DE10217412A1 - Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse - Google Patents

Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse

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DE10217412A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erdbeben- sowie Vulkanausbruchsvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse. DOLLAR A Die Erfindung sieht vor, dass die atmosphärischen, niederfrequenten ELF-Signale oder elektromagnetischen Felder (s. Sferics) über antennenartige Elemente erfasst, die Sferics danach (echtzeit-) gefiltert, später (echtzeit-) spektral-analysiert, hinsichtlich zeitlich erstreckter, höchst niederfrequenter VLF-Anomalien (s. Ein-/Umhüllende) untersucht/geprüft und danach gegebenenfalls die magnetischen Felder in ihren Richtungskomponenten unterteilt zugeordnet werden und hieraus schließlich der Ursprung, also die Richtung der VLF-Anomalie geortet wird, welche eine Erdbebenvorwarnung als Signal vor Ort oder in die jeweilige Region der Erde aussendet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erdbeben- sowie Vulkanausbruchsvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse.
  • Insbesondere liegt die vorliegende Erfindung auf dem Gebiet der Erfassung und Analyse von natürlich auftretenden, atmosphärisch, elektromagnetischen Feldern, die auch als Vorhersage für Wetterlagen Verwendung finden (Hans Baumer, "Sferics" 1987 Pfaffenhofen), aber erfindungsgemäß u. U. mit außerordentlichen Anomalien versehen sind, die als Grundlage für eine frühzeitige Erdbebenwarnung sowie Vulkanausbruchswarnung dienen. Es ist problematisch, heutzutage künstliche (s. Technics) und natürliche, elektromagnetische Felder (s. Sferics) zu erfassen, da prinzipiell der gesamte Frequenzbereich dieser Felder durch vom Menschen genutzte Übertragungstechniken untersetzt ist. Insbesondere außerhalb von menschlichen Ballungszentren stößt man auf im wesentlichen naturbelassene, elektromagnetische Felder (Herbert L. König, "Unsichtbare Umwelt"; 1986 München). Die Wirkung von Sferics sind vielfach erwiesen (Dissertationen) und nehmen wetterlagenabhängig Einfluß auf das Schlafverhalten und allgemein den Befindens-/Gesundheitszustand (s. Wetterfühligkeit) des Menschen bzw. Bioorganismen.
  • In einer beispielhaften, japanischen Publikation "Experiments to locate sources of earthquakes-related VLF electromagnetic signals" (Proceeeding Japan Academy, 73, Ser. B. Nr. 3, 1997) wurde erstmals auf die Ähnlichkeit der Sfericsimpulse und Erbeben-VLF- Signalformen hingewiesen. Allgemein gibt es diverse Quellen, welche Erbebenvorhersagen auf das geo-chemische- oder lebewesen-bezogene Verhalten sowie mittels u. a. magnetischer Very-Low-Frequency-/VLF-Felderfassung, was einen hohen VLF-Spulen-/- Verstärker-/-Signal-Datenverarbeitungs-Aufwand bedarf. Dabei sollen Erdbeben hiervon (VLF-Signale) ca. bis zu zwei Tage vor einem solchen Ereignis erfaßbar/meßbar sein. Auch hier müssen langwellenbezogen ungestörte Meßverhältnisse vorliegen, was sich allgemein in unserer heutigen Zeit als schwierig herausstellt; vgl. die Ausbreitung samt Bedämpfung etc. mit einer Wellenlänge von 10 KM bei einem elektromagnetischen Signal mit der Frequenz von 30.000 Hz. Teilweise werden auch künstliche, mit Trägersignalen vergleichbare Magnetfelder ausgesendete bzw. genutzt (wie auch Radio-/Fernseh- Hochfrequenzsignale) und im besonderen Erdbebenfall untersucht/analysiert.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein sehr einfaches Verfahren mit heutzutage gängigen Mitteln zur *Erdbeben- sowie *Vulkanausbruchsvorhersage (fortan im Kontext immer BEIDES gemeint) und u. a. Epizentrumsortung mittels Sferics- Spektrumsanalyse zu schaffen, das keinen niedrigstfrequenten Signalempfänger wie schmalbandige Spulen samt Verstärker und Analysator benötigt (vgl. u. a. Schumann- Resonanz-Erfassung; vornehmlich durch VLF-Technics der menschlichen Zivilisation/Technik sehr störungsanfällig), sondern mit einer üblichen Audiosignalanalyse die in halbwegs ungestörter Natur existenten Sferics (extremly-low-frequency ⇐ ELF- Frequenzbereich) und deren unter diesen o. g., bedrohlichen Umständen zusätzlich bzw. signifikant gegebenen, höchst niedrig frequenten, einhüllenden Signalanteilen (VLF- Anormalien) Stunden oder Tage vor einem Ereignis zur Vorwarnung offenlegt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die atmosphärischen, niederfrequenten ELF-Signale oder elektromagnetischen Felder (s. Sferics) über antennenartige Elemente erfaßt, die Sferics danach (echtzeit-)gefiltert, später (echtzeit-)spektral-analysiert, hinsichtlich zeitlich erstreckter, höchst niederfrequenter VLF-Anomalien (s. Ein- /Umhüllende) untersucht/geprüft und danach gegebenenfalls die magnetische Felder in ihren Richtungskomponenten unterteilt zugeordnet werden und hieraus schließlich der Ursprung, also die Richtung der VLF-Anomalie geortet wird, welche eine Erdbebenvorwarnung als Signal vor Ort oder in die jeweilige Region der Erde aussendet.
  • Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Antennenlemente und/oder Zuleitungselemente zusammen verknüpft mindestens einige Dezimeter Länge aufweisen und aus einem elektrisch sowie elektromagnetisch leitfähigen Material bestehen.
  • Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Sferics-Wechselsignalverstärker breitbandig einen Frequenzbereich von einigen Zehn Kilohertz obere Grenzfrequenz bis kleiner-gleich einige Hertz umfaßt und eine Signaldynamik von mindestens 50 dB hat.
  • Bevorzugt wird in echtzeit/realtime die Sferics- bzw. atmosphärischen Wettersignal- Datenverarbeitungen mit ortsabhängig-variabler programmierbarer, schmalbandig-digitaler Filterungsebene durchgeführt.
  • Die Extraktion des einer sferics-untypischen VLF-Anomalie ist folgendermaßen geschaffen, dass
    • - eine breitbandige Echtzeit-Spektrumsanalyse mit, je Spektrumsanalysefrequenz, Kurzzeitsignalwertemittelung im Millisekundenbereich und Zeitdarstellung bzw. Auflösung im Sekunden- oder Minutenbereich umfaßt,
    • - eine Echtzeit-Zusatzanalyse in der frequenzbezogenen, schmalbandigen Sferics- Spektrumsanalyse mit dem Prozedurinhalt eines breitbandigen, zeitbezogenen Sferics- Signalintensitäts-Vergleichs über den Analysezeitbereich von einigen Hundert Millisekunden bis hin zu Minuten ausgebildet ist und
    • - die erfaßten Sferics-Wechselsignal-Gesamtintensitätsschwankungen mathematischendatenrechnerisch hinsichtlich einer sinus- oder sinus-quadrat-ähnlichen Einhüllenden oder Umhüllenden bzw. Signalfunktion korrelierend verglichen sind.
  • Die Erdbeben-Vorwarnungs-Iniziierung erfolgt nach Extraktion der o. g. VLF-Anomalie in bevorzugter Prozedurfolge, dass
    • - mindestens zweier höchst niedrigstfrequenter, sinus-ähnlicher Ein-/Umhüllenden der Sferics-Analysesignale in den drei Meßanalyserichtungen, jeweils lokal in ortsgebundenen Sferics-Analyseeinheiten auftreten sowie das hieraus Warnsignal geschaffen und dem/den entfernten Sfericsanalyseeinheiten übermittelt bzw. übertragen ist und
    • - mehrere Sfericsanalyseeinheiten annähernd zeitgleich sich gegenseitig Warnsignale zusenden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lokalisation des bevorstehenden Erdbebens oder Vulkanausbruches gestaltet sich vorzugsweise so, dass
    • - zunächst die Intensität und/oder Schwankungsbreite der höchst niedrigstfrequenten, sinus-ähnlichen Einhüllenden jeweils in den erfaßten zwei horizontalen und vertikalen Sferics-Analysesignalen bzw. -Spektren verglichen ist und zu einem Faktor und/oder Winkelmaß bzw. -grad und/oder exponentielle Darstellungsfunktion als Richtungszeiger bzw. -vektor, in Abhängigkeit der lokalen Längen- sowie Breitengrade des u. a. Planeten Erde eingerechnet und der/den weiteren Sferics-Analyseeinheiten als ortsentfernte Lokalisations-Vektorinformation übermittelt ist und
    • - dann mindestens aus den vertikalen Lokalisations-Vektorinformationen ein mathematischer Schnittpunkt der Geraden in dem/den Sferics-Analyselementen ermittelt ist.
