Ein Beben mit einer Magnitude von 5 hat eine mittlere Stärke im Vergleich zu jenen, die auf der Erde auftreten. Das kürzlich aufgezeichnete Marsbeben liegt aber nahe an der Obergrenze der Magnitude, die Wissenschaftler während der InSight-Mission auf dem Mars zu beobachten hofften. Das Wissenschaftsteam wird das Marsbeben nun genauer analysieren, um nähere Angaben zum Ort des Bebens und der Art seiner Quelle machen zu können sowie Rückschlüsse über das Innere des Mars zu ziehen.

Kurz nach der Aufzeichnung des Ereignisses ging InSight aufgrund anhaltender Energieversorgungsprobleme in den Sicherheitsmodus über. In diesem schaltet das Raumfahrzeug alle Funktionen ausser den absolut notwendigen aus, um Energie zu sparen. Grund dafür ist die zunehmende Staubschicht auf den Sonnenkollektoren des InSight Landers. Es ist daher möglich, dass S1222a eines der allerletzten Ereignisse ist, die InSight aufzeichnete. Wenn man bedenkt, dass bereits über 1’300 Ereignisse katalogisiert wurden, sieht es ganz so aus, als habe sich der Mars die Krönung bis zum Schluss aufgehoben.

InSight ist mit einem hochempfindlichen Seismometer ausgestattet, das vom Centre National d'Études Spatiales (CNES) in Frankreich bereitgestellt wird, sowie mit einem Digitalisierer der ETH Zürich in der Schweiz. Das Team der ETH Zürich koordiniert in enger Zusammenarbeit mit dem Schweizerischen Erdbebendienst auch den Marsbebenbebendienst, der die Daten auf seismische Energie untersucht, Marsbeben beschreibt und den Marsbebenkatalog erstellt.

Erdbeben können weder verhindert noch genau vorhergesagt werden. Erdbebengefährdungs- und Erdbebenrisikomodelle ermöglichen es jedoch, wirksame Vorsorgemassnahmen festzuschreiben und damit die Auswirkungen auf Gebäude und ihre Bewohner erheblich zu verringern. Die Europäischen Erdbebengefährdungs- und Erdbebenrisikomodelle 2020 beschreiben, wo durch Erdbeben ausgelöste Erschütterungen zu erwarten sind, wie stark und wie häufig diese auftreten und welche möglichen Auswirkungen sie auf die bebaute Umwelt und auf Menschen haben. Zu diesem Zweck wurden alle den Modellen zugrundeliegenden Datensätze aktualisiert und harmonisiert – ein komplexes Unterfangen angesichts der riesigen Datenmengen und der stark unterschiedlichen tektonischen Gegebenheiten in Europa. Eine solche Harmonisierung ist unabdingbar, um wirksame länderübergreifende Strategien zur Katastrophenvorsorge zu etablieren, wie beispielsweise die Festlegung von Versicherungskonzepten oder die Bestimmung von zeitgemässen Bauvorschriften auf europäischer (z. B. Eurocode 8) und nationaler Ebene. In Europa beschreibt Eurocode 8 die empfohlenen Normen für eine erdbebengerechte Bauweise von Neubauten und für die Ertüchtigung bestehender Gebäude mit dem Ziel, die Auswirkungen von Erdbeben einzudämmen. Das aktualisierte Europäische Erdbebengefährdungsmodell sowie das neue Erdbebenrisikomodell sind frei zugänglich inklusive der ihnen zugrundeliegenden Datensätze.

Erweiterte Datensätze verbessern das aktualisierte Erdbebengefährdungsmodell

Die Erdbebengefährdung beschreibt potenzielle Bodenerschütterungen durch künftige Erdbeben und beruht auf dem Wissen über vergangene Erdbeben, der Geologie, Tektonik und den lokalen Bedingungen an beliebigen Orten in ganz Europa. Das kürzlich publizierte Europäische Erdbebengefährdungsmodell 2020 (ESHM20) ersetzt das Vorgängermodell aus dem Jahr 2013.

Die erweiterten Datensätze, welche in die neue Version des Modells integriert worden sind, ermöglichen eine umfassendere Beurteilung der Erdbebengefährdung in Europa. Diese hat zur Folge, dass die Einschätzungen der zu erwartenden Bodenerschütterungen in den meisten Teilen Europas im Vergleich zum Modell von 2013 nach unten korrigiert wurden und damit im Fall der Schweiz näher am nationalen Modell liegen. Hiervon ausgenommen sind einige Regionen in der westlichen Türkei, Griechenland, Albanien, Rumänien, im Süden Spaniens und Portugals. Dort wurden die Einschätzungen der zu erwartenden Bodenerschütterungen nach oben angepasst. Das aktualisierte Modell bestätigt die Türkei, Griechenland, Albanien, Italien und Rumänien als die Länder mit der höchsten Erdbebengefährdung in Europa, gefolgt von den anderen Ländern des Balkans. Aber auch in Regionen mit niedriger oder mässiger Gefährdungseinschätzung können jederzeit schadenbringende Erdbeben auftreten.

