Neue Erdbebenanalysen stärken die Katastrophenvorsorge in Europa

Im 20. Jh. haben Erdbeben in Europa mehr als 200’000 Todesopfer gefordert und Schäden von über 250 Mrd. Euro verursacht. Unter Beteiligung des Deutschen GeoForschungsZentrums Potsdam GFZ haben Expert:innen aus ganz Europa das Erdbebengefährdungsmodell für Europa aktualisiert sowie das erste Erdbebenrisikomodell für Europa erstellt – als Grundlage, um die Erdbebenprävention zu stärken und die Bevölkerung widerstandsfähiger zu machen. Die heute veröffentlichten Modelle verbessern das Verständnis darüber, wo starke Erschütterungen am ehesten auftreten und welche Auswirkungen künftige Erdbeben in Europa haben werden.

Im 20. Jahrhundert haben Erdbeben in Europa mehr als 200’000 Todesopfer gefordert und Schäden in Höhe von über 250 Milliarden Euro verursacht. Umfassende Analysen der Erdbebengefährdung und des Erdbebenrisikos spielen eine bedeutende Rolle, wenn es darum geht, die Auswirkungen katastrophaler Erdbeben zu verringern. Das kürzlich veröffentlichte aktualisierte Erdbebengefährdungsmodell sowie das erste Erdbebenrisikomodell für Europa stellen die Grundlagen bereit, um die Erdbebenprävention zu stärken und die Bevölkerung widerstandsfähiger zu machen. Die Modelle verbessern das Verständnis darüber, wo starke Erschütterungen am ehesten auftreten und welche Auswirkungen künftige Erdbeben in Europa haben werden. Seismologinnen, Geologen und Ingenieurinnen aus ganz Europa entwickelten die Modelle, mit Beteiligung von Mitarbeitenden des Deutschen GeoForschungsZentrums Potsdam (GFZ). Die Forschungsarbeiten wurden durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union gefördert.

Hintergrund zu Erdbebengefährdung und -risiko

Erdbeben können weder verhindert noch genau vorhergesagt werden. Erdbebengefährdungs- und Erdbebenrisikomodelle ermöglichen es jedoch, wirksame Vorsorgemassnahmen festzuschreiben und damit die Auswirkungen auf Gebäude und ihre Bewohner erheblich zu verringern. Die Europäischen Erdbebengefährdungs- und Erdbebenrisikomodelle 2020 beschreiben, wo durch Erdbeben ausgelöste Erschütterungen zu erwarten sind, wie stark und wie häufig diese auftreten und welche möglichen Auswirkungen sie auf die bebaute Umwelt und auf Menschen haben. Zu diesem Zweck wurden alle den Modellen zugrundeliegenden Datensätze aktualisiert und harmonisiert – ein komplexes Unterfangen angesichts der riesigen Datenmengen und der stark unterschiedlichen tektonischen Gegebenheiten in Europa. Eine solche Harmonisierung ist unabdingbar, um wirksame länderübergreifende Strategien zur Katastrophenvorsorge zu etablieren, wie beispielsweise die Festlegung von Versicherungskonzepten oder die Bestimmung von zeitgemässen Bauvorschriften auf europäischer (z. B. Eurocode 8) und nationaler Ebene. In Europa beschreibt Eurocode 8 die empfohlenen Normen für eine erdbebengerechte Bauweise von Neubauten und für die Ertüchtigung bestehender Gebäude mit dem Ziel, die Auswirkungen von Erdbeben einzudämmen. Das aktualisierte Europäische Erdbebengefährdungsmodell sowie das neue Erdbebenrisikomodell sind frei zugänglich inklusive der ihnen zugrundeliegenden Datensätze.

Erweiterte Datensätze verbessern das aktualisierte Erdbebengefährdungsmodell

Die Erdbebengefährdung beschreibt potenzielle Bodenerschütterungen durch künftige Erdbeben und beruht auf dem Wissen über vergangene Erdbeben, der Geologie, Tektonik und den lokalen Bedingungen an beliebigen Orten in ganz Europa. Das kürzlich publizierte Europäische Erdbebengefährdungsmodell 2020 (ESHM20) ersetzt das Vorgängermodell aus dem Jahr 2013.

Die erweiterten Datensätze, welche in die neue Version des Modells integriert worden sind, ermöglichen eine umfassendere Beurteilung der Erdbebengefährdung in Europa. Diese hat zur Folge, dass die Einschätzungen der zu erwartenden Bodenerschütterungen in den meisten Teilen Europas im Vergleich zum Modell von 2013 nach unten korrigiert wurden. Hiervon ausgenommen sind einige Regionen in der westlichen Türkei, Griechenland, Albanien, Rumänien, im Süden Spaniens und Portugals. Dort wurden die Einschätzungen der zu erwartenden Bodenerschütterungen nach oben angepasst. Das aktualisierte Modell bestätigt die Türkei, Griechenland, Albanien, Italien und Rumänien als die Länder mit der höchsten Erdbebengefährdung in Europa, gefolgt von den anderen Ländern des Balkans. Aber auch in Regionen mit niedriger oder mässiger Gefährdungseinschätzung können jederzeit schadenbringende Erdbeben auftreten.

