Klimaforschung mit Seismographen

Die Hurrikan-Aktivität variiert von Jahr zu Jahr und von Dekade zu Dekade so stark, dass es schwierig ist, langfristige Trends aus den bisherigen Aufzeichnungen zuverlässig abzuleiten. Globale Satellitendaten reichen nur bis in die 1960er Jahre zurück. Forscher der Princeton University und der Columbia University arbeiten derzeit an einer Methode, aus historischen Seismograph-Aufzeichnungen Trends in der Stärke und Frequenz von Hurrikanen abzuleiten.

Die Methode könnte historische Informationen über die Aktivität tropischer Stürme liefern und möglicherweise zuvor unbekannte Trends aufdecken. Dies könnte die Vorhersage von Hurrikansaisons in Zukunft verbessern.

Alte Seismographen verwendeten ein großes Pendel, das an einem geerdeten Rahmen aufgehängt war. Das Pendel blieb stehen, während sich der Rahmen mit der Erschütterung der Erde bewegte. An dem Pendel befestigt zeichnete ein Stift die Bewegungen auf eine Papiertrommel, die mit dem beweglichen Rahmen verbunden war, so entsteht ein “Seismogramm”.

Moderne Instrumente verwenden keine Pendel mehr, aber sie folgen demselben Prinzip. Wenn ein seismisches Ereignis auftritt, erzeugen Unterschiede in der relativen Bewegung zwischen einem Gewicht und einem geerdeten Rahmen ein elektrisches Signal, das ein Computer dann in ein Seismogramm umsetzt. Sowohl alte als auch moderne Seismometer nehmen starke seismische Ereignisse als starke Ausschläge auf.

Wenn ein Seismograph das Hintergrundrauschen der Erde aufzeichnet, werden andere Signale sichtbar. Diese normale alltägliche Aktivität wird als “seismisches Umgebungsrauschen” bezeichnet. Viele Quellen tragen zu diesem seismischen Umgebungslärm bei, aber die Hauptursache sind Meereswellen, die miteinander in Wechselwirkung treten und Druckkräfte in Richtung des Meeresbodens senden.

Während eines tropischen Wirbelsturms treten große und starke Wellen auf. Heftige Wellenkollisionen erzeugen seismische Signale, die gerade genug über dem Umgebungsrauschen liegen. Diese werden identifiziert und zur Analyse der Stärke von Hurrikanen verwendet.

Während Geologen seit dem frühen zwanzigsten Jahrhundert wissen, dass Wirbelstürme diese seismischen Spuren hinterlassen, gab es bisher meist nur Fallstudien, die die seismischen Details eines Sturms beschrieben. Das aktuelle Forscherteam von Seismologen, Atmosphärenforschern und Statistikern hat sich jetzt das Ziel gesetzt, alle tropischen Wirbelstürme der Stärke 1 oder höher aus Seismogrammen zu identifizieren.

Das Team verwendete Daten aus den Jahren 2000 bis 2010, um einen Datensatz aller Taifune im Pazifik zu erstellen. Unter Verwendung von Satellitendaten wurden die Segmente der seismischen Aufzeichnung identifiziert, die mit diesen Stürmen übereinstimmten. Daraus konnte ein Modell entwickelt werden, das die Stärke der Stürme aus dem seismischen Signal ableitet. Ein Test dieses Modells mit den Daten für die Jahre 2011-2012 lieferte gute Ergebnisse.

Seismische Daten werden seit Beginn des 20. Jahrhunderts gesammelt. Die Forscher hoffen, einige dieser historischen Aufzeichnungen ausfindig zu machen und frühere Stürme klassifizieren zu können. Gegenwärtig arbeitet das Team daran, die Technik zu verfeinern und sie auf andere Ozeane auf der ganzen Welt anzuwenden. Das Ziel ist, einen zuverlässigen Trend der globalen Sturmaktivität abzuleiten.


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