Bemerkungen zum M 7.7 Erdbeben bei Awaran (Pakistan) vom 24.09.2013

Abb. 1 Hauptstoß des Erdbebens vom 24.09.2013 11:29 UTC (USGS, 2013) und historische Erdbeben nach (USGS, 2006); Weitere Datenquellen der Karte, s. (Becker et al., 2009; gadm.org, 2012; USGS, 2009)

Das Erdbeben vom 24. September mit Epizentrum ca. 300 km nordwestlich von Karachi erreichte mit der Magnitude 7.7 (USGS, 2013) eine bemerkenswerte Stärke. Das Epizentrum liegt in einem durch verschiedene Verwerfungen stark strukturierten Gebiet. Die Verwerfungen laufen in nordost-südwestlicher Richtung entlang der Grenzlinien zwischen der Arabischen und Indo-Australischer Platte (Abb. 1). Entlang dieser Verwerfungslinien sind in der Vergangenheit verschiedene Starkbeben aufgetreten, von denen u.a. im nördlichen Bereich in der Stadt Quetta nach dem Beben 1935 Schlussfolgerungen für erdbebengerechtes Bauen entwickelt und erstmals eine regionale Baunormung („Quetta-Code“) eingeführt wurde (Maqsood und Schwarz, 2010).

Das betroffene Gebiet ist durch eine geringe Besiedlung gekennzeichnet (Abb. 2). Die vorhandene Bebauung ist durch Adobe-Bauweisen geprägt, d. h. durch die Verwendung natürlicher Materialien. Schadensbilder zeigen Gebäude aus luftgetrockneten Lehmziegeln, die in dieser Region typisch sind und im Baubestand dominieren (Abb. 3). Die Region  ist aufgrund der Randgebirgslage schwer zugänglich (vgl. Abb. 11). Die Straße in der Nähe des Epizentrums (rot markiert, Abb. 11) ist völlig unzugänglich / nicht für den Verkehr empfohlen (NDMA, 2013b). Möglicherweise ist dies auf Hangrutschungen in dem bergigen Gebiet zurückzuführen. Die blau markierte Straße in Abb. 11 ist für den Verkehr zugänglich. Aufgrund des flachen Geländes kann der Bereich neben der Straße vom Verkehr genutzt werden. Die magneta markierte Straße in Abb. 11 ist nur für Fahrzeuge mit einer Länge bis zu 30m freigegeben (möglicherweise auf Grund von Hangrutschungen. Dies hat auch zur Konsequenz, dass Hilfskräfte erst mit zeitlicher Verzögerung eintreffen können. Insofern sind auch die Informationen zur Anzahl der Opfer noch unklar und erste Angaben bei mehreren Hunderten sicherlich als untere Grenze zu betrachten.

Abb. 2a Bevölkerung im hauptbetroffenen Gebiet (Maqsood, 2011)
Abb. 2b Bebauung im hauptbetroffenen Gebiet (Maqsood, 2011)
Abb. 3a Prozentuale Anteile der adoben Bauweisen auf Tehsil Verwaltungsebene: (Abgaben nach Maqsood & Schwarz, 2008)
Abb. 3b Prozentuale Anteile der Holz-Bauweisen auf Tehsil Verwaltungsebene: (Abgaben nach Maqsood & Schwarz, 2008)

According to the National Disaster Management Authority Pakistan with reports from 26.09.2013 (NDMA, 2013a) and 05.10.2013 (NDMA, 2013b) following are the estimates of the casualties and number of destroyed buildings:

Gebiet

Tote

Verletzte

Geschädigte Gebäude

Awaran

330

584

21.000

Kech

46

240

Die schweren Erdstöße konnten auch an der Station in der Parkhöhle Weimar deutlich registriert werden (Abb. 4a, 4b).

Abb. 4a Aufzeichnung der seismischen Bodenbewegung durch die seismische Station des Zentrums für die Ingenieuranalyse von Erdbebenschäden in der Weimarer Parkhöhle; Tagesplot vom 24. September 2013
Abb. 4b Aufzeichnung des Hauptbebens am 24. September 2013 durch die seismische Station in der Weimarer Parkhöhle; Darstellung der Zeitreihen für die Horizontalkomponente (oben) und die vertikale Bodenbewegung (unten)
Abb. 5 Seismisches Messnetz Pakistans: Übersicht zu den Stationen und eingesetzten Typen von Sensoren (Angaben nach Shahid, 2011; Qaisar & Mahmood, 2013)

Registrierte Erdbebenaufzeichnungen im nahen Umfeld des Epizentrums liegen zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht vor. Das Messnetz Pakistan verfügt über einige Stationen, die jedoch nicht die am stärksten betroffene Region erfassen (Abb. 5). Die nächstgelegenen Stationen wurden nach dem schweren Kashmir-Beben (8. Oktober, 2005) in Betrieb genommen. Insofern liegen auch noch keine - für die Schadensinterpretation selbst - relevanten Messdaten vor.