Neben diesen Erkenntnissen bilden spezifische Erdbebengefährdungskarten des aktualisierten europäischen Erdbebengefährdungsmodells eine wichtige Informationsgrundlage für die zweite Generation der Eurocode 8 Normen. Diese können als wichtige Referenz für nationale Normen dienen, wobei die nationalen Modelle, sofern vorhanden, die massgeblichen Grundlagen für die Baunormen und weitere Aspekte der Erdbebenvorsorge auf nationaler, regionaler und lokaler Ebene liefern. Die Berücksichtigung von Erdbebengefährdungsmodellen in Vorschriften für eine erdbebengerechte Bauweise trägt dazu bei, Gebäude angemessen gegen Erdbeben abzusichern. Eine erdbebengerechte Bauweise ist eine der wirksamsten Massnahmen, um die europäische Bevölkerung besser vor Erdbeben zu schützen.

Ältere Gebäude, eine hohe Erdbebengefährdung und städtische Gebiete bestimmen das Erdbebenrisiko

Das Erdbebenrisiko beschreibt die erwarteten Folgen eines Erdbebens auf die Bevölkerung und die Wirtschaft. Um das Erdbebenrisiko zu bestimmen, werden Informationen über den lokalen Untergrund, die Dichte von Gebäuden und Menschen, die Verletzbarkeit des Gebäudebestandes sowie robuste Einschätzungen der Erdbebengefährdung benötigt. Gemäss dem Europäischen Erdbebenrisikomodell 2020 (ESRM20) ist das Erdbebenrisiko dort am höchsten, wo es viele ältere, das heisst vor den 1980er Jahren errichtete Gebäude gibt, in städtischen Gebieten und wo eine hohe Erdbebengefährdung besteht.

Obwohl die meisten europäischen Länder über neuere Bauvorschriften und -normen verfügen, die einen angemessenen Schutz vor Erdbeben gewährleisten, gibt es noch immer viele nicht oder nur unzureichend ertüchtigte ältere Gebäude. Sie bergen ein höheres Risiko für ihre Bewohner. Das höchste Erdbebenrisiko betrifft daher insbesondere städtische Gebiete, die zudem oft eine Geschichte von schadenbringenden Erdbeben aufweisen und damit Städte wie Istanbul und Izmir in der Türkei, Catania und Neapel in Italien, Bukarest in Rumänien und Athen in Griechenland. Allein auf diese vier Länder entfallen fast 80 % des modellierten wirtschaftlichen Schadens von 7 Milliarden Euro, den Erdbeben im jährlichen Durchschnitt in Europa verursachen. Aber auch Städte wie Zagreb (Kroatien), Tirana (Albanien), Sofia (Bulgarien), Lissabon (Portugal), Brüssel (Belgien) und Basel (Schweiz) tragen ein überdurchschnittlich hohes Erdbebenrisiko verglichen mit weniger exponierten Städten wie Berlin (Deutschland), London (Vereinigtes Königreich) oder Paris (Frankreich).

Die Entwicklung der Modelle beruht auf einer gemeinsamen Anstrengung – die Rolle des GFZ

Ein Kernteam von Forschenden aus verschiedenen Einrichtungen in ganz Europa, mit Beteiligung des GFZ, hat gemeinsam an der Entwicklung des ersten offen zugänglichen Erdbebenrisikomodells für Europa und an der Aktualisierung des europäischen Erdbebengefährdungsmodells gearbeitet. Sie haben an einem Vorhaben mitgewirkt, das vor mehr als 30 Jahren begann und an dem Tausende von Menschen aus ganz Europa beteiligt waren. Diese Anstrengungen wurden in all diesen Jahren durch mehrere von der Europäischen Kommission finanzierte Projekte und durch nationale Gruppen unterstützt.

Wissenschaftler des GFZ haben eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des ESHM20 und des ESRM20 gespielt und drei entscheidende Komponenten der Modelle beigesteuert. Der erste Beitrag ist ein neuer Katalog von Erdbeben für Europa vom Beginn des 20. Jahrhunderts bis heute. Die Leitung dieses Projektes lag bei Graeme Weatherill, Wissenschafter in der GFZ-Sektion 2.6 „Erdbebengefährdung und Dynamische Risiken”. Dieser Katalog fasst Erdbebendaten aus Dutzenden von Datenquellen und seismischen Aufzeichnungsnetzen in ganz Europa zusammen und harmonisiert sie zu einem gemeinsamen Referenzkatalog, aus dem das ESHM20 Statistiken über die Häufigkeit von Erdbeben abgeleitet hat.

