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Windenergieanlagen und Erdbebenmessstationen

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In dem Fachbeitrag „Windenergieanlagen und seismologische Stationen – Übersicht, Hintergrund und Ausblick“ klärt die Energieagentur.NRW über den derzeitigen Umgang mit Erdbebenmessstationen in Nordrhein-Westfalen auf. Nachdem die Landesregierung im Windenergieerlass vom 4. November 2015 die Beteiligung des Geologischen Dienstes im Planungs- und Genehmigungsverfahren empfohlen hatte, entfaltete das Thema eine große Relevanz für die Windenergieplanung. Der Fachbeitrag arbeitet die Bedeutung und Funktionsweise von Erdbebenmessstellen auf und gibt einen Ausblick zum Umgang mit dem Konflikt.

Wie werden Erdbeben

Wie werden Erdbeben gemessen? Zur Beschreibung der Stärke von Erdbeben wurden zumindest zwei Messgrößen entwickelt. Am bekanntesten sind die Magnituden nach Richter (sog. Richter- Skala), die auf den Seismologen Charles Francis Richter zurückgehen. Die Magnitude ist ein Maß für die beim Beben freigesetzte seismische Schwingungsenergie. Zur Bestimmung der Magnitude müssen die Bodenbewegungen eines Erdbebens mit Seismometern gemessen werden. Die zweite Messgröße, welche in Deutschland zur Einstufung von seismischen Ereignissen herangezogen wird, ist die makroseismische Skala (z. B. die Europäische Makroseismische Skala EMS 98). Im Gegensatz zur Richter- Skala gibt die makroseismische Skala die Wirkungen der Erdbeben an einem bestimmten Standort mit Intensitätswerten an. Diese Einstufung beruht auf menschlichen Beobachtungen wie z. B. Spürbarkeit und Schäden. Seismometer nutzen das Prinzip der Trägheit einer an einer Feder aufgehängten Masse, um die Erschütterung der Erde zu messen. Dabei können der Schwingweg, die Schwinggeschwindigkeit oder die Schwingbeschleunigung aufgezeichnet werden. Die Konstruktion moderner Seismometer erlaubt die Registrierung kleinster Bodenbewegungen von einigen Nanometern (Schwingweg) oder Nanometern pro Sekunde (Schwinggeschwindigkeit), also im Bereich von millionstel Millimetern (vergleichbar mit dem Durchmesser von Atomen). Aus den gemessenen Amplituden der Schwinggeschwindigkeiten und der Entfernung zum Erdbebenherd wird die Stärke des Erdbebens (Magnitude) ermittelt, die wegen des großen Dynamikbereichs in einem logarithmischen Maß angegeben wird, das heißt log(10) = 1 und log(10 9 ) = log(1000 000 000) (1 Milliarde) = 9. Wenn sich also die Magnitude eines Bebens um 1 ändert, dann wird – verkürzt gesagt – die Geschwindigkeit der Bodenschwingungen zehnmal größer oder kleiner, für die umgesetzte Energie ist dies sogar ein Faktor 30. Die Lage eines Erdbebenherdes wird durch die geografischen Koordinaten (Längen- und Breitengrad) und die Herdtiefe (in Kilometer) lokalisiert. Der Punkt im Erdinneren, an dem der Bruch der Gesteine begann, wird als Hypozentrum, der Punkt genau darüber an der Erdoberfläche als Epizentrum bezeichnet. Im Erdbebenherd werden verschiedene seismische Wellentypen erzeugt, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten vom Erdbebenherd ausbreiten. Um den Ort eines Bebens zu bestimmen, sind in der Regel mindestens drei Messstationen notwendig. Wird die berechnete Entfernung zum Epizentrum auf einer Karte als Kreis um die Stationen dargestellt, liegt der Erdbebenherd im Schnittpunkt der Kreise, wenn das Hypozentrum nahe an der Erdoberfläche liegt. Bei tiefen Beben ergibt sich eine Schnittfläche. Moderne Computerprogramme können heutzutage die Lage und Stärke von Erdbeben innerhalb von wenigen Minuten berechnen. Moderne Erdbebenmessstellen zeichnen die Bodenbewegungen kontinuierlich auf und speichern die Daten in digitaler Form (meist 200 Werte pro Sekunde). Die meisten Betreiber stellen ihre Messreihen der Öffentlichkeit und Wissenschaftlern auf der ganzen Welt zur Verfügung und informieren über die vergangenen Erdbebenereignisse (Erdbebenkataloge). Wer betreibt seismologische Stationen in Nordrhein-Westfalen? In Nordrhein-Westfalen gibt es verschiedene Betreiber seismologischer Stationen mit unterschiedlichen Aufgaben- und Fragestellungen. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen öffentlichen Messstellenbetreibern und Stationen von Universitäten zur Untersuchung von Emissionen sowie privaten Anlagenbetreibern, die eingehende Erschütterungen (Immissionen) registrieren. Das Landesamt für Umwelt, Natur und Verbraucherschutz NRW (LANUV NRW) bietet unter www.energieatlasnrw.de weitere Informationen zu den Standorten sowie Prüfradien der windplanungsrelevanten Erdbebenmessstellenbetreiber an. Im Folgenden werden die für die WEA-Planung zu beachtenden Messstellen vorgestellt: Geologischer Dienst Nordrhein-Westfalen Der Geologische Dienst Nordrhein-Westfalen (GD NRW) ist als Fachbehörde des Landes zuständig für die Erdbebenüberwachung und die Bewertung der Erdbebengefährdung in NRW. Zur Erdbebenüberwachung betreibt der GD NRW das Erdbebenalarmsystems (EAS NRW). Das System generiert bei Beben ab einer Magnitude 3 nach Richter vollautomatisch Erdbebenmeldungen, die den zuständigen Dienststellen des Landes innerhalb weniger Minuten belastbare Informationen zu Ort, Stärke und Auswirkungen des Erdbebens zur Verfügung stellen. Das Lagezentrum der NRW-Landes- 6 EA.paper # 6 | Juli 2016 | Windenergieanlagen und seismologische Stationen