  • Die Zuordnung der nahegelegenen Erdbeben-/Vulkanausbruchs-Vorwarnung umschließt vorzugsweise eine verfeinerte, hochauflösendere Unterteilung (siehe Sektoren in der vertikalen und horizontalen, elektromagnetischen Sferics-/VLF-Signalausbreitung) in den erdüblichen Himmelsrichtungen, so dass
    • - erstens bei intensitäts-vergleichsweise zum vertikalen wesentlich höheren horizontalen, höchst niedrigstfrequenten, sinus-ähnlichen Sferics-Analysesignal-Umhüllenden ein bevorstehendes, entfernter gelegenes Erdbeben verbalisiert/signalisiert/angezeigt/übermittelt ist und zweitens bei intensitäts-vergleichsweise mit der Horizontalen Komponente höheren vertikalen, also aufsteigenden, höchst niedrigstfrequenten, sinus-ähnlichen Sferics-Wechselsignal-Analyse-Umhüllenden, je in der einen Vertikal-Süd-Nord- und/oder anderen Vertikal-West-Ost-Sferics- Analysesignalkomponente mindestens ein nahe gelegenes Erdbeben verbalisiert/signalisiert/angezeigt/übermittelt ist und
    • - anderseits bei fast ausschließlicher, vertikale gegebener, höchst niedrigstfrequenter, sinus-ähnlicher Sferics-Signalanalyse-Anomalie/-Umhüllender, im Vergleich zu annähernd nicht gegebenen horizontalen Sferics-Signalanalyse-Anomalien/-Umhüllender, das Epizentrum direkt vor Ort über die Sferics-Analyseeinheit meßtechnisch erfaßt ist.
  • Schließlich beinhaltet die o. g., sektorielle Richtungsunterteilung der ELF-VLF-Signal- Erfassung vorzugsweise folgende Ausgestaltungen, dass
    • - insbesondere die horizontalen ELF-VLF-Signal-Antennen mit zugehörigen Antennesignalen und nachfolgender Sferics-Signalanalyse auf mehrere Richtungssektoren zu kleiner-gleich 90 Grad unterteilt sind,
    • - die Richtungssektoren zu je kleiner-gleich +/-45 Grad um die Richtungen Nord, Süd, West, Ost eine Charakteristik-Keule aufweisen,
    • - niederfrequent hoch magnetisch leitende, also mit einer hohen Permiabilität versehene Metallelemente (wie u. a. MU-Metall) um das Sferics-Signal-Antennenelement V- förmig einschließend im Winkel kleiner-gleich 90 Grad ausgestaltet sind und
    • - jeweils die V-förmig ausgebildeten Richtungsselektionsantennen manuell und/oder motorgesteuert schwenk- bzw. drehbar aufgestellt sind.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigt:
  • Fig. 1 schematisch in Blockbilddarstellung eine Abfolge von Signalerfassungs- sowie Verarbeitungschritten für eine entsprechende (im o. g./folgenden Kontext immer auch Vulkanausbruchs-)Erdbebenvorwarnung.
  • Fig. 2 die Analysegraphik (3D-Spektrogramm) eines typischen Sferics-Frequenz-Zeit- Verlaufes bei Tiefdruckwetterlage (Dauerregen im April 2002) mit Biotop hoch wirksamen Sferics-Signalspektrumspitzen ohne Anomalien und
  • Fig. 3 die Analysegraphik (3D-Spektrogramm) eines typischen Sferics-Frequenz-Zeit- Verlaufes nach Kaltlufteinbruch sowie Zwischenhochdruck-Wetterlage (zzgl. Schneedecke im März 2002) mit erbeben-vorwarnungs-typischen VLF-Anomalien (bzw. Ein-/Umhüllender im Niedrigstfrequenzmagnetfeldspektrum).
  • In Fig. 1 ist schematisch eine Sferics-Signalanalyseart in ihren Prozedurschrittfolgen aufgezeigt.
  • Der Sferics-Magnetfeldempfang durch mehrere (Anzahl X = 1 bis n) Antennenelemente ist in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Die besagte An-/Mehrzahl X bezieht sich (in den Blockelementen 1 bis 6) erfindungsgemäß auf die analytische Sferics- Richtungserfassung nach Element 6 in den vertikalen und horizontalen Feldrichtungsebene (zzgl. in Sektoren). Im Element/Block 2 sind mehrere (Anzahl X = 1 bis n), breitbandige NF-/Niederfrequenz-Antennensignalverstärker bzw. -amlifier dargestellt. Danach folgt das Blockelement 3 mit einer Echzeit-Herausfilterung der künstlichen, elektromagnetischen Feldkomponenten (Technics) aus dem eigentlichen Nutzsignal, also Sferics-Signal. Die zeitaufgelöste (somit 3D/3-dimensionale) Spektralanalyse oder Intensität der Frequenzanteile der Sferics-NF-Signale geschieht in Element/Block 4. Das bei Vorerdbeben-/Vorvulkanausbruch atmosphärisch sich ausbreitende, höchst niederfrequente, sehr langwellige (ca. 100 Km bis 100.000 Km Wellenlänge), elektromagnetische Signal, welches offensichtlich durch eine terrestrisch-atmospärische Einkopplung entsteht, wird in dem Block 5 zur VLF-Anomalien Detektion der besagten Ein-/Umhüllenden detektiert. Nach Erkennung der VLF-Anomalie 5 samt Richtungsdetektion 6 wird mit Blockelement 7 die Aussendung eines (adreß-gezielten) Erdbeben-Vulkanausbruchs-Vorwarnsignales beschrieben.
