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Erdbeben - Tsunami Warnsysteme |
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Erdbeben - Tektonik Informationen |
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| Tsunami: Deutsches Warnsystem in Indonesien |
| Dezember
2007: Stand des Tsunami-Frühwarnsystems für den Indischen Ozean |
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Statusbericht
des GITEWS-Konsortiums zum dritten Jahrestag der Tsunami-Katastrophe von
2004
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| Das Tsunami-Frühwarnsystem
für den Indischen Ozean (GITEWS) befindet sich auf gutem Weg,
wichtige Meilensteine wie die Entwicklung der automatischen Erdbebenauswertesoftware
SeisComP3, sowie die Unterwasserkommunikation zur Übertragung der
Druckdaten vom Ozeanboden an ein Warnzentrum sind bereits entwickelt. Auch
liegen Berechnungen von Ozeanmodellen inklusive der Quellmodellierungen
vor und stehen in einer Datenbank zur Verfügung. |
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Der
Betriebsstart Ende 2008 kann somit in Angriff genommen werden. Dieses positive
Fazit zieht das GITEWS-Konsortium deutscher Geo- und Meereswissenschaftler
anlässlich des bevorstehenden dritten Jahrestages der Katastrophe
vom 26.12.2004.
Direkt
nach der Katastrophe, die seinerzeit nahezu einer Viertelmillion Menschen
das Leben kostete, erteilte die Bundesregierung der Helmholtz-Gemeinschaft,
vertreten durch das GeoForschungZentrum Potsdam (GFZ) den Auftrag zur Entwicklung
eines Tsunami-Frühwarnsystems. Bereits drei Wochen nach der Katastrophe
konnte eine Arbeitsgruppe unter Führung des GFZ das Konzept für GITEWS (German Indonesian Early Warning System for the Indian Ocean) der Bundesregierung
vorlegen. Dieses sieht ein System von land-, ozean- und satellitengestützen
Instrumenten vor, das durch Ausbildungs- und Trainingsmassnahmen unterstützt
wird. "Weil das GFZ seit 1992 dieses Gebiet Südasiens geowissenschaftlich
erforscht, konnte es seine Resultate dieser Forschung unmittelbar einfliessen
lassen und schnell reagieren," erläutert Professor Reinhard Hüttl,
Vorstandsvorsitzender des GFZ. "Wir wollen dieses Frühwarnsystem auch
in anderen gefährdeten Regionen, etwa im Mittelmeer und im Atlantik,
installieren."
Das
Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert den Aufbau
des Tsunami-Frühwarnsystems für den Indischen Ozean mit 45 Millionen
Euro aus Mitteln der Bundesregierung in Höhe von 500 Mio. im Rahmen
der Flutopferhilfe.
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Tsunami-Frühwarnsystem in Indonesien
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"Das Tsunami-Frühwarnsystem in Indonesien besteht aus mehr als 300 Mess-Systemen. Kernstück des Warnsystems ist die schnelle Bestimmung von Erdbebenparametern (Lage, Tiefe, Magnitude) mit 160 Seismometern an Land als schnellste und wichtigste Grundlage für die Tsunamimodellierung und -warnung. Diese Information wird durch Daten von GPS-Stationen, Küstenpegeln und Mess-Bojen weiter erhärtet. Die Tsunami-Warnung erfolgt also, wie auch in allen anderen Tsunami-Warnsystemen weltweit, nicht auf Basis der Messbojen. Bojen sind allgemein als störanfällig bekannt, deshalb bilden sie auch im indonesischen System nicht das Herzstück. Das Warnsystem selbst ist voll funktionsfähig."
