02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
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Item Open Access Seismographen(1996) Wielandt, ErhardIm Heubachtal bei Schiltach im Schwarzwald, in einem alten Silberbergwerk 150 Meter unter Tage, stehen einige der empfindlichsten Seismographen Deutschlands. Wer allerdings meint, er könne dort feinmechanische Wunderwerke mit Dutzenden von Hebeln, Zahnrädern, Walzen und Federn besichtigen, wird enttäuscht. Erstens nämlich gibt es keine Besichtigungen - selbst die vier vor Ort arbeitenden Wissenschaftler und Techniker betreten die Seismometerkammer nur dann, wenn es unbedingt nötig ist, und das ist glücklicherweise selten. Zweitens würde der Besucher, selbst wenn er die Kammer betreten darf, nichts sehen als einige Styroporkisten und silbern glänzende Isolierfolien, die die Geräte vor den im Bergwerk ohnehin minimalen Temperaturschwankungen schützen. Drittens schließlich - nehmen wir an, ein Seismograph würde gerade neu aufgestellt und wäre daher unverhüllt zu sehen - stände dort auf einem kleinen Zementsockel lediglich ein geschlossener Metallzylinder, etwa so groß wie eine kleine Propangasflasche. In seinem Inneren, noch durch mehrfache weitere Abschirmungen geschützt, verbirgt sich der eigentliche Sensor: ein in einer Richtung frei beweglicher Messingklotz von einigen hundert Gramm Gewicht, die sogenannte seismische Masse. Ihre einzige Aufgabe ist es, ruhig zu bleiben, wenn um sie herum die Erde zittert. Ihre Lage wird elektronisch gemessen, auch hierfür braucht es keine Mechanik. Ganz ohne Feinmechanik kommt aber auch ein moderner Seismograph nicht aus: es ist gar nicht so einfach, eine Masse 'frei beweglich' im Schwerefeld der Erde aufzuhängen!Item Open Access Geodätische und fernerkundliche Beiträge zum Verständnis rutschungsinduzierter Seismizität an tonreichen Lockergesteinsrutschungen(2018) Rothmund, Sabrina; Joswig, Manfred (Prof. Dr.)Die Verfeinerung von passiven seismologischen Methoden ermöglicht seit 1995 die Erfassung von rutschungsinduzierter Seismizität an den kriechenden bis langsam bewegenden (nach Cruden und Varnes, 1996) tonreichen Lockergesteinsrutschungen Slumgullion (USA), Heumöser Hang (Österreich), Super-Sauze (Frankreich), Valoria (Italien) und Pechgraben (Österreich). Dabei konnten verschiedene Signaltypen beobachtet werden: (1) Slidequakes, bei denen es sich um kurzzeitige (< 2 s) impulshafte Bruchprozesse mit abgeschätzter Lokalmagnitude bis ML -3 mit Bruchlängen im Meterbereich handelt, (2) Tremore, meist deutlich schwächere Mehrfachereignisse die den ETS-(episodic slip and tremor) Signalen und den vulkanischen Tremoren ähneln sowie (3) Impaktsequenzen, generiert durch Steinschlag und Felssturz, die an Abrisskanten oder Steilhängen auftreten. Aufgrund des schlechten Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR = signal-to-noise-ratio) lassen sich weder die genaue Epizentren bzw. Hypozentren noch Momententensoren bestimmen und es ist folglich nicht möglich allein auf Basis seismischer Daten den Herdmechanismus für die rutschungsinduzierten Signale zu identifizieren. Für die Super-Sauze Hangrutschung konnte gezeigt werden, dass sich die oberflächennahe Untergrunddynamik in Form von jährlich wiederkehrenden ortsfesten spannungsorientierten Rissstrukturen an die Oberfläche durchpaust. Deshalb wird der Grundgedanke einer multidisziplinären Analyse und synoptischen Interpretation verfolgt, wobei die abgeleiteten Informationen aus den geodätischen und fernerkundlichen Beobachtungen eine wesentliche neue Informationsquelle darstellen. Für die Untersuchung des Auftretens rutschungsinduzierter Signale (Slidequakes und Tremore) sowie der Zusammenhänge zwischen diesen und den hangspezifischen Parametern Bewegung, Durchfeuchtung, Wasserinfiltration, Rissöffnung und -schließung sowie Niederschlag