  • In Fig. 1 wird die erfindungsgemäße Prozedur zur Erkennung von VOR-Erdbeben-VLF- Signalanomalien(-Artefakten) dargelegt; hierzu ein realitätsnahes Ablaufbeispiel: Es stehen mindestens zwei gut 1000 KM voneinander entfernte Sferics-Analysesysteme bereit bzw. sind permanent in Aufzeichnung/Erfassung der mittels dreier Antennen 1, jeweils
    • - mindestens eine Vertikalantenne für Sfericsaktivitäten in der horizontalen Erdoberflächen-Ausbreitungsrichtung oder hierfür vorzugsweise z. B. 4 Sektorantennen (Sferics- Erfassung in Richtung Norden/Süden/Osten/Westen, Öffnungswinkel < 90 Grad) mit MU-Metallabschirmung (zur Richtcharakteristik-Schaffung) und
    • - mindestens zwei zueinander rechtwinklig angeordnete Horizontalantennen für senkrechte ELF-VLF-Strahlungsereignisse, die vom Boden hin zur Ionosphäre aufsteigen, aufgestellt sind je in Ost-West- sowie Nord-Südrichtung.
  • Hier bezieht sich die Erfindung auf das allg. bekannte Induktionsgesetz für die Ausbreitung von niederfrequenten, magnetischen Wellen bei den jeweiligen Sektorenantennen; die Frage lautet elektrophysikalisch: Wo kommen die VLF's des unmittelbar bevorstehenden Erdbebens (Vulkanausbruchs) her? Welche Richtungsantenne (siehe o. g. 6 Antennen <> X1-n) erfaßt mehr VLF-anteilige, magnetische Durchflutung zur maßgeblichen VLF- Anomalie-Richtungserkennung <> Erdbebenursprung sendet VLF's aus.
  • Die Ausgestaltung der Erfindung schreibt nach dem Element 1 (Fig. 1) nun eine breitbandige (niederfrequente), diskrete Verstärkung 2 aller Kanäle (X1-n) u. a. im Frequenzbereich von 20 bis 20.000 Hz vor, damit nachfolgende, rechnergestützte Datenverarbeitungsvorgänge 3, 4 mit vorgeschalteten Analog-Digital-Signalwandlern eine ELF-VLF-Signal- Spektrumsanalyse betreiben können:
    • - Zunächst erfolgt mittels digitaler Algorithmen eine Herausfilterung 3 von Technics- Signalanteilen (s. 50 Hz Netz-Brumm plus Oberwellen oder TV-Signal bei 16-18 kHz) vorzugsweise in Echtzeit. Dies betrifft im Beispiel alle 6 Signalkanäle (X1-n).
    • - Danach findet unmittelbar eine Fast-Fourier-Analyse (s. rechnergestützte FIR- oder FFT-Prozeduren) oder Spektralanalyse 4 in Abhängigkeit vom Echtzeitereignis aufgelöst statt, welche u. a. in eine 3D-Darstellung mündet (auch bei Nicht-Echtzeit-Analyse so VLF-Anomalien erkennbar). Dies betrifft im Beispiel alle 6 Signalkanäle (X1-n).
    • - Ferner folgend erlauben die rechnergestützten FIR-/FFT-Prozeduren (Sferics- Spektralanalyse) im Frequenzbereich von ungefähr 20 bis 20.000 Hz die zeitliche Untersuchung, ergo Analyse von zeitabhängigen Welligkeiten des 3D-Spektrumverlaufes, die als Gesamtintensitäts- oder Teilschwankungen der erfaßten/verstärkten Sferics- Aktivitäten, zunächst je (Antennen-)Signalkanal (X1-n), eingehen. Diese im Falle eines bevorstehenden Erdbebens detektierten VLF-Artifakte/-Anomalien 5 unterstehen einer permanenten VLF-Mustererkennung mittels Kreuzkorrelation der Referenz-Erdbeben- Muster (s. Daten/Katalog) mit dem Echtzeitsignal (je Kanal). Bei Auftreten der VLF's geschieht im Analysesystem ein unmittelbarer Datentransfer von Kanal zu Kanal (z. B. 6 Kanäle oder X1-n) als Vergleichsinformation. Im wesentlichen ist davon auszugehen, dass in mindestens zwei Signalkanälen solche VLF-Anomalien auftreten bzw. zu detektieren sind.
