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Wellenschutz für Südostasien

erstellt von redaktion zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Deutschland beteiligt sich maßgeblich am Aufbau eines Tsunami-Warnsystems im Indischen Ozean

Die Nachricht ging um die Welt: Als am 26. Dezember 2004 ein gewaltiger Erdstoß den Grund des Indischen Ozeans erschütterte, verrutschte nicht nur der Meeresboden, das Beben löste zudem eine Serie von Flutwellen aus, die die Küsten Südostasiens überrollten und mehr als 200.000 Menschen in den Tod rissen. An den Stränden türmten sich die Wassermaßen Meter hoch auf, noch Kilometer landeinwärts kam es zu Verwüstungen. Der indonesische Inselstaat wurde besonders schwer getroffen. Lag das Epizentrum doch nur 65 km vor der Westküste der Insel Sumatra. "Tsunamis" sind seitdem in aller Munde. Und dass der gängige Ausdruck für Riesenwellen aus dem Japanischen stammt, hat seinen Grund: Japan wird von diesen Naturereignissen immer wieder heimgesucht, denn der gesamte Pazifik ist erdbebengefährdet. Schon 1949 wurde deshalb auf Hawaii - inmitten des vermeintlich "Stillen Ozeans" - das "Pacific Tsunami Warning Center" in Betrieb genommen. Mittlerweile behält ein länderübergreifendes Beobachtungsnetz den Pazifik im Auge, um im Notfall Evakuierungsmaßnahmen einzuleiten. Für Südostasien und den Indischen Ozean fehlte bislang ein solches Frühwarnsystem. Die meisten Menschen in der Region wurden vom Tsunami überrascht. Dies soll sich ändern - mit internationaler, auch deutscher Hilfe. Dabei federführend ist das GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ). Auf deutscher Seite sind ganz wesentlich noch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie das Konsortium Deutscher Meeresforschung (KDM) beteiligt. Neben diesen, von der Bundesregierung ergriffenen Maßnahmen, werden im Rahmen des Programms GEOTECHNOLOGIEN zurzeit ergänzende Forschungsprojekte zum Schutz vor Naturkatastrophen vorangetrieben.

Banda Aceh vor und nach der Tsunami-Katastrophe
Banda Aceh vor und direkt nach der Tsunami-Katastrophe
(c) DLR

Der Aufbau des Warnsystems beginnt weniger als 12 Monate nach dem Tsunami-Unglück. Bereits im Oktober 2005 werde das Forschungsschiff SONNE zwei Messbojen und Unterwassersensoren vor der indonesischen Küste aussetzen, berichtet Dr. Jörn Lauterjung, Leiter des wissenschaftlichen Vorstandsstabes des GFZ. Rund zehn Messbojen seien insgesamt geplant. Diese Instrumente sind wesentliche Glieder der Messkette, mit denen die Forscher die Launen des Indischen Ozeans überwachen wollen. Sie werden ergänzt durch Seismometer an Land - zur Ortung und Größenbestimmung von Erdbeben - und Pegelmessern an der Küste. Ziel ist es "ein funktionierendes Frühwarnsystem nach drei Jahren zu haben", erläutert Lauterjung. "Anfang 2008 soll das System fertig sein". Danach wird die Infrastruktur weiter ausgebaut. Insgesamt stellt die Bundesregierung 45 Millionen Euro zur Verfügung.

Entstehung des Tsunami am 26. Dezember 2004
Entstehung des Tsunamis am 26.12.04
(c) GFZ Potsdam