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| Quelle: Dr. Jörn Lauterjung , Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Oktober 2011 |
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| Seismologische
Komponenten |
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Über
90% aller Tsunamis entstehen durch untermeerische Erdbeben. Das Katastrophenbeben
vom Dezember 2004 war mit der Magnitude 9,3 der zweitstärkste bisher
gemessene Bruch in der Erdkruste. Eine schnelle und korrekte seismologische
Erfassung und Auswertung der Beben ist eine Grundvoraussetzung für
das Warnsystem. Eine grosse Herausforderung sind dabei die störungsfreie
Registrierung und genaue Quantifizierung von Starkbeben in der Nähe
des Erdbebenherdes. Mit dem schon bisher installierten Seismometernetz
und dem vom GFZ entwickelten Softwaresystem SeisComP3, das im Mai 2007
in Indonesien in den operativen Dienst eingeführt wurde, liegt nun
erstmalig ein Werkzeug vor, das auch starke Beben schnell und zuverlässig
registriert und auswertet. Seine Kapazität konnte dieses System bereits
in mehreren Fällen unter Beweis stellen: so konnte beim Beben von
Bengkulu vor Südsumatra am 12. September des Jahres die Magnitude
8,0 und die Lage des Bruchbeginns innerhalb von vier Minuten bestimmt werden.
Daraufhin gab der indonesische Erdbebendienst BMG erstmals auf Basis solcher
Daten eine Tsunamiwarnung heraus.
SeisComP3
ist mittlerweile auch in einigen anderen Anrainerländern des Indik
als Standard etabliert, so beispielsweise beim indischen Tsunami-Warnzentrum.
Auch das Tsunami-Warnsystem für das Mittelmeer und den Nordatlantik
wird seinen Probebetrieb im Jahre 2008 auf Basis dieser Software aufnehmen.
"Mit den softwaretechnischen und methodischen Entwicklungen innerhalb von
GITEWS setzen wir neue Standards für die überwachung von Erdbeben,
besonders - aber nicht nur - für die Tsunamiwarnung", sagt Dr. Winfried
Hanka, Projektleiter für das GITEWS-Erdbebenmonitoring am GFZ.
| Ozeanographische
Komponenten |
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Allein
auf der Basis von seismischen Messungen kann nicht entschieden werden,
ob ein Tsunami nach einem Erdbeben entstanden ist oder nicht. Daher muss
mit ozeanographischen Instrumenten eine direkte Messung eines Tsunamis
im Meer erfolgen. Da nicht jedes Erdbeben einen Tsunami erzeugt, dienen
die ozeanographischen Messungen auch der extrem wichtigen Aufgabe, eine
Entwarnung vor einem Tsunami zu generieren. Dies ist insbesondere in Indonesien
wichtig, da starke Erdbeben sehr schnell an der Küste verspürt
werden und zu Panikreaktionen führen können. Hier muss so schnell
wie eine Warnung auch eine mögliche Entwarnung vor einem Tsunami gegegeben
werden können. Dazu werden im GITEWS verschiedene Komponenten eingesetzt.
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| Bojensysteme |
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Für
den Endausbau des GITEWS sind 10 Bojen vorgesehen, die entlang des Sundabogens
vor Indonesien verankert werden. Diese Bojen haben eine Doppelfunktion:
sie dienen zum einen als Relaisstation für die Daten, die von den Unterwassereinheiten
(OBU - ocean bottom unit) an ein Modem an der Wasseroberfläche
gesendet werden. Vom Modem werden die Daten dann über die Satellitenverbindung
der Boje an das Warnzentrum übertragen. Zudem sind die Bojen selbst
Messgeräte, mit denen der Seegang und meteorologische Daten erfasst
werden.
Das eigentlich Bahnbrechende an diesen Bojen ist jedoch ihre GPS-Funktionalität:
mithilfe von GPS-Messungen kann - unabhängig von den Messgeräten
am Meeresboden - ebenfalls der Durchgang eines Tsunami gemessen werden.
Das ist der wesentliche Fortschritt gegenüber den bisher verwendeten
Bojensystemen, wie sie etwa im Pazifischen Ozean verwendet werden. Durch
die Kombination der Unterwasser- und überwassermessung garantieren
die neuen Bojen eine höhere Verfügbarkeit und geringere Ausfallwahrscheinlichkeit.
