Themen der Sektion 2.1

1. Gefährdungs- und Risiko-Dynamik

Das Verständnis und die Quantifizierung von Extremereignissen und der damit verbundenen Risiken ist der Schlüssel zur Risiko-Beurteilung und Katastrophenvorsorge. Wir konzentrieren uns gemeinsam mit anderen Sektionen des GFZ auf zwei wissenschaftliche Fragen: Was sind die kritischen Prozess-Wechselwirkungen, die zu Extremereignissen führen?Wie lassen sich Änderungen in der Einschätzung von Naturgefahr und -risiken quantifizieren und in eine Risikobewertung integrieren? Wir untersuchen die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen geophysikalischen Prozessen und/oder den verschiedenen Bereichen des Systems Erde. Beispiele sind Erdbeben-Erdbeben-Interaktionen, Vulkan-Erdbeben-Interaktionen, oder durch Erdbeben induziert Hangrutsche oder Tsunamis. Dazu kombinieren wir Feld- und Labor-Experimente, Langzeitüberwachung von Erdbebenstörungen und Vulkanaktivitäten mit numerischen und analytischen Modellierungen. Traditionell basieren Gefahren-und Risikoanalysen auf dem Konzept der Stationarität. Heutzutage werden Risiko und in bestimmten Fällen auch Gefährdung, als zeitvariable Größen gesehen, z. B. aufgrund von Veränderungen der gesellschaftlichen Verwundbarkeit. Wir müssen deshalb verstehen, wie sich in der Zeit Risiken ändern und welche Faktoren zu der Veränderung von Gefährdung, Verwundbarkeit und Risiko führen.

2. Von der Frühwarnung zu den Grenzen der Vorhersagbarkeit

Einer der Eckpfeiler in der Katastrophenbekämpfung liegt in der Frühwarnung der betroffenen Gebiete und, soweit möglich, der Vorhersage über das zeitlichen Eintreten und das Ausmaß eines katastrophalen Ereignisses. Demgegenüber können aus solchen Katastrophen auch neue Erkenntnisse gewonnen werden. Für unsere Forschung stehen daher zwei wissenschaftliche Fragen im Mittelpunkt: Wie können wir die bestehenden Technologien nutzen und weiterentwickeln, um die Frühwarnung zu verbessern und schnelle Informationen vor, während und unmittelbar nach dem Eintreten solcher katastrophaler Ereignisse an die Entscheidungsträger und die Öffentlichkeit zu übermitteln?Wo liegen die Grenzen in der Vorhersagbarkeit, und wie muss eine gründliche Überprüfung bestehender Modelle hierzu aussehen? Das GFZ hat hierzu bereits in der Vergangenheit Technologien und Methodologien für die Katastrophenfrühwarnung und die Übertragung von Echtzeitinformation entwickelt. Aufbauend auf diesen Erfahrungen arbeiten wir an neuen Verfahren für die Frühwarnung bei Erdbeben und Vulkanausbrüchen, einschließlich der Echtzeitübertragung seismologischer Daten. Dazu binden wir auch weltraum- und bodenbasierte Überwachungssystemen mit ein und arbeiten auch mit Simulationen (nahezu) in Echtzeit. Wenngleich der technologische Fortschritt zu einer raschen Verbesserung der Möglichkeiten für die Vorhersage und Frühwarnung beitragen kann, gibt es doch Grenzen in der Umsetzung. So können Ereignisse in der Vergangenheit oftmals nur unzureichend für die Einschätzung gegenwärtiger und zukünftiger Risiken verwendet werden; gleichzeitig können mögliche Wechselwirkungen nichtlinearer Prozesse Auswirkungen haben, die mit den verwendeten Methoden und Algorithmen nicht berücksichtigt werden können. Häufig verwendete physikalische Modelle für die Gefährdungseinschätzung, wie beispielsweise das Auftreten und die maximale Magnitude von Erdbeben, können sich als unzuverlässig erweisen, wenn große Datensätze zu ihrer Überprüfung eingesetzt werden. Eine genaue Überprüfung aussichtsvoller wissenschaftlicher Hypothesen und Modelle soll die Grenzen für die Vorhersagbarkeit für Erdbeben und die Gefährdungs- und Risikoeinschätzung aufzeigen.

3. Feld- und Testanwendungen

Die entwickelten Methoden werden in verschiedensten interdisziplinären Feldeinsätzen und in unseren Plattengrenzen-Observatorien in Chile, der Türkei und Zentralasien angewendet, in denen langfristige Messreihen gesammelt werden. Plattengrenzen stellen gekoppelte Systeme dar, in denen eine Vielzahl an Parametern über verschiedenste räumliche und zeitliche Skalen interagieren. Das Verständnis dieser gekoppelten Systeme verbleibt eine der Schlüsselfragen um die Gefährdung durch tektonische Prozesse wie Erdbeben, Gebirgsbildung, Vulkanausbrüche oder Hangrutschungen zu verstehen.

Arbeitsgruppen

 Leitung: Dr. T.R. Walter

Leitung: Dr. E. Rivalta

Leitung: Dr. Simone Cesca