Neben diesen Erkenntnissen bilden spezifische Erdbebengefährdungskarten des aktualisierten europäischen Erdbebengefährdungsmodells eine wichtige Informationsgrundlage für die zweite Generation der Eurocode 8 Normen. Diese können als wichtige Referenz für nationale Normen dienen, wobei die nationalen Modelle, sofern vorhanden, die massgeblichen Grundlagen für die Baunormen und weitere Aspekte der Erdbebenvorsorge auf nationaler, regionaler und lokaler Ebene liefern. Die Berücksichtigung von Erdbebengefährdungsmodellen in Vorschriften für eine erdbebengerechte Bauweise trägt dazu bei, Gebäude angemessen gegen Erdbeben abzusichern. Eine erdbebengerechte Bauweise ist eine der wirksamsten Massnahmen, um die europäische Bevölkerung besser vor Erdbeben zu schützen.

Ältere Gebäude, eine hohe Erdbebengefährdung und städtische Gebiete bestimmen das Erdbebenrisiko

Das Erdbebenrisiko beschreibt die erwarteten Folgen eines Erdbebens auf die Bevölkerung und die Wirtschaft. Um das Erdbebenrisiko zu bestimmen, werden Informationen über den lokalen Untergrund, die Dichte von Gebäuden und Menschen, die Verletzbarkeit des Gebäudebestandes sowie robuste Einschätzungen der Erdbebengefährdung benötigt. Gemäss dem Europäischen Erdbebenrisikomodell 2020 (ESRM20) ist das Erdbebenrisiko dort am höchsten, wo es viele ältere, das heisst vor den 1980er Jahren errichtete Gebäude gibt, in städtischen Gebieten und wo eine hohe Erdbebengefährdung besteht.

Obwohl die meisten europäischen Länder über neuere Bauvorschriften und -normen ver­fügen, die einen angemessenen Schutz vor Erdbeben gewährleisten, gibt es noch immer viele nicht oder nur unzureichend ertüchtigte ältere Gebäude. Sie bergen ein höheres Risiko für ihre Bewohner. Das höchste Erdbebenrisiko betrifft daher insbesondere städtische Gebiete, die zudem oft eine Geschichte von schadenbringenden Erdbeben aufweisen und damit Städte wie Istanbul und Izmir in der Türkei, Catania und Neapel in Italien, Bukarest in Rumänien und Athen in Griechenland. Allein auf diese vier Länder entfallen fast 80 % des modellierten wirtschaftlichen Schadens von 7 Milliarden Euro, den Erdbeben im jährlichen Durchschnitt in Europa verursachen. Aber auch Städte wie Zagreb (Kroatien), Tirana (Albanien), Sofia (Bulgarien), Lissabon (Portugal), Brüssel (Belgien) und Basel (Schweiz) tragen ein überdurchschnittlich hohes Erdbebenrisiko verglichen mit weniger exponierten Städten wie Berlin (Deutschland), London (Vereinigtes Königreich) oder Paris (Frankreich).

Die Entwicklung der Modelle beruht auf einer gemeinsamen Anstrengung – die Rolle der ETH Zürich

Ein Kernteam von Forschenden aus verschiedenen Einrichtungen in ganz Europa, mit führender Beteiligung der ETH Zürich, hat gemeinsam an der Entwicklung des ersten offen zugänglichen Erdbebenrisikomodells für Europa und an der Aktualisierung des europäischen Erdbebengefährdungsmodells gearbeitet. Sie haben an einem Vorhaben mitgewirkt, das vor mehr als 30 Jahren begann und an dem Tausende von Menschen aus ganz Europa beteiligt waren. Diese Anstrengungen wurden in all diesen Jahren durch mehrere von der Europäischen Kommission finanzierte Projekte und durch nationale Gruppen unterstützt.