EA.paper # EA.paper # 66 regierung und die Landesleitstelle der Polizei können dann geeignete Hilfsmaßnahmen einleiten und die Bürgerinnen und Bürger informieren. Das Erdbebenalarmsystem (EAS NRW) wurde vom GD NRW im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft, Energie, Industrie, Mittelstand und Handwerk des Landes Nordrhein-Westfalen entwickelt und am 28. Mai 2015 in Betrieb genommen. Eine weitere Aufgabe des GD NRW ist die Bewertung der Erdbebengefährdung in Nordrhein- Westfalen. Dazu wird die Erdbebenaktivität analysiert, um so eine standortspezifische Erdbebengefährdung zu ermitteln. Die Erdbebengefährdung bedeutet die Wahrscheinlichkeit des Eintretens oder Überschreitens von Bodenbewegungen einer bestimmten Stärke innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls. Das jeweils angesetzte Gefährdungsniveau beruht auf einem Kompromiss, der festlegt, wie viel Restrisiko die Gesellschaft zu tragen bereit ist. Die Ergebnisse sind Bestandteil von Stellungnahmen und Gutachten, die der GD NRW als Bemessungsgrundlage erstellt. In Zusammenarbeit mit dem Mi- nisterium für Bauen, Wohnen, Stadtentwicklung und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen gibt der GD NRW die „Karte der Erdbebenzonen und geologischen Untergrundklassen der Bundesrepublik Deutschland“ heraus, die Einfluss nimmt auf die technischen Baubestimmungen des Landes. Weiterhin gehört die Registrierung bergbauinduzierter seismischer Ereignisse im Rheinischen Braunkohlerevier und im Steinkohlerevier der Ruhr zu den Aufgaben, mit denen der Dienst beauftragt ist. Auf den Internetseiten des Geologischen Dienstes NRW unter www.gd.nrw.de werden Informationen über die registrierten Erdbeben, die Meldungen des EAS NRW sowie eine Übersicht über das Stationsnetz veröffentlicht. Das Stationsnetz umfasst 15 Standorte, von denen 13 im Westen von NRW in der Niederrheinischen Bucht und in den angrenzenden Gebieten des Rheinischen Schiefergebirges liegen. Zwei weitere Stationen wurden 2006 im Norden von Rheinland-Pfalz eingerichtet. Für Planungszwecke können die konkreten Standortkoordinaten der einzelnen Stationen beim GD NRW angefordert werden. Erdbebenmessstellen des Geologischen Dienstes Nordrhein-Westfalen Lokale Kennung Lage Prüfbereich in km ACN Aachen 5 ENTS Ennepetalsperre 5 GSH Großhau 5 HES Hespertal 10 JCK Jackerath 2 OLFT Oleftalsperre 5 PLH Pulheim 10 RWB Rathaus Wassenberg 2 SORT Sorpetalsperre 5 TDN Todenfeld 10 URT Urfttalsperre 5 WBS Wahnbachtalsperre 10 XAN Xanten 2 Stand Juni 2016, Quelle: Gemeinsamer Erlass des MWEIMH und MKULNV vom 17.03.2016 EA.paper # 6 | Juli 2016 | Windenergieanlagen und seismologische Stationen 7

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