Die Einordnung des Epizentrums in Abb. 1 verdeutlicht die Lage der Störung und die plausible Einordnung des Epizentrums, wobei hier den Angaben des USGS gefolgt wird. Für das Gebiet werden Schüttergebietskarten (ShakeMaps) angeboten, die in den Abbildungen 6 und 7 in Form der internetbasierten Intensitäten bzw. der mit diesen korrelierten Boden-Spitzen-Beschleunigungen übernommen werden. Anhand dieser Prognosekarten ist abzuleiten, dass Spitzenbeschleunigungen im Epizentrum Werte im Bereich von 0.3 – 0.5 g erreicht haben könnten. Die dort vorhandenen Bauweisen können solche starken Bodenbewegungen ohne Schäden bzw. Einsturz nicht überstehen. Insofern sind weitaus größere und weiträumigere Schäden zu erwarten, als bis dato berichtet wurde.

Untersuchungen von EDAC für die Zielregion Pakistan geben Hinweise auf die Verteilung der Bauweisen. Auch hier wird deutlich, dass vorwiegend Adobe-Bauwerke im Epizentralgebiet vorhanden sind (Abb. 2).

Abb. 6 Epizentrum des Erdbebens vom 24.09.2013 11:29 UTC und ShakeMap nach (USGS, 2013, Map Version 5) in Modified Mercalli Intensität (MMI); Weitere Datenquellen der Karte, s. (gadm.org, 2012; USGS, 2009)
Abb. 7 Berechnete Werte der Bodenspitzenbeschleunigung PGA in %g nach (USGS, 2013, Map Version 5); Weitere Datenquellen der Karte, s. (gadm.org, 2012; USGS, 2009)

Die Schwere des Erdbebens wird durch die gegenwärtige Erdbebenzonenkarte nicht adäquat abgebildet. Dies lässt sich anhand der Zonenkarte von BCP (2007) nachweisen (Abb. 8). Das Epizentralgebiet gehört zur Zone 2B und ist damit als moderat eingeordnet. Dies ist zweifellos sachlich nicht korrekt, hat aber baupraktisch nur geringe Konsequenzen, da sich die adobe Bauweise einer bautechnischen Regelung ohnehin entzieht. Auch die Welt-Erdbeben-Gefährdungskarte weist für dieses Gebiet offenkundig eine zu geringe Gefährdung aus (Abb. 9).

Abb. 8 Seismische Zonen nach der Baunormung Pakistans [BCP, 2007]; Auszug gemäß Abb. 6
Abb. 9 Seismische Zonenkarte (gemäß Einteilungskriterien des BCP (Abb. 8) nach GSHAP (Giardini et al., 1999)

Die Multi-Hazard-Karte, die verschiedene Naturgefahren berücksichtigt, kennzeichnet dieses Gebiet als vorwiegend erdbebengefährdet (EHDA). Insofern sind hier die kartierten vorherrschenden Möglichkeiten infolge Naturgefahren realistisch abgebildet (Abb. 10).

 

Legende:

Erdbebengefährdetes Gebiet - Earthquake Hazard Dominated Areas (EHDA),
Hochwassergefährdetes Gebiet - Flood Hazard Dominated Areas (FHDA),
Erdbeben- und Hochwassergefährdetes Gebiet - Combined Hazard Dominated Areas (CHDA),
geringgefährdetes Gebiet hinsichtlich Erdbeben und Hochwasser - No Hazard Dominated Areas (NHDA)

Abb. 10 Einteilung von Mehrfach-Gefährdungszonen (Multi-hazard zones) nach Siddique & Schwarz (2012) und Einordnung des Epizentrum vom 24. September 2013
Abb. 11 Karte der schwerstbetroffenen Region und Kennzeichnung der Zugänglichkeit über Boden-Transportwege (hier: Straßenzustand) nach NDMA-Bericht vom 05.10.2013 (NDMA, 2013b)

Die Schäden konzentrieren sich auf die wenig besiedelte Epizentralregion. In den weiter entfernten größeren Städten (im Norden: Quetta; südwestlich: Karachi) sind keine nennenswerten Schäden zu verzeichnen gewesen. Schadensbilder der vorherrschenden adoben Bauweise zeigen Teileinstürze der massiven Mauerwerksgebäude, die vorwiegend eingeschossig ausgeführt sind (vgl. Abb. 12). Für die Schädigung maßgeblich ist die Art der Decken– bzw. Dachausbildung. Hier sind verschiedene Formen festzustellen. Neben leichten Holzbalkendecken sind hier auch Stahlbetondecken anzutreffen. Diese Bauweisen beziehen sich vorwiegend auf den öffentlichen Bereich und können das Versagen von Schulgebäuden und andere Gebäude der öffentlichen Nutzung erklären. Die Versagensformen sind typisch für die Adobe-Bauweise und gekennzeichnet durch das Auseinanderdriften der Wände und das Versagen des Dachbereichs infolge des Fehlens von wandverbindenden Holz- bzw. Stahlbeton-Ringbalken.

