Erdbeben und seismische Wellen

Erdbeben zählen zu den häufigsten Naturkatastrophen. Sie entstehen durch den ruckhaften Abbau von Spannungen in der Erdkruste und finden meistens entlang der kontinentalen Plattengrenzen statt.
Während eines Erdbebens breiten sich seismische Wellen aus die sich durch das feste Gestein der Erdkruste bewegen. Sie können auch den Erdmantel durchlaufen, werden dabei jedoch langsamer. Die Eigenschaft von Wellen, dass ihre Geschwindigkeit abhängig von der Dichte des Mediums ist, dass sie durchlaufen, brachte den Geowissenschaftlern entscheidende Hinweise zum Verständnis des Schalenbaus der Erde.

Erdbebenstärke und Magnitude

Die Stärke von Erdbeben wird aus den maximalen Amplituden von Seismogrammen ermittelt und als Magnitude bezeichnet. Es gibt unterschiedliche Magnitudenskalen: die gebräuchlichste ist die Moment-Magnituden-Skala Mw. Sie beginnt bei 0 und geht bis zum Wert 10,5. Bei diesem Wert würde die feste Erdkruste vollkommen zerbrechen. Bei einer Erhöhung um einer Stufe wird das 32-fache an Energie frei. Erdbeben ab Magnitude 3 kann der Mensch spüren und ab Mw 5 entstehen Sachschäden. Erdbeben die stärker als Mw 6 sind, bezeichnet man als starke Erdbeben. Erdbeben die stärker als Mw 7 sind verlaufen meistens katastrophal.

Entscheidend für die Folgen eines Erdbebens ist auch seine Tiefe. Liegt das Hypozentrum in Tiefen weniger als 10 km, dann sind die Schäden deutlich größer, als bei Erdbeben vergleichbarer Stärke in größeren Tiefen. Starke Erdbeben in mehr als 25 km Tiefe verlaufen relativ selten katastrophal.
Die Auswirkungen eines Erdbebens hängt ebenfalls mit seiner Dauer zusammen. Während schwache Erdbeben nur wenige Sekunden dauern, können sehr starke Erdbeben bis zu 3 Minuten anhalten. Es ist logisch, dass bei langanhaltenden Erdbeben auch größere Schäden entstehen können. Neben Stärke, Tiefe und Dauer des Erdbebens sind noch weitere Faktoren entscheiden wie die Folgen aussehen: seine Entfernung zu Siedlungen, dem Zustand der Bausubstanz und der Schwingungsrichtung der Erdbebenwellen.

Die unterschiedlichen Erdbebenwellen

Grundsätzlich werden 3 verschiedene, seismische Wellenarten unterschieden. Direkt durch ein Erdbeben werden zunächst P-Wellen und S-Wellen erzeugt. Sie breiten sich vom Hypozentrum kugelförmig in alle Richtungen aus und werden daher auch Raumwellen genannt. Diese regen die sogenannten Oberflächenwellen an, die sich nicht kugelförmig ausbreiten, sondern an der Oberfläche geführt verlaufen.

Die P-Wellen, oder auch Primärwellen, sind die schnellsten Wellen. Sie schwingen in Ausbreitungsrichtung und geben ihre Energie von Bodenteilchen zu Bodenteilchen weiter, indem sie sich anstoßen. Bei dieser Wellenart handelt es sich also um Longitudinalwellen, oder auch Kompressionswellen. Diese Wellen breiten sich in festen und flüssigen Medien aus und können so auch den flüssigen Erdkern durchdringen.

Die S-Wellen habe ihren Namen davon, dass sie das Medium scheren und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Sie werden auch Sekundärwellen genannt, weil sie langsamer als die Primärwellen sind. Da S-Wellen Scherwellen sind, können sie sich nur in einem festen Medium mit entsprechendem Scherwiderstand ausbreiten. Folglich können sie den flüssigen Erdkern nicht durchdringen. In der Vulkanologie kann das Fehlen dieser Wellen auf einen Magmenkörper hindeuten.
Durch die Laufzeitdifferenz zwischen P-Wellen und S-Wellen lässt sich die Entfernung zum Hypozentrum berechnen. Registriert man die Erdbebenwellen an 3 verschiedenen Punkten, so lässt sich das Hypozentrum und somit die Tiefe des Erdbebenherdes genau lokalisieren. Das häufig angegebene Epizentrum beschreibt den Ort an der Erdoberfläche, der über dem Erdbebenherd liegt.

