Diese kleinen, billigen Geräte helfen bei der Überwachung der Erdbeben in Haiti


Als 2010 ein Erdbeben der Stärke 7,0 Haiti traf und schätzungsweise 200.000 Menschen tötete, gab es im Land nur ein funktionierendes Seismometer. Das Schütteln überwältigte schnell das Seismometer, ein an einer High School installiertes Bildungsinstrument, und es zeichnete nur wenige nützliche Daten auf.

Wochen vergingen, bis ausländische Seismiker in das Katastrophengebiet reisen konnten, und dann vergingen Monate, bis die von ihnen installierten tragbaren Seismometer genug von den verblassenden Nachbeben aufzeichneten, um Licht auf die Verwerfung zu werfen, die ausgebrochen war.

Im vergangenen August wurde Haiti von einem Erdbeben der Stärke 7,2 erschüttert. Herkömmliche Seismometer, die nach dem Beben von 2010 installiert wurden, funktionierten zu diesem Zeitpunkt nicht. Aber mehreren kleinen, kostengünstigen Instrumenten, die von Bürgerwissenschaftlern betrieben wurden, gelang es, die seismischen Wellen einzufangen, was den Forschern einen viel schnelleren Überblick darüber gab, wo die Erde tief unter der Erde gebrochen war, und demonstrierte, wie wertvoll es ist, die Begeisterung neugieriger Nichtexperten für die Wissenschaft zu wecken. (Die Zahl der Todesopfer des Erdbebens betrug etwa 2.200 Menschen, viel weniger als im Jahr 2010, hauptsächlich weil das Epizentrum in einem ländlicheren Teil des Landes lag.)

„2021 hatten wir diese Informationen in Echtzeit“, sagte Eric Calais, ein Geophysiker an der École Normale Supérieure in Paris, der sich seit mehr als 30 Jahren mit der Tektonik der Karibik befasst. „Das ist also ein großer Unterschied.“

Schreiben in einem Artikel, der am Donnerstag in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, Dr. Calais und seine Kollegen beschrieben, was die Citizen Science-Seismometer über das Erdbeben im August enthüllten. Etwa 40 Meilen derselben Verwerfung, die das verheerende Erdbeben von 2010 verursachte, brach, aber weiter westlich. Die Daten enthüllten auch einige Überraschungen, sagte Dr. Calais: Am östlichen Ende dieses Segments war die Verwerfung nicht vertikal, wo zwei tektonische Platten aneinander vorbeigleiten. Stattdessen wurden auch die beiden Platten zusammengeschoben, wobei die nördliche auf die südliche rutschte.

„Wenn wir die Nachbebenverteilung nicht gehabt hätten, wären wir nicht in der Lage gewesen, unsere Modelle mit der richtigen vollständigen Geometrie zu versehen“, sagte Dr. Calais. „Dann wäre unsere Einschätzung des Geschehens falsch gewesen.“

Die Karibik ist manchmal eine Zone übersehener seismischer Gefahren mit aktiven Vulkanen und Erdbebenverwerfungen. „Die Karibik ist ihr eigener kleiner Feuerring“, sagte Susan E. Hough, Seismologin beim United States Geological Survey. „Es ist wie der pazifische Rand in kleinerem Maßstab.“

Aber die tektonischen Platten prallen langsamer aufeinander und größere Erdbeben treten seltener auf. Die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts war ziemlich ruhig in der Region. „Die Leute wurden irgendwie selbstgefällig“, sagte Dr. Hough. „Das Erdbeben von 2010 überraschte keine Erdbebenfachleute auf der Welt, aber es überraschte viele Menschen, die die wissenschaftlichen Ergebnisse nicht kannten.“

Dr. Hough und Dr. Calais waren zwei der Erdbebenexperten, die 2010 nach Haiti gereist sind. Nach dem Beben in jenem Jahr finanzierten internationale Organisationen die Aufstellung herkömmlicher Seismometer, die jeweils Zehntausende von Dollar kosteten, in Haiti . Als das Erdbeben der Stärke 7,2 am 14. August stattfand, funktionierte keines der konventionellen Seismometer Haitis, obwohl ein Seismometer in der US-Botschaft Daten sammelte.

„Es stellt sich als schwierig, wenn nicht gar unmöglich heraus, in Haiti ein herkömmliches, hochmodernes seismisches Netzwerk zu betreiben“, sagte Dr. Hough. „Sie haben zum Beispiel kein funktionierendes Stromnetz, geschweige denn überall zuverlässiges Internet.“

Haiti bleibt politisch instabil, leidet unter weit verbreiteter Armut und ist anfällig für Naturkatastrophen. Der Präsident, Jovenel Moïse, wurde einen Monat vor dem Beben im August ermordet. Ein paar Tage nach dem Erdbeben zog ein tropischer Sturm, Grace, über die Insel hinweg.