    • - Ist dies Vorweggenannte der Fall, so ergänzt sich die VLF-Detektion um den Schritt des rechnerischen Vergleichs der VLF-Signal-Intensitäten zwischen den einzelnen Signalkanälen (welche bekanntlich den richtungsspeziefisch empfangenen Sferics- Signalen entsprechen). Aus den (mindestens vier einzelnen; s. Längenbreitengrade oder Ost-/West-/Nord-/Südrichtung) horizontalen und zwei vertikalen Sferics- Signalkomponenten (inkl. der VLF-Anomalien oder extrahierter VLF-Anomalien) regeneriert sich schließlich eine richtungs-vektorielle (X1-n) Intensitätsauflösung der VLF-Signalanteile (X1-n), die ein präzise VLF-Anomalie-Richtungsortung 6 oder vorherzusagendes Epizentrum vorgibt.
  • Das Analysesystem regeneriert bei gegebener Datensignifikanz bezüglich eines Erdbeben- /Vulkan-Ausbruch-Vorhersagefalls ein Warn- oder Alarmsignal 7, was in die ausgemachte Epizentrumsrichtung (Ort) zu Übertragen ist; u. U. ist eine Vorwarnung über den Weg der jeweiligen, landesbezogenen Regierungsexikutive an die besagte Region zu vermitteln, wenn im Epizentrumsort kein erfindungsgemäßes Analysesystem mit Empfangseinheit steht.
  • Die Abfolge der o. g. Sferics-Analyseschritte wird im Vergleich der Fig. 1 und 2 verständlicher, zumal hier ein außergewöhnlicher Fall registriert wurde.
  • In Fig. 2 wird beispielhaft über ca. 46 Sekunden ein typisches Sferics-3D-Spektrogramm- Analyse abgebildet, welches die Intensität in der Y-Achse, den in der X-Achse Zeitverlauf und die Frequenzlage/-spektrum der Impulse in der Z-Achse offenlegt (X, Y-, Z-Achsen bei Fig. 3 identisch). Dabei wurden ortstypische Fernsehsignal-Dauermodulationen um 16 kHz und leichte 50-Hz-Netzbrummanteile herausgefiltert (desgleichen bei Fig. 3). Markante Sferics-Impulse sind bei gut 13 kHz und insbesondere bei 15 kHz zu sehen, die auf den ersten Blick periodisch folgend erscheinen, jedoch bei genauerer Betrachtung der Graphik in unterschiedlichen Zeitabständen auftreten. Hier ist keinerlei VLF-Ein- oder Umhüllende (s. u. a. Erdbebenanomalie) auch nur im geringsten Maße zu erkennen. Demnach ist hier in Abhängigkeit von den seinerzeit erfaßten Sferics keine Erdbeben- oder Vulkanausbruchs- Konstellation zu erwarten gewesen. Die gezeigten, für eine bestimmte Wetterlage charakteristischen, spektralen Verteilungen der Sferics können breitbandiger und spektralfrequenz-bezogen zwischen vornehmlich 2 kHz und 19 kHz wesentlich "chaotischer" bzw. "vermischter" erfaßt/erkannt werden, was eben in Fig. 2 für eine Biotop "fühlig" ungünstige Tiefdrucklage kennzeichnend ist (s. schmalbandige Kurzzeitimpulse).
  • In Fig. 3 hingegen fällt sofort eine Periodizität auf, dass im Abstand von 7 bis 8 Sekunden ein kompletter Sferics-Ausfall bei den Zeitmarkierungen "<1>, <2>, <3>" erscheint (keine Sferics-Impulse zu sehen 0 breitbandiger Pegel gegen 0 dB). Dieses 3D-Spektrogramm wurde in Oberbayern/Deutschland um 10.10 Uhr, also eindeutig vor dem großen Erdbeben in Afghanistan am 25.3.2002 (Ortszeit in Afghanistan ca. 15 Uhr, Erdbebenstärke nach Richter > 6) aufgenommen! Weitere Nachbeben wurden je nach Sferics-Meßmöglichkeiten bis in den April 2002 "vor-erfaßt", wobei diese in den 3D-Spektrogrammen bzw. Analysen nicht derartig markante Sferics-Auslöschungen offenbarten. Die herausgelesene Periodizität schwankte dort im Bereich von einigen Sekunden bis einigen Zehn Sekunden.