wurde ein achtwöchiges multidisziplinäres Feldexperiment an der Super-Sauze Hangrutschung zwischen Ende Mai und Juli 2010 durchgeführt. Die eingesetzten Untersuchungsmethoden umfassten neben Nanoseismic Monitoring, Geoelektrik, sehr hochauflösende (cm-Bereich) UAV-basierte (unmanned aerial vehicle) Luftbilderfassung und terrestrische Bildaufnahmen, dGNSS-Messungen (differential global navigation satellite system), terrestrische Laserscans (TLS = terrestrisches Laserscanning), Bodenproben zur Bestimmung des Wassergehaltes, Grundwasserspiegelmessungen sowie Wetteraufzeichnungen. In dieser Arbeit wird untersucht, welche der fernerkundlichen und geodätischen Verfahren und welche abgeleiteten Parameter sich eignen, um Rückschlüsse auf das räumliche und zeitliche Auftreten von Slidequakes und Tremorsequenzen zu ziehen. Dabei bildet die Auswertung und Analyse von sehr hochauflösenden multitemporalen UAV-basierten Luftbildern sowie terrestrischen Bildsequenzen, multitemporalen rasterförmigen dGNSS-Messungen und terrestrischen Laserscans die wichtigste Datengrundlage. Im Vordergrund standen dabei die Ableitung präziser Bewegungsraten und die Quantifizierung der Rissentwicklungsprozesse sowie oberflächlicher Änderungen infolge der Hangdynamik. Aufbauend auf der multitemporalen Verschiebungsanalyse ist ein Schwerpunkt die Strainanalyse, bei der aus zeitlich und räumlich heterogenen Geschwindigkeitsvektorfeldern von dGNSS- und TLS-Messungen die oberflächlichen Deformationsraten abgeleitet werden. Die Strainratenfelder visualisieren Bereiche mit unterschiedlichen Mustern von räumlich variabler Extension und Kompression als auch Scherungsraten von Teilgebieten und weisen auf variable Spannungsänderungen hin. Aus geodätischen Beobachtungen Informationen über die Krustendeformation abzuleiten fand bereits in den 1930er Anwendung und seit den 1990ern werden zunehmend die Seismizität und geodätische Strainraten aus GNSS-Messungen z.B. für Italien, Türkei, Kalifornien und Iran zur seismischen Gefährdungsabschätzung kombiniert. Daher lag der Versuch nahe, diese Anwendungen und Beobachtungen der Krustendeformation auf den um mehr als 1000-fach kleinskaligeren Bereich von Lockergesteinsrutschungen zu übertragen und zu diskutieren. Basierend auf den dGNSS- und TLS-Messungen wurden durchschnittliche Geschwindigkeitsfelder für einen Messzeitraum von 50 Tagen abgeleitet, der für dGNSS in vier Zeitabschnitte unterteilt wurde. Die TLS-basierten Geschwindigkeitsfelder wurden durch die Anwendung des digitalen Bildkorrelations-Algorithmus COSI-Cor von Leprince et al. (2007) auf den abgeleiteten Schummerkarten ermittelt. Aufgrund der geringen Verschiebungen von etwa 30 cm für die 50 Tage und den Fehlern bei der Mosaikbildung und Co-Registrierung, war nur der Vergleich der Scans zu Beginn und Ende der Messkampagne aussagekräftig. Der Vergleich zwischen den 2D- und 3D-dGNSS-Messungen ergab eine durchschnittliche Abweichung von 0,04 cm/Tag. Da diese vernachlässigbar ist, können sich zur einfacheren Handhabung alle nachfolgenden Analysen auf die horizontalen Verschiebungen und Geschwindigkeiten beschränken. Die Analyse zeigte, dass sich der östliche 5° steilere Messbereich mit durchschnittlich 0,5 cm/Tag und der westliche Bereich mit 0,3 cm/Tag bewegte. Zwischen der zweiten und vierten Woche ist eine deutliche Beschleunigung, besonders im östlichen Bereich, erkennbar. Aus den UAV-basierten und aus den terrestrischen Bildsequenzen wurden mittels des Structure-from-Motion-Prozess (SfM) Bundler von Snavely et al. (2006) und Multi-View-Stereo (MVS) Algorithmus PMVS2 von Furukawa und Ponce (2007) sehr hochauflösende (mm-cm Punktabstand) 3D-Punktwolken rekonstruiert. Die Abweichungen aus dem Vergleich in vertikaler Richtung, die mit einer zeitkorrespondierenden TLS-Punktwolke ermittelt wurden, betrugen zwischen 8 