Forschende des Schweizerische Erdbebendienstes (SED) und der Gruppe für Seismologie und Geodynamik an der ETH Zürich leiteten zahlreiche dieser Projekte. Am SED ist zudem EFEHR (European Facilities for Earthquake Hazard and Risk) beheimatet. EFEHR ist ein gemeinnütziges Netzwerk, das sich der Entwicklung und Aktualisierung von Erdbebengefährdungs- und Risikomodellen im europäisch-mediterranen Raum verschrieben hat. Die ETH Zürich übernimmt damit eine zentrale Drehscheibenfunktion für die Datensammlung- und Aufbereitung, den offenen Zugang zu Erdbebengefährdungs- und Risikomodellen inklusive aller Grundlagendatensätze sowie den Wissensaustausch.

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Keine Anpassungen der nationalen Baunormen zu erwarten

Eine wichtige Massnahme zur Erdbebenvorsorge, welche auf Gefährdungsmodellen beruht, ist die Ausgestaltung von Baunormen für eine erdbebengerechte Bauweise. In der Schweiz obliegt diese Aufgabe dem Schweizerischen Ingenieur- und Architektenverband (SIA). Der SIA stützt sich dabei auf die nationale Gefährdungsabschätzung, erstellt vom Schweizerischen Erdbebendienst an der ETH Zürich und letztmals aktualisiert im Jahr 2015. Dies ist gängige Praxis in Ländern und Regionen, für die umfassende Gefährdungsabschätzungen vorliegen. Grund dafür ist, dass nationale Modelle die lokalen Verhältnisse im Unterschied zu europäischen Modellen präziser und höher aufgelöst abbilden. Dennoch wird die zuständige Kommission des SIA das neue europäische Modell genau studieren und mögliche Unterschiede zum nationalen Modell analysieren. Es ist jedoch nicht zu erwarten, dass dies zu einer Anpassung der derzeit geltenden Normen des SIA für eine erdbebengerechte Bauweise führt (SIA 261 «Einwirkung auf Tragwerke»).

Nationales Erdbebenrisikomodell in Arbeit

Im Unterschied zur Erdbebengefährdung gibt es für die Schweiz noch kein nationales Erdbebenrisikomodell. Ein solches erstellt der SED derzeit in Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Umwelt und dem Bundesamt für Bevölkerungsschutz. Es wird nächstes Jahr veröffentlicht und in grossem Detailierungsgrad die aufgrund von Erdbeben zu erwarteten Schäden in der Schweiz aufzeigen. Analog zum Erdbebengefährdungsmodell wird auch das nationale Erdbebenrisikomodell die Besonderheiten der Schweiz genauer abbilden als das europäische Modell und daher als erste Referenz für schweizweite Risikoanalysen dienen. Das europäische Modell ist aber hilfreich, wenn es darum geht, länderübergreifende Risikovergleiche anzustellen. Es bietet zudem eine wertvolle Vergleichsbasis für das nationale Modell.

Europäische Resultate bestätigen nationale Gefährdungsanalyse und geben erste Hinweise auf Regionen mit hohem Risiko

Erste Analysen des SED deuten darauf hin, dass sich die europäische Erdbebengefährdungsabschätzung nur in geringem Masse von der nationalen Abschätzung unterscheidet. Beim Erdbebenrisiko fehlt aktuell die Referenz, im europäischen Modell heben sich jedoch Basel und Genf als Orte mit besonders hohem Risiko in der Schweiz ab. In Basel erstaunt das Resultat kaum, kommen dort alle für das Erdbebenrisiko relevanten Aspekte zusammen: eine hohe Dichte an Bewohnern und Sachwerten, eine hohe Erdbebengefährdung und viele verletzliche Gebäude. Genf weist im Vergleich zu Basel eine tiefere Erdbebengefährdung auf. Für das europäische Risikomodell spielt jedoch eine Störungszone in den französischen Alpen als mögliche Quelle für weiter entfernte, aber potentiell grosse Beben eine massgebende Rolle. Hinzu kommen wieder eine hohe Dichte an Bewohnern und Sachwerten sowie ein verletzlicher Gebäudebestand, der zu grossen Teilen auf einem weichen, für Erdbeben schlechten Untergrund gebaut ist (Sedimentbecken). Im Unterschied zu Zürich, das ähnliche Ausgangsbedingungen aufweist, fällt zudem die Kernzone für die kartografische Darstellung im europäischen Modell in Genf auf eine einzelne Zelle, während sie in Zürich auf drei verschiedene verteilt ist. Damit erscheint das Risiko rein optisch für Genf grösser als beispielsweise für Zürich.

