Globale Studie: während Corona-Lockdowns stärkster Rückgang der Messgeschichte an menschlich verursachten Vibrationen im Erdboden

Das Wissenschaftsjournal Science veröffentlichte die erste weltweite Studie zu den Auswirkungen der Lockdowns auf die menschlich verursachten Schwingungen im Boden, die von Erdbebenmessgeräten erfasst werden. 66 wissenschaftliche Einrichtungen aus der ganzen Welt waren an der Studie beteiligt. Den Beitrag aus Österreich lieferte die Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG). Die Maßnahmen zur Eindämmung von COVID-19 führten zum weltweit längsten und markantesten Rückgang von menschlich verursachten Vibrationen der Messgeschichte.

Seismometer messen nicht nur Erdbeben, Explosionen und Vulkanausbrüche. Sie registrieren auch viele andere Einwirkungen auf die Erdoberfläche, wie Ebbe und Flut, Änderungen des Luftdrucks und menschliche Aktivität.

Diese Messungen tragen auch dazu bei die Struktur der Erdkruste genauer zu bestimmen, und desto besser kann die Gefahr von Erdbeben für einzelne Regionen analysiert werden. Das ist unter anderem die Basis für Baunormen und Standortentscheidungen von Kraftwerken und Brücken.

Einzigartiger Datensatz für Forschung und Anwendungen

Die durch den Menschen verursachten Vibrationen im Erdboden, etwa durch Verkehr und Industrie, werden „seismische Bodenunruhe“ genannt. Diese ist nicht spürbar, aber messbar. Diese Bodenunruhe überdeckt Messungen von Seismometern und erschweren die Auswertung von Erdbeben, Explosionen etc.

Die Maßnahmen zur Eindämmung von COVID-19 führten auf der gesamten Erde zu einem massiven Rückgang menschlicher Aktivität. In dieser Zeit registrierten Erdbebendienste weltweit ungewöhnlich „saubere“ Messdaten. So entstand ein einzigartiger Datensatz, der in den nächsten Jahren und Jahrzehnten ein wichtiger Referenzwert für Grundlagenforschung und praktische Anwendungen sein wird.

Die Online-Ausgabe des Wissenschaftsjournals Science veröffentlichte dazu am Donnerstag (23. Juli 2020) den ersten weltweiten Überblick über die ersten Ergebnisse von 66 wissenschaftlichen Einrichtungen („Global quieting of high-frequency seismic noise due to COVID-19 pandemic lockdown measures“).

In Österreich bis zu 65 Prozent weniger seismische Bodenunruhe

Für den Beitrag Österreichs zur Studie war Maria-Theresia Apoloner verantwortlich, Seismologin an der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG): „Wir haben unter anderem die Erdbebenstationen in Wien und in Damüls in Vorarlberg untersucht. So haben wir Daten aus einer Millionenstadt im Flachland und aus einer kleinen Gemeinde in einem alpinen Tal. Das Seismometer in Wien registriert Bodenbewegungen mit Nanometergenauigkeit, also Millionstel von Millimeter pro Sekunde. Während des Lockdowns gingen die Messwerte um bis zu 25 Prozent durchschnittlich zurück. In Damüls waren die Messwerte kurzzeitig sogar um bis zu 60 Prozent reduziert.

Verlauf der Lockdowns weltweit deutlich messbar

Der Vergleich der weltweiten Daten zeigt für nahezu die gesamte Erde eine Reduktion der menschlich verursachten Bodenschwingungen, beginnend mit China im Jänner 2020, gefolgt von Europa und vielen anderen Ländern im März und April 2020. Der Rückgang war in vielen Regionen stärker als in den normal ruhigsten Zeiten des Jahres, wie beispielsweise an Wochenenden und zu Weihnachten. Im weltweiten Mittel ging die seismische Bodenunruhe von März bis Mai 2020 um rund 50 Prozent zurück.

