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PD Dr. Joachim Ritter | Fakultät für Physik

KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

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07/07/2014

KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

KIT-Fakultät für Physik, Geophysikalisches Institut

www.kit.edu

KIT-Fakultät für Physik

Physik am Samstag

Erdbebenzone Oberrheingraben

Joachim Ritter

Geophysikalisches Institut2 07.07.2014 PD Dr. Joachim RitterErdbebenzone Oberrheingraben

Brunnen-Inschrift



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07/07/2014

Geophysikalisches Institut3 07.07.2014

Oberrheingraben und Erdbeben

Quelle: NASA

Space Shuttle Blick

Heidelberg, 26. März 2005, ML 2,4

PD Dr. Joachim RitterErdbebenzone Oberrheingraben


Ritter, 2011nach Leydecker, 2004

Schadensbeben

seit 800 n. Chr.




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07/07/2014


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 GPI50 Jahre Rheingraben-Forschung

www.gpi.kit.eduPD Dr. Joachim RitterErdbebenzone Oberrheingraben


Ist der ORG eine Bebenzone ?Wie kommt es zu Erdbeben ?








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Erdbebenverteilungin Deutschland

Leydecker, 2011



Erdbebenzonen DIN 4149

G. Grünthal, GFZ




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Erdbebenzonen nach DIN 4149

Landeserdbebendienst, LGRB Freiburg

Zone 475 a abemess

0 I = VI -

1 I = VI ½ 0,4 m/s2

2 I = VII 0,6 m/s2

3 I = VII ½ 0,6 m/s2



Kurzform Intensitätsskala EMS-98

I Definition Beschreibung der maximalen Wirkungen (stark verkürzt)

I nicht fühlbar Nicht fühlbarII 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 Gebäudeschäden

An vielen Gebäuden einfacher Bausubstanz treten schwere Schäden. Einige 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.




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Erdbebenzonen nach DIN 4149

Landeserdbebendienst, LGRB Freiburg

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 Gebäudeschäden

An vielen Gebäuden einfacher Bausubstanz treten schwere Schäden. Einige Gebäude sehr einfacher Bauart stürzen ein.

Zone 475 a abemess

0 I = VI -

1 I = VI ½ 0,4 m/s2

2 I = VII 0,6 m/s2

3 I = VII ½ 0,6 m/s2



Informationsmaterial ….

www.lgrb-bw.de




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Wie kommt es zu Erdbeben ?Warum gibt es speziell am ORG Erdbeben ?






Wie entstehen Erdbeben ?

Relativ-Bewegung, Verschiebung

Bruch

Spannungsaufbau

fest




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Bruchfläche eines Erdbebens

Der Spiegel, 25/98



Erdbebenkunde

VerwerfungEpizentrum

Hypozentrum

Intensität Ibeschreibt die Wirkung der Erdbebenwellen an der Oberfläche

Magnitude Mbeschreibt die Stärke des Erdbebenherdes

Mw: Momentenmagnitude

ML: Lokalmagnitude




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Größe von Erdbeben

Seismische Moment

M0 = μ D S

μ: Schermodul (2-50 GPa)

D: Verschiebung

S: Fläche

SD

Momentenmagnitude

Mw = 2/3 ( log M0 – 9.1)



Größe von Erdbeben

Seismische Moment

M0 = μ D S

S D M0 MW

10 m · 10 m 10 mm 1010 N m 0,6

1.000 m · 1.000 m 1 cm 1014 N m 3,3

2.500 m · 1.000 m 4 cm 1017 N m 5,2

10.000 m · 10.000 m 1 m 1018 N m 5,9

10.000 m · 50.000 m 2 m 1019 N m 6,6

20.000 m · 1.000.000 m 20 m 1023 N m 9,2

SD

µ = 10 GPa

µ = 40 GPa

Momentenmagnitude

Mw = 2/3 ( log M0 – 9.1)




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Bruchflächen & Spannung im Erdinneren

