Erdbebenzone Oberrheingraben

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Björn Lenz
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1 Fakultät für Physik Joachim Ritter KIT-Fakultät für Physik Physik am Samstag KIT-Fakultät für Physik, Brunnen-Inschrift

2 Fakultät für Physik Oberrheingraben und Erdbeben Space Shuttle Blick Heidelberg, 26. März 2005, M L 2,4 Quelle: NASA Schadensbeben seit 800 n. Chr. Ritter, 2011 nach Leydecker,

3 Fakultät für Physik Übersicht Ist der ORG eine Bebenzone? Wie kommt es zu Erdbeben? Warum gibt es speziell am ORG Erdbeben? Erdbeben und ihre Verteilung im ORG Letztes Erdbeben im ORG Messung & Überwachung der Bebentätigung 50 Jahre GPI 50 Jahre Rheingraben-Forschung Ist der ORG eine Bebenzone? Wie kommt es zu Erdbeben? Warum gibt es speziell am ORG Erdbeben? Erdbeben und ihre Verteilung im ORG Letztes Erdbeben im ORG Messung & Überwachung der Bebentätigung

4 Fakultät für Physik Erdbebenverteilung in Deutschland Leydecker, Erdbebenzonen DIN 4149 G. Grünthal, GFZ

5 Fakultät für Physik Erdbebenzonen nach DIN 4149 Zone 475 a a bemess 0 I = VI - 1 I = VI ½ 0,4 m/s 2 2 I = VII 0,6 m/s 2 3 I = VII ½ 0,6 m/s 2 Landeserdbebendienst, LGRB Freiburg Kurzform Intensitätsskala EMS-98 I Definition Beschreibung der maximalen Wirkungen (stark verkürzt) I nicht fühlbar Nicht fühlbar II kaum bemerkbar Nur sehr vereinzelt von ruhenden Personen wahrgenommen. III schwach Von wenigen Personen in Gebäuden wahrgenommen. Ruhende Personen fühlen ein leichtes Schwingen oder Erschüttern. IV deutlich Im Freien vereinzelt, in Gebäuden von vielen Personen wahrgenommen. Geschirr und Fenster klirren, Türen klappern. V stark Im Freien von wenigen, in Gebäuden von den meisten Personen wahrgenommen. Hängende Gegenstände pendeln, Türen schlagen. VI leichte Gebäudeschäden An vielen Häusern in schlechterem Zustand, entstehen leichte Schäden wie feine Mauerrisse und das Abfallen von z. B. kleinen Verputzteilen. VII Gebäudeschäden Gegenstände fallen in großen Mengen aus den Regalen. An vielen Häusern solider Bauart treten mäßige Schäden auf. VIII schwere An vielen Gebäuden einfacher Bausubstanz treten schwere Schäden. Einige Gebäudeschäden Gebäude sehr einfacher Bauart stürzen ein. IX zerstörend Gut gebaute gewöhnliche Bauten zeigen sehr schwere Schäden und teilweisen Einsturz tragender Bauteile. Schwächere Bauten stürzen ein. X sehr zerstörend Viele gut gebaute Häuser werden zerstört oder erleiden schwere Beschädigungen. XI verwüstend Die meisten Bauwerke, selbst einige mit gutem erdbebengerechtem Konstruktionsentwurf und -ausführung, werden zerstört. XII vollständig verwüstend Nahezu alle Konstruktionen werden zerstört

6 Fakultät für Physik Erdbebenzonen nach DIN 4149 VI VII VIII leichte An vielen Häusern in schlechterem Zustand, entstehen leichte Schäden wie Gebäudeschäden feine Mauerrisse und das Abfallen von z. B. kleinen Verputzteilen. Gebäudeschäden Gegenstände fallen in großen Mengen aus den Regalen. An vielen Häusern solider Bauart treten mäßige Schäden auf. schwere Gebäudeschäden An vielen Gebäuden einfacher Bausubstanz treten schwere Schäden. Einige Gebäude sehr einfacher Bauart stürzen ein. Zone 475 a a bemess 0 I = VI - 1 I = VI ½ 0,4 m/s 2 2 I = VII 0,6 m/s 2 3 I = VII ½ 0,6 m/s 2 Landeserdbebendienst, LGRB Freiburg Informationsmaterial

7 Fakultät für Physik Ist der ORG eine Bebenzone? Wie kommt es zu Erdbeben? Warum gibt es speziell am ORG Erdbeben? Erdbeben und ihre Verteilung im ORG Letztes Erdbeben im ORG Messung & Überwachung der Bebentätigung Wie entstehen Erdbeben? Relativ- Bewegung, Verschiebung fest Spannungsaufbau Bruch

8 Fakultät für Physik Bruchfläche eines Erdbebens Der Spiegel, 25/ Erdbebenkunde Verwerfung Epizentrum Hypozentrum Intensität I beschreibt die Wirkung der Erdbebenwellen an der Oberfläche Magnitude M beschreibt die Stärke des Erdbebenherdes M w : Momentenmagnitude M L : Lokalmagnitude

9 Fakultät für Physik Größe von Erdbeben Seismische Moment M 0 = μ D S μ: Schermodul (2-50 GPa) D: Verschiebung S: Fläche Momentenmagnitude M w = 2/3 ( log M 0 9.1) S D Größe von Erdbeben Seismische Moment M 0 = μ D S S D Momentenmagnitude M w = 2/3 ( log M 0 9.1) S D M 0 M W 10 m 10 m 10 mm N m 0,6 µ = 10 GPa µ = 40 GPa m m 1 cm N m 3, m m 4 cm N m 5, m m 1 m N m 5, m m 2 m N m 6, m m 20 m N m 9,