Die Oberflächenwellen gleichen den klassischen Wellen, wie man sie auf der Wasseroberfläche beobachten kann. Sie schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Die Amplitude dieser Wellen nimmt mit der Tiefe stark ab. Da sie aber an der Oberfläche laufen, sind sie für die meisten Zerstörungen an Gebäuden verantwortlich.

Häufigkeit schwerer Erdbeben

Als Naturphänomen gibt es täglich unzählige Erdbeben, von denen die meisten allerdings so schwach sind, dass Menschen sie nicht wahrnehmen. Erdbeben die Schäden verursachen ereignen sich weltweit fast täglich. Erdbeben mit einer Magnitude von 6 und höher gibt es mehrmals im Monat. Erdbeben die Menschenleben vordern sind nicht ganz so häufig. Einen Überblick ber aktuelle Erdbeben bekommt man auf Webseiten mit einem Erdbebenmonitor.

Statistisch gesehen gibt es jährlich 18 Beben die eine Magnitude höher 7 haben und ein großes zerstörerisches Potential aufweisen.
In den letzten 10 Jahren (Stand Februar 2010) starben ca. 450.000 Menschen an den Folgen von Erdbeben. Ca. 260.000 Menschen kamen im Dezember 2004 um, als ein unterseeisches Beben vor Sumatra einen Tsunami auslöste. Ereignisse mit dieser tragischen Reichweite sind allerdings selten und treten höchstens 1 Mal pro 100 Jahre auf. Eine ähnliche Katastrophe wiederholte sich jedoch bereits am 11.03.2011 in Japan. Ein Erdbeben der Magnitude 8.8 löste ein Tsunami aus, der wiederum nicht nur weite Küstenregionen verwüstete, sondern auch ein Atomkraftwerk beschädigte. Diese Kette unglückseliger Ereignisse gipfelte in der Kernschmelze des Reaktors Fukushima und der Verstrahlung eines weiträumigen Gebietes. Soviel zur Statistik!

Vorhersage von Erdbeben

Die Vorhersage von Erdbeben ist bisher nur in Einzelfällen geglückt. Anders als bei Vulkanausbrüchen sind die Anzeichen sehr schwer zu messen und zu interpretieren. Konkrete Warnungen und Evakuierungsmaßnahmen gibt es in der Regel nicht.
Oft wurde vor einem Erdbeben ein ungewöhnliches Verhalten von Tieren beobachtet. So flüchteten 1975 vor einem Erdbeben in China Schlangen und Frösche aus ihren Bauten. Auch Vögel und Haustiere können durch unruhiges Verhalten auf ein bevorstehendes Erdbeben hindeuten.
In modernen Metropolen wird heute oft Erdbebensicher gebaut. Dabei ist es wichtig, das selbst Hochhäuser schwingen können und somit die Energie von Erdbebenwellen weiterleiten. Diese Flexibilität wird nicht nur durch moderne Baustoffe erreicht. Die Fundamente werden auf hydraulische Pfeiler gesetzt, die gleich einen Teil der Erdbebenschwingungen kompensieren.
Starre Bauten halten starke Beben nicht stand.

Verhalten bei Erdbeben

Wer von einem Erdbeben überrascht wird, sollte möglichst schnell das Freie aufsuchen. Ist dieses nicht möglich wird oftmals empfohlen sich unter Türrahmen zu stellen, oder unter Tische zu legen. Die neusten Empfehlungen des Katastrophenschutzes lauten allerdings sich neben massiven Möbelstücken flach auf den Boden zu legen. Herunterstürzende Deckenteile könnten somit von den Möbelstücken aufgefangen werden und noch einen Hohlraum bilden, indem man überleben könnte. Das GFZ Potsdam hat ein Merkblatt zum Verhalten bei Erdbeben herausgebracht.
Nach einem Erdbeben sollte man möglichst den Hauptgashahn ausschalten und Funkenflug vermeiden, da Leitungen oft zerbrechen.


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