Den Fachartikel, der in den Seismological Research Letters (Vol. 78 No. 5) erschienen ist, stellen wir auf Anfrage gerne per e-mail als pdf-Dokument zur Verfügung. Anfragen bitte an:
hinzen [at] uni-koeln.de
Im Jahr 2006 wurde von der Abteilung Erdbebengeologie der Universität zu Köln ein neues seismisches Messnetz im Bereich der Niederrheinischen Bucht installiert. Das Netz besteht aus 19 Stationen, die zwischen Aachen, Bensberg, Meckenheim und Viersen verteilt sind (Bild 1). Im Fachjargon werden die Stationen als ‚strongmotion’ Stationen bezeichnet. Im Wesentlichen soll dadurch ausgedrückt werden, dass diese Messgeräte sehr starke Bodenbewegungen verzerrungsfrei und ohne Übersteuerung aufzeichnen können.
Messungen der Bodenbewegung bei einem Erdbeben, besonders in der Nähe des Bebenherdes, sind von großer Wichtigkeit für die Erdbebenvorsorge. Nur wenn solche Registrierungen aus einer Region vorliegen, kann man mit einiger Sicherheit die Bodenbewegungen bei zukünftigen Erdbeben prognostizieren. Diese Prognose ist zentraler Teil jeder Erdbebenvorsorge. An sich sind Erdbeben relativ ungefährliche, extreme Naturereignisse. Niemand kommt durch die Erderschütterungen bei einem Beben direkt zu Schaden. Zur Katastrophe werden Erdbeben, wenn die lokale Bausubstanz den Bodenbewegungen nicht gewachsen ist - wenn es zu strukturellen Schäden bis hin zum Kollaps von Bauwerken kommt. In dem Fall sind häufig tausende von Opfern zu beklagen. Mit strongmotion Registrierungen wird es einfacher Bauwerke so auszulegen und zu bemessen, dass bei realen Beben keine strukturellen Schäden entstehen.
Es existieren heute Rechenverfahren, um die Bodenbewegungen eines zukünftigen Erdbebens zu simulieren. Dazu müssen aufwendige Rechenmodelle erstellt werden. Je besser diese Rechenmodelle die Natur abbilden, desto präziser sind die Simulationen. Zum Testen solcher Modelle sind die Registrierungen von Erdbeben in kleinen Entfernungen vom Erdbebenherd unerläßlich. Um den gesamten Bereich der zu erwartenden Bodenbewegungen abdecken zu können, kommen daher strongmotion Stationen zum Einsatz, die je nach Bauart ein Mehrfaches der Erdbeschleunigung messen können.
Von dem Roermond Erdbeben, das stärkste im Rheinland in den letzten einhundert Jahren, gibt es keine ungestörten Aufzeichnungen von Stationen, die weniger als 50 km vom Erdbebenherd (Epizentrum) entfernt sind. Nachdem bereits in Baden-Württemberg vom dortigen Landeserdbebendienst und in Belgien vom Königlich Belgischen Observatorium strongmotion Netze eingerichtet wurden, gab es im Bereich der Niederrheinischen Bucht bisher eine Lücke, die nun mit der Aufstellung von 19 modernen Stationen geschlossen wurde.
Die 19 Stationen des SeFoNiB sind auf einem etwas schräg liegenden ‚H’ angeordnet (Bild 1). Der ‚Querstrich des H’ ist ein Profil, das von Aachen quer durch die Niederrheinische Bucht bis nach Bensberg läuft. Unter den Stationen auf diesem Profil sind die lockeren Sedimente der Niederheinischen Bucht zwischen wenigen Metern und mehr als einem Kilometer dick (mächtig). Die beiden anderen Profile laufen entlang der wesentlichen tektonischen Verwerfungen (Rurrand, Peelrand, Erft-Spung und Viersener-Sprung) in der Niederrheinischen Bucht. Diese Geometrie des Netzes soll gewährleisten, dass bei spürbaren Beben in der Region, zum einen die Stationen den Entfernungsbereich von 5 - 80 km abdecken und zum anderen deutliche Unterschiede in der Sedimentmächtigkeit bestehen.
