NaturkatastrophenGPS-Daten könnten Tsunami-Warnsysteme verbessern

Forscher haben GPS-Daten zu Japans Megabeben ausgewertet. Sie zeigen, dass Navigationssatelliten helfen können, um Bevölkerungen noch rascher vor Tsunamis zu warnen.

Das Bild zeigt die Tsunami-Ausbreitung, welche sich aus einem GPS basierten Modell des Megabebens vor Japan ergibt. Die Höhe der Welle nimmt im Farbverlauf von Gelb über Rot nach Violett zu. Die dünnen schwarzen Linien stellen die Tsunami-Ausbreitung in Stundenschritten dar.

Das Bild zeigt die Tsunami-Ausbreitung, welche sich aus einem GPS basierten Modell des Megabebens vor Japan ergibt. Die Höhe der Welle nimmt im Farbverlauf von Gelb über Rot nach Violett zu. Die dünnen schwarzen Linien stellen die Tsunami-Ausbreitung in Stundenschritten dar.  |  © A. Hoechner, GFZ

Nach einem großen Beben vor der Küste entscheiden wenige Minuten, wenn nicht Sekunden über Leben und Tod. So war es auch in Japan, als ein Seebeben im März 2011 den Untergrund zerriss und Tsunamis an Land schickte. Da sich die gigantischen Erschütterungen nicht vorhersagen lassen, bleibt nur wenig Zeit, um die Menschen an der Küste zu warnen. Künftig könnten bestehende Systeme durch Satellitendaten noch genauer und schneller Alarm schlagen.

Wissenschaftler um Andrey Babeyko vom GeoForschungsZentrum in Potsdam (GFZ) haben Informationen ausgewertet, die über GPS (Global Positioning System) das japanische Megabeben aufgezeichnet haben. GPS basiert auf einem Netzwerk aus Navigationssatelliten, das es ermöglicht, Dinge zu orten und die Zeit zu messen. Navigationssysteme, Smartphones und viele andere technische Geräte greifen auf den Standard zurück.

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"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 Babeyko. Der Wissenschaftler stellte die Ergebnisse seines Teams auf der diesjährigen Versammlung der European Geoscientific Union (EGU) in Wien vor.

Tsunamiwarnungen dank GPS: Klicken Sie auf das Bild, um die Grafik anzusehen.

Tsunamiwarnungen dank GPS: Klicken Sie auf das Bild, um die Grafik anzusehen.  |  © A. Babeyko, GFZ

Bislang liefern vor allem Sonden und Seismografen im Erdboden sowie Bojen auf dem Wasser und am Meeresgrund Daten, wenn sich Erdplatten verschieben. Wäre ein GPS-Messnetz nahe des Epizentrums eines Bebens verfügbar, ergeben sich viel genauere Daten über das Grollen. Noch während die Erde sich bewegt, kann die horizontale und vertikale Verschiebung der tektonischen Platten erfasst werden. Zusammen mit den nach und nach einlaufenden seismischen Daten ließe sich in kürzester Zeit ein präzises Bild der Bruchstellen im Untergrund berechnen.

Japans Katastrophe
Tage am Abgrund nach Beben, Tsunami und GAU
11. März 2011, 14.46 Uhr
Satellitenbild von Japan

Satellitenbild von Japan  |  © Nasa/Goddard/SeaWiFS/ORBIMAGE

Das schwerste Erdbeben in der Geschichte Japans erschüttert rund sechs Minuten das Land mit einer Stärke von 9,0. Das Epizentrum liegt rund 130 Kilometer vor der Ostküste der Hauptinsel Honshu. Die Auswirkungen sind dramatisch: Auf dem Meeresgrund reißt die Erdkruste auf 400 Kilometern Länge, Teile der Küste verlagern sich ruckartig um bis zu 50 Meter nach Osten. Eine Fläche so groß wie Schleswig-Holstein hebt sich um einige Meter an.

