Tsunamis Satelliten im Flutdienst

Der Tsunami im Indischen Ozean hat die seit langem überfällige Diskussion darüber in Gang gebracht, wie die Menschen an den Küsten der Ozeane und ihrer Randmeere rechtzeitig vor solchen Killerwellen gewarnt werden können.

Die bestehenden Warnsysteme für den Pazifik arbeiten zwar zuverlässig, schöpfen aber längst nicht alle technischen Möglichkeiten zur Frühwarnung aus. Vor allem Satelliten könnten gleichsam als „drittes Auge“ jene seismischen und ozeanographischen Messungen ergänzen, die bisher ausschließlich als Grundlage für eine Frühwarnung dienten.

Symposion über Georisiken

Über neue Wege zur Tsunami-Warnung wird in dieser Woche auf einem Symposion über Georisiken in der japanischen Stadt Kobe diskutiert. Die Tagung findet aus Anlaß des zehnten Jahrestages des schweren Erdbebens statt, bei dem dort am 16. Januar 1995 mehr als 5500 Menschen ums Leben kamen. Eine von Bundesforschungsministerin Bulmahn geleitete Delegation deutscher Wissenschaftler wird in Kobe eine Reihe von Vorschlägen für ein modernes Frühwarnsystem vorstellen.

Die bestehenden Tsunami-Warnsysteme für den Pazifik, zu denen außer dem ozeanweiten Warnzentrum in Hawaii auch regionale Netze in mehreren Anrainerstaaten gehören, beruhen auf der Auswertung von seismischen Aufzeichnungen und von Pegelstandsmessungen. Hinzu kommen Computerprogramme, mit denen die Ausbreitung der Welle im Meer modelliert wird. Aus diesem Modell können wiederum die Eintreffzeiten und die voraussichtlichen Wellenhöhen an fernen Küsten vorhergesagt werden.

Ausbreitung in Echtzeit verfolgen

Bisher gibt es keine Möglichkeit, die Ausbreitung eines Tsunami auf dem Ozean in Echtzeit zu verfolgen. Mit einem dafür geeigneten System könnten nicht nur die Modellrechnungen verifiziert, sondern auch die Eintreffzeiten genauer hochgerechnet werden. Jetzt konnten amerikanische Forscher erstmals wenigstens im nachhinein die Messungen von vier Satelliten auswerten, die zufällig alle in den ersten Stunden nach dem Erdbeben vor Sumatra den Indischen Ozean überflogen. Es waren die beiden französisch-amerikanischen Satelliten „Jason“ und „Topex/Poseidon“, der europäische Satellit „Envisat“ und der von der amerikanischen Marine betriebene „Geosat“. Sie alle haben Radarhöhenmesser an Bord, die eigens dafür ausgelegt sind, Wellenhöhen auf dem Meer zu messen.

Mitarbeiter des Laboratoriums für Satellitenaltimetrie der amerikanischen Wetterbehörde NOAA fanden heraus, daß die Höhenmesser an Bord der vier Satelliten tatsächlich den Tsunami registriert hatten. Die gemessene Wellenhöhe auf dem offenen Meer nahm dabei mit der Zeit stetig ab. Zwei Stunden nach dem Beben betrug sie noch etwa 60 Zentimeter, nach dreieinviertel Stunden war die Amplitude auf 40 Zentimeter gesunken.

Computermodell

Als die Wellen nach mehr als acht Stunden vor der Ostküste Südafrikas ankamen, waren sie immer noch bis zu zehn Zentimeter hoch. Mit den Meßdaten hat Vasily Titov, ein Ozeanograph am Meeresforschungslabor der NOAA in Seattle, sein Computermodell der Ausbreitung des Tsunami im Indischen Ozean geeicht. Aus den Berechnungen ist die hier wiedergegebene Bildfolge entstanden. Sie zeigt in einer Animation, wie weit die Flutwelle nach jeweils 20, 70, 120 und 170 Minuten (von links nach rechts) vorgedrungen war.

Messungen der Wellenhöhe eines Tsunami von Satelliten aus sind auch ein Bestandteil des jetzt in Kobe vorgestellten deutschen Vorschlags, der den Aufbau eines Warnsystems in mehreren Stufen vorsieht. Allerdings will man für diese Messungen zunächst keine Radarsatelliten verwenden. Vielmehr könnte der deutsche Satellit Champ die an der Meeresoberfläche entstehenden Echos der Signale der amerikanischen GPS-Navigationssatelliten empfangen. Wenn sich mehrere solcher „Empfangssatelliten“ gleichzeitig in verschiedenen Umlaufbahnen befänden, könnte sich wahrscheinlich jedes Ozeanbecken ohne Unterbrechung überwachen lassen. Die Nutzung der sogenannten GPS-Reflektometrie ist jedoch erst in einer späteren Stufe des Konzeptes möglich, denn zur Verwirklichung sind noch Forschung und Entwicklung nötig.

Rasche Datenübertragung per Satellit

Wesentlich schneller realisierbar ist dagegen die erste Stufe des deutschen Vorschlags. Sie sieht unter anderem eine Erweiterung des bestehenden Seismometernetzes entlang der Küsten des Indischen Ozeans vor. Dabei will man auf die mit dem Geofon-Netz des Geoforschungszentrums (GFZ) in Potsdam gesammelten guten Erfahrungen zurückgreifen. Vor allem soll die rasche Datenübertragung per Satellit von der Erdbebenstation in das Auswertungszentrum am GFZ beibehalten werden. Außerdem ist ein Netzwerk von Meßgeräten auf dem Meeresboden vorgesehen, mit dem der hydrostatische Druck kontinuierlich erfaßt werden soll.

Schwappt ein Tsunami über einen solchen Sensor hinweg, ändert sich der Wasserdruck. Die Druckmeßgeräte sind mit Bojen an der Meeresoberfläche verbunden, von denen die Meßwerte ebenfalls per Satellit abgerufen werden können. An der Entwicklung des Warnsystems sind neben Mitarbeitern des GFZ auch Forscher des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Köln, der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover, des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften in Kiel und des Forschungszentrums für Katastrophen-Management und Technik zur Risikominderung der Technischen Universität Karlsruhe beteiligt.