Mikroseismik

Als Mikroseismik oder Bodenunruhe werden seismische Wellen bezeichnet, die ein Seismometer zwischen den eigentlichen Ereignissen aufzeichnet und daher oft als Hintergrundrauschen aufgefasst werden.[1][2] Teil der Mikroseismik sind die kontinuierlichen Eigenschwingungen der Erde, ⁣⁣aber auch veränderliche und regionale Phänomene wie Wettereinflüsse, Meeresmikroseismik oder menschliche Einflüsse werden durch die Mikroseismik abgebildet. Der Begriff lässt sich statistisch definieren und wird auch als Gegenstück zur Makroseismik verwendet.

Inzwischen wird der Begriff auch für kleinere (mikroseismische) Ereignissen, wie Mikrobeben verwendet, welches aber korrekter als Mikroseismizität zu bezeichnen wäre.[2] Im Weiteren wird die Mikroseismik als Bodenunruhe beschrieben.

Entstehung

Bodenruhe kann sowohl menschengemachte Einflüsse wie Verkehr und Industrie, als auch natürliche Einflüsse wie Wind, Starkregen, Erdgezeiten oder Wellen und Meeresbrandungen als Ursache haben.[2] Auch schwache Fernbeben oder kurzperiodische Erdbebenschwärme können sich in größerer Entfernung als geringfügiges, pseuso-statistisches Zittern des Seismografen auswirken. Vom Menschen verursachte Bodenunruhe (Industrie, Verkehr) erstreckt sich auf Frequenzen von 1 Hz und höher. Niedrig-frequente Bodenunruhe wird v. a. durch Meeresrauschen im Periodenbereich von 5–20 s erzeugt.[1]

Auswertung

Die mikroseimische Bodenunruhe enthält neben Informationen über deren Quelle auch Informationen über den geologischen Untergrund längs des Laufwegs und insbesondere lokal unter dem Aufzeichnungsort. Mit geeigneten Methoden (Interferometrie) wird versucht, diese Informationen aufzuarbeiten. Das seismische Rauschen im Nahfeld der Erdbebenwarte wird durch deren spezielle Wahl auf geologisch stabilem Untergrund geringgehalten, wozu auch eine besondere Schwingungsdämpfung des Gebäudes beitragen kann.

Meeresmikroseismik

Der Hauptanteil der Mikroseismik wird durch Wechselwirkungen der Meeresoberfläche mit der festen Erde, insbesondere durch Meeresbrandungen verursacht.[1] Besonders stark ausgeprägt ist diese in Küstennähe (Amplituden bis zu 10 μm); auch im Innern von Kontinenten wird die Mikroseismik noch mit reduzierter Amplitude aufgezeichnet.[1] Die ersten Seismometer, die diese schwächeren Bodenschwingungen messen konnten, wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts installiert.[3]

Im Allgemeinen lässt sich die Meeresmikroseismik durch die Frequenzbereiche in primäre und sekundäre Meeresmikroseismik unterscheiden, welche jeweils lokal oder aus der Ferne registriert werden können. Dadurch entstehen 3 bis 4 Klassen an typischen Frequenzbereichen, die allerdings nicht standardisiert sind und sich regional unterscheiden. Die (ferne) primäre Mikroseismik liegt häufig bei etwa 0,04 bis 0,15 Hz, während sekundäre Mikroseismik oft bei einer Frequenz von etwa 0,08 bis 0,3 Hz zu beobachten ist.[4] Die lokale Mikroseismik liegt für gewöhnlich bei höheren Frequenzen (<0,2 Hz), da die Wellenlänge der Wasserwellen, die auch die Wellenlänge des mikroseismischen Signals bestimmt, in Küstennähe niedriger als im offenen Meer.[5]

Den unterteilten Frequenzen können unterschiedliche Entstehungsmechanismen zugeordnet werden. Der Entstehungsmechanismus der primären Meeresmikroseismik ist die Wechselwirkung zwischen den Schwerewellen des Ozeans und der Bathymetrie sowie das Einlaufen der Ozeanwellen auf dem Kontinentalschelf bzw. -hang.[5][6] Dieser Mechanismus erzeugt Rayleigh- und Love-Wellen, wobei letztere häufig den größten Beitrag zum seismischen Wellenfeld leisten.[5] Der zweite Entstehungsmechanismus ist das Auftreten von stehenden Wellen (Überlagerung gegenläufiger Wellen z. B. durch Sturmsysteme[7] oder Wellenreflexionen an Inseln).[8] Dieser Entstehungsmechanismus verursacht meist Rayleigh-Wellen.[5]

Trivia

Im Rahmen der Operation Hamster waren Daten mikroseismischer Erschütterungen durch LKW-Verkehr von und zu einem NVA-Munitionsdepot das Ziel geheimdienstlicher Ermittlungen.

Siehe auch

Einzelnachweise
  1. Bodenunruhe. In: Lexikon der Geowissenschaften. Spektrum, abgerufen am 6. Februar 2023.
  2. Mikroseismik. In: Lexikon der Geothermie. Abgerufen am 6. Februar 2023.
  3. Sharon Kedar, Frank H. Webb: The Ocean's Seismic Hum. In: Science. Band 307, Nr. 5710, 4. Februar 2005, ISSN 0036-8075, S. 682–683, doi:10.1126/science.1108380.
  4. Heinz-Hermann Essen, Frank Krüger, Torsten Dahm, Ingo Grevemeyer: On the generation of secondary microseisms observed in northern and central Europe: Generation of secondary microseisms. In: Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Band 108, B10, Oktober 2003, doi:10.1029/2002JB002338.
  5. D. Becker, L. Cristiano, J. Peikert, T. Kruse, F. Dethof, C. Hadziioannou, T. Meier: Temporal Modulation of the Local Microseism in the North Sea. In: Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Band 125, Nr. 10, Oktober 2020, ISSN 2169-9313, doi:10.1029/2020JB019770.
  6. Fabrice Ardhuin, Lucia Gualtieri, Eléonore Stutzmann: How ocean waves rock the Earth: Two mechanisms explain microseisms with periods 3 to 300 s. In: Geophysical Research Letters. Band 42, Nr. 3, 16. Februar 2015, S. 765–772, doi:10.1002/2014GL062782.
  7. A theory of the origin of microseisms. In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. Band 243, Nr. 857, 27. September 1950, ISSN 0080-4614, S. 1–35, doi:10.1098/rsta.1950.0012.
  8. Peter D. Bromirski: The near-coastal microseism spectrum: Spatial and temporal wave climate relationships. In: Journal of Geophysical Research. Band 107, B8, 2002, ISSN 0148-0227, S. 2166, doi:10.1029/2001JB000265.
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