11. März 2011, ca. 15.40 Uhr
Zerstörung in der Stadt Natori

Zerstörung in der Stadt Natori  |  © STR/AFP/Getty Images

Ein Tsunami rast mit 800 Kilometern pro Stunde auf die Küste zu. Über zehn Meter sind die Flutwellen mancherorts hoch, an einzelnen Stellen erreichen sie fast 40 Meter. Kilometerweit dringen die Wassermassen landeinwärts. Mehr als 18.000 Menschen sterben. Ganze Städte werden ausgelöscht. Im Kernkraftwerk Fukushima-Daiichi fällt der Strom aus. Das Beben hat die Leitungen gekappt, der Tsunami Dieselgeneratoren überspült.

11. März 2011, 16.30 bis 20.30 Uhr
Das AKW Fukushima am 12. März 2011

Das AKW Fukushima am 12. März 2011  |  © STR/AFP/Getty Images

Die Wasserkühlung zweier Reaktoren des Kraftwerks Fukushima-Daiichi ist ausgefallen. Der japanische Ministerpräsident Naoto Kan sagt, die Lage in den 54 Reaktoren des Landes sei stabil, weil sie sofort nach dem Beben automatisch heruntergefahren wurden. Um 20.30 Uhr muss die Regierung dann für Fukushima-Daiichi den atomaren Notfall verkünden. Etwa 2.000 Bewohner in der Umgebung werden aufgefordert, sofort ihre Häuser zu verlassen.

12. März 2011, morgens
Soldaten retten Menschen aus den Unglücksgebieten.

Soldaten retten Menschen aus den Unglücksgebieten.  |  © STR/AFP/Getty Images.jpg

Nach Strahlenmessungen am Kernkraftwerk wird die Evakuierungszone vergrößert. Mindestens 60.000 Personen sind auf der Flucht. Ministerpräsident Kan fliegt im Hubschrauber nach Fukushima, um sich ein Bild der Lage zu machen. Im AKW lassen Ingenieure Dampf durch die Notventile ab, um den Druck in den Reaktorbehältern zu senken. Inzwischen kocht das Wasser in den Notkühlbecken.

12. März 2011, 15.36 Uhr
Menschen in aller Welt sehen die Explosion im Fernsehen.

Menschen in aller Welt sehen die Explosion im Fernsehen.  |  © Park Ji-Hwan/AFP/Getty Images

In Fukushima-Daiichi entzündet sich Wasserstoff und zerfetzt die Außenhülle von Reaktor 1. Ohne Strom für die Pumpen, die den Kühlkreislauf antreiben, waren Temperatur und Druck zu stark angestiegen. Trotz Abschaltung des Blocks begannen so die Brennstäbe zu glühen, Wasser verdampfte und Wasserstoffgas bildete sich, während der Reaktorkern schmolz. Japan und die Welt fürchten die atomare Apokalypse.

13. März 2011
Der damalige Premier Naoto Kan am 13. März während einer Pressekonferenz.

Der damalige Premier Naoto Kan am 13. März während einer Pressekonferenz.  |  © JIJI PRESS/AFP/Getty Images

In der Nähe des von Reaktor 1 in Fukushima-Daiichi wird eine vierhundertfach erhöhte Radioaktivität gemessen. Ministerpräsident Kan räumt erstmals ein, dass eine Kernschmelze möglich sei. Simulationen und Messdaten von außen bestätigen die Schmelze in den Wochen nach der Havarie. Heute ist die Ruine, die von Block 1 übrig ist, luftdicht in Plastik eingehüllt.

14. März 2011
Eine Frau sucht in der Verwüstung nach Habseligkeiten.

Eine Frau sucht in der Verwüstung nach Habseligkeiten.  |  © Paula Bronstein/Getty Images

Allein in der Präfektur Miyagi im Nordosten Japans werden 2.000 Tote gefunden. 390.000 Menschen sind auf der Flucht aus dem Tsunami-Katastrophengebiet, mehr als 1.400 Notlager werden eingerichtet. Inzwischen gibt es an vielen Orten kein Heizöl mehr, die Menschen frieren. Rund 400.000 Häuser sind zerstört weitere Huntertausende Gebäude beschädigt, Straßen, Zugstrecken und ganze Landstriche unpassierbar.

