WIE MISST MAN ERDBEBENSTÄRKE?

Gestern Abend, den 6.3.2017 gab es um 21.12h im Klausenpass-Gebiet ein Erdbeben mit der Stärke 4.6, welches in weiten Teilen der Schweiz deutlich zu spüren war.

 

 

 

 (Bild Quelle: http://www.seismo.ethz.ch)

Doch was bedeutet das: ein Beben mit der Stärke 4,6?

Bereits im 18. Jahrhundert versuchten Wissenschaftler, die Stärke von Erdbeben quantitativ zu erfassen. Da allerdings keine geeigneten Messmethoden zur Verfügung standen, musste man sich damit begnügen, die Erdbebenintensität subjektiv zu beschreiben. Erst im Laufe der 20. Jahrhunderts wurden Verfahren und Skalen entwickelt, um die Energie (die Magnitude) von Erdbeben unabhängig von den beobachtbaren Auswirkungen zu beschreiben.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts entwickelte der italienische Seismologe und Vulkanologe Giuseppe Mercalli eine Skala zur Messung von Erdbebenstärken und zur Kategorisierung von Vulkanausbrüchen. Zu dieser Zeit gab es noch keine präzisen Messinstrumente und auch kein internationales Messnetz. Mercalli dokumentierte die durch Erdbeben sicht- und fühlbaren Auswirkungen und die entstandenen Schäden an der Erdoberfläche und erstellte daraus Tabellen. So konnte er den ungefähren Ursprung des Bebens festlegen, denn je weiter ein Ort entfernt vom Epizentrum lag, desto geringer waren die entstandenen Schäden. Diese Angaben waren natürlich subjektiv und hingen vom Beobachter ab. Auch die geologischen Beschaffenheiten und lokalen Bebauungen spielten eine Rolle.

Die ursprüngliche Mercalliskala war zehnstufig. Sie wurde danach mehrfach durch andere Geophysiker auf 12 Stufen erweitert und wird heute als Modifizierte Mercalliskala (MM-Skala) bezeichnet. Sie beschreibt die direkte Auswirkung von Erdbeben auf Menschen und Gebäude.

Erst im frühen 20. Jahrhundert ging man von der Beobachtung zur Messung über. Der kalifornische Seismologe Charles Francis Richter entwickelte zusammen mit dem Deutschen Beno Gutenberg 1935 eine Skala. Grundlage dafür waren instrumentelle Messungen. Sie basierten auf Amplitudenmessungen von Seimogramm-Aufzeichnungen. Aus der Schwingungsamplitude errechneten sie die Magnitude (vom lateinischen „magnitudo“ = Grösse). Die Daten wurden in relativ geringer Distanz von wenigen hundert Kilometern zum Epizentrum gemessen.

Die Richterskala dient zum Vergleich der Stärke = Energiefreisetzung von Erdbeben und gibt diese theoretisch bis zu einem Wert 10 wieder. Aus der Definition ist die Richterskale jedoch nach oben unbegrenzt, deshalb wird dies in Publikationen auch oft als „nach oben offen“  bezeichnet. Die physischen Eigenschaften der Erdkruste machen aber ein Auftreten von Erdbeben der Stärke 9,5 oder höher nahezu unmöglich, da das Gestein nicht genug Energie speichern kann und sich vor Erreichen dieser Stärke entlädt.

Es handelt sich um eine logarithmische Skala von 0,1 bis 10. Dabei gilt der angegebene Wert = Magnitude als Mass für die Bodenbewegung. Jeder Punkt auf der Skala bedeutet eine Verzehnfachung der Stärke des Erdbebens.

Ein Beben mit der Stärke 7 ist demnach 10x stärker als ein Beben der Stärke 6, 100x stärker als ein Beben der Stärke 5 und 1000x stärker als ein Beben der Stärke 4 usw.

Die Richterskale verliert jedoch ab etwa der Magnitude 6,5 an Aussagekraft. Dies weil diese Skala eine Sättigung bei sehr starken Beben aufweist. Das heisst, dass die Zunahme der freigesetzten Energie im oberen Bereich der Skala in immer geringerem Masse zu einem Anwachsen der Magnitude führt. Eine Vergleichbarkeit von Erdbebenstärken ist dadurch nicht mehr gewährleistet.

Momenten-Magnituden-Skala

Für besonders starke Beben rechnen die Seismologen heute nicht mehr mit der Richter-Skala, sondern oft mit der 1977 entwickelten “Momenten-Magnituden-Skala”. Auch sie ermittelt aus den Schwingungsamplituden die freiwerdende Energie eines Erdbebens. Das Rechen-verfahren eignet sich aber besser für hohe Magnituden-Werte. Das Skalenende liegt bei dem Wert 10,6 und entspricht der Annahme, dass bei diesem Wert die Erdkruste vollständig auseinanderbrechen müsste.

1977 führte Hiroo Kanamori 1977 eine neue Magnitudenskala ein, die auf dem 1966 von Keiiti Aki eingeführten seismischen Moment basiert. Dies ist das Skalarprodukt aus der Größe der Bruchfläche im Untergrund, der mittleren Verschiebung der Gesteinsblöcke und der linear-elastischen Verformung des Gesteins.

Und noch zwei Begriffe zum Schluss:

Das Epizentrum (von griechisch epí „auf, über“ und kentron „Mittelpunkt“) ist der Punkt an der Erdoberfläche der direkt über dem Erdbebenherd, dem Hypozentrum, liegt. Bei der Ortsbestimmung durch seismologische Institute werden Erdbebenherde vereinfacht als Punktquellen angenommen. In der Realität handelt es sich jedoch um Bruchflächen, die je nach Stärke des Erdbebens unterschiedliche Ausdehnungen haben. Erdbeben mit kleinen Magnituden weisen Bruchflächen mit Längen von einigen Metern bis wenige hundert Meter auf, während sich die Bruchflächen von sehr starken katastrophalen Ereignissen über mehrere hundert Kilometer erstrecken können.

Das Hypozentrum (von griechisch hypó „unter, darunter“ und kentron „Mittelpunkt“), auch Bebenherd oder seismische Quelle genannt, ist der Punkt, von dem ein Erdbeben ausgeht.

In der Seismologie wird das Hypozentrum charakterisiert durch das Epizentrum und seine Tiefe unter der Erdoberfläche. Das Hypozentrum ist der Punkt, von dem das Erdbeben ausgeht, entspricht also dem Ursprung der Bruchfläche.

In der Regel ist die Schadenswirkung eines Erdbebens am Epizentrum am stärksten ausgeprägt, da diese vor allem von der Entfernung vom Erdbebenherd abhängt. Einfluss üben jedoch auch der Herdmechanismus und die geologische Beschaffenheit der betroffenen Region aus. Die größten Intensitäten und damit die schwersten Schäden treten daher nicht zwangsläufig exakt am Ort des Epizentrums auf.

Bericht Heidi, HB9GHK 07. März 2017

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