Mit Stärke 9,3 auf der Richter-Skala war der Erdstoß im Dezember 2004 der zweitgewaltigste der vergangenen 100 Jahre. Das Beben ereignete sich in der Umgebung des "Sundabogens", einem Tiefseegraben, längs dem verschiedene Erdplatten aneinander reiben. Die dabei aufgebaute Spannung entlädt sich von Zeit zu Zeit in einem Beben. Dicht an der Gefahrenzone liegen die indonesischen Inseln, das Tsunami-Frühwarnsystem ist daher zunächst auf sie ausgerichtet. Zwecks schnellstmöglichem Alarm setzt es auf zügige Datenerfassung. "Echtzeit" lautet das Zauberwort. Allerdings führe nicht jedes Seebeben zu einem Tsunami, betont Lauterjung. Entscheidend sei die tatsächliche Auf- und Abwärtsbewegung des Meeresgrundes. Bei dem Beben vor Sumatra schnellte der Ozeanboden auf einer Länge von 1.200 km um zwei bis drei Meter in die Höhe. Dieser Stoß brachte die darüber liegenden Wassermassen zum Schwingen und löste den Tsunami aus. Um solche Wellen frühzeitig, also noch weit vor der Küste erfassen zu können, vertrauen die Forscher des GFZ auf ein Gespann aus Boje und Unterwasserfühler. Postiert werden diese Instrumente auf Hochsee. Über den genauen Standort entscheide man anhand von Modellrechnungen, die die Erdbeben und die Ausbreitung von Tsunamis simulieren, erklärt Lauterjung. Die Unterwassersensoren liegen auf dem Grund des Meeres - in rund 6.000 Metern Tiefe - und zeichnen die Druckschwankungen auf, die mit einem Tsunami einhergehen. Die Bojen werden in unmittelbarer Nachbarschaft verankert. Bei dem Frühwarnsystem im Pazifik sind solche Bojen im Wesentlichen Relais-Stationen. Die Daten, die sie von den Sensoren auf dem Grund des Meeres empfangen, werden per Funk an Satelliten weitergeleitet. Doch im Indischen Ozean gehen die GFZ-Forscher neue Wege. Es ist vorgesehen, "die Bojen selber als Pegelmesser zu nutzen", sagt Geowissenschaftler Jörn Lauterjung. "Deshalb verfügen wir über Bojen, die auch mit GPS versehen sind." Das Satelliten-Navigationssystem GPS - vielen Autofahrern bestens vertraut - liefert tatsächlich nicht nur Längen- und Breitengrade, sondern auch Höheninformationen. Das Schwanken einer Boje könne man auf diese Weise "im Zentimeter-Bereich" messen, so der Potsdamer Forscher. Diese Präzision ist auch notwendig. Denn ein Tsunami entfesselt seine Zerstörungskraft erst in Küstennähe, wo er sich im Flachwasser zu einem zig Meter hohen Wall auftürmen kann. Auf hoher See jedoch verbirgt er sein wahres Gesicht, dort erreicht die Wellenhöhe nur wenige Zentimeter. Das ist zwar kaum mehr als ein Kräuseln der Wasseroberfläche - für die Fachleute in Verbindung mit Druckdaten vom Meeresgrund dennoch ein wichtiges Indiz.

Eine Boje des Tsunami-Frühwarnsystems
Messboje
(c) GFZ Potsdam

Der Drucksensor wird demzufolge auf dem Ozeanboden abgesetzt, integriert mit weiteren Instrumenten zu einer "Ocean Bottom Unit" (OBU), die auch mit Gewichten und Auftriebskörpern ausgestattet ist. Sie kann zwecks Reparatur oder Batteriewechsel wieder auftauchen. Dazu würden kleine Sprengladungen das eigentliche Messgerät vom Anker trennen, schildert Lauterjung. "Es schwimmt nach oben und kann dann eingesammelt und gewartet werden." Ruht die OBU auf dem Meeresgrund, sendet sie per Schall ihre Messwerte an die darüber schwimmende Boje. Von dort werden die Daten über eine schnelle Satellitenverbindung an ein Lagezentrum weitergeleitet. Unter Wasser jedoch versagt der Funkverkehr. Auch ein direkter Draht von der OBU zur Boje scheidet aus. "So eine Boje hat ein gewisses Eigenleben", meint Lauterjung. "Die dreht sich, die wackelt herum und im Zweifelsfalle wickelt sich das Kabel um das Ankertau und irgendwann bricht es." Bleibt also nur der Datentransfer per Schall. Dabei soll eine neue Technik erprobt werden, die sich Berliner Wissenschaftler von den Delfinen abgeschaut haben. Die Meeressäuger sind wahre Virtuosen der Unterwasserkommunikation. "Eine der beiden Bojen, die wir im Oktober aussetzen, wird mit solch einem "Akustik-Link" ausgerüstet", erklärt Lauterjung. Die Wissenschaftler erhoffen sich davon eine bessere Datenübertragung und zusätzliche Messwerte vom Meeresgrund. "Die Datenverbindung die hier aufgebaut wird, hat eine höhere Kapazität, als jene, die die Amerikaner im Moment im Pazifik verwenden", sagt der GFZ-Forscher. "Deshalb haben wir die Hoffnung, dass wir nicht nur einfache Druckdaten von unten übertragen können, sondern auch noch Ozeanboden-Seismometer nutzen können."