Die Wirkung weicher Sedimentschichten auf festem Felsuntergrund bei einem Erdbeben kann man sich durch einen Wackelpudding veranschaulichen. Stellt man einen solchen Pudding auf den Tisch und rüttelt an der Tischplatte, dann werden die Bewegungen oben auf dem Pudding deutlich größer sein als die der Tischplatte. Analog können Sedimentschichten je nach Dicke und Beschaffenheit die Bodenbewegungen bei einem Erdbeben verstärken oder dämpfen, man spricht von Standorteffekten oder Bodenverstärkung. Die Bodenverstärkungseffekte für die Niederrheinische Bucht wurden im Rahmen einer Dissertation modelliert. Messungen mit dem neuen SeFoNiB werden in Zukunft helfen dieses Modell zu verbessern und die Modellunsicherheiten zu verringern.
Ziel bei der Errichtung des Netzwerkes war es, die Messaufnehmer (Akzelerometer) möglichst im Freifeld (also nicht in Gebäuden) aufzustellen, um wirklich die Bodenbewegung ohne den Einfluss von Bauwerken zu erfassen. Logistisch war dieses nicht an allen Standorten möglich, aber der überwiegende Teil sind reine Freifeldstationen. Die folgenden Bilder zeigen die Einzelkomponenten einer SeFoNiB Station. Herzstück ist das Akzelerometer, das die Bodenbewegung in drei zueinander senkrechten Richtungen erfasst (vertikal, Nord-Süd und Ost-West).Von dort gelangen die Messsignale über Kabel in einen Analog-Digitalwandler und dann als Zahlenwerte in den Speicher eines Datenerfassungsrechners. Hier werden die Daten kontinuierlich aufgezeichnet. Zur genauen Synchronisation ist der Rechner mit GPS ausgestattet oder mit einem Zeitzeichenempfänger verbunden, der das DCF Zeitsignal empfängt.
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Anzahl der Stationen |
19 |
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Zahl der Registrierkanäle pro Station |
3/4 |
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Abtastrate |
250 Hz |
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Dynamik der AD-Wandlung |
24 Bit |
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Maximale Bodenbeschelunigung |
2 g |
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Ringspeicher |
1 Monat |
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Registrierformat |
Nordic (SeisAn) |
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Telekommunikation |
Internet, DSL, ISDN, analog |
Das SeFoNiB Netzwerk wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Hochschulbauförderung (HBFG) finanziert.
Viele Einzelpersonen haben durch ihre Hilfe und ihr Engagement zur Erstellung des Netzes beigetragen.
Folgende Organisationen haben die Aufstellung der Netze dadurch möglich gemacht, dass sie den Aufbau der einzelnen Stationen auf ihrem Gelände ermöglicht haben und Telekommunikationsverbindungen zur Verfügung stellen. In der Reihenfolge der Stationen sind dies:
Geographisches Institut der RWTH Aachen
Feuerwache Stolberg und Stadt Stolberg
Kraftwerk Weißweiler, RWE Power AG
Umweltzentrum Friesheim, Erftstadt
Abt. Bergschäden-Markscheiderei, RWE Power AG
Burg Hemmersbach, Byteburg Betreibergesellschaft mbH
Rechenzentrum und Klinikum der Universität zu Köln
Grünflächenamt der Stadt Köln
Erdbebenstation Bensberg der Universität zu Köln
Lehr und Forschungsstation Gutswirtschaft Klein Altendorf, der Universität Bonn
Schloß Burgau, Stadt Düren;
Stadt Baesweiler
Stadtwerke Heinsberg GmbH
Amt für Bodendenkmalpflege Wollersheim, Landschaftsverband Rheinland
Bundespolizei, Heimerzheim
Stadt Rommerskirchen
NiederrheinWasser GmbH
Wasserversorgungsverband Euskirchen-Swisttal
Dombauverwaltung, Dom zu Köln