und 17 cm. Folglich konnten die 3D-Punktwolken aufgrund der geringen Verschiebungen nicht zur Kinematikanalyse herangezogen werden. Aus den UAV-basierten Luftbildern wurden differenziell entzerrte Orthophotomosaike von 40 Tagen basierend auf Softwareskripten von Niethammer (2013) mit einer geometrischen Auflösung (GSD = ground resolution distance) von 2 cm erstellt. Durch die multitemporale Bildanalyse der UAV-basierten Orthophotomosaike und terrestrischen Bilder konnten Felsstürze und aktive sekundäre Rutschungen identifiziert werden. Zudem ließ sich die Entstehung oder Öffnung einiger Risse besonders im östlichen Bereich bei dem freiliegenden Festgesteinskamm beobachten. Allerdings gestaltete sich die Risskartierung aufgrund einer zweiwöchigen niederschlagsreichen Periode, die Sedimentumlagerungen und Rissverfüllung zur Folge hatte, sehr schwierig. 46 rutschungsinduzierte seismische Ereignisse im Messgebiet, welche aufgrund von Noise, anthropogenen, elektrischen und anderen umweltinduzierten Störsignalen nicht einfach zu identifizieren und klassifizieren sind, wurden von Dr. Naomi Vouillamoz (Institut für Geophysik, Universität Stuttgart) ausgewertet. Diese treten häufig in Clustern auf. Der Vergleich mit Grundwasserspiegel, Kinematik und den Strainratenfeldern ergab, dass diese häufig am Anfang eines Grundwasserspiegelanstieges auftreten. Dabei nimmt die Stärke der Ereignisse mit der Zeit ab. In der Regel treten alle rutschungsinduzierten Ereignisse in Bereichen mit erhöhter seismischer Momentenrate auf, die nach Savage und Simpson (1997) aus den geodätischen Beobachtungen abgeleitet wurde. Zudem treten die meisten Ereignisse dort auf, wo eine zeitliche Änderung der Strainraten erkennbar ist. Besonders die Slidequakes treten häufig in Extensionszonen auf, die zeitlich in ein heterogenes Deformationsmuster von Kompression und Extension übergehen. Diese lokalen Deformationsmuster könnten sich für die Ableitung einer schematischen Herdflächenlösung eignen. Die Mehrheit der Tremore wird in Bereichen mit erhöhten Scherungsraten beobachtet, was die These stützt, dass diese entweder auf den Gleitflächen oder durch die Scherrisse generiert werden. Eine exakte Zuordnung der verschiedenen seismischen Signaltypen zu Quellen und Quellprozessen konnte bislang nicht verifiziert werden und bleibt weiterhin ein zukünftiger Forschungspunkt.Item Open Access Inversion flachseismischer Wellenfeldspektren(2001) Forbriger, Thomas; Wielandt, Erhard (Prof. Dr.)In dieser Arbeit stelle ich ein neues Verfahren zur Inversion flachseismischer Wellenfelder vor. Die Inversion erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird ein Phasenslowness-Frequenz-Spektrum (omega,p-Spektrum) der Seismogramme bestimmt. In einem zweiten Schritt werden dieses Spektrum und die Laufzeiten der Ersteinsätze gemeinsam zu einem rein Tiefen-abhängigen Modell der seismischen Geschwindigkeiten und der Diskontinuitäten des untersuchten Mediums invertiert. Typische flachseismische Messungen erfolgen mit Auslagen von 50m bis 100m Länge und erfassen Frequenzen von 10Hz bis 100Hz. Solche Daten erlauben Rückschlüsse auf das Medium bis in ca. 10m Tiefe. Der Aufwand für die Messung kann auf einfache Hammerschlag-Seismik mit Vertikal-Geophonen und mehrkanaliger Registrierung beschränkt werden. Die Methode erfordert praktisch keine Vorab-Information über das Medium. Sie hat sich als tauglich im Umgang mit mehreren flachseismischen Feld-Datensätzen erwiesen, die in Lockersedimenten häufig extreme Eigenschaften aufweisen. Das Verfahren vermeidet einige Schwachstellen, die herkömmliche Methoden bei der Anwendung im Flachbereich mit sich bringen. Zu diesen gehört die Berechnung einer einzelnen Dispersionskurve aus Phasendifferenzen zwischen zwei Geophonen und die anschließende Inversion dieser Kurve im Sinne einer fundamentalen