Georisiken
Erdbeben sind nicht die einzigen Auslöser zerstörerischer Bodenbewegungen: Hanginstabilitäten wie Bodenverflüssigung, Felsstürze, Erdrutsche und Tsunamis können sowohl spontan als auch infolge von Erdbeben auftreten und stellen eine Bedrohung für Menschen, Infrastruktur und Kulturerbe dar. Die Gruppe Georisiken des SED untersucht diese Gefährdungen mithilfe geophysikalischer Messungen, seismischer Überwachung, numerischer Modellierung sowie ingenieurgeologischer und geotechnischer Methoden. Dank der Weiterentwicklung geophysikalischer und seismologischer Verfahren lassen sich solche Gefährdungen heute mit bisher unerreichter Genauigkeit erkennen und überwachen. Diese Arbeiten bilden die Grundlage für eine Reihe fortschrittlicher Ansätze zur Gefährdungscharakterisierung und -überwachung.
Charakterisierung und Überwachung von Instabilitäten
Die Weiterentwicklung der passiven seismischen Verfahren ermöglicht jetzt die Messung des Eigenschwingungsverhaltens von Hängen und Seeufern und gibt so Aufschluss über:
- Ausmass, Volumen und Zustand der Instabilität
- interne Eigenschaften wie Steifheit, Dämpfung, Verstärkung und Schwingungspolarisation
- zeitliche Veränderungen, die mit Veränderungen der internen Struktur in Zusammenhang stehen
Diese Methoden bilden die Grundlage für die Identifizierung geeigneter Überwachungsstandorte für zusätzliche Sensoren (z. B. seismische Sensoren, GPS, Totalstationen) und unterstützen die Gefährdungseinstufung.
Kontinuierliche Beobachtung und Frühwarnung
Die Echtzeitüberwachung ermöglicht eine schnelle Risikoabschätzung und die Früherkennung von Vorläufern von Hangrutschungen. Der SED überwacht schweizweit mehrere instabile Hänge.
- Seismische Echtzeitdaten werden automatisch verarbeitet, um Anomalien und Vorläufer für potenzielle Abrutsche zu identifizieren.
- Dieser Ansatz ergänzt herkömmliche Methoden wie geodätische Untersuchungen und Sichtprüfungen.
- Zu den aktiv überwachten Standorten zählen Brienz/Brinzauls, Preonzo, Permafrostgebiete wie Gemsstock und Grönland sowie langsame Erdrutsche in Heinzenberg, Val Lumnezia, Braunwald und Montagnon.
Automatische Erkennung von Massenbewegungen
Nicht alle Erschütterungen werden durch Erdbeben verursacht; manche sind auch auf Explosionen, Überschallknalle oder Massenbewegungen wie Erdrutsche, Felsstürze oder Schlammlawinen zurückzuführen. Der SED nutzt moderne, selbstlernende Algorithmen, um Massenbewegungen automatisch zu erkennen, sobald sie eine bestimmte Grösse überschreiten:
- Die Echtzeiterkennung ermöglicht schnellere Risikoabschätzungen.
- Ereignisse werden in einer öffentlichen Datenbank registrierter Massenbewegungen in der Schweiz erfasst, die bis in das Jahr 2009 zurückreicht und regelmässig aktualisiert wird.
Verflüssigung – Verlust der Bodenstabilität
Wenn Erdbeben wassergesättigte Schluff- und Sandschichten erschüttern, können diese Materialien an Festigkeit verlieren und sich im Extremfall verflüssigen. Dadurch verlieren sie ihre Tragfähigkeit. Die Erkennung und Überwachung solcher Zonen helfen dabei, einem unerwarteten Abrutschen des Untergrunds vorzubeugen:
- Mittels geophysikalischer Untersuchungen werden Gebiete identifiziert, in denen ein Risiko der Verflüssigung besteht.
- Permanente Sensoren in Bohrlöchern messen Verstärkungswirkungen und das Materialverhalten sowohl unter linearen als auch nichtlinearen Bedingungen.
- Die Ergebnisse fliessen in die Risikoabschätzung für auf potenziell instabilem Untergrund errichtete Infrastruktur ein.
Das Ziel: die landesweite Risikominderung
Durch die Kombination von fortschrittlicher Überwachung, Standortcharakterisierung und Modellierung verbessert der SED die Gefährdungsabschätzungen, ermöglicht zeitigere Warnungen und unterstützt Massnahmen zum Schutz von Leben, Infrastruktur und Kulturerbe vor Massenbewegungen und anderen erdbebeninduzierten Gefährdungen.
Felsinstabilität bei Brinz/Brinzauls, die im Juni 2023 teilweise abgerutscht ist. Das rote Dreieck zeigt den Standort des seismischen Sensors BRIZ2 und einer Wetterstation an. Rechts: Veränderungen der ersten höheren Modenresonanz der Instabilität im Zeitverlauf, umfassend b) die Veränderung der Resonanzfrequenz und c) die Veränderung der Polarisation. Die Zahl der registrierten seismischen Ereignisse ist in d) angegeben.
Die Gruppe Georisiken des SED wird von Dr. Franziska Glüer geleitet.