COVID-19-Massnahmen reduzieren seismisches Hintergrundrauschen weltweit

Die Massnahmen zur Eindämmung von COVID-19 haben von Anfang bis Mitte 2020 weltweit zu einem Rückgang des seismischen Hintergrundrauschens geführt, wie kürzlich in der Zeitschrift Science veröffentlichte Forschungsergebnisse zeigen. In der Schweiz konnten auch Forschende des Schweizerischen Erdbebendienstes (SED) an der ETH Zürich dieses Phänomen beobachten, wie der SED bereits in einem früheren Beitrag im April 2020 mitteilte. Der SED hat sich deshalb an der internationalen Studie beteiligt, an der insgesamt 76 Autoren aus 66 Institutionen in 27 Ländern zusammengearbeitet haben.

Durch die Analyse von monate- bis jahrelangen Datensätzen von über 300 seismischen Stationen auf der ganzen Welt konnte die Studie unter der Leitung von Dr. Thomas Lecocq vom königlichen Observatorium in Belgien zeigen, wie das seismische Hintergrundrauschen in vielen Ländern und Regionen seit Beginn der Lockdown-Massnahmen abnahm. Die Forschenden konnten die daraus resultierende «Welle der Ruhe» sichtbar machen, die sich zuerst durch China, dann nach Italien und schlussendlich in die restliche Welt ausbreitete. Die neuen Verhaltens- und Distanzregeln, die reduzierte wirtschaftliche und industrielle Tätigkeit und der Rückgang von Tourismus und Reisen widerspiegeln sich demnach in den Aufzeichnungen des seismischen Hintergrundrauschens. Diese «Ruheperiode» des seismischen Hintergrundrauschens in 2020 ist die längste und markanteste weltweit von Menschen verursachte seismische Lärmreduktion, die jemals aufgezeichnet wurde.

Traditionell konzentriert sich die Seismologie auf die Messung und Analyse seismischer Wellen, die bei Erdbeben entstehen. Aber auch jede Art von menschlicher Aktivität führt zu Vibrationen im Untergrund, die von hochempfindlichen Seismometern aufgezeichnet werden können. Herumlaufen, Autofahren oder der öffentliche Verkehr, aber auch Industrie und Bautätigkeit erzeugen seismische Wellen, die die Aufzeichnung der natürlichen Phänomene beeinflussen können. Am stärksten hat sich das seismische Hintergrundrauschen durch die COVID-19-Massnahmen in städtischen Gebieten verringert. Jedoch konnten auch Sensoren die Effekte des Lockdowns aufzeichnen, die Hunderte von Metern tief im Boden installiert sind, sowie in abgelegenen Gebieten, wie z.B. in Afrika südlich der Sahara. Die Forscher fanden zudem einen direkten Zusammenhang zwischen dem Rückgang des seismischen Rauschens und Datensätzen menschlicher Bewegungsmuster.

In der Schweiz haben vor allem die Stationen des Schweizerischen Starkbebenmessnetzes (SSMNet) ähnliche Effekte gezeigt. Viele dieser Messstationen befinden sich in städtischen Gebieten und verzeichneten unter anderem in Lugano, Martigny, Zürich, Basel und Genf einen deutlichen Rückgang des seismischen Hintergrundrauschens. Nachdem Mitte März der schweizweite Lockdown verkündet wurde, war das seismische Rauschen in diesen Städten an Werktagen fast genauso niedrig wie an den Wochenenden vor Beginn des Lockdowns. Inzwischen befindet sich das seismische Hintergrundrauschen beinahe wieder auf normalem Niveau in der Schweiz und den meisten anderen Ländern, die in der Studie analysiert wurden.

Ermöglicht der Rückgang des seismischen Hintergrundrauschens im 2020 es nun, neue Arten von Signalen zu erkennen? Die Studie hat erste Anzeichen dafür gezeigt, dass seismische Messstationen in städtischen Gebieten während des Lockdowns, insbesondere tagsüber, bisher kaum sichtbare Erdbebensignale viel deutlicher aufzeichnen konnten. In der Schweiz führte dies landesweit zu einer Verringerung der Detektionsschwelle für Erdbeben um etwa 0,1 - 0,2 Magnitudeneinheiten. In vielen städtischen Gebieten war dieser Effekt mit einer Verringerung um 0,3 Magnitudeneinheiten oder mehr sogar noch grösser.

SED Seismologe Dr. Frédérick Massin, einer der Co-Autoren der Studie sagt, dass die an der Studie beteiligten hoffen, dass ihre Arbeit weitere Forschung zu den Auswirkungen des seismischen Lockdowns inspirieren wird. Ein wichtiges Ziel wird es sein, bisher verborgene Signale von Erdbeben und Vulkanen zu finden. Aufgrund der immer grösseren Urbanisierung und der wachsenden Bevölkerung wird es wichtiger denn je, das von Menschen verursachte seismische Hintergrundrauschen zu charakterisieren, damit Forschende die Erde, insbesondere in Städten, besser hören und die Bodenbewegungen unter unseren Füssen überwachen können.

Link zur Studie: https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abd2438