Deutsche IMS-Station: Seismische Primärstation GERES (PS19)
Lage der Station GERES im Bayerischen Wald nordöstlich von Passau. Am gleichen Ort wird auch die Infraschallstation I26DE betrieben. Quelle: BGR
GERES ist eine von 50 seismischen Primärstationen des weltweiten Stationsnetzes zur Überwachung
des CTBT.
Im Unterschied zu den seismischen Hilfsstationen werden die Messdaten kontinuierlich mit wenigen Sekunden
Zeitverzögerung an das IDC der
CTBTO
nach Wien sowie an das deutsche NDC
nach Hannover übertragen.
Entsprechend der Nomenklatur dieses Vertrages erhielt die Station den zusätzlichen Namen PS19.
Gemessen werden an dieser Station seismische Wellen, die durch Erdbeben oder Explosionen entstehen
und sich im Erdinneren ausbreiten.
Standort:
48.84° nördlicher Breite
13.70° östlicher Länge
933 - 1132 m über NN
Das Gebäude auf dem Sulzberg beherbergt
alle zentralen technischen Einrichtungen der
Datenerfassung und der Kommunikation.
Quelle: BGR
GERES wurde bei der Ortschaft Haidmühle nahe dem Dreiländereck Deutschland - Österreich - Tschechien im Gebiet rund um den Sulzberg errichtet. Die Lage der einzelnen Messstellen auf dem anstehenden Festgestein (Gneis und Granit) des Böhmischen Massivs gewährleisten eine ausgezeichnete Ankopplung der Seismometer an den Untergrund. und damit eine ideale Aufzeichnung der ankommenden Signale. Darüber hinaus weist dieser Standort einen niedrigen Störpegel auf. Diese günstigen Bedingungen machen GERES zur empfindlichsten seismischen Messeinrichtung in Mitteleuropa.
Konfiguration:
GERES ist ein so genanntes seismisches Array. Es besteht aus 25 einzelnen Messstationen, die auf konzentrischen Kreisen mit den Radien 200m, 430m, 925m und 1988m angeordnet sind. Die maximale Ausdehnung beträgt etwa 4 km. Auf Grund der örtlichen Gegebenheiten war eine exakte Positionierung der Messstellen auf den Kreisen nicht in jedem Fall möglich.
Bild links: Lage der 25 Messstationen des seismischen Arrays auf vier konzentrischen Kreisen (blaue Punkte). Die 5 Messstationen des Infraschallarrays I26DE (rote Punkte) liegen im nordöstlichen Bereich von GERES. Quelle: BGR
Meilensteine:
1987 - 1988
Vorerkundungen und Auswahl eines geeigneten Standortes.
1988 - 1989
Betrieb eines Testarrays mit neun Elementen für die Bestimmung der Konfiguration des endgültigen Arrays.
1989 - 1991
Aufbau des Arrays.
22. Juni 1992
Offizielle Eröffnung des Arrays anlässlich des GERESS-Symposiums in Waldkirchen, Deutschland.
1997
Übernahme und Weiterbetrieb des Arrays durch die BGR.
2002
Modernisierung des Arrays. Austausch der Analog-Digital-Wandler an den Messstationen und Verbesserung der Inter-Array-Kommunikation.
16. Dezember 2002
Zertifizierung - Die CTBTO bestätigt nach umfassender Überprüfung der technischen Ausstattung, Zuverlässigkeit und der Datenqualität, dass GERES alle Anforderungen einer IMS-Station erfüllt.
25. März 2003
Integration der Station in den Routinebetrieb des IDC der CTBTO.
Historie:
Im Jahr 1985 wurde von der BGR vorgeschlagen, in Deutschland eine moderne hochempfindliche Messstation für die Registrierung von Signalen von Erdbeben und unterirdischen Kernwaffentests zu bauen. Das Projekt fand damals in Deutschland wenig Unterstützung. In den Vereinigten Staaten von Amerika wurde der Vorschlag jedoch aufgegriffen und von der DARPA (Defense Advanced Research Project Agency, Washington) finanziell gefördert. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit der Southern Methodist Universität in Dallas, Texas, und der Ruhr Universität Bochum, Deutschland, wurde die Messstation 1991 in Betrieb genommen. Sie erhielt den Namen GERESS (GERman Experimental Seismic System). Aufgrund der internationalen Namenskonvention für seismische Stationen wird offiziell nur der 5-buchstabige Code GERES verwendet. GERES ist Teil eines Systems von Arrays ähnlicher Konfiguration, zu denen in Skandinavien auch NORES, ARCES und FINES gehören.
