Wie kann man im Voraus wissen, wann ein Erdbeben bevorsteht?

Am 5. September 2022 um 12:52 Uhr ereignete sich im Kreis Luding, Präfektur Ganzi, Provinz Sichuan, ein Erdbeben der Stärke 6,8. Viele Medien berichteten, dass die Bewohner von Sichuan und Chongqing vor dem Erdbeben Erdbebenwarnungen auf ihre Mobiltelefone gesendet hätten. Ein Screenshot der Warnung eines Internetnutzers aus Chongqing zeigte: „64 Sekunden später erreichte die Querwelle des Erdbebens den Bezirk Jiangbei in Chongqing, mit Epizentrum in Luding, Sichuan. Die Warnstärke betrug 6,9, und das Beben war ziemlich heftig.“

(Fotoquelle: Guangming Daily)

Am 17. Juni 2019 um 22:55 Uhr ereignete sich im Kreis Changning der Stadt Yibin in der Provinz Sichuan (28,34 Grad nördlicher Breite, 104,90 Grad östlicher Länge) ein Erdbeben der Stärke 6,0 mit einer Herdtiefe von 16 Kilometern.

Bevor die Erdbebenwelle der Stärke 6,0 das Stadtgebiet von Chengdu erreichte, wurde in vielen Gemeinden und Schulen in Chengdu der Alarm „Erdbebenwarnung“ ausgelöst. In den Gemeinden installierte Lautsprecher informierten die Bewohner mit einem Countdown über die bevorstehende Erdbebenwelle. Nach dem Erdbeben filmten viele Bürger von Chengdu Erdbebenwarnungsvideos und stellten sie online. Das gemeinsam vom Chengdu High-tech Disaster Reduction Institute und der Katastrophenschutzbehörde aufgebaute Frühwarnnetz für Erdbeben auf dem Festland warnte erfolgreich vor diesem Erdbeben.

Erdbebenwarnkarte

(Bildquelle: vom Autor selbst erstellt)

Was ist das Erdbeben-Frühwarnsystem und warum kann es vor Erdbeben warnen?

Da seismische Wellen mechanische Wellen sind, ist ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit viel langsamer als die elektromagnetischer Wellen. Wenn also ein Erdbeben auftritt, überträgt das Frühwarngerät nach der Erkennung der seismischen Wellen die Informationen an das Frühwarnzentrum. Ob die Herausgabe einer Frühwarninformation erforderlich ist, ermittelt das Frühwarnzentrum durch Berechnungen. Sobald die Auswirkungen des Erdbebens ein Reaktionsniveau erreichen, können Erdbeben-Frühwarninformationen über das Fernsehen, Textnachrichten und andere Kanäle verbreitet werden. Wenn seismische Wellen auftreten, gibt es eine gewisse Vorwarnzeit.

Daher muss ein vollständiges Erdbeben-Frühwarnsystem aus fünf Teilen bestehen: einem Sensorgerät, einem Computer- und Verarbeitungsgerät im Frühwarnzentrum, einem Kommunikationsgerät (Gerät zur Freigabe von Frühwarninformationen), einem Gerät zum Empfangen von Frühwarninformationen und einem unterstützenden Notfallreaktions- und Risikovermeidungsplan . Die über auf Mobiltelefonen installierte Apps, Textnachrichten oder Fernsehsignale empfangenen Informationen gehören zum Empfängerbereich der Frühwarninformationen.

Schematische Darstellung der Funktionsweise des Erdbeben-Frühwarnsystems

(Fotoquelle: Offizielle Website des Chengdu High-tech Disaster Reduction Research Institute)

Warum also kann das Erdbeben-Frühwarnsystem vor dem Auftreten von Erdbeben warnen? Die Antwort ist der Zeitunterschied.

Genauer gesagt gibt es zwei Zeitunterschiede: Zum einen besteht zwischen dem Zeitpunkt des Erdbebens und dem Zeitpunkt, an dem wir die seismischen Wellen spüren, ein Zeitunterschied – der Zeitunterschied zwischen den Ausbreitungsgeschwindigkeiten der verschiedenen seismischen Wellen. Es gibt drei Arten seismischer Wellen: Longitudinalwellen, Transversalwellen und Oberflächenwellen. Longitudinalwellen sind am schnellsten, aber weniger schädlich, Oberflächenwellen sind am langsamsten, aber am schädlichsten und Transversalwellen liegen irgendwo dazwischen. Wenn also ein „großer Kracher“ unter der Erde platziert wird (die Quelle des Erdbebens gibt sofort Energie ab), spüren wir einen kurzen und kontinuierlichen Prozess, da mehrere Erdbebenwellen nacheinander übertragen werden. Die Wellen in der Nähe des Epizentrums dauern kürzer, während es bei den weiter entfernten Wellen sogar so aussieht, als würden sie für einen Moment anhalten und dann wieder beginnen. Das ist nicht Ihre Illusion.

(Fotoquelle: vom Autor bereitgestellt)

Lassen Sie mich Ihnen von einer Erfahrung erzählen, die die meisten Leute nicht wissen wollen. Bei einem Erdbeben spüren die Menschen zunächst ein Rütteln, dann ein Schwanken und schließlich erneut ein Rütteln und Schwanken. Wenn das dritte Gefühl kommt, beginnt der wahre Schaden des Erdbebens. Es ist nur so, dass die drei Wellen nicht nur unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten und Ausbreitungsfähigkeiten haben, sondern dass auch die Wahrnehmung dieser drei Wellen durch die Menschen unterschiedlich ist. Befindet sich eine Person weit vom Epizentrum entfernt, kann sie möglicherweise nur Oberflächenwellen spüren, die zerstörerischer sind als Erdbebenwellen.