Ausläufer des Bebens, das am 26. Dezember 2004 den Tsunami in Gang setze
Ausläufer des Bebens am 26.12.04
(c) GFZ Potsdam

Weitere Knoten im Netz des Frühwarnsystems sind Seismometer an Land. Sie werden benutzt, um Erdbeben zu lokalisieren und deren "Magnitude" zu bestimmen. "Rund um den Indischen Ozean gehen wir von etwa 40 Landstationen als deutscher Beitrag aus. Die sind nicht notwendigerweise alle in Indonesien, sondern vielleicht die Hälfte", schätzt Lauterjung. Diese Erdbebensensoren werden das bestehende globale "GEOFON-Netz" des GFZ um weitere Beobachtungsposten in der Krisenregion erweitern. "Man muss mit den Seismometern nah an die Stellen heran, wo solche Erdbeben auftreten können - einfach, um die Vorwarnzeit zu reduzieren", meint der Potsdamer Forscher. "Wir haben das Beben am 26. Dezember auch in Mitteleuropa gemessen, nach ungefähr 12 Minuten. Von diesen 12 Minuten hat aber die seismische Welle schon 10 Minuten gebraucht, um von Indonesien bis nach Mitteleuropa zu kommen. Und die kann man sich sparen, wenn man mit den Geräte direkt vor Ort geht." Die Seismometer sind zudem mit GPS-Empfängern ausgerüstet. Wie Lauterjung erläutert: "um eine Aussage über die Verschiebung ganzer Landstriche machen zu können." So sammle man Daten für Modellrechnungen und könne die freigesetzte Energie abschätzen. Die ist mitunter kolossal: nach Ansicht US-amerikanischer Forschern entfesselte der Erdstoß im Dezember 2004 die Wucht von 100 Milliarden Tonnen Sprengstoff.

Nicht ganz so brachial kündigen sich Tsunamis im Flachwasser an. Noch ehe die eigentliche Welle eintrifft, ist an der Küste meist ein Absinken, je nach geographischer Lage auch ein Anstieg des Meeresspiegels innerhalb weniger Minuten zu beobachten. Teil des Frühwarnsystems sind deshalb auch Pegelmesser, die mit Radar und Drucksensoren den Wasserstand längs der Küste kontrollieren. Das deutsche Konzept sieht etwa 25 bis 30 solcher Messstationen vor. Diese Geräte sollen insbesondere auf kleinen, dem indonesischen Archipel vorgelagerten Inseln postiert werden, schildert Lauterjung. Weil sie besonders dicht an der Bebenzone liegen, erwarten die Forscher hier prompte Anzeichen eines bevorstehenden Tsunami. Und Zeitgewinn ist Trumpf bei einem Frühwarnsystem. Der Tsunami vor Sumatra habe innerhalb von 20 Minuten die Provinzhauptstadt Banda Aceh erreicht, berichtet Lauterjung. "Wir haben uns deshalb zum Ziel gesetzt, eine halbwegs belastbare Warnmeldung nach etwa 13 Minuten zu liefern." Das Frühwarnsystem würde nach einem mehrstufigen Prozess anschlagen, erklärt er. Die Ortung eines Bebens nahe dem Sundabogen sei nach zwei bis drei Minuten möglich. Etwa vier weitere Minuten würden vergehen, bis ein Tsunami die entsprechenden Messstellen passiert. Lauterjung: "Eine Verifikation, dass da wirklich ein Tsunami entstanden ist, können wir frühestens nach sieben bis acht Minuten haben." Als nächstes werden die Daten mit vorgerechneten Szenarien verglichen, um die gefährdeten Küstenabschnitte auszumachen. Dies nehme wenige Minuten in Anspruch. Eine neue Computersimulation sei in der Kürze der Zeit nicht möglich, sagt der Potsdamer Geowissenschaftler und ergänzt: "Anhand der gemessen Parameter wird man sich die geeignete Simulation heraussuchen und auf dieser Basis Warnmeldungen produzieren."

Schematische Darstellung des Tsunami-Frühwarnsystems
Schematische Darstellung des geplanten Frühwarnsystems
(c) GFZ Potsdam

Die Steuerzentrale für solche Maßnahmen wird in der indonesischen Hauptstadt Jakarta eingerichtet. Sie soll nicht nur bei Tsunamis Alarm schlagen, sondern dem allgemeinen Katastrophenschutz dienen. "Das Frühwarnzentrum soll so ausgelegt werden, dass man hier auch andere Sensor-Netzwerke anstöpseln kann", sagt Lauterjung. So könnten Informationen über Zyklone, Waldbrände oder Vulkane dort ebenfalls zusammenfließen. Dies sei ein Mehrwert, meint der GFZ-Forscher, denn statistisch gesehen, würde ein Tsunami wie Ende 2004 nur alle 100 Jahre auftreten. Demzufolge ist die Infrastruktur in jeder Hinsicht als offenes System angelegt. Zwar liefert Deutschland das Rückgrat, doch auch Japan, China und Frankreich wollen sich am Aufbau beteiligen. Lauterjung sieht jedoch keine Konkurrenz: "Je mehr Sensoren und Messstellen wir haben, umso sicherer wird das System."

Tsunami Modellierung zum Sumatra-Beben vom 26.12.2004 sowie weitere Informationen finden Sie hier.

MN, iserundschmidt 08/2005