3-stufiger Spannungstensor σij

Vertikalspannung σV

max. horiz. Hauptspannung σH

min. horiz. Hauptspannung σh

σV

σH

σh

Abschiebung

σV > σH > σh

Aufschiebung

σH > σh > σV

Blattverschiebung

σH > σV > σh





Warum gibt es speziell am ORG Erdbeben ?Erdbeben und ihre Verteilung im ORG






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Globale Plattenbewegung



Plattentektonik

Meereis in der Barentsee im März 2014(Institute of Oceanography/ Dr. Mikhail Dobrynin)




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Horizontale Spannungsverteilung Europa

Olaiz et al., Tectonophysics, 2009



Verteilung der horizontalen Spannung

Eurasische Platte

Olaiz et al., Tectonophysics, 2009




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C. Röhr, www.oberrheingraben.de

Rhenoherzynikum

Moldanubikum

Saxothuringikum

Zentraleuropäisches Grabensystem



C. Röhr, www.oberrheingraben.de

Oberrheingraben Schema

Extension ca. 5 - 8 km




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Ansatz zurAbschätzung des seismogenen Potentials

Beurteilung des tektonischen Inventars aus

Strukturgeologie und 3-D Seismik

Bestimmung des tektonischen Spannungsfeldes

Bestimmung der Verschiebungstendenz mit vers. τBeobachtung der Seismizität inkl. Herdflächenlösungen

Kalibrierung τ, Überprüfung der Herdflächen & Spannungs-verhältnisse…


σs

σn,eff


Verwerfungen


Peters, Dissertation, Uni Amsterdam & KIT-GPI 2007



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ErdbebenCoulomb Bruchkriterium

)(, fnseffnss pcc σs : Scherspannungc : Kohäsion

τs : statische Reibungswiderstandσn : Normalspannungpf : Porenflüssigkeitsdruck

σn

σs

σsσn

σsσn

pf

pf pf

pf



Verschiebungstendenz TS ~ σs / σn

Peters, Dissertation, Uni Amsterdam & KIT-GPI 2007

TS ~ σs / (τs σn)

τs = 0,4

2,5 – 4 km Tiefe

σH


Gleitflächenanalyse für bekannte Störungszonen

Mittlerer ORG



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Erdbeben und ihre Verteilung im ORGLetztes Erdbeben im ORG




Basel 1356 Mw 6.7 - 7.1

Fäh et al., GJI, 2009

Deutschland

Frankreich

Schweiz




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Kandel 1880 ML ~3,6 Imax V

Kandel 1903 ML ~3,9 Imax VI

Barth, Bautechnik, 2011



IV - IV ½

III - III ½

V - V ½

VI - VI ½

VII - VII ½

Rastatt 1933 MW 4,7 Imax VII

www.sisfrance.net




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Raum Rastatt

Gaßner & RitterLGRBLeydecker (2011)

Bonjer, K.-P. (1997)LGRB / KIT-GPI



Rastatt Alexiusbrunnen




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Bedeutende historische Erdbeben im ORG

Letztes Erdbeben im ORGMessung & Überwachung der Bebentätigung



Bebenserie südlich Darmstadt 2014

www.hr-online.de

ca. 70 beschädigte Häuser

30. März ML ~ 3,217. Mai ML ~ 4,28. Juni ML ~ 3,2




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Beben südlich Darmstadt 17. Mai 2014, ML ~4,2

Messung in Durlach

Zeit in Sekunden seit 16:46:27,3 UT (Herdzeit)

P

S OFW±50 μm/s



Beben südlich Darmstadt 17. Mai 2014, ML ~4,2

Messung in Durlach

Zeit in Sekunden seit 16:46:27,3 UT (Herdzeit)

P

S

OFW

±13 μm




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Bedeutende historische Erdbeben im ORG





Seismische Überwachung

www.lgrb-bw.de




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Seismische Überwachung

www.lgrb-bw.de



Aktuelle Erdbebenliste

PD Dr. Joachim RitterErdbebentätigkeit Region Oberrheingraben



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Der ORG umfasst alle drei Erdbebenzonen 1-3

nach DIN 4149.

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 (Mw 6,7-7,1)

Raum Karlsruhe: Mw, max ~ 5 I max, 475 ~ VI-VII

Messung & Überwachung durch Erdbebendienst Südwest

Zusammenfassung



Erdbebenzone

Oberrheingraben


phys sam14 org 140705 open.ppt [kompatibilitätsmodus]

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