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Stefan Wiemer diplomierte 1992 an der Ruhr Universität Bochum (D) in Geophysik. Im Jahr 1999 wechselte er nach seiner Promotion an der Universität Fairbanks Alaska (US) und einem Postdoc in Tsukuba (JP) als wissenschaftlicher Mitarbeiter zum SED. Dort baute er zwei Arbeitsgruppen auf, die er auch leitete. Der ETH-Rat ernannte Stefan Wiemer im Mai 2013 zum ordentlichen Professor für Seismologie sowie zum Direktor des Schweizerischen Erdbebendienstes, den er bereits seit Januar 2012 interimistisch geleitet hatte. Er tritt die Nachfolge von Prof. Domenico Giardini an.
Stefan Wiemer erforscht die Auswirkungen von Erdbeben und untersucht, welche Prozesse in der Erdkruste Erdbeben auslösen. Ausserdem beschäftigt er sich mit der zeitabhängigen Erdbebengefährdung, wobei er der Frage nach geht, ob aufgrund von mikroseismischen Daten genauere Prognosen möglich sind. Zusammen mit seinem Team entwickelte er in den vergangen zehn Jahren neue Methoden und Softwarelösungen, um die Qualität von Datenkatalogen zu analysieren, die alle in einem Land aufgezeichneten Erdbeben erfassen. Seit das Geothermieprojekt in Basel 2006 deutlich verspürte Erdbeben auslöste, beschäftigt sich Stefan Wiemer auch mit Erschütterungen, die von Menschen verursacht werden.
Stefan Wiemer nimmt als Experte für seismische Gefährdung in zahlreichen Gremien Einsitz und verfasst Gutachten, wie beispielsweise im Rahmen der „PEGASOS“-Studien zur Erdbebengefährdungs-analyse von Schweizer Kernkraftwerken. Er war auch verantwortlich für die Berechnung der Schweizerischen Erdbebengefährdungskarte 2004. An der ETH Zürich betreut er zahlreiche Master- und Doktorarbeiten und hält Vorlesungen in Seismologie und Erdwissenschaften.