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Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Erdbebenvorhersage Fiktion oder bald Realität?

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Präsentation zum Thema: "Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Erdbebenvorhersage Fiktion oder bald Realität?"—  Präsentation transkript:

1 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Erdbebenvorhersage Fiktion oder bald Realität? Cong-Toan Pham

2 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Einleitung Statistische Erdbebenanalyse Erdbebensimulation Alternative Indikatoren Fazit Cong-Toan Pham Präsentationsinhalte

3 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham Einleitung Tohoku-Erdbeben 11.März ,9 M W ca. 130km von Sendai, 32km Tiefe Tsunami + Reaktorschäden über Tote Karte von Beben vom 11. bis 14.März stat. ErdbebenanalyseErdbebensimulation Quelle: Alternative Indikatoren

4 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham4 Japans Erdbebensicherung weltweiter Vorreiter für Katastrophenschutz und Erdbebensicherheit ausgeklügeltes Erdbeben- und Tsunamifrühwarnsystem strenge Bauvorschriften regelmäßige Notfallübungen Frühwarnsystem Seismometeraufnahme einer Erdbeschleunigung P-Wellen als Erdbebenindikator energiearmer und schnellste Ausbreitungsgeschwindigkeit Problem: Warnzeit abhängig vom Abstand zum Hypozentrum und erst nach dem Ereignis Quelle: Joachim Fischer, Erdbebenfrühwarnsystem für Instanbul Einleitungstat. ErdbebenanalyseErdbebensimulationAlternative Indikatoren

5 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham5 Vorhersage mit Angabe Ort, Zeitpunkt, Stärke zufällige Erscheinung extremer Ereignisse? statistische Analyse für Eintrittswahrscheinlichkeit von Erdbeben 3 Kategorien Extremwertstatistik vereinfachte Modelle Zeitreihenanalyse Weltweite Erdbeben von Frage: Gibt es charakteristische Merkmale und allgemeingültige Prinzipien? Einleitungstat. ErdbebenanalyseErdbebensimulationAlternative Indikatoren

6 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham6 Aussage über regionale Seismizität und Wahrscheinlichkeit eines Extremereignisses Erdbebengefährdungskarten Aber keine Angabe zum Zeitpunkt eines Ereignisses und zugrunde legende Mechanismen Extremwertstatistik Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit und Wiederkehrzeit eines Extremereignisses über aufgenommene Messdaten Bsp.: Ein 100 jährliches Erdbeben hat 1% Wahrscheinlichkeit in irgendeinem Jahr aufzutreten, auch mehrfach und unregelmäßig Zeitreihenanalyse Hinweise für ein nicht völlig unregelmäßiges Auftreten starker Beben Suche nach Periodizität Aufladezeit von starken Erdbeben ungefähre zeitliche Einschätzung Einleitungstat. ErdbebenanalyseErdbebensimulation Quelle: Alternative Indikatoren

7 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham7 Vor- und Nachbebensequenzen Auftreten von Nach- und Vorbeben zeitlich gemäß einer Potenzverteilung um ein Hauptbeben verteilt, die nach Omoris Gesetz beschrieben werden N a (t)~(t-t M ) -p Nachbeben N f (t)~(t M -t) -q Vorbeben Identifizierung seismischer Ruhepausen Problem: starke Erdbeben können auch ohne Vorbeben auftreten oder ein Schwarm schwacher Beben ohne Hauptbeben, Beobachtung seismischer Ruhepausen schwierig a)Vorbeben – dominantes Erdbeben – Nachbeben b)Dominantes Erdbeben – Nachbeben c)Schwarm kleiner Erdbeben ohne Hauptbeben Fazit: Vorbeben für Vorhersage eingeschränkt tauglich Einleitungstat. ErdbebenanalyseErdbebensimulationAlternative Indikatoren

8 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham8 Gutenberg-Richter-Gesetz Gesetzmäßigkeit der Größenverteilung von Erdbeben bestimmter Magnitude in einer bestimmten Region log 10 N(M)=a-bM b zwischen 0,8 und 1,2 a regionale Seismizität variiert stark Häufigkeitsverteilung San Francisco Einleitungstat. ErdbebenanalyseErdbebensimulationAlternative Indikatoren Selbstorganisierte Kritikalität(SOC) Physiker Per Bak stellt These der SOC auf: komplexe Systeme im Nichtgleichgewicht neigen dazu in einen kritischen Zustand fernab vom Gleichgewicht zu entwickeln Sandhaufenmodell als SOC Überschreitung kritischer Steigung verursacht Rutsch Größe des Ereignisses anhand Anzahl bewegter Körner Häufigkeitsverteilung der Größenordnung des Rutsches gehorcht einem Potenzgesetz Allgemein: N(s)=C s -t

9 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham9 Zeit Einleitungstat. ErdbebenanalyseErdbebensimulation Quelle: Alternative Indikatoren Feder-Block-Modell Verschiebung der Plattentektonik verursacht Spannungen, die mit der Zeit zunehmen Überschreitung eines kritischen Schwellwertes verursacht plötzliche Entladung der Kräfte Erdbeben Zyklus des Ladevorgangs beginnt von Neuem Hookesches Gesetz F(t) = k(vt- u(t)) Newtonsches Bewegungsgesetz F(t) = m u(t) Berücksichtigung von Reibungskräften Gleitreibung F d und Haftreibung F s

