Nach dem schrecklichen Tsunami-Schaden durch das Erdbeben in Sumatra im Dezember 2004 haben Wissenschaftler nach Strategien gesucht, um zukünftige Killerwellen vorherzusagen. Bodenstationen innerhalb weniger tausend Kilometer um das Erdbeben können ihre Verschiebung mithilfe der GPS-Satelliten messen. Wenn sie sich genug bewegt haben, besteht ein hohes Tsunami-Risiko.
Wissenschaftler der Universität, die GPS-Software (Global Positioning System) verwenden, die vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, entwickelt wurde, haben gezeigt, dass GPS innerhalb von Minuten feststellen kann, ob ein Erdbeben groß genug ist, um einen ozeanweiten Tsunami auszulösen. Diese von der NASA finanzierte Technologie kann verwendet werden, um schnellere Tsunami-Warnungen bereitzustellen.
Ein Team unter der Leitung von Dr. Geoffrey Blewitt vom Nevada Bureau of Mines and Geology und Seismological Laboratory der Universität von Nevada, Reno, zeigte, dass die wahre Größe eines großen Bebens mithilfe von GPS-Daten innerhalb von 15 Minuten bestimmt werden kann. Dies ist viel schneller als mit aktuellen Methoden möglich.
"Tsunami-Warnung ist ein Wettlauf gegen die Zeit", sagte Co-Autor Dr. Seth Stein, Institut für Geologische Wissenschaften, Northwestern University, Evanston, Illinois. "Tsunamis reisen mit Jet-Geschwindigkeit Warnungen ausgeben. Dies muss schnell genug erfolgen, damit die Warnung an die Behörden in den betroffenen Gebieten verteilt werden kann, damit diese Reaktionspläne umsetzen können. Zusammen mit Seismometer- und Ozeanbojendaten fügt GPS ein weiteres Tool hinzu, mit dem zukünftige Tsunami-Gefahrenbewertungen verbessert werden können. “
"Wir brauchen immer Seismologie als erste Alarmstufe für große Erdbeben, und wir brauchen Ozeanbojen, um die Tsunami-Wellen tatsächlich zu erfassen", fügte Blewitt hinzu. "Der Vorteil der Einbeziehung von GPS in Warnsysteme besteht darin, dass schnell festgestellt wird, wie stark sich der Meeresboden bewegt hat, und dass Informationen Tsunami-Modelle direkt in Bewegung setzen können."
Die neue Methode, GPS-Verschiebung genannt, misst die Zeit, in der Funksignale von GPS-Satelliten an Bodenstationen ankommen, die sich wenige tausend Kilometer von einem Beben entfernt befinden. Aus diesen Daten können Wissenschaftler berechnen, wie weit sich die Stationen aufgrund des Bebens bewegt haben. Sie können dann ein Erdbebenmodell und die wahre Größe des Bebens ableiten, die als "Momentgröße" bezeichnet wird. Diese Größe steht in direktem Zusammenhang mit dem Potenzial eines Bebens zur Erzeugung von Tsunamis.
Wie das Sumatra-Beben der Stärke 9,2-9,3 vom Dezember 2004 zeigt, haben aktuelle wissenschaftliche Methoden Schwierigkeiten, die Momentgröße für sehr große Beben schnell zu bestimmen. Dieses Beben wurde zuerst unter Verwendung seismologischer Techniken, die für eine schnelle Analyse ausgelegt waren, auf 8,0 geschätzt. Da diese Techniken Schätzungen aus den ersten seismischen Wellen ableiten, die sie aufzeichnen, neigen sie dazu, Beben zu unterschätzen, die größer als etwa 8,5 sind. Dies ist die ungefähre Größe, die zur Erzeugung großer Tsunamis im gesamten Ozean benötigt wird. Die anfängliche Schätzung war der Hauptgrund, warum Warnzentren im Pazifik das Tsunami-Potenzial des Erdbebens erheblich unterschätzten.
Das Potenzial von GPS, zur Tsunami-Warnung beizutragen, wurde nach dem Erdbeben auf Sumatra deutlich. GPS-Messungen zeigten, dass das Beben den Boden dauerhaft mehr als 1 Zentimeter bis nach Indien bewegte, etwa 2.000 Kilometer vom Epizentrum entfernt. "Mit solchen Signalen kann sich ein so großes Erdbeben nicht verbergen", sagte Blewitt. "Wir stellten die Hypothese auf, dass GPS-Daten, wenn sie schnell und genau analysiert werden könnten, schnell die wahre Größe und das Tsunami-Potenzial des Erdbebens anzeigen würden."
Um die Machbarkeit ihres Ansatzes zu testen, analysierten die Wissenschaftler mithilfe der Satelliten-Datenverarbeitungssoftware der NASA Daten von 38 GPS-Stationen, die sich in unterschiedlichen Entfernungen vom Epizentrum des Sumatra-Bebens befinden. Die Software lokalisiert den genauen Standort einer Station auf 7 Millimeter (0,3 Zoll). Es wurden nur Daten verwendet, die innerhalb von 15 Minuten nach dem Erdbeben verfügbar waren. Die Ergebnisse zeigten, dass die meisten permanenten Bodenverschiebungen innerhalb weniger Minuten nach dem Eintreffen der ersten seismischen Wellen auftraten. Ihre Analyse ergab ein Erdbebenmodell und eine Momentgröße von 9,0, sehr nahe an der endgültig berechneten Größe des Erdbebens.
"Die Modellierung von Erdbeben mit GPS erfordert eine robuste Echtzeitfähigkeit, um genau vorherzusagen, wo sich GPS-Satelliten im Weltraum befinden, wie es unsere Software tut", sagte Dr. Frank Webb, ein JPL-Geologe. "Diese Technik verbessert schnelle Schätzungen der tatsächlichen Größe großer Erdbeben und verbessert die Echtzeit-Tsunami-Modellierungsfunktionen."
Die Ergebnisse der Studie werden in Geophysical Research Letters veröffentlicht.
JPL wird für die NASA vom California Institute of Technology verwaltet.
Originalquelle: NASA / JPL-Pressemitteilung
