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Erdbebenfrühwarnung

Earthquake Early Warning

Erdbebenfrühwarnung ist der Versuch, Betreiber anfälliger Infrastrukturanlagen und die Bevölkerung während oder nach einem Erdbeben vor bevorstehenden starken Bodenerschütterungen zu warnen. Dies ist möglich, weil sich elektromagnetische Wellen viel schneller fortbewegen als seismische Wellen und daher Informationen von seismischen Sensoren, die sich nahe am Epizentrum eines Erdbebens befinden, an weiter entfernten Orten empfangen werden können, bevor die seismischen Wellen eintreffen.

Bild: Darstellung einer Erdbebenfrühwarnung, die ein Szenario für das Erdbeben der Magnitude 6.6 in Basel im Jahr 1356 zeigt.
 

Ein weltweites Erdbebenfrühwarnsystem

Ein einfaches System zur Erdbebenfrühwarnung wurde bereits 1868 durch den kalifornischen Physiker J. D. Cooper in einem im San Francisco Daily Bulletin veröffentlichten Artikel beschrieben. Cooper schlug die Anbringung einer Reihe seismischer Detektoren in einer Entfernung von 10 bis 100 km von San Francisco vor. Bei Auslösung eines Sensors durch starke Bodenbewegungen sollte ein Signal in die Stadt telegrafiert werden und dort automatisch eine Glocke läuten lassen. Trotz der Einfachheit und der Plausibilität dieser Idee wurde das erste Erdbebenfrühwarnsystem erst eingerichtet, als in den späten 1980er Jahren die digitale Seismometrie grössere Verbreitung fand. So bremste beispielsweise der japanische Hochgeschwindigkeitszug Shinkansen automatisch ab, um Entgleisungen zu verhindern, wenn ein starkes Erdbeben in der Nähe der Eisenbahnstrecke gemessen wurde.  Mittlerweile nutzen oder erproben nicht nur Japan, sondern auch viele andere Länder wie China, Italien, Rumänien, Taiwan, die Türkei, die Schweiz, und die US-Bundesstaaten Kalifornien und Washington, um nur einige zu nennen, Erdbebenfrühwarnsysteme, bei denen Alarmmeldungen an Testnutzer oder sogar die Bevölkerung übermittelt werden.

Wissenschaftlicher Hintergrund

Die zur Verfügung stehende Vorwarnzeit bei bevorstehenden Erschütterungen hängt von der Entfernung des Empfängers zum Bruch ab und kann von 0 Sekunden (keine Warnung möglich) bis hin zu Minuten reichen. Betrachten wir beispielsweise ein Erdbeben der Magnitude 7.5, bei dem der Radius des Bereichs, in dem eine starke Bodenerschütterung auftreten wird, rund 55 km beträgt. S-Wellen (Scherwellen), die den Beginn der am stärksten energiegeladenen seismischen Wellen kennzeichnen, verbreiten sich mit einer Geschwindigkeit von rund 3.5 km/s, während sich P-Wellen (Kompressionswellen), welche die ersten Informationen über das Erdbeben übermitteln, mit einer Geschwindigkeit von rund 6.5 km/s ausbreiten. Bei einem Erdbeben in 10 km Tiefe misst ein Seismometer unmittelbar am Epizentrum das Erdbeben daher rund 1.5 Sekunden nach dessen Beginn. Etwa 14 Sekunden später erreichen die S-Wellen den am weitesten entfernt liegenden Ort, für den starke Bodenerschütterungen erwartet werden. Unter Berücksichtigung technischer Verzögerungen von rund 4 Sekunden könnte somit eine Warnung bis zu 10 Sekunden vor dem Beginn starker Bodenerschütterungen ausgegeben werden. In der Wirklichkeit gestalten sich die Dinge allerdings wesentlich komplexer. Mexico-Stadt beispielsweise, das auf einem dichten Sedimentationsbecken liegt, kann sehr starke Erschütterungen durch Erdbeben erleben, die mehrere hundert Kilometer von der Pazifikküste entfernt geschehen. Überdies hat bei starken Erdbeben der Bruchprozess selbst einen grossen Einfluss auf die Bereiche, in denen starke Erschütterungen auftreten. Der SED beteiligt sich an der Entwicklung und Erprobung neuer Algorithmen für Erdbebenfrühwarnung, die einen Teil dieser Komplexität erfassen, um Warnungen schneller und genauer zu machen. Für weitere Informationen über das Erdbebenfrühwarnprojekt des SED namens REAKT klicken Sie hier.

Erdbebenfrühwarnung in der Schweiz

Für die Schweiz erwarten wir alle 50 bis 150 Jahre ein Erdbeben der Magnitude 6. Bei Erdbeben dieser Grösse kommt es nur in einem Umkreis von etwa 20 bis 30 km um das Epizentrum zu starken Erschütterungen. Infolgedessen bleibt nur sehr wenig Zeit zwischen der ersten Messung einer P-Welle und dem Eintreffen der zerstörerischen S-Wellen, und die möglichen Warnzeiten sind allenfalls sehr kurz. Doch neben dem schnellen Auslösen automatisierter Abläufe (z. B. Abschaltung von Maschinen oder elektrischer Ausrüstung), können diese Warnungen auch zur Steigerung des Lagebewusstseins genutzt werden. So können beispielsweise Lokführer vor möglichen Erdrutschen gewarnt oder offizielle Stellen zum Einleiten von Notfallmassnahmen veranlasst werden. Somit kann man die Erdbebenfrühwarnung als Massnahme an einem Ende des Spektrums des SED-Alarmierungsplans betrachten, an dessen Verbesserung wir unablässig arbeiten.

The principles of an Earthquake Early Warning System
Die Grundsätze eines Erdbebenfrühwarnsystems