Unbedeutender direkter Schaden durch die Erdbeben

Messungen deuten stark darauf hin, dass die Schäden an Bauwerken in Grindavík, die durch die jüngsten Erdbeben verursacht wurden, in erster Linie auf die Risse in der Stadt zurückzuführen sind, die während des Vormarsches des Lavastroms am 10. November letzten Jahres und jetzt am 14. Januar entstanden sind. Schäden an Bauwerken, die weit von Rissen entfernt sind, sind auf den ersten Blick unbedeutend und werden direkt durch Erdbeben und die Bewegungen und Belastungen verursacht, die seismische Wellen auf die Bauwerke ausüben.

Das sagt Benedikt Halldórsson, Erdbebeningenieur und Leiter der Erdbebenrisikoabteilung beim isländischen Wetteramt, in einem Interview mit mbl.is, während Benedikt Forschungsprofessor an der Fakultät für Umwelt- und Bauingenieurwesen der Universität Island ist.

Bewertet die Auswirkungen von Erdbebenbewegungen

Er untersucht seit vielen Jahren die Belastung, die Erdbebenbewegungen auf Bauwerke in Städten in Erdbebengebieten haben, und hat beispielsweise in Hveragerði, Húsavík und Grindavík ein dichtes Netz von Seismometern aufgebaut – eine Art Metermatrix.

Kurz vor dem Suðurland-Erdbeben im Jahr 2008 installierte er 13 Messgeräte in Hveragerði und kurz vor dem größten Erdbeben im Norden, das seit etwa 30 Jahren im Winter 2012-2013 andauerte, installierte er ein Messgerätenetzwerk in Húsavík. Als im Februar 2021 Erdbeben auf der Halbinsel Reykjanes begannen, installierte Benedikt sechs Seismometer in ganz Grindavík.

Der Zweck der Messgerätefelder in den Städten besteht darin, Erdbebenbewegungen in verschiedenen Gebieten innerhalb der Städte zu untersuchen und zu entscheiden, ob die Installation eines Messgeräts in den Städten ausreicht, da die Auswirkungen von Erdbebenbewegungen überall gleich sind, oder ob die Auswirkungen gleich sind nicht dasselbe wie für mehr Messgeräte erforderlich.

„Wir wissen, dass die Schichten einen Einfluss auf die Erdbebenbewegungen haben, daher kann man davon ausgehen, dass die Bewegungen unterschiedlich ausfallen, wenn verschiedene Stadtteile auf unterschiedlichen Fundamenten stehen.“

Benedikt äußert sich positiv, dass die Messungen bestätigen, dass an Bauwerken innerhalb von Grindavík nicht mit großen direkten Erdbebenschäden zu rechnen sei. Die Schäden werden vor allem durch Risse verursacht, insbesondere an den Stellen, die die beiden sich in der Stadt gebildeten Sicheltäler begrenzen.

Unterhalb von Grindavík liegen zwei Sicheln.
Karten-/Wetteramt von Island

Die übermäßige Stärke des isländischen Baustils

Er erklärt, dass die übermäßige Festigkeit der Bauwerke hier auf den isländischen Baustil zurückzuführen sei. Dabei handelt es sich um niedrige, starre Gebäude mit leichten Dächern und relativ dicken Wänden, um beispielsweise die Wärme im Inneren zu halten.

Ein weiterer Schadenswert, der durch Risse verursacht wird. Benedikt beschreibt es als die Tatsache, dass sich Risse weiter bewegen können, wenn die Erdkruste durch Erdbeben geschwächt wurde, insbesondere wenn es eine Magmabewegung gibt, die die Risse bewegt, und zwar innerhalb weniger Stunden oder Tage. Die Daten zeigen, dass das größte Beben einen großen Spalt aufbrach, der vom Magma genutzt wurde, und sich in den nächsten Stunden und Tagen noch weiter bewegte.

Als Geophysiker durch und durch, mit einem Master-Abschluss in Ingenieurwissenschaften und einem Doktortitel in Erdbebentechnik, ist Benedikt sowohl auf der geowissenschaftlichen als auch auf der ingenieurwissenschaftlichen Seite, wenn es um Erdbebenstudien geht, aber sein Studienfach ist an der Universität von Island ist Ingenieurseismologie.

Auf diese Weise untersucht er Erdbeben einerseits als Geophysiker und andererseits als Seismologe, der untersucht, was unter der Erde passiert – dass die Erdkruste plötzlich bricht und Erdbebenwellen aussendet. Allerdings untersucht er Erdbeben als Erdbebeningenieur, der die Bewegungen und Erschütterungen an den Stellen, an denen sich die Bauwerke befinden, sowie die Auswirkungen und Belastungen auf sie untersucht.

Erdbeben und Erdbeben

„Im Englischen sprechen wir einerseits von ‚earthquake‘, wenn die Erdkruste plötzlich aufbricht, und von ‚ground shaking‘ andererseits von den Bewegungen und Erschütterungen aus größerer Entfernung“, sagt Benedikt, allerdings auf Isländisch Für beide Phänomene verwenden wir den Begriff Erdbeben.

