Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren

Vorhersage

Vorlesung Ingenieurgeophysik

Referent: B.Eng. Tobias Bornemann

Lehrender Professor: Dr. rer. nat. Manfred Koch

Gliederung• Entstehung eines Tsunamis• Entstehende Wellenformen• Berechnungsmethoden von Tsunamis• Beispielberechnung• Tsunamifrühwarnsysteme

– Vorstellung verschiedener Systeme– Komponenten und deren Funktionsweise zur

Vorhersage

• Fazit

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Entstehung eines Tsunamis

• Tsunami ist japanisch „tsu“ = Hafen

„nami“ = Welle

• Ursachen für einen Tsunami– Verformung des Meeresbodens durch

Erdbeben (90%)– Hangrutsche– Vulkanausbrüche– Meteoriteneinschläge

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Entstehung eines Tsunamis

4Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage

Quelle: http://www.cronenberger-steinindustrie.de

Entstehung eines Tsunamis

Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage 5

Quelle: http://www.usgs.gov/

Entstehung eines Tsunamis

• Absenken oder Anheben der Wassermassen bewirkt Wellenfront

• Ausbreitung in alle Richtungen möglich• Zumeist in zwei Richtungen, da

Bruchkante vermehrt linienförmig• Erdbeben kann Tsunami verursachen:

– Mindestens Magnitude von 7– Hypozentrum nahe Meeresboden– Vertikale Verschiebung des Meeresbodens

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Entstehende Wellenformen

• Anstieg oder Abfall des Wasserspiegels hat durch Schwerkraft Rückstellkraft zur Folge (Schwerewelle)

• Flachwasserwelle – in tiefer offener See

• Tiefwasserwelle – in flachem Gewässer beim auftreffen auf Küste

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Quelle: http://www.gfz-potsdam.de

Auflaufende Tsunamiwelle

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Quelle: http://geol43.uni-graz.at/05S/650135/Tsunamis.html

Berechnungsmethoden

• Algorithmen von Frühwarnsystemen entsprechen Flachwassergleichungen

• Bedingungen: – Wellenlänge >> Wassertiefe– Relativ ebener Meeresgrund

• Wichtig: wann und wo trifft Welle auf und welches Zerstörungspotential hat sie?

• Eges=Ekin,mittel + Epot,mittel

• Ekin,mittel Epot,mittel Rückschluss auf c

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• Berechnung der kinetischen Energie einer Tsunamiwelle

Kinetische Energie des Wassers

t2

hcAvm

2

1E

222

kin

t4

hcAE

22

mittel,kin

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• Mittlere kinetische Energie = Hälfte des Maximalwertes an höchster Stelle des Wellenberges

• Änderung der pot. Energie - Wellengang

• Betrachtung sinusförmiger Wellenstruktur

Potentielle Energie des Wassers

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• Mittlere potentielle Energie

2pot hgAhghAhgmE

4

hgAE

2

mittel,pot

Beispielrechnung

• Sumatra-Andamanen Beben im Indischen Ozean 2004

• Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle

– Wassertiefe von 3 km

– Wassertiefe von 10 m

mittel,potmittel,kin EE tgc

h

km620

s

m172km3

s

m81,9tgc

h

km7,35

s

m9,9m10

s

m81,9tgc

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Gesamtenergie

t4

hcAE

22

mittel,kin

m3000km3t

m1hs

m172

h

km620c

km000100A

m

kg1000

km3

2

3O2H

2mittel,pot hgA

4

1E

MJ246E mittel,kin MJ246E mittel,pot

MJ492TJ)246246(EEE mittel,potmittel,kinges

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Sumatra-Andamanen Beben 2004

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Quelle: http://geol43.uni-graz.at/05S/650135/Tsunamis.html

Tsunami Frühwarnsysteme• Koordinationszentrum im Pazifischen

Ozean: Pacific Tsunami Warning Center in Honolulu auf Hawai

• Malaysian National Tsunami Early Warning System (MNTEWS)

• German Indonesian Tsunami Early Warning System (GITEWS)

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GITEWS

• Indischer Ozean vor Indonesien

• Subduktionszone des Sundagrabens

• Am 29.03.2011 an Indonesien übergeben

• Warnung innerhalb 5 Minuten

• Seismologisches Auswertungssystem (SeisComP3)

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Quelle: http://www.gitews.org/

Seismologische Messstationen

• Breitbandseismometer im Erdreich

• Ausgangssignal aus Kraft abgeleitet, die gebraucht wird, um bewegliche Seismogrphenmasse mit Gehäuse mitzuführen

• Daraus Rückschlüsse auf Lage und Stärke

• Auswertsoftware = SeisComP3

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GPS-Boje

• Misst Meersspiegelhöhe und Anomalien der Meeresoberfläche

• Wettersensor, Bojenbewegungssensor, Bojenrechner, Energieversorgung

• Kommunikation mit Unterwassereinheit mittels Schall durch Hydrophone

• Datenübertragung via Sattelit

• Sehr kostenintensive Wartung

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Quelle: http://www.gitews.org/

Ozean-Bodeneinheit

• Wasserhöhenänderung Druckänderung in der Wassersäule

• Differenzdrucksensor

• Installation entlang des Kontinentalhanges

• Breitband-Seismometer

• Schwierige Wartung durch Meeresbewuchs

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Quelle: http://www.gitews.org/

Wasserpegel-Sensoren

• Sehr exakte Messungen beim Auflaufen der Welle ans Land

• Benachbarte evtl. auch betroffene Länder präziser warnen

• Längerfristige Rückschlüsse über die Ausmaße des Tsunamis möglich

• Exaktere Evakuierung bei weiteren Tsunamis möglich

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Quelle: http://www.gitews.org/

Bathymetrie

• Vermessung der topographischen Gestalt des Meeresbodens

• Wichtig für Ausbreitung und Umlenkung der Tsunamiwellen

• Im Flachwasserbereich Berechnung der Wellenhöhen möglich

• Berücksichtigung von Abschwächungseffekten durch Reibung

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Bathymetrie

• Zwei Transducer (Abstrahlung/Aufnahme)

• Multibeam Echolotsystem

• Frequenz von 12kHz

• Max. Öffnungswinkel von 150°

• 191 Strahlen per Ping

• Optimale Schiffsgeschwindigkeit von 10 Knoten

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Quelle: http://www.planeterde.de

Warnzentrum

• Zentrale Koordeinationseinheit

• Messdatensammlung und Auswertung

• Ergebnisse mit bestehenden Gefährdungs- und Risikokarten der Küsten abgeglichen

• Operator kann daraus gezielte Tsunamiwarnungen aussprechen

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Fazit

• Geologische Situation und Plattentektonik macht System unverzichtbar um Menschenleben zu retten

• GPS-Technologie lässt präzise und schnelle Warnung zu

• Dichtes Sensornetz notwendig• Erhöhter Lebensstandard steht hohen Kosten

gegenüber• Schulung der Bevölkerung und Notfallpläne• Einrichtung von Schutzbauten

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Quellenangaben• http://geol43.uni-graz.at/05S/650135/Tsun

amis.html

• http://de.wikipedia.org/wiki/Tsunami

• http://www.gitews.org/

• http://www.gfz-potsdam.de/portal/gfz/home

• http://ptwc.weather.gov/

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Vielen Dank für Ihre Aufmersamkeit!

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