Projekt

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Lake Tsunamis: Causes, Controls, and Hazard

Gesuchsteller/in Anselmetti Flavio S.
Nummer 171017
Förderungsinstrument Sinergia
Forschungseinrichtung Institut für Geologie Universität Bern
Hochschule Universität Bern - BE
Hauptdisziplin Interdisziplinär
Beginn/Ende 01.04.2017 - 31.03.2021
Bewilligter Betrag 2'000'862.00
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Alle Disziplinen (5)

Disziplin
Interdisziplinär
Fluiddynamik
Geophysik
Andere Gebiete der Erdwissenschaften
Geologie

Keywords (8)

Tsunami, Wave modeling, Tsunami deposit, Hazard assessment, Earthquakes, Slope stability, Delta sedimentation, Site response

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Die durch die grossen Beben in Sumatra-Andamanen (2004) und Tohoku (2011) ausgelösten Tsunamiwellen machten diese zerstörerische Naturgewalt berühmt und berüchtigt. Was aber weniger bekannt ist: Tsunamis können auch auf Seen auftreten und ähnliche Wellenhöhen wie die marinen Beispiele erreichen. Dieses Sinergia Projekt untersucht die Voraussetzungen, Auslösemechanismen, Prozesse und Auswirkungen dieser Seetsunamis und trägt so zu einer verbesserten Gefahrenabschätzung auch in der Schweiz bei.
Lay summary

Verschiedene historische Quellen bezeugen das Auftreten von Tsunamiwellen in der Schweiz: So querte eine Tsunamiwelle im Jahre 563 den Genfersee, erreichte in Lausanne eine Höhe von 13 m und zerstörte die Brücke in Genf. Im Jahre 1601 trat auf dem Vierwaldstättersee eine 4-5 m hohe Welle auf, die mehrere Menschenleben forderte. Diese und weitere Beispiele zeigen deutlich, dass Tsunamis nicht nur im Meer auftreten, sondern auch in Seen eine Naturgefahr darstellen. Währendem die meisten der marinen Tsunamis durch sich bewegende Erdplatten bei einem Beben ausgelöst werden, werden Seetsunamis vor allem durch die Wasserverdrängung von unterseeischen Hangrutschungen und seerandlichen Bergstürzen ausgelöst. Das Ziel dieses Projektes ist es, die Tsunami-relevanten Prozesse in Seen besser zu verstehen, um schliesslich auch eine bessere Gefahrenabschätzung durchzuführen. Die Ergebnisse werden auch neue Erkenntnisse liefern, die in den Ozeanen angewandt werden können.

 Verschiedene Teilprojekte sind geplant, welche in den Seesystemen der Schweiz i) die Hanginstabilitäten geotechnisch unter dem Einfluss von Erdbeben charakterisieren, ii) die diesbezüglichen Eigenheiten der Hänge vor den grossen Flussmündungen quantifizieren, iii) die Rutschungsmechanik und die damit zusammenhängende Tsunamientstehung und -ausbreitung durch numerische und hydraulische Modelle simulieren, iv) die Spuren vergangener Tsunamis in den Sedimentarchiven der Schweizer Seeküsten identifizieren und datieren und v) alle Erkenntnisse in einem holistischen Rahmen zu einer Naturgefahrenanalyse verbinden werden.

 

 

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 24.01.2017

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Projektpartner

Abstract

This Sinergia proposal aims at unraveling the trigger mechanisms, preconditions, processes and impacts of lake tsunamis, a so far underexplored natural hazard. General tsunami research has traditionally focused on the large ocean megatsunamis, however, historic chronicles document clearly that waves of similar heights also occur on lakes potentially causing widespread coastal damage and even casualties. With a detailed historic database and its extensive previous limnogeologic and paleoseismic research, Central Switzerland offers an outstanding field laboratory to assess the relevant lake-tsunami processes. Results are anticipated to be applicable to other lake districts, and as added bonus, the gained knowledge of underlying processes will contribute to a better general understanding of mass-movement induced tsunami waves in the marine realm. The goals of this project are to understand governing mechanisms of genesis and propagation of tsunamis in lakes by using these continental basins as analogues for their larger marine counterparts. Through a multidisciplinary approach involving limnogeologists, seismologists, geotechnical specialists, hydraulic engineers and hazard specialists from three Swiss and one German research groups, we will develop the key concepts and factors relevant for causes and controls of these tsunamis. Extensive field surveys and field tests using state-of-the-art and newly developed instruments (e.g. ocean bottom seismometers; cone penetration test devices) will investigate how geotechnical, sedimentological and pore-pressure related variability react to dynamic seismic loading and eventually define development of weak layers so that stratigraphic slope-sediment successions fail. The available and to-be-developed instruments stem from a cooperation with a research group from one of the leading German marine technologic research centers (Marum, Bremen). Previous studies in lakes documented a highly variable distribution of susceptibility of lake slopes towards failure. This project will quantify the threshold conditions on lateral lake slopes, which usually fail coseismically. In addition, we also include and discern delta slopes, which are known to have failed spontaneously, likely induced by rapid loading of river-derived particles or redistributing sediment flows. Transient bathymetry of modern delta sedimentation will be surveyed in quasi-4D in order to quantify how delta slopes recharge eventually causing overloading. All knowledge gained on slope instabilities will be used as input parameters into numerical models of tsunami-wave propagation and inundation. Existing numeric codes will be modified and improved to better simulate wave propagation in these confined deep basins. Moreover, hydraulic models in the laboratory will yield novel insights into wave development and controls. Combining numeric and hydraulic models by iterative comparison of the results will form a highly innovative approach. Data obtained in the various work packages will be compared and validated by the analysis of coastal tsunami layers that were deposited in near-shore depressions. New lake-sediment-tailored methodologies will be developed to identify these tsunami deposits, eventually leading to a tsunami-event stratigraphy of the postglacial epoch (~15'000 yrs). All results will eventually be fed into the development of the first holistic framework for probabilistic tsunami hazard assessment. The results from process understanding, different modeling methods and data developed in the project will provide the baseline for assessing the risks for people, lifelines and structures along lakeshores and coasts. This process will define the needs and benefits of potential mitigation strategies.