Im Jahr 2018 traf Dr. Calais auf einer Seismologie-Konferenz in Malta Branden Christensen, den Geschäftsführer von Raspberry Shake, einem Unternehmen mit Sitz in Panama, das einen kleinen, billigen Computer namens Raspberry Pi mit einem kleinen, billigen Gerät kombiniert, das weit verbreitet ist Öl- und Erdgasindustrie, um winzige Bodenbewegungen zu messen und ein Seismometer zu schaffen, das ein paar hundert Dollar statt Zehntausende von Dollar kostet.

Die Raspberry Shake-Geräte, kleiner als ein Brotkasten, können winzige Bodenbewegungen messen, wenn auch über einen kleineren Frequenzbereich als moderne konventionelle Seismometer. Sie müssen jedoch nicht im Boden verankert werden und benötigen lediglich eine Steckdose und eine Internetverbindung.

„Ich dachte sofort, dass die Einfachheit des Geräts so einfach ist, dass es in Haiti langfristig bessere Überlebenschancen hat, was bedeutet, dass es wartungsfrei ist“, erinnerte sich Dr. Calais. Er verwendete etwas übrig gebliebenes Stipendiengeld, um fünf davon zu kaufen, und begann zusammen mit Kollegen in Haiti nach Freiwilligen zu suchen, die bereit wären, einen bei sich zu Hause oder im Büro aufzustellen. Inzwischen ist das Netzwerk auf etwa 15 Geräte angewachsen.

Dr. Calais sagte, die Haiti-Daten zeigten, dass die Raspberry Shakes zwar nicht so leistungsfähig waren wie herkömmliche Seismometer, aber dennoch wissenschaftlich wertvolle Messungen durchführten. „Sie sind in der Lage, selbst kleine Nachbeben aufzuzeichnen“, sagte er.

Die Himbeershakes sind jedoch nicht immun gegen Haitis Infrastrukturbeschränkungen. Nur einer der drei in der Nähe des Epizentrums war in Betrieb, als das Hauptbeben im vergangenen August stattfand.

Das Instrument, das dem Epizentrum am nächsten war, war offline, weil der Host seinen Internetdienst ausfallen ließ. Aber er erneuerte es gleich nachdem er das Zittern gespürt hatte. „Wir müssen diese Art von Problemen akzeptieren“, sagte Dr. Calais. „Internet und Strom sind in Haiti nie selbstverständlich.“

Die Forscher konnten dem Gebiet auch drei Himbeershakes hinzufügen, und alle sechs maßen mehr als tausend Nachbeben, die in den folgenden Wochen folgten.

Die seismischen Daten, online veröffentlicht, ist nur ein Teil der Motivation von Dr. Calais, das Raspberry Shake-Netzwerk aufzubauen. Es soll auch das Wissen über Erdbebengefahren unter den Freiwilligen, die die Himbeershakes veranstalten, und anderen Menschen in Haiti verbreiten.

„Wir möchten einige Menschen in der Gemeinde dazu bringen, anders zu handeln“, sagte Steeve J. Symithe, Geophysiker an der State University of Haiti und Autor des Science-Papiers.

Dr. Symithe, geboren in Haiti, studierte Bauingenieur, wechselte aber nach dem Erdbeben 2010 das Fach und promovierte an der Purdue University bei dem damaligen Professor Dr. Calais.

Raspberry Shakes, das 2016 aus einem Kickstarter-Projekt hervorgegangen ist, wird jetzt auf der ganzen Welt installiert, mit ähnlichen Netzwerken wie in Haiti in Frankreich, Oklahoma und Nepal. Mehr als 1.600 Geräte melden ihre Daten an die Website des Unternehmens. „Sie tauchen überall auf“, sagte Herr Christensen.

Wenn genügend Geräte eingesetzt sind, „können Sie anfangen, magische Dinge in Bezug auf Erdbebenfrühwarnung zu tun“, sagte Herr Christensen. „Sie können damit beginnen, Erdbeben an Orten zu kartieren und zu erkennen, die die Menschen für aseismisch hielten, oder Sie können mit der Kartierung von Fehlern beginnen.“

Ein Teil der Forschung bezieht sich nicht einmal auf Erdbeben. Im ein Artikel, der im Juli 2020 in Science veröffentlicht wurdeverwendeten Wissenschaftler Daten von 300 seismischen Stationen, einschließlich 65 Raspberry Shakes, um eine weltweite Geräuschminderung von Zügen, Flugzeugen, Fabriken und eine Verringerung anderer vom Menschen verursachter Schwingungen als Folge der Covid-19-Pandemie zu beobachten.

„Ohne Raspberry Shake wäre diese Frage sehr schwer zu beantworten gewesen“, sagte Herr Christensen. „Der Grund dafür ist, dass die meisten professionellen Seismographen in den Bergen und an wirklich ruhigen Orten installiert sind, weit weg von Menschen.“

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