10 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Fazit: Grundmodell zeigt sinnvolle Ansätze, ist aber nicht vollständig unterschiedlich andere geophysikalische dynamische Prozesse sind noch nicht berücksichtigt keine Vor- und Nachbebensequenzen seismische Ruhephase fehlt Cong-Toan Pham10 Stick-Slip-Motion Verbesserung des Modells mit mehr Blöcken Bewegung eines einzelnen Blockes erhöht Kraft auf benachbarte Blöcke, die eventuell eine Kettenreaktion auslöst Größe des Erdbeben abhängig von der Anzahl der bewegten Blöcke Untersuchung ob das Modell SOC Verhalten aufweist, speziell Gutenberg-Richtergesetz erfüllt Modell zeigt Potenzgesetz- Verteilung aber mit Abweichung zu realen Daten Einleitungstat. ErdbebenanalyseErdbebensimulationAlternative Indikatoren Quelle:

11 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham11 Einleitungstat. ErdbebenanalyseErdbebensimulationAlternative Indikatoren Tiere als Erdbebenvorhersage auffälliges Verhalten der Tiere unmittelbar vor Erdbeben Ameisenhügel siedeln auf tektonischen Bruchzonen empfindlich für CO2-Konzentrationen und Temperaturschwankungen Elefanten sind in der Lage Infraschall mit ihren Füßen wahrzunehmen Vögel bemerken Schwankungen des Magnetfeldes Es gilt die Suche nach physikalischen Vorgängen gekoppelt an Vorbeben Quelle: Quelle:

12 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham12 Mysteriöse Lichterscheinungen Volksglauben als Vorboten von Erdbeben Vermutung von elektrischen Entladungen unter enormen Druck, ähnlich eines Gewitters nur an Erdoberfläche Entstehung aber weiterhin umstritten Radon als Erdbebenindikator Anstieg der Radonkonzentration nahe Oberfläche Spuren von Uran und Thorium im Gestein, die zu Radon zerfallen Gesteinsschichten werden rissig und setzen Radon frei Radonkonzentration einer Quelle Erdbeben Haicheng (China 1975) Einleitungstat. ErdbebenanalyseErdbebensimulationAlternative Indikatoren Lichtblitze vor Erdbeben im japanischen Matsushiro 1966 Quelle: Welt.de

13 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham13 Haicheng Erdbeben 1975 erfolgreiche Evakuierung der Stadt Haicheng Februar 1975 vor Erdbeben der Magnitude 7,3 M s aufgrund Vorläuferphänomene (Tierverhalten, Grundwasserspiegel, Neigungsänderung der Erdoberfläche) Vorzeichen makroskopisch deutlich genug erste erfolgreiche Erdbebenvorhersage in der Geschichte Tangshang Erdbeben Juli 1976 trat ein Erdbeben der Stärke 7,8 M s unerwartet auf offiziell Tote bekannt gegeben Vorläuferphänomene blieben aus, Informationen unterschätzt oder nicht vermittelt Einleitungstat. ErdbebenanalyseErdbebensimulationAlternative Indikatoren Quelle: erdbeben.jpg

14 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Fazit Dynamische Vorgänge im Erdinneren noch weitgehend unbekannt Aufgenommene Messdaten und Statistiken geben lokale seismische Wahrscheinlichkeiten wieder und können einen groben Zeitraum besonderer Gefährdung prognostizieren Mathematisches Modell in Grundsätzen sinnvoll, aber noch unvollständig ohne Berücksichtigung physikalischer dynamischer Prozesse Erdbebenindikatoren wie Vorbebensequenzen, Tierverhalten und andere Phänomene entweder physikalisch nicht belegt oder in seltenen Fällen erkennbar Cong-Toan Pham14 Aus heutigem Standpunkt sind langfristige Vorhersagen von Erdbeben nicht realisierbar. Abhilfe bringt die Erfassung und schnelle Vermittlung erdbebenbegleitener Phänomene, auch wenn diese physikalisch noch nicht begründet sind.

15 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Cong-Toan Pham15 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

16 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Quellenangaben Wiener Zeitung: Artikel Wie Japan sich vor Erdbeben zu schützen versucht, URL: schuetzen-versucht.htmlhttp://www.wienerzeitung.at/nachrichten/panorama/chronik/26766_Wie-Japan-sich-vor-Erdbeben-zu- schuetzen-versucht.html Rademacher, Horst(Frankfurter Allgemeine): Artikel Erste Warnmeldung nach neun Minuten, URL: htmlhttp://www.faz.net/artikel/C30721/erdbeben-fruehwarnsysteme-erste-warnmeldungen-nach-neun-minuten html 3Sat: Artikel Warnen in kurzer Zeit, URL: Staempfli, Michael: Japan und Naturgewalten, URL: Fischer, Joachim: Erdbebenfrühwarnsystem für Istanbul, April 2011, URL: Grotelüschen, Frank(Spektrum der Wissenschaft): Artikel Extrem gewagt, Januar 2010 URL: Universität Graz: Statistische Simulation von Erdbeben, URL: Cong-Toan Pham16

17 Regenerative Energien und Energieeffizienz Einführung in die Ingenieursgeophysik SS2011 Prof. Dr. rer. nat. Koch Quellenangaben Hainzl, Sebastian(Universität Potsdam): Dissertation Erdbeben und selbstorganisierte Kritizität, November 1998 Müllenmeister, Hans Jörg: Artikel Naturphänomene als Erdbebenvorhersage, , URL: erdbebenvorhersage Cong-Toan Pham17


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