  • Aus den Fig. 1 und 2 läßt sich einfach verstehen, dass erfindungsgemäß eine Sferics-VLF- Anomalie (oder -Artefakt) sogar in einer Entfernung von gut 10.000 KM gegeben ist und aus der Reihenfolge der Prozedurschritte/-blockelemente 3 bis 5 gemäß Fig. 1 nötig sind, womit aus dem zeitabhängig-schwankenden, spektralen Intensitätsverlauf erst die VLF- Anomalie erkennbar wird! Die Detektion dieser VLF-Schwankung im 3D-Spektrogramm geschieht über die Korrelation des Verlaufes des Zeitspektrums mit einer Funktion nach Schwankungsbreite, -zeit und -intensität. Bei Übereinstimmung mit den ausgesuchten und vorgegebenen Korrelationsparametern, die dem einer VOR-Erdbebensituation entsprechen, wird ein besagtes Erubtions-Vorwarnsignal versendet.
  • Ein über die Zeit zweidimensional (Intensität in Abhängigkeit von der Frequenz) aufintegriertes Summenspektrum ist hierbei offenkundig nicht dienlich.
  • Der Vollständigkeit halber sei nachrichten-system-theoretisch herauszuheben, da trotz einer beispielhaften Sferics-Datensignalerfassung und -Analyse in einem Frequenzbereich von ca. 20 Hz bis 20.000 Hz die eigentlich unter 20 Hz (vgl. Milli-Hertz-Bereich) liegenden, erdbeben-vorwarnungstypischen VLF-Anomalien (Ein-/Umhüllende) in den besagten 3D-Spektrogrammen gemäß der Fig. 3 eindeutig hervortreten! Die VLF-Anomalien können wie folgt auftreten: Ein bevorstehendes, nach der gängigen Richter-Erdbebenskala
    • - schwächeres, zeitkurzes Ereignis läßt schwächere und kürzere Sferics- Auslöschungszeitpunkte in der Signalanalyse erwarten (schwerer erkennbar/analysierbar; desgleichen auch bei zunehmendem oder größerem Abstand zum Erdbeben-/Vulkanausbruchsherd),
    • - schwächeres, zeitlängeres Ereignis läßt schwächere und längere/breitere Sferics- Auslöschungszeitpunkte in der Signalanalyse,
    • - stärkeres, zeitkurzes Ereignis läßt stärkere und kürzere Sferics-Auslöschungszeitpunkte in der Signalanalyse erwarten (besser erkennbar/analysierbar; desgleichen auch bei angenähertem Abstand zum Erdbeben-/Vulkanausbruchsherd),
    • - stärkeres, zeitlängeres Ereignis läßt stärkere und längere/breitere Sferics- Auslöschungszeitpunkte in der Signalanalyse erwarten (besser erkennbar/analysierbar; desgleichen auch bei angenähertem Abstand zum Erdbeben-/Vulkanausbruchsherd) und schließlich,
    • - ist die Periodendauer oder Frequenz der Ein-/Umhüllende (samt Oberwellen durch geophysikalische Bedämpfungen sowie Reflexionen) sehr unterschiedlich, wahrscheinlich in Abhängigkeit der Entfernung vom Ereigniszentrum vergleichsweise zu- oder abnehmend sowie
    • - die Sferics-Ausfallmomente offenkundig in einem Meßzeitraum gemäß einer Gauß- Umhüllenden (s. sinusartige, eingehüllte Schwingung mit Maxima's bei Sferics- Pegelmaxima's sowie Minima's bei Sferics-Ausfallmomenten/-Minima's)
      erstens periodisch mit einer Frequenz z. B. von 0,12 Hz ansteigend und abfallend über einige 10 bis 100 Sekunden auftreten, dann für einige 100 bis 1000 Sekunden verschwinden und wieder auftauchen,
      zweitens gemäß erstens, nur, dass die sinusartige Schwingung in der Gauß-Umhüllenden in Ihrer Frequenz kontinuierlich variiert.

