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Schnelle Tsunami-Warnung mittels GPS

25.04.2012
Bei küstennahen Erdbeben, die Tsunamis erzeugen können, ist die Vorwarnzeit für die Küstenabschnitte sehr kurz.

Mithilfe der hochpräzisen Auswertung von GPS-Daten (GPS Precise Point Positioning) konnten Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ bei der Untersuchung des Fukushima-Bebens vom 11.März 2011 zeigen, dass im Prinzip bereits nach etwas über drei Minuten die Bebenstärke sowie die räumliche Verteilung bestimmt werden können, was eine rasche und detaillierte Tsunami-Frühwarnung ermöglicht.


© A.Hoechner, GFZ
Das Bild zeight die maximale Tsunamiwellenhöhe, welche sich aus einem GPS basierten Modell des Tohoku Erdbebens ergibt. Gut sichtbar sind Fokussierungseffekte aufgrund der Bathymetrie (oder einfacher: unterschiedlicher Wassertiefen) sowie die starke Zunahme der Wellenhöhe in der Nähe der Küste. Die dünnen schwarzen Linien stellen die Tsunamiausbreitung in Stundenschritten dar.

Ein Vorteil eines GPS-Messnetzes in der Nähe des Bebenherdes liegt in der Verfügbarkeit von Messdaten bereits kurz nach Bebenbeginn. Noch während die Erde bebt, kann die horizontale und vertikale Verschiebung der tektonischen Platten erfasst werden. Zusammen mit den nach und nach einlaufenden seismischen Daten ergibt sich so ein Bild des Bruchvorganges noch während er stattfindet.

Dieses Ergebnis stellte der GFZ-Wissenschaftler Dr. Andrey Babeyko auf der diesjährigen Versammlung der EGU (European Geoscientific Union) in Wien vor. „/Wir haben anlässlich des Fukushima-Bebens über 500 GPS-Stationen ausgewertet und gezeigt, dass bereits drei bis vier Minuten nach Beginn des Erdbebens eine korrekte Abschätzung der Magnitude von M=9,0 und des Tsunami möglich gewesen wäre,/“ sagte Dr. Babeyko. Der Ablauf besteht aus mehreren Schritten:

Zuerst werden die GPS-Rohdaten mit Hilfe hochpräziser Satellitenbahndaten ausgewertet. Die resultierenden Verschiebungen werden mittels eines mathematischen Verfahrens invertiert, um ein räumliches Erdbebenmodell zu erzeugen. Hiermit kann wiederum die Verformung des Meeresbodens berechnet werden, die als Quelle des Tsunamis verwendet wird, um im letzten Schritt, der Berechnung der Tsunami-Ausbreitung, die Warnstufen für die Küstenabschnitte zu bestimmen.

Dieser GPS-Schutzschild wurde zunächst für das Tsunami-Frühwarnsystem GITEWS entwickelt, das die Helmholtz-Gemeinschaft unter Federführung des GFZ im Auftrag der deutschen Bundesregierung für Indonesien erstellte.
„/Mit der Anwendung auf die Datensätze des Katastrophenbebens vom 11.
März 2011 zeigt sich erneut das Potential, das ein GPS-Schild in Tsunami-Frühwarnsystemen besitzt/,“ so Babeyko. „/Ein GPS-Schutzschild könnte ein sinnvolles Werkzeug für alle Regionen mit Erdbeben-/Tsunami-Gefährdung sein/.“

Hinzu kommt ein weiterer Faktor: eine vollständige Erdbebenauswertung dauert ihre Zeit, die man im Fall von Tsunamigefahr nicht hat. Daher tendieren traditionelle seismologische Methoden zu einer Unterschätzung der Momentenmagnitude bei sehr starken Beben. GPS-Messungen der horizontalen und vertikalen Verschiebung können diesen Effekt korrigieren.

Franz Ossing
Helmholtz Centre Potsdam
GFZ German Research Centre for Geosciences
Deutsches GeoForschungsZentrum
- Head, Public Relations -
Telegrafenberg
14473 Potsdam / Germany
e-mail: ossing@gfz-potsdam.de
Tel. ++49 (0)331-288 1040
Fax ++49 (0)331-288 1044

Franz Ossing | GFZ Potsdam
Weitere Informationen:
http://www.gfz-potsdam.de/
http://www.gfz-potsdam.de/portal/gfz/Public+Relations/M40-Bildarchiv/Bildergalerie+GPS-Schild

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