14. März 2011
Fallout nahe der Küste

Fallout nahe der Küste  |  © ZEIT-Grafik

Obwohl die AKW-Arbeiter die Reaktoren verzweifelt mit Meerwasser kühlen, gibt es eine weitere Wasserstoffexplosion, im Reaktor 3 von Fukushima-Daiichi. Radioaktives Material dringt nach draußen, der Großteil wird in den kommenden Tagen auf den Pazifik geweht. Doch ein Teil verbreitet sich auch über dem Festland. Die Abbildung zeigt, wo sich langlebiges Cäsium konzentriert hat (rot steht für die höchsten Strahlenwerte).

15. März 2011
Strahlenuntersuchung

Strahlenuntersuchung  |  © Issei Kato/AFP/Getty Images

Eine dritte und vierte Explosion ereignen sich in Fukushima. Das Gebäude von Reaktor 2 bleibt intakt, Wasserstoff aus Block 3 sprengt das Dach von Reaktor 4. Von vorher 800 Arbeitern bleiben etwa 40 im stockfinsteren Kraftwerk. Vergeblich hatten sie versucht, weitere Detonationen zu verhindern. Das Unglück wird als nukleares Ereignis der Stufe 6 bewertet. Einen Monat später erhält es wie Tschernobyl die Höchststufe 7: GAU.

Vorläufige Bilanz des Unglücks
Fukushima-Daiichi ein Jahr nach der Havarie

Fukushima-Daiichi ein Jahr nach der Havarie  |  © Yoshikazu Tsuno/AFP/Getty Images

In einem der sechs Reaktorblöcke ereignete sich offenbar eine komplette Kernschmelze, in zwei weiteren verflüssigten sich die Brennstäbe wohl mindestens zur Hälfte. Die Regierung schätzt, dass eine sichere Demontage von Fukushima-Daiichi mindestens 40 Jahre dauern werde. Im Dezember verkündete sie die Kaltabschaltung des Kraftwerks, allerdings ist umstritten, wie sicher die Lage dort wirklich ist.

Vorläufige Bilanz des Unglücks
Eine Stadt in Trümmern

Eine Stadt in Trümmern  |  © Nicholas Kamm/AFP/Getty Images

Die Strahlenbelastung der Menschen war weit geringer als für die Bewohner von Tschernobyl. Das Strahlenschutz-Komitee der UN schätzt, dass die Zunahme der Krebsfälle nicht messbar sein wird. Das liegt vor allem daran, dass kaum radioaktives Jod von Menschen eingeatmet oder mit der Nahrung aufgenommen worden ist. Der Tsunami hingegen tötete mehr als 18.000 Menschen. Bis heute wohnen Überlebende in provisorischen Wohnungscontainern.

Anschließend sei es dann möglich zuverlässiger als bisher zu ermitteln, wie sich ein Tsunami ausbreiten könnte. Traditionelle seismologische Methoden neigen bislang dazu, die Magnitude eines Bebens kurz nach dem Auftreten zu unterschätzen. Eine vollständige Auswertung kostet Zeit, die Behörden aber im Falle einer möglichen Flutwelle nicht haben, wenn sie vor ihr warnen wollen.

Was ist ein Tsunami?

Eigentlich bedeutet das japanische Wort Tsunami "Hafenwelle". Meist ist es aber nicht eine einzige Welle, die ausgelöst durch ein Beben die Küsten trifft, sondern die Erschütterungen lösen gleich eine ganze Serie von Flutwellen aus.

Treffen diese Wellen nach ihrer rasanten Ausbreitung über den offenen Ozean auf flachere Gewässer, türmen sich die Wassermassen meterhoch auf. Als gewaltige Brecher schlagen die Fluten an Land und können so kilometerweit ins Landesinnere vordringen.

Tsunamis entstehen, wenn sich gewaltige Gesteinsmassen im Meer vertikal nach oben oder nach unten verschieben, so dass Wasser ruckartig zusammengepresst oder gedehnt wird . Für die Stärke eines Tsunamis ist zudem die Tiefe des Erdbebenherdes und seine Entfernung zum Land entscheidend. Liegt der Herd dicht unter dem Meeresgrund, ist die Tsunami-Gefahr groß.

Auslöser Seebeben

In fast 90 Prozent der Fälle werden Tsunamis durch Seebeben ausgelöst. Dabei brechen oder reißen aufeinander stoßende Erdplatten und erschüttern den Untergrund des Ozeans.

