Sektion 2.1: Erdbeben- und Vulkanphysik

 

Unsere Forschung deckt ein breites Themenspektrum ab und trägt vor allem zur koordinierten Forschung des GFZ zu Naturgefahren (Forschungseinheit RU4), Plattenbegrenzungssystemen (Forschungseinheit RU2) und Ressourcen (Forschungseinheit RU5) bei.

Die Kinematik von Bruch- und Deformationsvorgängen bei großen Erdbeben kann mit einer Kombination von Nah- und Fernfeld-Breitband-Multisensordaten in Inversionsverfahren aufgelöst werden. Mit der verbesserten Quantität und Qualität dieser Daten haben wir Methoden für eine Reihe von großen Erdbeben an verschiedenen Plattengrenzen getestet und angewendet, einschließlich moderner Ansätze für Hochfrequenzbruchverfolgung, schnelle kinematische und gleitende Inversionen, automatische Momenten-Tensoren Analysen von Nachbeben und die Ausbreitung von Starkbewegungen im Nahfeld. Jüngste Anwendungen veranschaulichen die Variabilität von Bruchprozessen für verschiedene Erdbeben. Im Gegensatz zum einfachen, glatten Bruch des Mw 8.2 Illapel (Chile) Ereignisses, hatte das Mw 8.1 Iquique Erdbeben, das entlang der gleichen Plattengrenze stattfand, eine sehr heterogene Bruchgeschwindigkeit und Bewegungsrate. Durch Kombination von Informationen aus Haupt- und Nachbeben schlagen wir einen neuen Inversionsansatz für die komplexe Bruchgeschichte des neuseeländischen Mw 7.8 Erdbebens von 2016 vor, das mehrere Krusten- und oberflächennahe Verwerfungen aktivierte und das einem großen Einfluss auf die Verteilung von Starkbewegung und Erdrutsche in der Region hatte. Genaue seismische Quellenmodelle sind hilfreich um die Rolle der Starkbewegung als eines der Hauptbestandteile einer seismischen Gefährdungsanalyse besser erfassen zu können.

Eine verbesserte Vorhersage von Nachbeben bzw. allgemein von Erdbeben, die lokal durch Stresstransienten ausgelöst oder induziert werden, ist wichtig zur Verbesserung zeitabhängiger seismischer Gefährdungsabschätzungen. Unabhängig von der Entwicklung rein statistischer, zeitabhängiger Modelle müssen wir unser physikalisches Verständnis der Erdbebenauslösemechanismen verbessern. Der Auslösemechanismus von Erdbeben ist sehr komplex und wird durch koseismische (statische und dynamische) Spannungsänderungen, sowie transiente aseismische Prozesse beeinflusst. Wir testen und vergleichen rein statistische und physik-basierte Seismizitätsmodelle und ihre Prognoseunsicherheiten für verschiedene Fallanwendungen, einschließlich Spannungsänderungen durch postseismische Deformation, Fluid / Magma-Intrusionen,

Erdbeben, die durch menschliche Aktivitäten induziert und ausgelöst wurden, haben in den letzten Jahren weltweit Aufmerksamkeit erregt. Wir befassen uns mit verschiedenen Schlüsselfragen der induzierten Seismizität, wie dem Auftreten größerer und gefühlter Ereignisse und der Diskriminierung und Charakterisierung induzierter Seismizität. Die Entwicklung von Kontroll- und Managementsystemen der anthropogenen Seismizität erfordert die Fähigkeit, schwache und mikroseismische Ereignisse in geringer Tiefe zu überwachen und zu analysieren. Wir haben unsere Überwachungs- und Verarbeitungstools verbessert, indem wir automatische, wellenformbasierte Erkennungs-, Standort- und Quellinvertierungsmethoden entwickelt haben. Die Analyse der Nicht-Scherbruchkomponenten solcher schwachen Erdbeben ist schwierig, sie hilft aber, die physikalischen Prozesse, die hinter der induzierten Seismizität stehen, besser zu verstehen. Zum ersten Mal haben wir physikalisch basierte Triggermodelle verwendet, um ein probabilistisches Diskriminierungsschema für förderungsbedingte Erdbeben in Gas- und Ölreservoirs zu entwickeln.

Vulkane sind komplexe Systeme und verursachen zahlreiche Gefährdungen, die über unterschiedliche raumzeitliche Skalen und Prozesse wirken. Wir konzentrieren uns auf die Vulkanphysik, entwickeln und wenden innovative Methoden zur Vulkanüberwachung an, und untersuchen sowohl Vulkanismus allgemein als auch die Prozesse der Magmamigration im Untergrund und die damit verbundenen Gefahren im Speziellen. Wir suchen nach Quellen, die in Ausbrüchen gipfeln, in häufigen und kleinräumigen dampfgetriebenen Eruptionen, große explosive Eruptionen und Calderen, sowie effusive Eruptionen und Rifting-Ereignisse.

Zu den Überwachungsmethoden gehören traditionelle bodenbasierte Techniken wie Seismizitäts-, Tilt- und GPS-Überwachung, sowie innovative Techniken wie Radarinterferometrie (InSAR), Photogrammetrie, Pixel-Tracking und Drohnen-basierte Messungen.

Mit numerischen Simulationen erklären wir die Daten, den Langzeiteffekt der Oberflächenbelastung, Erdrutsche und Sektorenkollapse oder krustale Magma-Brüche. Wir modellieren auch die Verformung, die durch unter Druck stehende Magma-Brüche und Reservoire verursacht wird. Die computergestützten Modelle werden durch analoge Laborexperimente erweitert, um die Steuerung der Dynamik von Magma und Fluiden in der Erdkruste und damit verbundener Verwerfungen und Verformungen besser zu verstehen.

Wir reagieren auch auf vulkanische Krisen in unserem Fachgebiet, kommunizieren mit den Medien und entsenden Experten zur Überwachung der Aktivitäten und zur Unterstützung bei der Gefahrenanalyse.