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Universität zu Köln  

  Erdbebenstation Bensberg
 














Seismisches Forschungsnetz Niederrheinische Bucht (SeFoNiB)

Den Fachartikel, der in den Seismological Research Letters (Vol. 78 No. 5) erschinen ist, stellen wir auf Anfrage gerne per e-mail als pdf Dokument zur Verfügung. Anfragen bitte an:

claus.fleischer [at] uni-koeln.de    oder

 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 ‚strong-motion’ Stationen bezeichnet. Im Wesentlichen soll dadurch ausgedrückt werden, dass diese Meßgeräte sehr starke Bodenbewegungen verzerrungsfrei und ohne Übersteuerung aufzeichnen können.


Warum strong-motion?

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 strong-motion 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 strong-motion 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 50 km vom Erdbebenherd (Epizentrum) entfernt sind. Nachdem bereits in Baden-Württemberg vom dortigen Landeserdbebendienst und in Belgien vom Königlich Belgischen Observatorium strong-motion 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 Netzgeometrie

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 zwischen 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.



Wie sehen die Stationen aus?

Ziel bei der Errichtung des Netzwerkes war es, die Meßaufnehmer (Akzelerometer) möglichst im Freifeld, das heißt 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. Bild xxxx zeigt 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 und in einem einen Monat umfassenden Speicher abgelegt. Zur genauen Synchronisation ist im Rechner ein Zeitzeichenempfänger integriert, der das DCF Zeitsignal empfängt. Die Datenerfassung und die Stationskonfiguration ist eine Eigenentwicklung der Abt. Erdbebengeologie der Universität zu Köln.





Einige Eckdaten

Anzahl der Stationen

19

Zahl der Registrierkanäle pro Station

3/4

Abtastrate

250 Hz

Dynamik der AD-Wandlung

24 Bit

Maximale Bodenbeschelunigung

2 g

Ringspeicher

1 Monat

Registrierformat

Nordic (SeisAn)

Telekommunikation

Internet, DSL, ISDN, analog

 


Danksagung

Das SeFoNiB network wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Hochschulbauförderung (HBFG) finanziert.


Viele Einzelpersonen haben durch ihre Hilfe und Engagement zur Erstellung des Netze beigetragen.


Folgende Organisationen haben die Aufstellung des Netze erst 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 diese:


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

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