Forschung bringt neue Erkenntnisse zur Bodenverflüssigung bei Erdbeben

Bodenverflüssigung, ein zerstörerisches Phänomen, das bei Erdbeben auftritt, wird traditionell mit nicht entwässerten Bedingungen in der Nähe des Erdbeben-Epizentrums in Verbindung gebracht. Jedoch, neue Forschung Die von Dr. Shahar Ben-Zeev an der Hebräischen Universität Jerusalem und der Universität Straßburg durchgeführte Studie brachte eine bemerkenswerte Entdeckung zutage: Verflüssigung kann unter entwässerten Bedingungen selbst bei bemerkenswert niedrigen seismischen Energiedichten auftreten. Diese Forschung bietet eine umfassende Erklärung für Erdbeben-Fernfeldverflüssigungsereignisse, die Wissenschaftlern seit langem Rätsel aufgeben.

Die Arbeit ist veröffentlicht in Naturkommunikation.

Bodenverflüssigung ist eine Naturgefahr, die häufig bei Erdbeben auftritt. Die Verflüssigung ist eines der verheerendsten erdbebenbedingten Phänomene. Während und nach der Verflüssigung sinken, schwimmen und kippen Gebäude und Infrastrukturen, der Boden kann sich ausdehnen und reißen, sich setzen oder einen Erdrutsch auslösen. Verflüssigungsschäden führen häufig zu zahlreichen menschlichen Verlusten, zur Zerstörung von Lebensadern und zu wirtschaftlichen Verlusten, die zur völligen Aufgabe ehemals bewohnter Gebiete führen können, was eine erhebliche Herausforderung für die Widerstandsfähigkeit der Gemeinschaft darstellt.

Traditionell wurde die Verflüssigung als ein vorwiegend undrainierter Prozess verstanden, der unter Bedingungen hoher Energiedichte abläuft. Diese konventionelle Sichtweise ließ viele Erdbebenverflüssigungsereignisse ungeklärt, insbesondere solche, die weit vom Erdbeben-Epizentrum entfernt auftraten, wo die Energiedichte deutlich geringer ist.

Dr. Shahar Ben-Zeev führte diese Forschung unter der Leitung von Prof. Einat Aharonov von der Hebräischen Universität Jerusalem, Prof. Renaud Toussaint von der Universität Straßburg und Prof. Liran Goren von der Ben-Gurion-Universität durch und stellte damit konventionelle Meinungen in Frage.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass es unter entwässerten Bedingungen tatsächlich zu einer Verflüssigung kommen kann, selbst bei niedrigen seismischen Energiedichten. Seismisches Schütteln unter entwässerten Bedingungen erleichtert den interstitiellen Flüssigkeitsfluss im Boden, was zur Entwicklung übermäßiger Porendruckgradienten und anschließendem Verlust der Bodenfestigkeit führt. Die Entwässerungsverflüssigung erfolgt schnell und wird durch die Geschwindigkeit der seismischen Energieinjektion beeinflusst.

Diese Erkenntnisse haben wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis der Bodenverflüssigung. Durch die Betrachtung der Bodenverflüssigung unter einem Spektrum von Entwässerungsbedingungen können wir nun ihr Potenzial und die damit verbundenen Gefahren genauer einschätzen. Diese Forschung eröffnet neue Möglichkeiten für die Erdbebenplanung und -vorsorge und trägt dazu bei, die mit der Bodenverflüssigung verbundenen Risiken in Regionen zu mindern, die anfällig für seismische Aktivitäten sind.

Was diese Studie auszeichnet, ist ihre einzigartige Kombination aus theoretischer Arbeit, numerischen Simulationen und experimenteller Validierung.

Darüber hinaus gewinnt diese Forschung in einer Zeit, in der der Bau von Landgewinnungsflächen und künstlichen Inseln, die beide sehr anfällig für Bodenverflüssigung sind, ständig zunimmt, noch an Bedeutung.

Da sich die meisten Erdbeben der Vergangenheit vor der modernen Instrumentenära ereigneten, verlassen sich Seismologen bei der Erstellung vollständiger Erdbebenkataloge stark auf die Interpretation geologischer Merkmale. Diese bahnbrechende Studie verändert unser Verständnis der Bedingungen, die möglicherweise zu verflüssigungsbedingten geologischen Merkmalen geführt haben, grundlegend und erfordert daher eine Überarbeitung der geschätzten Erdbebenstärke, die mit Standardmethoden berechnet wird.

Die Arbeit von Dr. Shahar Ben-Zeev trägt erheblich zu unserem Verständnis der erdbebenbedingten Bodenverflüssigung bei und unterstreicht die Notwendigkeit, die Bewertungen des Verflüssigungspotenzials neu zu bewerten. Diese Forschung bietet unschätzbare Erkenntnisse zur Bewältigung einer der zerstörerischsten Folgen von Erdbeben und gibt Anlass zur Hoffnung auf eine verbesserte Widerstandsfähigkeit in erdbebengefährdeten Gebieten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verständnis der Bodenverflüssigung von entscheidender Bedeutung ist, da sie sich direkt auf die öffentliche Sicherheit, die Widerstandsfähigkeit der Infrastruktur, die Wasserressourcen und die Fähigkeit auswirkt, Erdbebenfolgen in gefährdeten Regionen zu bewältigen und abzumildern. Diese Forschung erweitert unser Verständnis erheblich und liefert wichtige Erkenntnisse für die Erdbebensicherheit und Katastrophenvorsorge.