(Bildquelle: vom Autor selbst erstellt)

Ein weiterer Grund ist der Zeitunterschied zwischen der Ausbreitung mechanischer und elektromagnetischer Wellen.

Dies liegt daran, dass der Zeitunterschied zwischen mechanischen Wellen relativ gering ist, da die Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen im Allgemeinen zwischen 5 km/s und 15 km/s liegt. Besonders schwierig ist es, Erdbeben mit flachen Quellen zu erkennen, die großen Schaden anrichten. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen beträgt 300.000 km/s und die Ausbreitungszeit ist nahezu vernachlässigbar. Dies ist der Schlüssel zur Erdbeben-Frühwarnung.

Internetnutzer haben noch Zeit, Fotos von Erdbebenwarnungen zu machen und dann zu evakuieren. Obwohl die Erdbebenintensitätsinformationen bereits in den Erdbebenwarninformationen enthalten sind, empfehlen wir dennoch, dies nicht zu tun, da jede Sekunde eines Erdbebens kostbar ist und jede Sekunde von Technikern gestohlen wird.

Die Kosten für den Bau von Erdbeben-Frühwarnsystemen sind hoch und es ist schwierig, im Epizentrum zu warnen

Natürlich hat auch die Erdbeben-Frühwarnung ihre Schwächen.

Das erste ist die Frage der Baukosten des Erdbeben-Frühwarnsystems. Wie im vorherigen schematischen Diagramm des Mechanismus gezeigt, erfordert das zentralisierte Gerät auf der Rückseite keine zusätzliche Konstruktion und kann mit anderen Geräten mit dieser Funktion gemeinsam genutzt werden. Bei Erdbeben-Frühwarngeräten ist das jedoch anders. Theoretisch gilt: Je mehr Frühwarngeräte gebaut werden, desto genauer sind die Geräte und desto schneller kann reagiert werden. Die Kosten erlauben uns dies jedoch nicht. Wie in der Abbildung unten gezeigt, kann der Erdbebenwarnsensor nicht genau im Epizentrum platziert werden, da sonst ein Bereich entsteht, der vor dem Warnsensor von den Erdbebenwellen getroffen wird. In diesem Gebiet können wir nur hoffen, dass das Epizentrum tief liegt und der Zeitunterschied zwischen Scherwellen und Oberflächenwellen ausreicht, um den Erdbeben-Evakuierungsplan umzusetzen.

(Bildquelle: vom Autor selbst erstellt)

Zweitens kann bei Erdbeben mit flachen Quellen die Erdbebenwarnzeit im Epizentrum und den umliegenden Gebieten, wo die Auswirkungen am stärksten sind, nahezu null oder nur wenige Sekunden betragen. Denn je flacher das Epizentrum liegt, desto kürzer ist der Zeitunterschied zwischen Longitudinalwellen und Oberflächenwellen und desto später beginnt die Warnung. Je näher man sich dem Epizentrum nähert, desto früher werden die mechanischen Wellen empfangen und desto länger dauert es, bis die Warnung eintrifft. Dadurch kann den Menschen in der Nähe des Epizentrums nur schwer genügend Zeit gegeben werden, Schutz zu suchen. Tatsächlich sind die Auswirkungen eines Erdbebens in der Nähe des Epizentrums am größten, was als ein Problem gelten kann, das durch den Erdbeben-Frühwarnmechanismus nicht gelöst werden kann.

Die Erdbebenfrühwarnung soll allen Menschen möglichst viel Zeit und Gelegenheit geben, Gefahren zu vermeiden. Obwohl an dem Sprichwort „Bei einem kleinen Erdbeben muss man nicht weglaufen, bei einem großen schon“ etwas Wahres dran ist , wird ein positives Bewusstsein für Evakuierungen und verschiedene Verhaltensweisen zur Selbstrettung nach einer Katastrophe Ihre Widerstandsfähigkeit gegen Katastrophen verbessern . Darüber hinaus können Computer durch die Förderung von Frühwarnmechanismen und die Umsetzung verschiedener automatisierter Pläne in dem Moment, in dem ein Erdbebenalarm ertönt, die Steuerung übernehmen und Pläne umsetzen. So können sie beispielsweise die Stromversorgung abschalten, Hochgeschwindigkeitszüge im Notfall anhalten oder bestimmte Orte, an denen gefährliche Materialien gelagert werden, automatisch schließen, um Folgeschäden durch Erdbeben zu verhindern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Erdbebenfrühwarnung zwar Menschen außerhalb des Epizentrumsgebiets im Voraus über die Ankunft von Erdbebenwellen informieren kann, jedoch umfassendere Pläne zur Erdbebenvorbeugung und -minderung sowie eine gute Ausbildung der Teilnehmer in der Erdbebenvermeidung erfordert, um „keine Panik angesichts von Naturkatastrophen und ein geordnetes und koordiniertes Überleben“ zu erreichen.

Quellen:

1. Naturkatastrophen, 6. Auflage, von Abbott P.

2. Erdbeben, Vulkane und andere geologische Gefahren von Jon Erickson

3. „Naturkatastrophen“ 4. Auflage Autor: Chen Yong, Shi Peijun

Produziert von: Science Popularization China

Produziert von: Jing Bo (Liaoning-Team des China Building Materials Industry Geological Survey Center)

Hersteller: China Science Expo