Normalmode. In flachseismischen Wellenfeldern interferieren meistens mehrere Moden der Oberflächenwellen. Im Zeitbereich lässt sich dabei nicht einmal die Fundamentalmode von anderen Moden trennen. Außerdem können die beobachteten Moden nicht eindeutig Normalmoden zugeordnet werden. Daher würde die herkömmliche Vorgehensweise scheitern. Meines Wissens ist die von mir beschriebene Methode der erste erfolgreiche Schritt zur quantitativen Modellierung vollständiger Seismogramme, die unter flachseismischen Gegebenheiten aufgezeichnet wurden.Item Open Access Earthquake location by distinct constraints for sparse and doubtful data(2018) Eisermann, Andreas Samuel; Joswig, Manfred (Prof. Dr. rer. nat.)Earthquakes affected mankind since the days of old, claiming more human casualties than any other nature catastrophe. The determination of the hypocenter location displays one of the key subjects of seismology. Today’s standard approaches provide for trustable location estimates - given a large amount of stations with high quality data and proper assumptions about the sub-surface velocity structure. The same approaches fail, however, when this amount of stations and quality of data is not given, e.g. in the mapping of seismically active zones using low magnitude events: Here, only few stations detect the signals that sometimes barely exceed the noise level. Seismic phases appear hence unclear, rendering the information of arrival times doubtful. Another example are real-time location schemes (e.g. in Earthquake Early Warning Systems): Here, events need to be evaluated and located within fractions of seconds without knowledge of the complete waveform, and data available only from the first few stations that already detected. The objective of this thesis lies in a methodological development that provides for more accurate single event locations in the context of sparse and doubtful data. The less data is available the more the location estimate is determined and affected by the individual datum, its uncertainties and errors. The method of choice must therefore be outlier-resistant (e.g. ignore false picks) and incorporate all parameter uncertainties. When data is few, solutions may further be ambiguous (not due to errors in the input parameters, being exact solutions to a set of even ideal arrival times), meaningly: Multiple, significantly separated location candidates may exist. Also, models are usually only rough and simplified representations of the subsurface structure and will often not explain the observed data well enough. Today's standard approaches often disregard the corresponding uncertainties and, hence, often displace the hypocenter significantly to the true location - outside of the assumed error margins. Mislocations in earthquake early warning or forensic seismology may have far-reaching implications for society and on the political level. This thesis provides therefore a novel location methodology that incorporates the important uncertainties, naturally disregards outliers and thereby leads to robust hypocenter estimates. The work presented builds on the concept of (graphical) jackknifing, which contrary to most of today's standard approaches doesn't attempt to minimize the error in the over-determined system directly, but decomposes the system first into exactly- or even under-determined subsystems. This results in distinct location constraints that are based on arrival time differences between two- or three phases, only. Each constraint identifies a subset of space as possible hypocenter region. The combination of multiple constraints consecutively constrains the final hypocenter region. Since a single constraint relies on a minimum amount of phase onsets, only, solution discrepancies can be traced back to the individual phase data, which allows the data base (e.g. outliers) to