30 Jahre lang lebte James Foster auf Hawaii, promovierte dort auf dem Gebiet der Geologie und Geophysik und forschte zuletzt am Hawaii Institute of Geophysics and Planetology (HIGP) in Honululu. Die Inselhauptstadt ist ein Zentrum der Tsunami-Forschung, und Tsunamis sind auch der Forschungsschwerpunkt von James Foster. „Mein Ziel ist es, Tsunamis direkt zu messen“, erklärt der Geodät – und zwar schon dann, wenn die Monsterwelle noch gar kein Monster ist, also bevor sie die Küstenlinie erreicht.
„Selbst ein großer Tsunami hat auf offener See erst mal nur eine Höhe von 10 Zentimetern bis einem Meter“, erklärt der Wissenschaftler. „Erst wenn das Wasser Bereiche mit geringer Wassertiefe erreicht, wird es gestaucht und türmt sich zu mächtigen Flutwellen auf.“ Die bisherigen seismographischen Messungen liefern zwar Daten über Ursprung und Stärke eines Erdbebens, aus den sich errechnen lässt, ob ein Tsunami drohen könnte. Bis die tatsächlichen Veränderungen des Meeresspiegels aber an der Küste angekommen sind und von Gezeitenmessern angezeigt werden, vergehen Stunden.
Um die flachen Tsunami-Wellen aufzuspüren und von normalen Wellen zu unterscheiden, setzt Foster auf Schiffe, die mit GPS-Sensoren ausgestattet werden. Dabei macht man sich die unterschiedliche Charakteristik beider Wellentypen zunutze. „Eine normale Ozeanwelle rollt in eben mal 15 Sekunden an einem Schiff vorbei, eine Tsunamiwelle dagegen braucht bis zu einer halben Stunde.“ GPS ist in der Lage, diese flachen Wellenbewegungen mit langer Amplitude zu messen, und da Schiffe ständig unterwegs sind, ist zudem eine hohe Frequenz an Messungen möglich. Damit liefern die GPS-Schiffe Daten über den Tsunami selbst – und das in einem sehr frühen Stadium.
GPS erleichtert es zudem, Aussagen darüber zu treffen, ob ein Erdbeben tatsächlich zu einem mächtigen Tsunami führt. Ausschlaggebend dafür sind die Stärke des Bebens, die Nähe seines Ursprungsorts zur Wasseroberfläche und der so genannte „Push“, also die Energie, mit der eine Erdplatte die andere nach oben drückt. „Landbasiertes GPS erfasst den Push im Prinzip sehr gut“, sagt Foster. Das Problem ist nur: Tsunami-relevante Beben passieren im Meer, und hierüber geben die an Land erhobenen Daten nur ein sehr unklares Bild.
Landbasierte Methoden auf Tsunami-Forschung übertragen
In seinem Schwerpunkt Meeresgeodäsie sucht Foster daher nach Wegen, um landbasierte Messmethoden für die Tsunami-Forschung nutzbar zu machen und das Geschehen unmittelbar am Meeresboden zu messen. Eine Technologie dafür sind Drucksensoren, die quasi das Gewicht des Ozeans messen. Hebt sich der Meeresboden, verändert sich das Gewicht des Wassers und damit der Druck auf den Sensor. Eine weitere Methode sind Akustische Messungen. Hierbei werden Akustische Signale von der Meeresoberfläche zum Grund gesendet, und man misst die Zeitspanne des Schallwegs.
Durchgeführt werden solche Messungen von Autonomen Oberwasser-Fahrzeugen aus, die sowohl mit GPS, als auch mit Akustischen Messeinrichtungen bestückt sind. „Wir hatten gerade einen solchen Wellengleiter bei einem Seebeben in Alaska, er wartet schon auf seinen nächsten Einsatz“, freut sich Foster.
Mit Smartphones in der Tsunami-Forschung werden wir fast Echtzeitwarnungen ermöglichen können.
Prof. James Foster
Selbst Smartphones können einen Beitrag zur Erdbebenfrüherkennung leisten. Möglich ist dies dank des „Accelerometers“. Dieser Beschleunigungsmesser sagt dem Handy, ob der Nutzer das Gerät gerade hochkant oder quer in der Hand hält, auf dass der sich Bildschirm entsprechend dreht. Fixiert man das Handy an einer Wand oder am Boden, reagiert der Accelerometer im Falle eines Erdbebens auf das Schütteln und sendet ein Warnsignal das den Menschen in der nächsten Stadt 10 bis 20 Sekunden Zeit geben kann, zu reagieren, bevor das Beben eintrifft. „Das reicht, damit Menschen sich unter einem Tisch in Sicherheit bringen und die Rettungskräfte alarmiert werden können“, meint Foster. Interessant ist das System besonders deshalb, weil Handys ein billiger Massenartikel sind und daher in großer Zahl zum Einsatz kommen können. „So werden wir fast Echtzeitwarnungen ermöglichen können“, schwärmt der Wissenschaftler.
Kontakt:
Prof. James Foster, Geodätisches Institut, Lehrstuhl Geodätische Raumverfahren, Tel. +49 711 685-83459, E-Mail