Abb. 12a Beispiel der im Erdbebengebiet typischen adoben Bauweise (Fotos: EDAC)
Abb. 12b Beispiel der im Erdbebengebiet typischen adoben Bauweise (Fotos: EDAC)

Ein Ersetzen der Bauweisen in dieser Region kann nur mit lokal verfügbaren Materialien vorgenommen werden. Hier bieten sich Bauweisen an, die sowohl die klimatischen Aspekte berücksichtigen als auch die Besonderheiten der Erdbebenbeanspruchung. Insofern sind Bauweisen unter Verwendung von vorwiegend Holzelementen eine Alternative, für die aus anderen Erdbebenregionen geeignete Vorschläge zur Verfügung stehen.

Literatur

BCP (2007). Building Code of Pakistan (Seismic Provisions 2007).  Ministry of Housing and Public Works Islamabad.

Becker, J. J.; Sandwell, D. T.; Smith, W. H. F.; Braud, J.; Binder, B.; Depner, J.; Fabre, D.; Factor, J.; Ingalls, S.; Kim, S.-H.; Ladner, R.; Marks, K.; Nelson, S.; Pharaoh, A.; Trimmer, R.; von Rosenberg, J.; Wallace, G.; Weatherall, P. (2009): Global Bathymetry and Elevation Data at 30 Arc Seconds Resolution: SRTM30_PLUS. In: Marine Geodesy, Bd. 32 (2009) Nr. 4, S. 355–371, doi:10.1080/01490410903297766, . – SRTM30 Plus V6.0 data files.

gadm.org (2012): Global Administrative Areas., Karte, . – Version 2.0. [online] http://www.gadm.org/country (Letzter Zugriff 2013-09-25).

Giardini, G.; Grünthal, G.; Shedlock, K.; Zhang, P. (1999): The GSHAP Global Seismic Hazard Map. [online] http://www.gfz-potsdam.de/gshap/.

Maqsood, S. T. (2011). Elaboration of Data Layers for Global Earthquake Models: Case Study Pakistan. Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau, Bauhaus-Universität Weimar Heft 021 (2011),  217 S., ISBN: 978-3-86068-461-0.

Maqsood, S. T.; Schwarz, J. (2010): Building Vulnerability and Damage during the 2008 Baluchistan Earthquake in Pakistan and Past Experiences. In: Seismological Research Letters81 (2010)  3,  514–525, doi:10.1785/gssrl.81.3.514.

Maqsood, S. T.; Schwarz, J. (2008): Analysis of Building Damage during the 8 October 2005 Earthquake in Pakistan. In: Seismological Research Letters, 79 (2008) 2, 163–177, doi:10.1785/gssrl.79.2.163.

NDMA (2013a). National disaster management authority, Pakistan. http://www.ndma.gov.pk/Ex/Documents/26-9-2013Situationreportc.pdf.

NDMA, (2013b). National disaster management authority, Pakistan. http://www.ndma.gov.pk/Ex/Documents/5-10-2013Situationreport.pdf.

Qaisar, M., Mahmood, T. (2013):  Strong Motion Seismology in Pakistan. Proceedings of Workshop for Regional Cooperation in Seismology and Earthquake Engineering in South and Central Asia, 16 - 19 Sept, 2013, Nagarkot, Bhaktapur, Kathmandu, Nepal.

Shahid, M. (2011)  National Seismic Monitoring Network of Pakistan Meteorological Department (PMD).

Siddique,  M.S. and Schwarz, J. (2012): Multi-hazard approach to assess vulnerability of the building stock in Pakistan. Proceedings of the 15th World Conference Earthquake Engineering, Lisbon, Portugal, Paper No. 1152.

U.S. Geological Survey: Earthquake Hazard Program. http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/.

USGS (2009): Global GIS Databases - Datasets. [online] http://webgis.wr.usgs.gov/globalgis/datasets.htm (Letzter Zugriff 2010-03-04).

USGS (2013): M7.7 - 63km NNE of Awaran, Pakistan 2013-09-24 11:29:47 UTC., Karte. [online] http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usb000jyiv#summary (Letzter Zugriff 2013-09-25, Map Version 5).