Im unterirdischen Labor BedrettoLab der ETH Zürich in den Schweizer Alpen wurde kürzlich ein Tunnel parallel zu einer natürlichen Verwerfung gebaut. Ziel ist die Erforschung von Erdbebenentstehung, -ausbreitung und -ende. Dieses neue „Fenster“ zur detaillierten Untersuchung von Erdbeben ermöglicht den Aufbau einer einzigartigen Infrastruktur mit hochmodernen Beobachtungssystemen.
Il ETH Zürich (ETH) er baute ein neues 120 Meter langer Tunnel an seinem BedrettoLab, ein unterirdisches Forschungslabor im Kanton Tessin (Schweiz). Der neue Tunnel wird entwickelt parallel zu einer sorgfältig ausgewählten natürlichen Störungszone, um die im FEAR-Projekt vorgesehenen Experimente durchzuführen (Verwerfungsaktivierung und Erdbebenbruch), gefördert vom Europäischen Forschungsrat (ERC, im Rahmen der Synergy-Projekte) mit 14 Millionen Euro, zielte darauf ab, Antworten auf zwei der wichtigsten und noch immer ungelösten Fragen der Seismologie zu finden: Was passiert kurz vor dem Ausbruch eines Erdbebens? Und was führt dazu, dass es aufhört?
Dank der Nähe des Tunnels zur ausgewählten Störung können die Forscher im Detail untersuchen, wie sich ein Erdbeben an einem bestimmten Punkt einer Verwerfung bildet und wie es sich entlang dieser ausbreitet, bis es seine Energie verbraucht hatMithilfe innovativer Beobachtungssysteme und der Installation verschiedener Sensortypen versucht die Forschungsgruppe des FEAR-Projekts, zu der auch die ETH Zürich und 'SIstituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia von Rom (INGV) e die Universität Aachen (Deutschland), untersucht die Bewegung von Verwerfungen, um Erdbeben und die Prozesse, die seismische Wellen erzeugen, die für die Bodenerschütterungen während eines seismischen Ereignisses verantwortlich sind, besser zu verstehen, in der Hoffnung, die Grenzen der Erdbebenvorhersagbarkeit zu erweitern.
Zu diesem Zweck hat die im Rahmen des FEAR-Projekts gegründete internationale Forschungsgruppe zahlreiche Kooperationen mit anderen Universitäten in der Schweiz, Italien, Deutschland, Frankreich und den USA.
Ein einzigartiges Observatorium an einer Verwerfungslinie
Das FEAR-Team hat zahlreiche Brunnen gebohrt, um die Verwerfung zu erreichen, Beobachtungssysteme zu installieren und die Erdbeben an ihrer Quelle zu untersuchen. Viele dieser Brunnen ermöglichen es uns, Überwachen Sie die Prozesse im Gesteinsvolumen rund um die Verwerfung; andere dienen dazu Injektionswasser, das zum Auslösen kleiner Erdbeben verwendet wirdAusgestattet mit einer Vielzahl von Sensoren bilden diese Brunnen eine hochmodernes Überwachungsnetzwerk, einzigartig auf der Welt direkt auf den ausgewählten Fehler gelegt.
Die dort vorhandenen Sensoren verfügen über eine ausreichende Empfindlichkeit, um kleine Bewegungen zu erfassen, die durch seismische Ereignisse der Stärke -5 (ein Wert, der negativ zur Richterstärke ist) verursacht werden, und messen grundlegende Parameter wie Flüssigkeitsdruck in Frakturen und Variationen in Verformungen.
Während der groß angelegten Simulationsexperimente, die das FEAR-Team vorbereitet, werden Hunderte Kubikmeter Hochdruckwasser in die Verwerfungszone gepumpt. Der dadurch erhöhte Flüssigkeitsdruck verringert den Widerstand (die Reibung) an den Verwerfungsflächen, schwächt sie und erleichtert ihr Abgleiten. Diese Reibungsminderung kann Verwerfungsbewegungen und in der Folge ein Erdbeben auslösen.
„Das Verwerfungsobservatorium ist das fehlende Puzzleteil der Erdbebenforschung.“, erklärt Prof. Domenico Giardini, einer der vier Koordinatoren des FEAR-Projekts. Wir verfügen weltweit über hervorragende Überwachungsnetze. Die meisten davon befinden sich jedoch an der Oberfläche und damit viele Kilometer vom Erdbebenherd entfernt. Darüber hinaus befinden sich selbst die wenigen Sensoren in den Bohrlöchern typischerweise nur in der Nähe von Verwerfungszonen, nicht in deren Inneren..
Ein Erdbeben der Stärke 1 auslösen
In den nächsten Experimenten will die FEAR-Forschungsgruppe ein Erdbeben der Stärke 1 erzeugen.: Ein Wert, der weit unter der menschlichen Wahrnehmungsschwelle liegt (die an der Oberfläche bei etwa 2.5 liegt), aber dennoch einige Meter von der Verwerfung entfernt starke Bodenbewegungen hervorrufen kann.
Dabei können die Forschenden auf umfangreiche Erfahrungen zurückgreifen, die sie in den vergangenen vier Jahren bei zahlreichen Injektionsexperimenten mit steigendem Druck im BedrettoLab gesammelt haben und die bisher Erdbeben bis zu einer Magnitude von -0.5 induziert haben.
Das dichte Netzwerk von Sensoren, die auf der Störungszone und in der Umgebung platziert sind Es wird den Forschern helfen zu verstehen, was vor, während und nach einem solchen Ereignis passiert. und darüber hinaus wird es ihnen auch die Suche nach Vorläufersignale, die mit weniger empfindlichen Überwachungssystemen möglicherweise nicht erkannt werden können und die in Zukunft dazu beitragen könnten, die stärksten Erdbeben vorherzusagen.
Nützliche Links:
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
.