Der Einsatz von Lasern in den Geowissenschaften ist keine neue Erfindung, längst werden sie beispielsweise für die Überwachung von aktiven Vulkanen oder der Vermessung von Spalten, Bergen und anderen Landschaftsformen genutzt. Doch erstmals kann nun durch einen Ringlaser auch die Erdrotation fast in Echtzeit erfasst werden. Der Geosensor misst zudem die Rotationsanteile von Erdbebenwellen in nicht gekannter Präzision und könnte somit in Zukunft auch die Konstruktion einsturzsicherer Gebäude verbessern helfen. Der Prototyp des Geosensors ist nun fertiggestellt und wird im Januar 2005 am San Andreas Graben in Kalifornien zum Einsatz kommen.
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Für uns Menschen nicht wahrnehmbar, unterliegt die Geschwindigkeit der Erdrotation ständigen Schwankungen. Da zahlreiche Geräte von der Vermessungstechnik bis hin zum GPS auf exakte Daten über die Erdrotation angewiesen sind, wird diese seit den 1980er Jahren permanent neu vermessen. Der Geosensor – im Rahmen des vom FuE-Programms GEOTECHNOLOGIEN geförderten Projekts „Entwicklung eines Ringlaser–Geosensors auf der Basis inertialer Rotationsmessung“ entwickelt – soll nun die herkömmlichen Messmethoden in der Seismologie ergänzen und eine neue Beobachtungsgröße, nämlich die Rotationsanteile eines Erdbebens liefern.
Die Berechnungen zur Schwankung der Erdachse, der Nutation, sind in den vergangen Jahrzehnten stetig verbessert worden. Über die ursprüngliche Annahme eines starren Erdkörpers hin zu einem flüssigen Erdkern und eines plastischen Mantels werden inzwischen sogar die Einflüsse von Atmosphäre und Ozeanverteilung mit in die Modellvorstellungen einbezogen. Doch nach wie vor fehlt ein genaues und umfassendes Modell. Dass sich die Erde ständig deformiert und keineswegs eine runde Kugel ist, wissen die Geodäten bereits länger. Doch welchen Einfluss hat dies auf den zeitlichen Verlauf der Rotationsgeschwindigkeit und die Schwankung der Orientierung der Erdachse?
Licht ins Forscherdunkel könnten bald Ringlaser wie der Geosensor bringen. Denn mit dieser Technologie verkürzt sich die Messung der Rotationsgeschwindigkeit der Erde von einem halben Tag auf unter eine Stunde. Damit ist es zukünftig auch möglich, selbst den Einfluss der Gezeiten auf die Rotation oder die durch Massenverlagerungen in der Atmosphäre, Hydrosphäre und Cryosphäre erzeugten Polbewegungen zu erfassen. Der weitere große Unterschied gegenüber den bisherigen Messmethoden: Er ist vergleichsweise billig und lokal zu betreiben, also ohne einen Verbund weiterer Messstationen.
Doch die von den GEOTECHNOLOGIEN geförderten Wissenschaftler der Technischen Universität München wollen mit dem Ringlaser nicht nur wissenschaftliche Grundlagenforschung betreiben. Vielmehr möchten sie als wichtigstes Projektziel die Erdbebenforschung vorantreiben, indem sie erstmalig Rotationssignale von Erdbeben präzise erfassbar machen. Rotationen konnten bislang in der Seismologie nicht gemessen werden, weil eine entsprechende Meßtechnik fehlte. Der Geosensor stellt diese Technik erstmalig zur Verfügung.
Erste Untersuchungen zeigen, dass sich dies auch auf die Konstruktion einsturzsicherer Gebäude auswirken wird. Denn im Vergleich zur herkömmlichen Messtechnik erfasst der Geosensor nicht nur die linearen Wellen eines Bebens, sondern auch seine Rotationsschwingungen. Bislang konnte derEinfluss von Torsionsanregungen auf die Einsturzgefahr von Hochhäusern nicht erfasst werden. Bei Erfolg des Ringlaser-Projekts könnten jedoch diese zusätzlichen Daten zukünftig bei der Modellierung des Gebäudeverhaltens mit berücksichtigt werden.
(TU München – FS Wettzell, GEOTECHNOLOGIEN, 10.12.2004 – AHE)