Dr. Tilo Schöne, GFZ Potsdam, ist Leiter der Arbeitspakete "GPS-Boje"
und "Küstenpegel": "Aufbauend auf den Erfahrungen, die mit den zwei
in Indonesien bereits vorhanden Testsystemen gemacht wurden, werden derzeit
acht weitere Bojensysteme für den Einsatz
vorbereitet. Diese werden im Sommer 2008 vor Sumatra und Java installiert
und erweitern das Tsunami-Warnsystem um eine wichtige Komponente."
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| Unterwassereinheiten
OBU - ocean bottom unit |
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Am
Meeresboden abgesetzte Messeinheiten erfassen primär den Wasserdruck
mit hoher Genauigkeit, denn dieser ändert sich, wenn eine Tsunamiwelle
durchwandert. Dieses ist das Standardverfahren, was auch in anderen Tsunamiwarnsystemen
eingesetzt wird. Zusätzlich werden im GITEWS noch spezielle Seismometer
eingesetzt, die die Erdbebenwellen auch am Ozeanboden erfassen. Die Herausforderung
bei diesem neuen Verfahren ist nicht die Erfassung des Drucks oder der
Erdbebenwellen, sondern die on-line Übertragung der Messdaten vom
Ozanboden in mehr als 4 km Tiefe zur Wasseroberfläche.
Erste Versuche
mit handelsüblich verfügbaren Übertragungsmodems erfüllten
die Anforderungen hinsichtlich der notwendigen Bandbreits nicht, denn die
akustische Signalübertragung aus mehr als vier Kilometern Tiefe in
thermisch und salinar geschichtetem Ozeanwasser ist nicht trivial. Daher
wurde parallel zu den anderen GITEWS-Arbeiten gemeinsam mit deutschen KMU's
ein neues akustisches Datenübertragungssystem entwickelt. "Das so
genannte PACT-Bodendruck-Messsystem (Pressure based Acoustically Coupled Tsunami detector) dient zur Echtzeit-Ermittlung
des Meeresspiegelanstiegs im tiefen Ozean und konnte im November 2007 in
der Tiefsee vor den Kanarischen Inseln erfolgreich getestet werden," so
der PACT-Projektleiter Dr. Olaf Boebel
vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung.
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| Pegelmessungen |
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Tsunamis
breiten sich in tiefem Wasser mit der Geschwindigkeit von Düsenflugzeugen
aus. Erst im flachen Wasser werden sie langsam, türmen sich allerdings
in küstennahen Bereichen zu Wellenhöhen von bis zu 30 Metern auf. Deshalb ist es wichtig an geeigneten Standorten,
z.B. auf vorgelagerten Inseln einen Tsunami an einem Küstenpegel bereits
zu erfassen, bevor die Welle auf das Festland aufläuft.
Im Indischen
Ozean wurden im Rahmen des GITEWS-Projektes deshalb bereits sieben Pegelstationen
aufgebaut, so dass mittlerweile nicht nur an der Küste Indonesiens,
sondern auch in den Anrainerstaaten des Indischen Ozeans verlässliche
Pegeldaten zur Verfügung stehen, so z.B. in Südafrika (Marian
Island), im Jemen (Aden) und im Iran (Chabahar) "Pegelmessungen während
eines Tsunamialarms, insbesondere auf den Inseln vor Sumatra, ermöglichen
die verlässliche Vorhersage, ob eine signifikante Tsunamiwelle zu
erwarten ist und erlauben die Schätzung der maximal möglichen
Überflutung für die dicht bevölkerten Gebiete, wie z.B.
Padang", erläutert Tilo Schöne.