be re-evaluated. The global solution is finally recomposed based on the sub-solutions deemed trustworthy, which provides robust and outlier resistant solutions. This concept is built on, supporting for three dimensional station layouts, complex velocity models and a volumetric computation, which render this approach suitable for a wide class of modern applications. A real-time methodology that regards uncertainties in phase picks, phase types and model parameters provides for robust and accurate locations when data is uncertain and sparse. New constraints are introduced, which allow to resolve ambiguities and provide for faster hypocenter and magnitude estimates in Earthquake Early Warning. A new direct search scheme is developed that integrates constraint probabilities over grid cells, which ensures the identification of sharp hypocenter regions independent of the grid's resolution, satisfying the demand for a complete search. The improvement in location quality is demonstrated using several examples ranging from gas-field low-magnitude event monitoring, forensic seismology to examples of real-time locations in Earthquake Early Warning.Item Open Access Die Hintergrundeigenschwingungen der Erde(2009) Kurrle, Dieter; Trebin, Hans-Rainer (Prof. Dr.)Gegenstand der Arbeit sind die Hintergrundeigenschwingungen der Erde. Das Ziel war es, die Ursachen der permanenten Anregung der sphäroidalen Fundamentalmoden zu ermitteln, die auch zu Zeiten ohne starke Erdbeben nachgewiesen werden kann. Dies sollte durch die Analyse seismischer Daten geschehen, wobei der Schwerpunkt auf der Anwendung von Methoden der Array-Seismologie - z.B. der Frequenz-Wellenzahl-Analyse - auf die Daten seismischer Breitbandnetzwerke liegen sollte. Die Untersuchung der mit dem German Regional Seismic Network und zwei weiteren Netzwerken in Japan und Kalifornien aufgezeichneten vertikalen Daten ergab, daß die den Hintergrundeigenschwingungen entsprechenden Hintergrund-Rayleigh-Wellen im regelmäßigen jahreszeitlichen Wechsel ihre dominante Ausbreitungsrichtung ändern. Im Nordwinter kamen die stärksten Rayleigh-Wellen aus dem Nordpazifik, im Südwinter aus dem Südatlantik und dem Indischen Ozean. Dies deutet darauf hin, daß die Hintergrundeigenschwingungen ihren Ursprung in den Ozeanen haben. Der Nachweis der Anregung langperiodischer Rayleigh-Wellen im direkten Zusammenhang mit Stürmen über dem Nordatlantik unterstreicht dies. Im Rahmen dieser Arbeit wurde entdeckt, daß neben den sphäroidalen auch die toroidalen Fundamentalmoden permanent angeregt sind. Da alle bisher für die permanente Anregung der fundamentalen Sphäroidalmoden in Betracht gezogenen Modellvorstellungen auf Druckkräften basieren, diese aber wohl nicht in der Lage sind, wie beobachtet zu gleichen Teilen sphäroidale und toroidale Moden anzuregen, erfordert diese Entdeckung ein Umdenken bei der Suche nach den Ursachen. Eine detailliertere Untersuchung der toroidalen Hintergrundeigenschwingungen und ihrer Quellen konnte, da die toroidalen Hintergrundeigenschwingungen im Gegensatz zu den sphäroidalen nur in den mit einem wesentlich höheren Rauschpegel belegten horizontalen seismischen Daten nachweisbar sind, nicht durchgeführt werden.Item Open Access Berechnung des seismischen Streufeldes für anisotrope Störungen(2006) Teshler, Andre J.; Wielandt, Erhard (Prof. Dr.)Vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Streuung der seismischen Wellen infolge unterschiedlicher, unter Anderen anisotroper, Störungen der sphärischen Symmetrie des Modells. Die Streuwellen übelagern das Referenzsignal und ermöglichen Rückschlüsse auf die verursachende Störung. Die Grundlagen für die störtheoretische Berechnung der synthetischen Seismogramme entstanden noch in den siebziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts durch Arbeiten von Woodhouse, Dahlen