Claims (17)

1. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei, größer-gleich einige Kilometer u. a. auf dem Planeten Erde entfernt aufgestellte Sferics-Wechselsignal-Erfassungssysteme jeweils mindestens drei Antennenelemente (1), ausgerichtet in jeweils senkrechter bzw. vertikaler, horizontaler vorwiegend Ost-West- sowie Nord-Süd-Richtung umfaßt und deren mindestens dreifach registriertes bzw. aufgenommenes, extrem niederfrequentes, atmosphärisches (Sferics-)ELF- Wechselsignal jeweils eine Zuleitung zu mehreren, breitbandigen Signal-Kanal- Verstärkern (2) und eine mit mehreren Schnittstellen bzw. Datenein- sowie Datenausgängen ausgerüstete Datensignalverarbeitungseinheit mit vorwiegender, digitaler, frequenzbereichs-variabler, Technics-Wechselsignal-Filterungs- (3) sowie Sferics-Spektralanalyse- Datenverarbeitung (4) in echtzeit/realtime umfaßt und (weltweit und ortsbezogen) eine untereinander zwischen den Sferics-Wechselsignal-Erfassungssystemen verknüpfte bzw. multidirektional vernetzte Sferics-Analyse-Datensignal-Übertragung sowie Datenverarbeitung umfaßt und insbesondere ein Sferics-Analyse-Vernetzungsverbundwarnsystem mit Priorität zur Erdbeben-Vorwarnungs-Alarmsignalauslösung (7) umfaßt, wenn mehrfach bei den Sferics-Signalanalysesystemen jeweils anteilig auftretende Sferics-Wechselsignal- Spektrumsanalyse-Komponenten bzw. -Signalanomalien/Artefakte über eine VLF-Signal- Muster-Kreuzkorrelation detektiert sind (5) mit mindestens einer über einen gewissen Sferics-Wechselsignal-Erfassungszeitbereich periodisch oder periodisch verzerrt auftretender Sferics-Spektrums-Einhüllungs-Frequenz vorwiegend kleiner einige HERTZ auftritt und die richtungsabhängig unterschiedlichen VLF-Anomalieanteile im Sferics-Analyse-Signal verktoriell in Betrag und Phase aufgelöst sowie je Kanal verglichen sind, was - bezogen auf den Analysesystemaufenthaltsort - eine Verknüpfung mit den erdkugel-bezogenen Längen-Breiten-Grad-Koordinaten sowie einen errechneten Richtungsvektor aus den VLF- Anomalie-Signalanteilen erfolgen läßt und letztlich den geographischen Ort der VLF- Signale über mindestens zwei, vorwiegend drei solcher Sferics-Analysesysteme per Koordinaten-Richtungsvektor- oder -Geraden-Kreuzungspunkt-Berechnung herleitet, zumal diese VLF-Anomalien gegebenenfalls weltweit ausgebreitet sind.
2. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenlemente und/oder Zuleitungselemente (1) zusammen verknüpft mindestens einige Dezimeter Länge aufweisen und aus einem elektrisch sowie elektromagnetisch leitfähigen Material bestehen.
3. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sferics-Wechselsignalverstärker (2) breitbandig einen Frequenzbereich von einigen Zehn Kilohertz obere Grenzfrequenz bis kleiner-gleich einige Hertz umfaßt und eine Signaldynamik von mindestens 50 dB hat.
4. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in echtzeit/realtime die Sferics- bzw. atmosphärischen Wettersignal- Datenverarbeitungen eine ortsabhängig-variable programmierbare, schmalbandig-digitale Filterungsebene (3) umfaßt.
5. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten sowie Spektrumsauflösung in Werteintensität, Frequenzbereich und Zeitbereich, nach einem der Ansprüche 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine breitbandige Echtzeit- Spektrumsanalyse (4) mit, je Spektrumsanalysefrequenz, Kurzzeitsignalwertemittelung im Millisekundenbereich und Zeitdarstellung bzw. Auflösung im Sekunden- oder Minutenbereich umfaßt.
6. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten sowie Extraktion eines höchst niedrigstfrequenten, periodischen Sferics-Wechselsignalanteils, nach einem der Ansprüche 1, 4, 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Echtzeit- Zusatzanalyse in der frequenzbezogenen, schmalbandigen Sferics-Spektrumsanalyse mit dem Prozedurinhalt eines breitbandigen, zeitbezogenen Sferics-Signalintensitäts- Vergleichs über den Analysezeitbereich von einigen Hundert Millisekunden bis hin zu Minuten gemäß einer VLF-Anomalien-Detektion (5) ausgebildet ist.
7. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten, nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erfaßten Sferics- Wechselsignal-Gesamtintensitätsschwankungen mathematischendatenrechnerisch hinsichtlich einer sinus- oder sinus-quadrat-ähnlichen Einhüllenden oder Umhüllenden bzw. Signalfunktion korrelierend verglichen sind.
8. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten mit lokaler Klein-/Erdbebenwarnung, nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten mindestens zweier höchst niedrigstfrequenter, sinus-ähnlicher Ein-/Umhüllenden bzw. VLF-Anomalien der Sferics-Analysesignale in den drei Meßanalyserichtungen jeweils lokal im ortsgebundenen Sferics-Analyseeinheiten ein Warnsignal (7) initiiert und dieses dem/den entfernten Sfericsanalyseeinheiten übermittelt bzw. übertragen ist.
9. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten mit globaler Groß-/Erdbebenwarnung, nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sfericsanalyseeinheiten annähernd zeitgleich sich gegenseitig Warnsignale (7) zusenden.
10. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten mit Epizentrumsortung, nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität und/oder Schwankungsbreite der höchst niedrigstfrequenten, sinus-ähnlichen Einhüllenden jeweils in den erfaßten zwei horizontalen und vertikalen Sferics- Analysesignalen bzw. -Spektren zum Zwecke der VLF-Signal-Richtungsortung (6) verglichen ist und zu einem Faktor und/oder Winkelmaß bzw. -grad und/oder exponentielle Darstellungsfunktion als koordinaten-bezogener Richtungszeiger bzw. -vektor, in Abhängigkeit der lokalen Längen- sowie Breitengrade des u. a. Planeten Erde eingerechnet und der/den weiteren Sfericsanalyseeinheiten als ortsdistante Lokalisationsvektorinformation übermittelt ist.
11. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten mit Epizentrumsortung, nach einem der Anspruche 1, 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens aus den vertikalen Lokalisationsvektorinformationen ein mathematischer Schnittpunkt der Geraden in dem/den Sferics-Analyselementen ermittelt ist.
12. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten mit Epizentrumsortung sowie partieller Erbebenvorwarnung, nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass erstens bei intensitäts-vergleichsweise zum vertikalen wesentlich höheren horizontalen, höchst niedrigstfrequenten, sinus-ähnlichen Sferics- Analysesignal-Umhüllenden ein bevorstehendes, entfernter gelegenes Erdbeben verbalisiert/signalisiert/angezeigt/übermittelt ist und zweitens bei intensitäts-vergleichsweise mit der Horizontalen Komponente höheren vertikalen, also aufsteigenden, höchst niedrigstfrequenten, sinus-ähnlichen Sferics-Wechselsignal-Analyse-Umhüllenden, je in der einen Vertikal-Süd-Nord- und/oder anderen Vertikal-West-Ost-Sferics- Analysesignalkomponente mindestens ein nahe gelegenes Erdbeben verbalisiert/signalisiert/angezeigt/übermittelt ist.
13. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten mit Epizentrumsortung sowie höchster Erdbebenvorwarnung, nach einem der Ansprüche 1, 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei fast ausschließlicher, vertikale gegebener, höchst niedrigstfrequenter, sinus-ähnlicher Sferics-Signalanalyse-Anomalie/-Umhüllender, im Vergleich zu annähernd nicht gegebenen horizontalen Sferics-Signalanalyse-Anomalien/- Umhüllender, das Epizentrum direkt vor Ort über die die Sferics-Analyseeinheit meßtechnisch erfaßt ist.
14. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten mit sektorieller Epizentrumsortungsauflösung, nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere die für die Erfassung horizontalen Sferics-Aktivitäten zuständigen, senkrecht aufgestellten Antennen (1) mit zugehörigen Antennesignalen und nachfolgender Sferics-Signalanalyse auf mehrere Richtungssektoren zu kleiner-gleich 90 Grad unterteilt sind.
15. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungs-Erfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten mit sektorieller Epizentrumsortungsauflösung, nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen-Richtungssektoren zu je kleiner-gleich +/-45 Grad um die Richtungen Nord, Süd, West, Ost eine Charakteristik-Keule aufweisen.
16. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungs-Erfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten mit einer Richtcharakteristik zur sektoriellen Epizentrumsortungsauflösung, nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass niederfrequent hoch magnetisch leitende, also mit einer hohen Permiabilität versehene Metallelemente - vorzugsweise MU- Metall - um das Sferics-Signal-Antennenelement V-förmig einschließend im Winkel kleiner-gleich 90 Grad ausgestaltet sind.
17. Erdbebenvorhersage und Epizentrumsortung mittels Sferics-Spektrumsanalyse, mit mehreren, untereinander elektrisch und elektromagnetisch verbundenen Sferics- bzw. Wetterstrahlungserfassungseinheiten und zugehörige Signalauswertungseinheiten mit einer Richtcharakteristik zur sektoriellen Epizentrumsortungsauflösung, nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die V-förmig ausgebildeten Richtungsselektionsantennen manuell und/oder motorgesteuert schwenk- bzw. drehbar aufgestellt sind.
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