Design der Messanordnung:
Durch die räumliche Verteilung mehrerer Einzelstationen und deren geeignete Zusammenschaltung hat ein Array die Eigenschaften einer seismischen Empfangsantenne. Auf Grund der günstigen Registrierbedingungen wurde die maximale Ausdehnung des Arrays größer gewählt als die der skandinavischen Arrays. Damit wird ein optimales Detektions- und Lokalisierungsvermögen für seismische Signale erreicht. Diese Fähigkeit wird in der so genannten Array-Antwortfunktion deutlich. Die Hauptenergie fokussiert sich in einem engen zentralen Maximum umgeben von einem breiten Bereich, in dem die Energie unterdrückt wird. Selbst schwache, aus großen Entfernungen am Array eintreffende seismische Signale lassen sich dadurch sehr gut detektieren und die Richtung sowie die Geschwindigkeit ermitteln.
Geometrische Anordnung der 25 Messstationen (links) und die daraus resultierenden Array-Antwortfunktion (rechts). Quelle: BGR
Instrumentierung:
An jeder Messstelle des Arrays befindet sich ein Schacht mit einer Tiefe von 3 - 5m,
abhängig von den örtlichen Gegebenheiten, in dem sich die elektrischen Geräte befinden und
die Seismometer aufgestellt sind.
Es werden kurzperiodische Seismometer vom Typ GS13 eingesetzt, welche die vertikale Bodenbewegung
aufzeichnen. An drei Standorten des äußeren Rings (GED1, GED4 und GED7) und an der Messstelle GEA2 sind
jeweils zwei weitere Seismometer gleichen Typs installiert, die die Bodenbewegung in
Nord-Süd- bzw. Ost-West-Richtung aufzeichnen. An der Referenzstation GEC2 ist
zusätzlich ein Drei-Komponenten Breitband-Seismometer STS-2 installiert.
Im Unterschied zu den Instrumenten des Typs GS13 zeichnet das STS-2 Seismometer die seismischen Signale
in einem sehr breiten Frequenzbereich auf.
Die Daten aller Messstationen werden über Glasfaserkabel zum Gebäude auf dem Sulzberg zur
zentralen Datenerfassung und Kommunikation übertragen und simultan sowohl an das
IDC der
CTBTO
nach Wien als auch an das deutsche NDC
nach Hannover weitergeleitet.
Zugang zum Schacht an einer Messstation. Quelle: BGR
Der Schacht an jeder Messstation bietet Platz für die elektronischen Geräte (weisser Schrank). Die Seismometer stehen auf dem Betonfundament mit einer guten Ankopplung an den Untergrund. Quelle: BGR
Registrierung:
Karte mit dem Explosionsort des U-Bootes "Kursk" und dem Standort des GERES-Arrays. Der Laufweg der seismischen Signale betrug 2657 km. Quelle: BGR
Am 12 August 2000 ereignete sich auf dem U-Boot "Kursk" der Russischen Marine in der Barents See eine Explosion. Keine andere Seismometerstation in Deutschland außer GERES war in der Lage, Signale dieser Explosion aus einer Entfernung von 2657 km zu registrieren. Sie sind jedoch nur auf der so genannten Summationsspur (engl. Beam) zu erkennen. Der Beam wird aus der Summe der Einzelregistrierungen gebildet, die zeitlich so verschoben werden, dass sich das interessierende Signal verstärkt und das Hintergrundrauschen abschwächt. Damit konnte die Richtung und Geschwindigkeit der registrierten Signale ermittelt und eindeutig dieser Explosion zugeordnet werden. Zusammen mit Registrierungen von anderen Stationen in der näheren Umgebung der Explosion war es möglich, die Hintergründe für das Unglück aufzudecken.
Die aus den Registrierungen der Einzelstationen des GERES-Arrays ermittelte Summationsspur. Der Beginn des Signals von der Explosion auf dem U-Boot "Kursk" ist rot markiert ('P'). Quelle: BGR