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| Simulationen |
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Tsunami-Simulationen spielen für den gesamten Warnprozess eine wichtige Rolle. Dabei soll
aufgrund der eingehenden - nur an wenigen Punkten vorliegenden - Messdaten
ein Gesamtbild der Lage berechnet werden. Schon kurze Zeit nach einem Erdbeben
sollen so etwa Ankunftszeiten, Wellenhöhen oder überflutungsbereiche an den betroffenen Küstenabschnitten
abgeschätzt werden. In Kombination mit weiteren Daten - wie der Besiedelungsstruktur
- ergibt sich daraus ein erstes Lagebild für die Behörden und
die Bevölkerung. Da die Vorwarnzeit in Indonesien extrem kurz ist,
werden Tausende verschiedener Szenarien im Voraus berechnet. Anhand der
gemessenen Daten werden dann passende Szenarien aus einer Datenbank ausgewählt.
Diese Szenarien enthalten dann die benötigten Informationen zu Ankunftszeiten,
Wellenhöhen und Risikoeinschätzungen. Die Lagebeurteilung mit
Hilfe der Szenarien wird im Verlauf des Ereignisses und mit zunehmend einlaufenden
Daten immer weiter verfeinert und stabilisiert.
Die
aus der Simulation gewonnene Lagebeurteilung ist auch Grundlage für
die Alarmierung weiter entfernter Gebiete, die durch den Tsunami gefährdet
werden könnten, wie z.B. Indien, Sri Lanka oder die ostafrikanische
Küste. "Durch die gleichzeitige Nutzung und Auswertung von allen zum
jeweiligen Zeitpunkt verfügbaren Daten werden wir weltweit erstmalig
in der Lage sein, ein präzises Lagebild schon nach kurzer Zeit abzugeben.
Grundlage für diese Leistung sind die neuartige, auf unstrukturierten
Dreiecksgittern basierende Tsunami-Simulations-Software TsunAWI sowie ein
innovatives Modell für die Bewegung der Erdkruste, entwickelt am AWI
bzw. am GeoForschungsZentrum Potsdam" stellt Dr. Jörn Behrens, Koordinator
der GITEWS-Simulation fest. Die Modelle liegen nun vor, derzeit wird mit
ihnen die Simulationsdatenbank gefüllt.
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| Das
Warnzentrum |
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Herzstück
des Frühwarnsystems ist das Warnzentrum. Hier laufen alle Sensordaten zusammen, von hier aus werden alle Instrumente
kontrolliert und gesteuert und hier erfolgt die Synthese aller Daten mit
den vorberechneten Simulationen sowie die Erstellung der Warnmeldung. Diese
Aktivitäten werden in einem Entscheidungs-Unterstützungssystem
(DSS = Decision Support Centre) zusammengefasst, das auf der Basis der
vorliegenden Informationen dem diensthabenden Verantwortlichen einen Überblick
über die momentane Situation verschafft und Entscheidungsvorschläge
generiert. Dieses System ist konzeptionell und von der Komplexität
mit keinem anderen System weltweit vergleichbar. Die Arbeiten zu diesem
System am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sind bereits
weit fortgeschritten, so dass Anfang 2008 eine erster Prototyp in Indonesien
installiert wird.
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| Zivilschutz,
Ausbildungs- und Trainingsmassnahmen |
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Die
schnellste Warnung nützt nichts, wenn die so genannte "Letzte Meile"
bis zum Strand nicht überbrückt wird. Die in den gefährdeten
Gebieten wohnenden Menschen müssen nicht nur rechtzeitig vor einem
nahenden Tsunami gewarnt, sondern auch geschult werden, wie sie auf eine
Warnmeldung reagieren müssen und sich am schnellsten in Sicherheit
bringen können. Japan hat solche Alarmübungen von der Schule
bis zum Industriebetrieb als nationales Programm eingeführt, in den
Anrainerstaaten des Indischen Ozeans werden diese Massnahmen erst gerade
umgesetzt.