Benedikt beendete die Installation des Messfelds in Grindavík am 12. März 2021, doch das letzte große Erdbeben der Serie hatte seinen Ursprung in der Nähe von Festarfjall, einige Kilometer östlich von Grindavík, zwei Tage später und betrug 5,4. Auf diese Weise gelang es ihm, das Erdbeben zu messen, aber durch die Messung der Bewegungen in der Stadt bekommt er, wie er sagt, eine genaue Vorstellung von der Belastung, die das Erdbeben auf die Bauwerke ausübt.

„Diese Messgeräte werden im Keller von Bauwerken direkt am Fundament angebracht und messen dort die Erschütterungen. Dann muss das Haus geschüttelt werden“, sagt Benedikt.

Häuser in Island sind für Erdbebenbewegungen ausgelegt. Wenn sie jedoch sehr stabil werden und die Konstruktionsanforderungen weit übertreffen, besteht ein größeres Risiko für Erdbebenschäden, Risse in den Wänden und weitere Schäden. Auf diese Weise ist es möglich, durch direkte Messungen an mehreren Orten innerhalb von Städten zu beurteilen, wo die Erdbebenbelastung auf die Bauwerke wirkte, und diese mit den jeweils erstellten Entwurfskriterien zu vergleichen.

Pflegeheim Víðihlíð in Grindavík, Schäden an Bauwerken werden hauptsächlich durch Risse verursacht, insbesondere durch Risse, die die beiden Sicheltäler abgrenzen, die sich in der Stadt gebildet haben.
mbl.is/Kristinn Magnússon

Der Stress rund um die Designkriterien

Benedikt sagt, dass die Erdbebenbewegungen beim Erdbeben vom 14. März 2021 anhand von Entwurfskriterien für Häuser in der Stadt gemessen wurden. Er sagt, dass in einigen Fällen die Entwurfskriterien niedriger und in anderen Fällen höher waren, die Verteilung jedoch ungefähr den Entwurfskriterien entsprach und die Belastung der Strukturen so hoch war, wie sie entworfen worden waren.

Grindavík liegt auf Lava, aber Benedikt und seine Kollegen haben kürzlich einen wissenschaftlichen Artikel veröffentlicht, der sich mit der Hauptgeologie der Oberfläche hier in Island befasst, d. h. altes Gestein, jüngeres Gestein, Lava und Erde oder Sand haben einen Einfluss auf die dadurch verursachten Erschütterungen ein Erdbeben. Auf verschiedenen Oberflächen treten unterschiedliche Erschütterungen auf.

Er sagt, Lava sei insofern etwas Besonderes, als sie sich wie Gestein verhalte, sich aber stärker bewege. „Das macht vielleicht einen Unterschied von 50 %“, sagt Benedikt. Er sagt, es sei in Hveragerði gut gesehen worden. Er sagt auch, dass auch der Untergrund der Lava einen Einfluss hat, also ob es sich unter der Lava um weiche oder härtere Schichten handelt.

„Wir haben bestimmte Modelle, die vorschreiben, wie die Bewegungen sein sollen, und die Bewegungen in Grindavík entsprechen diesen Modellen, außer bei einer Frequenz.“ Man kann sagen, dass wir etwas mehr Bewegungen messen, was in Wirklichkeit der Frequenz der sogenannten Co-Oszillation mit den seismischen Wellen und den obersten Lavaschichten entspricht.“

Fast ständiges Zittern

Als sich am 10. November letzten Jahres nördlich von Grindavík und unter der Stadt ein schweres Erdbeben ereignete, passierten laut Benedikt zwei Dinge. Einerseits lag der Ursprung der Erdbeben näher bei Grindavík und andererseits in geringerer Tiefe. Auf diese Weise fühlten die Menschen mehr mit ihnen.

Als sich das größte Erdbeben dieses Ereignisses ereignete und die Spalte brach, die von der Sundhnúka-Kraterreihe nach Südwesten durch die Siedlung in Grindavík verläuft, kam es zu einer starken Zunahme der Verformung in der Gegend. Benedikt sagt, dass dann das Magma richtig losging und die Erdkruste davor aufbrach.

Andri Már Helgason bei einem der vielen Risse in seinem Haus in Grindavík. Nach dem größten Erdbeben des Ereignisses am 10. November letzten Jahres kam es mehrere Stunden lang zu nahezu ständigen Erschütterungen. Die Belastung übertraf die aktuellen Bemessungskriterien für Neubauten deutlich.

mbl.is/Eggert Jóhannesson

„Danach gab es mehrere Stunden lang fast ununterbrochenes Zittern.“ Dies war die größte Anzahl seismischer Messungen, die wir in Grindavík gesehen haben, und bei einigen Erdbeben übertraf die Belastung die aktuellen Entwurfskriterien für Neubauten erheblich.“

Er sagt jedoch, dass die Designstandards im Laufe der Zeit gestiegen seien und die Belastung daher doppelt so hoch gewesen sei wie die Designstandards älterer Gebäude. Im Vergleich zur Belastung von Bauwerken durch das Suðurland-Erdbeben im Jahr 2008 ergaben Messungen in Hveragerði laut Benedikt, dass die Belastung zwei- bis fünfmal höher sei als in den Entwurfskriterien angenommen. „Allerdings gab es in Hveragerði viel weniger Schäden als erwartet, und die Diskussion über Grindavík und die Erdbeben entspricht jetzt unseren Erwartungen.“