Der zweite wichtige Beitrag ist ein vollständiges paneuropäisches Modell zur Vorhersage von Bodenerschütterungen unter Leitung von Fabrice Cotton, der am GFZ die Sektion 2.6 „Erdbebengefährdung und Dynamische Risiken” leitet. Dieses baut auf den jüngsten, schnell wachsenden Datenbanken von Bodenbewegungsbeobachtungen in Europa auf. Die Forschenden nutzen modernste Modellierungstechniken, um die Verteilung starker Bodenbewegungen für künftige Erdbeben in Europa vorherzusagen, wobei die Vorhersagen regional angepasst werden, um die komplexe Mischung tektonischer Umgebungen in Europa zu berücksichtigen.

Schließlich hat das GFZ unter Leitung von Graeme Weatherill das erste paneuropäische Modell entwickelt, das den Einfluss der oberflächennahen Geologie und der lokalen Standortbedingungen auf starke Bodenbewegungen an der Erdoberfläche beschreibt. Dieses Modell ist für die seismische Risikoanalyse von entscheidender Bedeutung: Es sagt einerseits die Stärke der Erschütterungen vorher, denen die Gebäude an einem Standort bei künftigen Erdbeben ausgesetzt sein werden. Und andererseits die Art und Weise, in der dies durch die Eigenschaften der Bodenoberfläche in der Nähe der Gebäude selbst beeinflusst wird. Alle diese Datensätze und Modelle wurden mit dem ESHM20 und dem ESRM20 öffentlich zugänglich gemacht, was Forschenden und Ingenieur:innen in ganz Europa helfen kann, sie ihren eigenen Bedürfnissen entsprechend anzupassen und zu verbessern.

Das GFZ hat auch den Vorsitz der EFEHR (European Facilities of Earthquake Hazard and Risk) inne, die 2020 gegründet wurde, um die langfristige Zugänglichkeit, Nachhaltigkeit und Zugänglichkeit von quelloffenen und transparenten europäischen Modellen zur Erdbebengefährdung und zum Erdbebenrisiko sicherzustellen.

Das EFEHR Konsortium

EFEHR (European Facilities for Earthquake Hazard and Risk) pflegt und entwickelt das Erdbebengefährdungs- und Erdbebenrisikomodell für Europa in Zusammenarbeit mit der GEM Stiftung und dem European Plate Observing System (EPOS) weiter. EFEHR ist ein gemeinnütziges Netzwerk von Organisationen und Gemeinschaftsressourcen mit dem Ziel, die Analyse der Erdbebengefährdung und des Erdbebenrisikos im europäisch-mediterranen Raum voranzutreiben.

Projektförderung

Die Entwicklung der Erdbebengefährdungs- und Erdbebenrisikomodelle 2020 wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union unter den Finanzhilfevereinbarungen 730900, 676564 und 821115 der Projekte SERA, EPOS-IP und RISE gefördert.

Downloads & Informationsmaterial

Besuchen Sie die Website von EFEHR (www.efehr.org (engl.)), um mehr über die Erdbebengefährdung und das Erdbebenrisiko in Europa zu erfahren. Weitere Informationen, Erklärungen, technische Berichte, Karten, Daten und vieles mehr werden nach Aufhebung des Embargos am 28. April 2022, 12.00 Uhr (MEZ) zur Verfügung gestellt.

Einen direkten Zugang zum Erdbebengefährdungsmodell erhalten Sie unter www.hazard.efehr.org (engl.)
Einen direkten Zugang zum Erdbebenrisikomodell erhalten Sie unter www.risk.efehr.org (engl.)

Unter dem folgenden Link können Sie verschiedene Materialien herunterladen. Bitte beachten Sie die Datenlizenz- und Embargohinweise:

https://www.polybox.ethz.ch/index.php/s/HkuinnmthTLEI3m

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Fabrice Cotton
Leiter Sektion 2.6 Erdbebengefährdung und Dynamische Risiken
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: +49 331 288-1125
E-Mail: fabrice.cotton@gfz-potsdam.de

Dr. Graeme Weatherill
Sektion 2.6 Erdbebengefährdung und Dynamische Risiken
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
E-Mail: graeme.weatherill@gfz-potsdam.de

Weitere Informationen:

http://www.efehr.org
http://www.hazard.efehr.org
http://www.risk.efehr.org
https://www.polybox.ethz.ch/index.php/s/HkuinnmthTLEI3m