Neben
den Schulungen der Bevölkerung gibt es auch akademische Ausbildungs-
und Weiterbildungsprogramme, in denen beispielsweise regelmässig Trainingskurse
für die verschiedenen Sensorgruppen oder Risikomodellierungen für
Fachexperten und Wissenschaftler durchgeführt werden. Zudem führt
die Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) Massnahmen in
drei Pilotregionen zur Stärkung lokaler Katastrophenschutzmechanismen
durch, welche vor allem auf die Entwicklung notwendiger institutioneller
und organisatorischen Kapazitäten abzielen. Mitarbeiter der Bundesanstalt
für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) setzen diese Beratungen
auf nationaler Ebene fort.
Die
Universität der Vereinten Nationen (UNU) bildet indonesische Nachwuchswissenschaftler
in einem Doktorandenprogramm aus, um später den Betrieb und den Ausbau
des Frühwarnsystems aus wissenschaftlicher Perspektive zu gewährleisten.
"Mit diesem breiten Spektrum an Aus- und Weiterbildungsmassnahmen leisten
wir einen nachhaltigen Beitrag zur Entwicklung eines Tsunami-Frühwarnsystems
für Indonesien und die Anrainerstaaten", so Prof. Torsten Schlurmann,
Direktor des Franzius-Instituts für Wasserbau und Küsteningenieurwesen
der Leibniz-Universität Hannover, der im Auftrag der UNU gemeinsam
mit Kollegen der GIZ das Arbeitspaket "Capacity Building" leitet.
| Blick
in die Zukunft |
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Das
GITEWS wird Ende 2008 technisch aufgebaut sein, wenn - wie bisher - der
Zeitplan eingehalten werden kann. "Wir gehen davon aus, dass keine aussergewöhnlichen
Ereignisse eintreten", sagt Projektkoordinator Dr. Jörn Lauterjung
vom GeoForschungsZentrum. "Ab Anfang 2009 werden wir zusammen mit den indonesischen
Partnern das Tsunami-Frühwarnsystem in einer gemeinsamen Betriebsphase
operationell führen, um es 2010 vollständig an Indonesien zu
übergeben." Ein aussergewöhnliches Ereignis wie das Katastrophenbeben
von 2004 könnte allerdings den Zeitplan umwerfen.
Vulnerabilitätsabschätzungen,
wie sie im Rahmen des GITEWS jetzt für Indonesien erstellt werden,
zeigen, dass man sich vorbereiten muss, es aber auch kann. Vollständigen
Schutz kann auch ein perfekt arbeitendes Frühwarnsystem nicht geben
- die immer wieder auftretenden Katastrophenbeben zeigen deutlich, welche
Urgewalt im System Erde steckt. "Die Zahl der Opfer zu minimieren, das
ist unsere Aufgabe", meint Jörn Lauterjung und fügt ein Beispiel
an: "Mehr als acht Stunden nach dem Erdbeben
vom 26.12.2004 starben an der afrikanischen Ostküste, über
6000 km vom Ursprungsort des Tsunami entfernt, noch über 300 Menschen.
Naturkatastrophen solcher Dimension werden immer Menschenleben fordern,
aber die Anzahl dieser Todesopfer hätte mit einem Fühwarnsystem
erheblich verringert werden können."
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Dokumentation
und Links
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| Das
deutsche Konzept zur Einrichtung eines Tsunami-Frühwarnzentrums für
die Region des Indischen Ozeans baut auf verschiedenen Arten von Messintrumenten
(Sensoren) auf. In etwa 90% alle Fälle wird der Tsunami durch ein
Erdbeben, ansonsten durch Vulkanausbrüche und Erdrutsche, ausgelöst.
Ziel ist es, durch die Auswertung verschiedener Messgrössen möglichst
frühzeitig Hinweise auf einen Tsunami und deren Ausmass zu erhalten.
Eine Tsunami-Welle bereitet sich im offenem Meer mit bis zu 700 km/h aus. |
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| Quelle:
GeoForschungsZentrum Potsdam, Deutschland, Dezember 2007 |
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| Links |
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Externe
Links |
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Das
deutsche Konzept zur Einrichtung eines Tsunami-Frühwarnzentrums |
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