Dass weitere urbane oder besonders gefährdete Schweizer Gebiete sich im europäischen Erdbebenrisikomodell nicht stärker abzeichnen, ist darüber hinaus vorwiegend auf zwei Gründe zurückzuführen: Erstens sind Schweizer Städte im europäischen Vergleich eher klein und daher weniger vom Risiko betroffen als andere urbane Grossräume. Zweitens sind die Ergebnisse mit dem jeweiligen Bruttoinlandprodukt (BIP) normalisiert. Das heisst, die Risikoabschätzung berücksichtigt die Möglichkeiten eines Landes, die Folgen eines Erdbebens einzudämmen. Die Schweiz wies 2021 nach Luxemburg das zweithöchste BIP der europäischen Länder auf. Das Schweizer Modell wird die hiesige Erdbebenrisikolandschaft nuancierter abbilden. Einerseits, weil es keiner solchen Gewichtung unterliegt und anderseits, weil es zusätzliche Datensätze miteinbezieht, wie beispielsweise detailliertere Bodenverstärkungskarten und für die Schweiz aufgearbeitete Modelle für die Verletzbarkeit von Gebäuden.

Das dritte Beben mit einer Magnitude von mehr als 4.0 ereignete sich am 25. Dezember in der Ajoie (JU). Es wurde insbesondere im Jura deutlich wahrgenommen, vereinzelt gingen auch Meldungen aus dem westlichen Mitteland bis nach Lausanne, Bern, Luzern und Zürich ein. Dem Hauptbeben mit einer Magnitude von 4.1 folgten zwei ebenfalls deutlich spürbare Nachbeben mit Magnituden von 3.5 und 3.2. Während das Wallis als Erdbebenregion hinreichend bekannt ist, verdeutlichen die Beben im Jura, dass die ganze Schweiz ein Erdbebenland ist. Obwohl sich das letzte Beben dieser Grösse in der Ajoie vor mehr als 100 Jahren ereignet hat und solche Beben somit eher selten auftreten, sind sie nichts Unerwartetes.

Im langjährigen Durschnitt ereignen sich in und nahe der Schweiz 24 Beben mit einer Magnitude von 2.5 oder mehr. Im Jahr 2021 war diese Zahl mit 32 Ereignissen etwas grösser. Verspürtmeldungen aus der Bevölkerung gingen zu 52 Beben ein, zu zehn meldeten jeweils mehr als 100 Personen ihre Beobachtungen. Die meisten Meldungen aus der Bevölkerung (ca. 1'100) erhielt der SED für die Beben bei Bern mit Magnituden von 2.8 und 3.2, die sich am 03. Februar und 15. März ereigneten. Geschuldet ist dies vor allem der dichten Besiedlung in der Nähe des Erdbebenherds. Auch grenznahe Beben im Ausland sind für die seismische Gefährdung der Schweiz von Bedeutung. Ein Beben mit einer Magnitude von 4.4 am 18. Dezember in Bergamo (Italien) wurde vor allem im Tessin, teilweise auch im Wallis, Graubünden und der Zentralschweiz verspürt. Beim SED gingen dazu rund 1’000 Meldungen ein.

Neben der natürlichen Erdbebenaktivität zeichnet das vom SED betriebene seismische Netzwerk auch von Menschen ausgelöste Erschütterungen auf. Die meisten davon sind Sprengungen, einige aber auch menschgemachte Erdbeben. Letztere unterscheiden sich aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften nicht von natürlichen Beben. Trotzdem gibt es verlässliche Hinweise, ob ein Beben menschgemacht ist oder nicht, zum Beispiel dessen genauen Entstehungsort im Untergrund sowie der zeitliche und räumliche Zusammenhang mit den von Menschen ausgelösten Spannungsänderungen. Deshalb ist es wichtig, diese Eingriffe mit einem dichten Netzwerk von seismischen Stationen zu überwachen.

Zu diesem Zweck hat der SED sein Netzwerk an verschiedenen Orten der Schweiz ausgebaut. Aktuell unterstützt der SED die Erdbebenüberwachung von fünf Tiefengeothermieprojekten in der Schweiz sowie des BedrettoLabs der ETH Zürich. Zudem betreibt der SED im Auftrag der Nationalen Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (nagra) ein verdichtetes seismisches Netzwerk in der Nordostschweiz, um den Untergrund und die seismische Aktivität an möglichen Endlagerstandorten besser zu verstehen. Gesamthaft übermitteln über 200 Stationen in der ganzen Schweiz laufend ihre Messdaten an den SED und ermöglichen es, ab einer Magnitude von 1.5 flächendeckend alle Erdbeben zu erfassen. Dieser Wert liegt deutlich unter der Spürbarkeitsgrenze. Dort, wo das seismische Netzwerk besonders dicht ist, können zudem noch viel kleinere Beben erfasst werden.

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