und anderer. Eine effiziente Umsetzung dieser Theorie benötigt aber eine Reihe weiterer Annahmen und Vereinfachungen. Friederich entwickelte eine Methode zum Berechnen der synthetischen Seismogrammen für Erdmodelle mit isotropen elastischen Inhomogenitäten. Seine Methode berücksichtigt mehrfache Streuung in die Richtung der Wellenausbreitung. Die vorliegende Arbeit beinhaltet eine Verallgemeinerung der Methode von Friederich auf eine breitere Gruppe der Symmetriestörungen wie anisotrope Inhomogenitäten, Perturbationen der Dichte und Initialspannung sowie Erdrotation. Eine besondere Aufmerksamkeit wird den Auswirkungen beliebiger Asymmetrien in Verteilung der elastischen Materialeigenschaften gewidmet. Insbesondere werden die Effekte der anisotropen Störungen untersucht um die Inversion der anisotropen Erdmodelle zu ermöglichen.Item Open Access Seismische Untersuchung von Lockergesteins-Hangrutschungen und ihr Beitrag zum ganzheitlichen Verständnis der Hangdynamik(2013) Walter, Marco; Joswig, Manfred (Prof. Dr. rer. nat.)Der seit Jahren zu verzeichnende Klimawandel verursacht im immer zunehmenden Maße Massenbewegungen an Berghängen mit katastrophalen Folgen für die Bevölkerung, die Umwelt und die Natur. Neben den immensen wirtschaftlichen Schäden stellen derartige Hangbewegungen eine starke Bedrohung der in den betroffenen Regionen lebenden Menschen dar. Aus diesen Gründen werden die Erforschung derartiger Massenbewegungen und die Betrachtung aller relevanten Faktoren und Prozesse immer wichtiger, um zu einem umfassenden Verständnis dieser Bewegungsphänomene zu gelangen. Die eine Hangrutschung begünstigenden und auslösenden Prozesse werden dabei durch die Wechselwirkung hydrologischer, hydraulischer und bodenmechanischer Einflüsse auf unterschiedlichsten Zeit- und Raumskalen gesteuert. Im Rahmen der DFG-Forschergruppe „Kopplung von Strömungs- und Deformationsprozessen zur Modellierung von Großhang-bewegungen“ wird in der vorliegenden Arbeit unter Anwendung des Verfahrens Nanoseismic Monitoring das raum-zeitliche Auftreten seismisch erfassbarer Deformationsprozesse an Lockergesteins-Hangrutschungen untersucht. Die Untersuchungen wurden exemplarisch am Heumöser Kriechhang in Österreich und am Schlammstrom in Super-Sauze, Frankreich, im Rahmen einzelner Messkampagnen und durch Langzeitmonitoring durchgeführt. Dabei konnten unterschiedliche Prozesse seismisch erfasst und identifiziert werden: rutschungs-induzierte Bruchprozesse, Felsstürze, Signale durch Rissentwicklung und Frostbrüche. Der Fokus dieser Arbeit liegt im Wesentlichen in der Analyse von Bruchprozessen mit Magnituden von ML < 0.0, die in beiden Untersuchungsgebieten observiert werden konnten. Die synoptische Interpretation zeigt, dass deren Generierung maßgeblich von der jeweiligen Untergrundtopographie beeinflusst wird. Am Heumöser Hang häufen sich die Bruchprozesse in einem Hangbereich, der die geringsten Bewegungsraten an der Oberfläche zeigt, wohingegen am Schlammstrom in Super-Sauze die Mehrheit der Bruchprozesse in einem Hangbereich auftreten, in dem die höchsten Bewegungsraten an der Oberfläche observiert wurden. Die unterschiedlichen Beobachtungen können durch das Einbeziehen der jeweiligen Topographie des basalen Festgesteins begründet werden. In Super-Sauze wird die Untergrundtopographie von Festgesteinskämmen charakterisiert, die in Bewegungsrichtung des Hanges orientiert sind und das gesamte Hangmaterial kanalisieren. Im Gegensatz dazu befindet sich im Untergrund des mittleren Bereichs des Heumöser Hanges eine signifikante Festgesteinserhöhung, die mit Hilfe refraktionsseismischer Verfahren aufgelöst werden konnte. Diese Erhebung im Untergrund fungiert als eine Art Barriere, die das Hangmaterial akkumulieren lässt und somit zum einen für die geringen Bewegungsraten an der Oberfläche, als auch für die