Beben entstehen, wenn sich Gesteinsmassen im tieferen Bereich der Erdkruste ruckartig verschieben. Weltweit treiben rund 20 größere Platten auf dem zähflüssigen Material des Erdmantels. An ihren Grenzen entstehen Spannungen, die sich schlagartig in Beben entladen können.

Durch solche Erdverschiebungen können gewaltige Wassermassen in Bewegung gesetzt werden. Einmal angestoßen, beginnt eine Kettenreaktion: So wie ein Dominostein den nächsten anstößt, pflanzt sich die Bewegungsenergie im Wasser fort – mit einer Geschwindigkeit von bis zu 800 Kilometern in der Stunde.

Pazifischer Feuering

Als "Ring aus Feuer" bezeichnen Geowissenschaftler eine hufeisenförmige Zone entlang der Küsten des Pazifischen Ozeans, die häufig von Erdbeben und Vulkanausbrüchen heimgesucht wird. Entlang dieses Gürtels liegt etwa die Hälfte aller aktiven Vulkane. Dort schieben sich im Erdinnern auch verschiedene Erdplatten untereinander. Experten sprechen von Subduktion. Je nach Beschaffenheit der Plattenränder sind die dabei auftretenden Erschütterungen größer oder kleiner und lassen die Erde beben.

Eine der längsten Subduktionszonen weltweit ist mit rund 6.000 Kilometern der Sundabogen von Neuguinea bis Sumatra, wo sich die Indo-Australische unter die Eurasische Platte schiebt. Indonesien liegt mit seinen Inseln direkt an oder unmittelbar auf dieser Abzweigung des Feuergürtels. Die Insel Sumatra wurde schon mehrfach von schweren Beben heimgesucht. Im März 2005 forderten Stöße der Stärke 8,6 mehr als 1.300 Tote. Im Dezember 2004 löste ein Beben der Stärke 9,1 vor Sumatra einen Tsunami aus, der die Küsten des Indischen Ozeans verheerte. Etwa 230.000 Menschen kamen ums Leben.

GPS-Messungen der horizontalen und vertikalen Verschiebung am Bebenherd würden diesen Effekt nun korrigieren. Die Bevölkerung könnte effektiver gewarnt werden – auch vor dem möglichen Ausmaß der Wellen. "Ein GPS-Schutzschild könnte somit ein sinnvolles Werkzeug für alle Regionen mit Erdbeben- und Tsunami-Gefährdung sein", sagte Babeyko. Seine Forschung wurde zunächst für das Frühwarnsystem entwickelt, dass nach dem verheerenden Beben und Tsunami vor Sumatra 2004 installiert worden ist. Das GFZ leitet das Projekt, das finanziell von der Bundesregierung unterstützt worden ist.

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Leserkommentare
  1. Das würde wohl heißen, dass entlang der seismisch aktiven Zonen, Bojen platziert werden. Das wurde auch früher schon gemacht. Jetzt hätten sie noch einen GPS-Sensor.

    Wie frühere Tsunami-Katastrophen aber zeigen, liegt der Fehler gar nicht an der Unzulänglichkeit der Meldebojen, sondern an schwachen Gliedern in der Meldekette.

    Naja, natürlich soll das nicht als Hinderungsgrund vorgebracht werden, die bestehende Technik bis zur Perfektion zu verbessern. Ich meine nur, es wäre auch nötig, nicht nur die Technik-Exporteure zu sponsern und mit Geld zu versorgen, sondern auch mal am Einsatzort zu gucken, dass die (teils armen) Menschen tatsächlich von der tollen Technik profitieren können.

    • HorFe
    • 26. April 2012 10:00 Uhr

    Interssantes Bild. Könnte man evtl. auch ein Bild über die Radioaktivitätsverteilung durch den GAU in Fukuschima im Pazifik nachliefern? Man könnte dann sehen , in welchen Fischfangregionen die Gefahr von verstrahltem Fisch und anderer Nahrungsmitteln besteht, die auf unserem Teller landen .

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  • Quelle ZEIT ONLINE
  • Schlagworte Bundesregierung | GPS | Navigationssystem | Smartphone | Sonde | Tsunami
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