10 Fakultät für Physik Bruchflächen & Spannung im Erdinneren σ V 3-stufiger Spannungstensor σ ij σ h σ H Vertikalspannung σ V max. horiz. Hauptspannung σ H min. horiz. Hauptspannung σ h Abschiebung σ V > σ H > σ h Aufschiebung σ H > σ h > σ V Blattverschiebung σ H > σ V > σ h Ist der ORG eine Bebenzone? Wie kommt es zu Erdbeben? Warum gibt es speziell am ORG Erdbeben? Erdbeben und ihre Verteilung im ORG Letztes Erdbeben im ORG Messung & Überwachung der Bebentätigung

11 Fakultät für Physik Globale Plattenbewegung Plattentektonik Meereis in der Barentsee im März 2014 (Institute of Oceanography/ Dr. Mikhail Dobrynin)

12 Fakultät für Physik Horizontale Spannungsverteilung Europa Olaiz et al., Tectonophysics, Verteilung der horizontalen Spannung Eurasische Platte Olaiz et al., Tectonophysics,

13 Fakultät für Physik Zentraleuropäisches Grabensystem Rhenoherzynikum Saxothuringikum Moldanubikum C. Röhr, Oberrheingraben Schema Extension ca. 5-8 km C. Röhr,

14 Fakultät für Physik Ansatz zur Abschätzung des seismogenen Potentials Beurteilung des tektonischen Inventars aus Strukturgeologie und 3-D Seismik Bestimmung des tektonischen Spannungsfeldes Bestimmung der Verschiebungstendenz mit vers. τ Beobachtung der Seismizität inkl. Herdflächenlösungen Kalibrierung τ, Überprüfung der Herdflächen & Spannungsverhältnisse σ s σ n,eff Verwerfungen Peters, Dissertation, Uni Amsterdam & KIT-GPI

15 Fakultät für Physik Erdbeben Coulomb Bruchkriterium s c s c ( p n, eff s n f ) σ s : Scherspannung c : Kohäsion τ s : statische Reibungswiderstand σ n : Normalspannung p f : Porenflüssigkeitsdruck σ n p f σ s σ s σ s σ n p f p f p f σ n Verschiebungstendenz T S ~ σ s / σ n Gleitflächenanalyse für bekannte Störungszonen Mittlerer ORG T S ~ σ s / (τ s σ n ) τ s = 0,4 2,5 4 km Tiefe Peters, Dissertation, Uni Amsterdam & KIT-GPI 2007 σ H 15

16 Fakultät für Physik Ist der ORG eine Bebenzone? Wie kommt es zu Erdbeben? Warum gibt es speziell am ORG Erdbeben? Erdbeben und ihre Verteilung im ORG Letztes Erdbeben im ORG Messung & Überwachung der Bebentätigung Basel 1356 M w Deutschland Frankreich Fäh et al., GJI, 2009 Schweiz

17 Fakultät für Physik Kandel 1880 M L ~3,6 I max V Kandel 1903 M L ~3,9 I max VI Barth, Bautechnik, 2011 Rastatt 1933 M W 4,7 I max VII III - III ½ IV - IV ½ V - V ½ VI - VI ½ VII - VII ½

18 Fakultät für Physik Raum Rastatt Gaßner & Ritter Leydecker (2011) Bonjer, K.-P. (1997) LGRB / KIT-GPI LGRB Rastatt Alexiusbrunnen

19 Fakultät für Physik Ist der ORG eine Bebenzone? Wie kommt es zu Erdbeben? Warum gibt es speziell am ORG Erdbeben? Bedeutende historische Erdbeben im ORG Letztes Erdbeben im ORG Messung & Überwachung der Bebentätigung Bebenserie südlich Darmstadt ca. 70 beschädigte Häuser 30. März M L ~ 3,2 17. Mai M L ~ 4,2 8. Juni M L ~ 3,

20 Fakultät für Physik Beben südlich Darmstadt 17. Mai 2014, M L ~4,2 Messung in Durlach S OFW ±50 μm/s P Zeit in Sekunden seit 16:46:27,3 UT (Herdzeit) Beben südlich Darmstadt 17. Mai 2014, M L ~4,2 Messung in Durlach OFW S ±13 μm P Zeit in Sekunden seit 16:46:27,3 UT (Herdzeit)

21 Fakultät für Physik Ist der ORG eine Bebenzone? Wie kommt es zu Erdbeben? Warum gibt es speziell am ORG Erdbeben? Bedeutende historische Erdbeben im ORG Letztes Erdbeben im ORG Messung & Überwachung der Bebentätigung Seismische Überwachung

22 Fakultät für Physik Seismische Überwachung Aktuelle Erdbebenliste Erdbebentätigkeit Region Oberrheingraben 22

23 Fakultät für Physik Zusammenfassung Der ORG umfasst alle drei Erdbebenzonen 1-3 nach DIN Die Erdbeben sind das Ergebnis der globalen Plattenbewegung. Der ORG ist eine lithosphärische Schwächezone relativ zum Spannungsfeld günstig ausgerichtete Verwerfungen können reaktiviert werden. Stärkstes Erdbeben: Basel 1356 (M w 6,7-7,1) Raum Karlsruhe: M w, max ~ 5 I max, 475 ~ VI-VII Messung & Überwachung durch Erdbebendienst Südwest Erdbebenzone Oberrheingraben

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