räumliche Häufung von Bruchprozessen in diesem Hangbereich verantwortlich ist. Am Schlammstrom in Super-Sauze wird diese Interpretation zusätzlich durch das verstärkte Auftreten von Rissstrukturen an der Hangoberfläche in Bereichen, wo die basalen Festgesteinskämme liegen, gestützt. Die Beobachtungen am Heumöser Hang und am Schlammstrom in Super-Sauze zeigt durch den synoptischen Vergleich mit Studien bzgl. der seismischen Erfassung von Bruchprozessen an der Slumgullion Hangrutschung (Colorado, USA), dass die Generierung von Bruchprozessen wesentlich von der Untergrund-topographie bzw. der lateralen Hangbegrenzungen beeinflusst wird. Das zeitliche Auftreten der beobachteten Hangprozesse steht dabei in keinem allgemein-gültigem Zusammenhang mit hydrologischen und geohydraulischen Einflüssen auf den jeweiligen Hangkörper. In einzelnen Messkampagnen zeigt sich zwar, dass z.B. Starkregen Hangprozesse vermehrt auslösen können, dies konnte allerdings nicht statistisch belastbar beobachtet werden. Dennoch werden im Rahmen dieser Arbeit mögliche Trigger-mechanismen analysiert und umfassend diskutiert. Zusätzlich zu den bisher beschriebenen Hangprozessen konnten sowohl in Super-Sauze als auch am Heumöser Hang Signale beobachtet werden, die Felsstürzen zugeordnet werden konnten. Bei dem zerstörerischen Felssturzereignis am 10.05.2011 in der Nähe des Heumöser Hanges, wo sich ein geschätztes Volumen von 15.000 m3 aus dem massiven Felsverband löste, konnte mehrere Stunden vor dem Hauptereignis in dem Quellgebiet einzelne Signale beobachtet werden, die, vergleichbar mit den rutschungsinduzierten Bruchprozessen, als Spannungabbauprozesse und somit als ‚Vorläuferereignisse’ interpretiert wurden. Auch bei diesem großräumigen Ereignis sind die Faktoren, die letztlich den Felssturz ausgelöst haben, derzeit unbekannt.Item Open Access Entwicklung und Validierung eines neuen Verfahrens zur Kartierung seismisch aktiver Verwerfungen durch Kurzzeit-Kleinstbebenmessungen(2009) Häge, Martin; Joswig, Manfred (Prof. Dr. rer. nat.)Erdbeben stellen neben Vulkanausbrüchen eine der bedeutendsten und zugleich zerstörerischsten Naturkatastrophen geologischen Ursprungs dar. Dabei sind die Erdbeben meist an Schwächezonen, sogenannten Verwerfungszonen gebunden. Die Kenntnis über den räumlichen Verlauf dieser Verwerfungszonen ist für die Erstellung von seismischen Gefährdungskarten sowie zum besseren Verständnis von seismotektonischen Prozessen von essentieller Bedeutung. Heutzutage wird die auftretende Seismizität routinemäßig von Erdbebenobservatorien registriert. Jedoch ist aufgrund der Detektionsschwellen dieser Netzwerke von ca. ML > 2.0 ein Beobachtungszeitraum von einigen Jahren bis Jahrhunderten notwendig, um eine Kartierung von Verwerfungszonen durchführen zu können. Die Herausforderung und das Ziel der vorliegenden Arbeit waren, innerhalb einer wenigen Tage dauernden Messkampagne so viele Kleinstbeben (ML < 0.0) zu detektieren und zu lokalisieren, um daraus Aussagen über die lokale Seismizität und den Verlauf von Verwerfungszonen ableiten zu können. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn zum einen Kleinstbeben überhaupt existieren und zum anderen eine entsprechend hohe Detektions- und Messempfindlichkeit erreicht wird. Hierfür wurde ein neues Verfahren für Kampagnenplanung und für die Bestimmung des räumlichen Verlaufs einer Verwerfungszone durch eine realitätsnahe Lokalisierung entwickelt und mittels exemplarischen Feldmessungen validiert. Es nutzt die Methode des Nanoseismic Monitorings, welche ursprünglich für Zwecke der internationalen Rüstungskontrolle zur Unterstützung der On-Site-Inspections der Preparatory Commission for the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization mit Sitz in Wien entwickelt wurde. Das Ziel dabei ist die Detektion und Lokalisierung von Nachbeben potentieller unterirdischer Kernexplosionen bis zu der politisch vorgegebenen Vollständigkeitsschwelle von ML = -2.0. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Methode erstmals bezüglich der Registrierung natürlicher Seismizität mit dem Ziel der Kartierung von seismisch aktiven Verwerfungen eingesetzt. Die Lokalisierung von Großbeben ist im Allgemeinen unproblematisch, da diese ein hohes Signal-Störverhältnis für eine genaue Phaseneinsatzzeitbestimmung aufweisen sowie von einer großen Anzahl von Stationen registriert werden. Die Herausforderung für die vorliegende Arbeit lag in der Auswertung und der genauen Lokalisierung von Kleinstbeben mit einem Signal-Störverhältnis von nahezu 0 dB. Aus diesem Grund war es notwendig, die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse mithilfe von Referenzdaten zu verifizieren. Ferner war zu untersuchen, ob Kleinstbeben an groß angelegte Verwerfungszonen gebunden sind oder z. B. auf Sekundäreffekte wie Setzungserscheinungen zurückzuführen sind. Deshalb war die Einbindung der gemessenen Seismizität in das jeweilige seismotektonische Regime von großer Bedeutung. Um diesen Fragestellungen nach zu gehen, wurden in unterschiedlichen geologisch-seismotektonischen Gebieten Messkampagnen durchgeführt. In der vorliegenden Arbeit werden folgende Feldmessungen ausführlich beschrieben: - zwei mikroseismische Untersuchungen in der Nähe von Bullas und Coy in Südost-Spanien - Registrierung von Nachbeben des Waldkirchbebens vom 05.12.2004 - Überwachung induzierter Seismizität in Basel (Deep Heat Mining-Projekt) - Mikroseismische Untersuchung der Hintergrundseismizität bei Nový Kostel (Tschechische Republik) Für die Datenerfassung wurden bis zu drei Kleinarrays, jeweils bestehend aus vier Seismometern, eingesetzt. Die Vorteile der Benutzung von Kleinarrays sind, im Vergleich zu permanenten oder auch anderen temporären Netzwerken, der geringe logistische Messaufwand, die Portabilität, die Flexibilität und der schnelle Aufbau. Dadurch ließen sich Feldmessungen in abgelegenen Gebieten mit geringer Bodenunruhe durchführen. Um eine Aussage über die räumliche Orientierung der registrierten Erdbeben treffen zu können, wurde ein neues, auf die Ähnlichkeit von Wellenformen basierendes, Verfahren entwickelt. Dies ermöglichte die Bestimmung von einzelnen Clustern. Die Individuen dieser Cluster wurden dann relativ lokalisiert, um die Lokalisierungsgenauigkeit zu erhöhen. Eine Analyse der Magnituden-Häufigkeitsbeziehung zwischen den registrierten Mikrobeben und den lokalen Katalogdaten zeigt bei linearer Näherung eine gute Übereinstimmung in der Anzahl von Ereignissen. Die dabei erreichte Detektionsschwelle liegt, wie den Ergebnissen der Messkampagne im Vogtland bei Nový Kostel zu entnehmen ist, ca. 1 Magnitude unterhalb der des permanenten lokalen Netzwerkes.Item Open Access Gefährdung von Endlagern für radioaktive Abfallstoffe durch Kleinstbeben und deren Überwachung mittels Nanoseismic Monitoring(2018) Blascheck, Patrick; Joswig, Manfred (Prof. Dr.)Item Open Access UAV-basierte Fernerkundungsmethoden der Aerogeophysik für die hochauflösende Beobachtung von alpinen Rutschhängen(2013) Niethammer, Uwe; Joswig, Manfred (Prof. Dr.)In der vorliegenden Arbeit werden aktuelle Fernerkundungsverfahren und UAV-Systeme des zivilen Bereichs der Fernerkundung vorgestellt. Sowohl die Vorzüge als auch die Einschränkungen der unterschiedlichen UAV-Systeme zur zeitlich und räumlich hochauflösenden Hang-Beobachtung im alpinen Raum werden erörtert. Am Beispiel mehrerer UAV-Pilotstudien kommen speziell zur Beobachtung von Hangrutschungen entwickelte Multi-Rotor UAV-Systeme mit optischen Sensoren zum Einsatz. Weiter werden notwendige Verfahren zur Prozessierung der optischen Luftbilder und unterschiedliche Methoden der fernerkundlichen Hangrutschungs-Analyse vorgestellt.