Modellierungen seismisch ausgelöster gravitativer Massenbewegungen für die Schwäbische Alb und den Raum Bonn und Erstellen von Gefahrenhinweiskarten

Abstract

Gravitative Massenbewegungen werden weltweit kartiert und analysiert. Als Auslöser werden starke Niederschläge bzw. ein Überschuss an Feuchtigkeit , sowie Erdbeben genannt. Während für die beiden erstgenannten Auslöser detaillierte Untersuchungen existieren, sind Untersuchungen über Erdbeben als Auslöser selten. Dies mag an der Verfügbarkeit der Daten liegen, da Erdbeben seltene, kurze, singuläre und nicht vorhersagbare Ereignisse sind. Außerdem wird das Phänomen Erdbeben und erst recht die Verbindung mit Massenbewegungen in der Bevölkerung in Deutschland gern ignoriert. Dabei ist der Schaden, den Erdbeben durch das Auslösen von Massenbewegungen weltweit verursachen, enorm hoch. Mit dieser Arbeit soll untersucht werden, ob Erdbeben, die in Deutschland zu erwarten sind, ebenfalls Massenbewegungen in Regionen Deutschlands auslösen können. Für die Analyse wird die Methode 'Newmark displacement' und das Programm ArcGIS verwendet. Hierzu müssen Daten zur Seismizität, Geologie, Geomorphologie und Substrateigenschaften erhoben werden, da sie nicht in der benötigten Form zur Verfügung stehen. Als Untersuchungsgebiete wurden die Schwäbische Alb und der Raum Bonn ausgewählt. Zum Ermitteln der Seismizität in Deutschland werden verschiedene Kataloge durchforstet und die benötigten Daten in Datenbanken überführt. Ein Katalog mit einer langen Zeitreihe existiert beim BGR von 800 AD bis 2004, aktuellere Daten werden aus den Katalogen des USGS und der Erdbebenstation Bensberg herausgefiltert. Für das Ermitteln der Hangneigungen standen DGM mit verschiedenen Auflösungen zur Verfügung. Die Substrate der Untersuchungsgebiete wurden aus digitalen geologischen Karten übernommen. Diese mussten allerdings vorher untereinander abgeglichen werden. Hierfür wurde ein eigenes Ziffernsystem entwickelt und 'StratiNo' genannt. Es bildet die gesamte Stratigraphie ab, zusätzlich können die Kombinationen der Substrateigenschaften den einzelnen Ziffern und Substraten zugewiesen werden. Hierzu wurde eine Datenbank angelegt. Mit diesem Verfahren wurden die Berechnungen mit ArcGIS ermöglicht. <br /> Die benötigten Substrateigenschaften liegen nicht vor und sind auch auf regionaler Ebene nicht im benötigten Detaillierungsgrad zu ermitteln. Sie wurden durch Auswerten der Literatur, Internet und Abfragen bei Ingenieurbüros gesammelt und in eine Datenbank überführt. Die Werte für die einzelnen Substrate wurden durch Vergleich der Beschreibungen in den geologischen Karten und der Substratdatenbank ermittelt. <br /> In einer Sensitivitätsanalyse wurde die Wertigkeit der einzelnen Substrateigenschaften ermittelt und die Auswirkungen auf die Hangstabilität bei Änderung einer Eigenschaft errechnet. Hierzu wurde mit verschiedenen Formel für die Berechnung des 'Factors of Safety' (FOS) und des 'Newmark displacements' experimentiert und die Auswirkungen verglichen. Die Berechnung des 'Newmark displacement' erfolgte mit verschiedenen Regressionsgleichungen von Jibson (1993, 2000, 2007), die auf der Arias Intensität beruhen. Die Berechnungen des FOS und des 'Newmark displacement' wurden anschließend mit den Daten der Untersuchungsgebiete und mit ArcGIS durchgeführt. Um die Ergebnisse zu verbessern, wurden die Substrateigenschaften in mehreren Iterationsschritten so angepasst, dass die Mehrzahl von kartierten Massenbewegungen der Teil-Untersuchungsgebiete 'Schwäbisch Gmünd Süd' und 'Oberes Filstal' in den als 'unsicher' gekennzeichneten Bereichen des FOS lagen. Mit diesen Werten wurden die weiteren Berechnungen für alle Untersuchungsgebiete durchgeführt und die Werte des 'Newmark displacement' für verschiedene Erdbebenszenarien ermittelt. <br /> Zuletzt wurden Gefahrenhinweiskarten für die vier Untersuchungsgebiete für ein Erdbeben der Stärke ML = 5,7 erstellt. Mit dem beschriebenen Weg konnten die Gefahrenhinweiskarten erstellt werden. Die Anfälligkeit für durch Erdbeben ausgelöste Massenbewegungen ist von der Erdbebenstärke und den Substrateigenschaften abhängig. Generell kann festgestellt werden, dass die stärkeren Erdbeben in Deutschland durchaus das Potenzial haben, Massenbewegungen auszulösen. Die Grenze liegt etwa zwischen ML = 5,0 - 6,0. Erdbeben dieser Stärke haben sich in Deutschland und den angrenzenden Gebieten in den letzten 2000 Jahren mehrfach ereignet. Hinweise für die stärksten Beben fanden sich in der Niederrheinischen Bucht und hatten nach Untersuchungen in Braunkohletagebauen und römischen Ruinen eine Magnitude von ML = 6,8. <br /> Mit dem Erstellen der Gefahrenhinweiskarten können potenziell kritische Hangbereiche unter verschiedenen Erdbebenszenarien lokalisiert werden.