Neue Informationsquelle über menschliche Mobilität und Aktivität

Ein erstes Ergebnis der Messungen ist auch, dass seismische Bodenunruhe ein guter Indikator für menschliche Aktivität und Mobilität ist. In Brüssel zum Beispiel gingen während des Lockdowns die menschlich verursachten Bodenschwingungen um 33 Prozent zurück. Das entspricht sehr gut dem Rückgang des mit Mikrofonen gemessenen Stadtlärms und der Auswertung von Bewegungsdaten. Ähnlich Ergebnisse gab es auch aus Rundu in Namibia, wo die Bevölkerungsdichte fünf bis acht Mal geringer ist als in Brüssel.

Laut der Studie könnten somit zukünftig Informationen über die menschliche Aktivität und Mobilität auch mit seismischen Messungen gewonnen werden. Ein Vorteil ist, dass dabei deutlich weniger Probleme mit Datenschutz entstehen als bei Messungen mit öffentlichen Mikrofonen und der Auswertung von Handy-Daten.

Auswirkungen von Uni-Schließungen und Rückgang des Tourismus

In Städten mit einem dichten seismischen Messnetz, wie in Boston (USA), zeigte sich eine deutliche Reduktion der Bodenschwingungen während der Lockdowns im Bereich von größeren Schul- und Universitätsanlagen. Hier war die Bodenunruhe um bis zu 20 Prozent geringer als in Ferien.

Auch der Rückgang touristischer Aktivitäten ist in den Messungen der Erdbebenstationen sichtbar. Auf Barbados, in der Karibik, ging die seismische Bodenunruhe bereits ein bis zwei Wochen vor der Ausgangssperre deutlich zurück. Der Vergleich mit Flugdaten zeigte, dass in dieser Zeit viele Touristen abreisten und die Zahl der Flüge allmählich zurückging. Während der Ausgangsperre reduzierte sich die seismische Bodenunruhe auf Barbados dann um 50 Prozent gegenüber der für die Jahreszeit üblichen Werte.

Auch in knapp 400 Meter Tiefe messbar

Die menschlich verursachten Bodenschwingungen sind kurzwellig und wirken daher meist nur relativ kleinräumig, im Unterschied zu den langwelligen Erdbebenwellen, die über tausende Kilometer durch die Erde wandern. Die Daten der neuen Studie zeigten aber, dass menschliche Aktivitäten auch einige hundert Meter in der Erde noch messbar sind, wie Aufzeichnungen aus einem 380 Meter tiefen Bohrloch in Auckland (Neuseeeland) ergaben. Auch hier führte der Lockdown zu einem deutlichen Rückgang der Bodenunruhe durch menschliche Aktivitäten.

Künftig natürliche Signale noch besser erkennbar

Die während der Lockdowns gemessenen Daten sind künftig für viele Bereiche wichtige Referenzwerte. „Die durch Menschen verursachte seismische Bodenunruhe ist meistens störend bei den Messungen, das mit aufwändigen Verfahren herausgerechnet werden muss, um Erdbeben besser analysieren zu können“, sagt ZAMG-Seismologin Apoloner. „Die neuen Daten helfen uns, industrie- und verkehrsbedingte Erschütterungen zu identifizieren, wodurch wir diese besser eliminieren können. Außerdem zeigen uns die Daten, wo sich in Österreich Gebiete mit sehr geringer Bodenunruhe befinden die optimale neue Standort für Seismometer wären.“

Aus „Abfallprodukt“ wird neue Messgröße

Weiters nutzen die Daten bei Fragen der Erdbebengefährdung, sagt Maria-Theresia Apoloner: „Je genauer wir über den Untergrund Bescheid wissen, desto besser lässt sich die Erdbebengefährdung einer Region bestimmen. Bisher konnten wir Informationen über den Aufbau des Erdinneren vor allem durch die Art der Ausbreitung von Erdbebenwellen bestimmen. In letzter Zeit gab es aber interessante Studien, die seismische Bodenunruhe an verschiedenen Bebenstationen verglichen um damit die Struktur des Untergrundes zu analysieren. Der Vorteil ist, dass diese seismische Unruhe immer da ist, und diese kann für lokale Bodenuntersuchungen herangezogen werden.“

Rückgang der Bodenbewegung während des Lockdowns in Wien: Die Messungen des ZAMG-Seismometers zeigen den deutlichen Rückgang der Bodenbewegung. Quelle ZAMG.
Rainer Hilbrand

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Dr. Rainer Hilbrand
Medieninhaber u. Geschäftsführer

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