zellulare Kommunikationssysteme, während für das Basissystem SDSNet robustere Lösungen verwendet werden. Sämtliche Stationen nutzen Breitbandlösungen mit minimaler Latenzzeit, die für die Erdbebenfrühwarnung ausgelegt sind. Die Datenpakete werden mindestens jede Sekunde mit einer Latenzzeit von weniger als 1 Sekunde versendet.

Das Umgebungsrauschen einer seismischen Station ist die Summe der akustischen Signale im umgebenden Hintergrund. Der Rauschpegel wird nicht nur durch die Nähe des Standorts zu menschlichen Aktivitäten und Infrastruktur, sondern auch durch seine geologische Beschaffenheit, die Temperatur, die Druckstabilität und sogar seinen Abstand zum Meer beeinflusst.Da das CHNet sehr empfindliche Instrumente nutzt, die das Grundrauschen und nicht das Sensorrauschen messen sollen, ist es wichtig, das Umgebungsrauschen auf ein Mindestmass zu begrenzen, um auch schwache seismische Signale nachweisen zu können.

Die Auswahl der Standorte für das SDSNet muss besonders sorgfältig erfolgen, denn das Umgebungsrauschen soll auf den jeweiligen Frequenzen, die von 100 Hz bis 1.000 s reichen, auf ein Mindestmass verringert werden. Es muss jedoch einen Kompromiss geben zwischen der Notwendigkeit, ein geringes Umgebungsrauschen sicherzustellen, und einer Gewähr für den Fortbetrieb historischer, „traditioneller“ Standorte. Zahlreiche Standorte des SDSNet wurden vor Jahrzehnten ausgewählt, als die Sensoren ganz andere Leistungsmerkmale hatten und es in ihrer Nähe viel weniger Infrastruktur gab. Auch wenn an einigen dieser Standorte mittlerweile ein Rauschen vorhanden ist, ist es wichtig, sie weiter zu betreiben, um die Aufzeichnungen über an derselben Stelle auftretende Ereignisse, die Jahrzehnte auseinanderliegen können, zu vergleichen, denn Aufzeichnungen an derselben Stelle können dabei helfen, wiederholt auftretende Ereignisse zu erkennen und die Muster von Seismizität besser zu verstehen. Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Auswahl eines Standortes für eine seismische Station ist die Gewährleistung einer angemessenen Sicherheit sowie einer zuverlässigen Stromversorgung und Kommunikation. Bisweilen werden Standorte mit hohem Umgebungsrauschen gewählt, denn es ist wichtig, Erdbeben an einem bestimmten Ort zu messen. So brauchen wir beispielsweise Sensoren in der Nähe von Basel, auch wenn der Rauschpegel dort hoch ist. Um niedrige Rauschpegel über lange Zeiträume gewährleisten zu können (dies ist eine Hauptbedingung für Breitbandsensoren), müssen die Änderungen von Neigung, Temperatur und Druck äusserst niedrig gehalten werden, und die Stationen sollten auf festem Fels eingerichtet werden.

Viele Stationen des SDSNet befinden sich in ehemaligen Militärbunkern und in der Nähe von Talsperren, wo bereits eine hervorragende Infrastruktur existiert, das Niveau bei Sicherheit und Umweltschutz hoch und menschenbedingtes Rauschen häufig gering ist. Natürliche Höhlen und vom Menschen gebaute Tunnel stellen ebenfalls bestens geeignete Standorte dar. Da fester Fels im Alpenvorland mitunter schwierig zu finden ist, werden die Sensoren in 100 bis 150 m tiefen Bohrlöchern oder in flachen Betonkammern platziert.

Die Stationen des SSMNet befinden sich häufig nahe dem Zentrum von Altstädten oder in der Nähe wichtiger Infrastruktur wie Spitäler und Schulen. Diese Sensoren werden ausserhalb von Gebäuden in flachen Betonkammern platziert.

Für jede ins Auge gefasste neue Station werden über einen Zeitraum von mindestens zwei Wochen kontinuierlich Messungen des seismischen Rauschens durchgeführt, und der Standort wird nur genehmigt, wenn die Rauschbedingungen als annehmbar gelten. Im Alpenvorland, wo dicke Schichten von Sedimentablagerungen und menschenbedingtes Rauschen nicht vermieden werden können, ist mit höheren Rauschpegeln zu rechnen.

Die tägliche Leistung des Netzwerks im Hinblick auf die Rauschspektren bei allen kontinuierlich überwachten Stationen des SDSNet und des SSMNet wird täglich aktualisiert und auf den PQLX-Webseiten veröffentlicht. Weitere Informationen über die lokalen Bedingungen an jedem CHNet-Standort können in der Site Characterization Database for Seismic Stations in Switzerland eingesehen werden.