Neue Detektionsmethode soll vor Tsunamis warnen, die durch immer häufiger auftretende Erdrutsche verursacht werden!

Durch die globale Erwärmung ziehen sich die Gletscher zurück, was zu häufigeren Erdrutschen führt, die möglicherweise Tsunamis auslösen können. Die Bedeutung von Echtzeitwarnungen und der Unterschied zu Tsunamis, die durch Erdbeben verursacht werden.

Gletscher Erdrutsche Tsunamis — Das Trümmerfeld eines Erdrutsches vom Oktober 2015 erstreckt sich im Frühjahr 2016 über die Spitze des Tyndall-Gletschers und in den Taan-Fjord. Foto: Chris Larson

Forscher der University of Fairbanks in Alaska haben eine Methode entwickelt, um große Erdrutsche innerhalb von Minuten nach ihrem Auftreten aus der Ferne zu erkennen und schnell festzustellen, ob sie sich in der Nähe von offenem Wasser befinden und eine Tsunami-Gefahr darstellen.

In einem neuen Artikel behaupten die Forscher, dass ihre Methode zur Bestimmung der Lage, des Ausmaßes und der potenziellen Auswirkungen eines Erdrutsches schnell genug ist, um das Ziel der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) zu erreichen, innerhalb von fünf Minuten eine Tsunami-Warnung herauszugeben.

"Durch die Klimaerwärmung ziehen sich die Gletscher zurück und lassen Täler zurück, deren Hänge und Abhänge ihren Halt verloren haben", erklärt der Seismologe Ezgi Karasözen vom Geophysikalischen Institut der UAF. "Das ist wichtig, vor allem in Regionen wie der Südküste Alaskas, denn große Landmassen können ins Wasser überlaufen und Tsunamis verursachen, und das tun sie auch."

Der große Unterschied zwischen einem Erdbeben und einem Erdrutsch

Karasözens Artikel, den er gemeinsam mit Michael West, Seismologe und Direktor des Alaska-Erdbebenzentrums des Geophysikalischen Instituts, verfasst hat, warnt vor der Gefahr, indem er auf einen Erdrutsch im Jahr 2015 hinweist, der mehr als 75 Millionen Kubikmeter Gestein im Taan-Fjord in Alaska vor der Icy Bay, 105 Kilometer nordwestlich von Yakutat, freisetzte.

Laut der Website phys.org ist ein Prototypsystem von Karasözen und West, das in der Lage ist, in Echtzeit zu detektieren, seit August im Gebiet von Barry Arm im Prince William Sound in Betrieb. Es nutzt die Daten bestehender seismischer Stationen im alaskischen Netz.

Staats- und Bundesbehörden befürchten einen Erdrutsch und einen Tsunami in Barry Arm, wo sich der Barry-Gletscher zurückgezogen und eine ungestützte Fjordwand hinterlassen hat, die in den letzten Jahrzehnten rund 200 Meter eingebrochen ist. Eine nachträgliche Analyse der Daten der seismischen Station in Barry Arm ergab drei Erdrutsche, die sich in den Jahren 2020 und 2021 ereigneten.

Karasözen und West erklärten, die Instabilität gebe "Anlass zu der Sorge, dass ein katastrophaler Bruch einen Tsunami mit einer maximalen Wellenhöhe von mehreren Metern auslösen könnte, der die umliegenden Gemeinden in nur 20 Minuten treffen würde".

"Wenn es ein Erdbeben gibt, gibt es Instrumente, die die Höhe der Meereswellen messen, und die Tsunami-Warnzentren werden nach dem Erdbeben in Alarmbereitschaft versetzt", so Karasözen. "Aber Erdrutsche werden weder in Alaska noch anderswo auf der Welt systematisch überwacht. Wenn es einen durch einen Erdrutsch verursachten Tsunami gäbe, wüssten wir nichts davon. Das ist sehr beunruhigend."

Der US Geological Survey leitet die behördenübergreifende und multidisziplinäre Überwachung in diesem Gebiet.

Wie funktioniert die neue Methode zur Erkennung von Erdrutschen?

Die Methode von Karasözen und West besteht darin, schnell die langperiodischen Wellen eines Erdrutsches inmitten einer seismischen Aufzeichnung voller kurzperiodischer Wellen zu identifizieren, die nicht nur durch den Erdrutsch, sondern auch durch Erdbeben, Gletscher und menschliche Aktivitäten in der Umgebung verursacht wurden.

Der Beginn eines Erdrutsches wird in der Regel als kurzperiodische Wellen registriert; erst wenn sich der Erdrutsch beschleunigt, treten erkennbare langperiodische Wellen auf. Erdrutsche erzeugen eine unverhältnismäßig größere Menge an langperiodischer Energie als andere Quellen. Die meisten seismischen Ausbrüche dauern nur Sekunden, während Erdrutsche in der Regel eine Minute oder länger dauern.

Die Methode von Karasözen und West besteht darin, die langperiodischen Wellen eines Erdrutsches inmitten einer seismischen Aufzeichnung voller kurzperiodischer Wellen schnell zu identifizieren.

Küstenfjorde stellen eine große Herausforderung für die Erkennung von Erdrutschen dar, da Gletscher täglich Hunderte von auffälligen seismischen Ereignissen erzeugen können, schreiben die Forscher.

Karasözen und West haben einen Algorithmus entwickelt, der kontinuierlich seismische Daten von verschiedenen seismischen Stationen auf der Suche nach dem Signal einer Erdrutschwelle analysiert. Wenn eine Übereinstimmung gefunden wird, berechnet das System die Lage und das Volumen des Erdrutsches. In Gebieten mit einer guten Abdeckung durch seismische Stationen kann die Lage mit einer Genauigkeit von einigen Kilometern geschätzt werden.

Die Notwendigkeit einer Echtzeit-Warnung

Das System soll die Mitarbeiter der Tsunami- und Seismologiebehörden alarmieren, aber es gibt noch viel zu tun.

Mehrere Forscher haben gezeigt, dass Seismogramme von Erdrutschen zur Abschätzung ihrer Lage und ihres Volumens herangezogen werden können, doch sind solche Versuche in der Regel auf eine bestimmte Region beschränkt, erfordern erhebliche Anpassungen und sind nicht für Echtzeitzwecke konzipiert.

Die Bestimmung der Lage von Erdrutschen von weit entfernten seismischen Stationen aus ermöglicht keine Echtzeitbewertung, da die seismischen Wellen zu lange brauchen, um diese Stationen zu erreichen.

West sagt, dass die Forschung die laufenden Überwachungs- und Warnmaßnahmen ergänzt. "Die Möglichkeit, große Erdrutsche in Echtzeit zu überwachen, ist ein wichtiger Bestandteil der laufenden behördenübergreifenden Bemühungen zur Bekämpfung von Erdrutschen in Alaska", sagte er.

Quellenhinweis:

Ezgi Karasözen et al, Toward the Rapid Seismic Assessment of Landslides in Coastal Alaska, The Seismic Record (2024). DOI: 10.1785/0320230044