Rainer Olzem - arge-geologie.de

Erdbeben - Ursachen und Vorhersage

Abb. 1: Karte der seismischen Aktivitäten in Europa - (European Seismological Commission)

Valdivia, 22. Mai 1960, 15:11 Uhr

Abb. 2: Wirkungsbereiche der großen Erdbeben in Chile von 1906 bis 2010 (sciencedirect.com)

Die Hilfsmaßnahmen für die stark betroffene Stadt Concepción hatten grade erst begonnen, da erschütterte am frühen Nachmittag des folgenden Tages ein neues heftiges Beben weiter im Süden die Gegend um Valdivia. Eine halbe Stunde später um 15:11 Uhr Ortszeit schließlich folgte das schwerste jemals aufgezeichnete Erdbeben aller Zeiten. Dieses Beben von Valdivia mit der unglaublichen Magnitude von 9,5 – fünfmal stärker als das Erdbeben 2011 in Japan - dauerte vier Minuten und erschütterte Chile zwischen der Stadt Talca und der im Süden gelegenen Insel Chiloé auf einer Strecke von mindestens 1.000 km und einer Breite von 200 km (Abb. 2). In den Tagen nach dem Hauptbeben kam es in der Region zu hunderten schweren Nachbeben, davon elf mit einer Magnitude 6-7.

Eine Schätzung des Amerikanischen Erdbebendienstes (USGS) geht von 1.655 Todesopfern, 3.000 Verletzten und zwei Millionen Obdachlosen aus. Die relativ kleine Anzahl an Todesopfern ist der geringen Bevölkerungsdichte zu verdanken und den starken Vorbeben, die die Einwohner veranlassten, rechtzeitig ihre Häuser zu verlassen (Abb. 3 und 4).

Das Beben führte zu einschneidenden Veränderungen der Topografie großer Gebiete rund um die Provinzhauptstadt Valdivia, die Erdkruste brach auf einer Länge von 1.000 Kilometern, ein Krustenblock zwischen dem Kontinentalrand und den Anden wurde nach Westen geschoben und gekippt. Der Versatz auf der Bruchfläche betrug teilweise mehr als 20 m und es wurde eine Energie von mehr als elf Trillionen (11,2×1018) Joule freigesetzt, was zu einer Verschiebung der Erdachse um 3 cm führte.

Abb. 3:Das Erdbeben von Valdivia legte die Stadt in Schutt und Asche (wissen.de.msn.com)
Abb. 4: Die Ruinen der Kathedrale von Conceptión nach dem Erdbeben (de.academic.ru)
Abb. 5: Ankunftszeiten des Tsunamis von 1960 über den Pazifik (in Std.) (Wikipedia)

Das Beben löste einen Tsunami mit einer Wellenhöhe von 11,5 m aus, der sich über den gesamten Pazifischen Raum ausbreitete und schwere Schäden anrichtete (Abb. 5). In Hawaii, Japan und auf den Philippinen waren Dutzende Todesopfer zu beklagen.

Die stärksten Beben

Die Erde ist ein lebendiger Planet. Erdbeben, Erdrutsche, Vulkanausbrüche und Tsunamis als geologische Phänomene sind allgegenwärtig. Jedes Jahr ereignen sich weltweit mehr als 2,5 Millionen Erdbeben, davon 1.500 mit einer Magnitude von 5 und mehr. Täglich sind es 30 bis 40 Erschütterungen von mindestens der Stärke 4. Extrem starke Beben ab einer Stärke von 7 erschüttern die Erde etwa 20-mal im Jahr. Vernichtende Beben mit Stärken größer 9 gibt es etwa alle 10 Jahre.

Das stärkste je gemessene Beben war das bereits erwähnte Beben von Valdivia mit einer Stärke von 9,5. Es folgt das sogenannte Karfreitagsbeben in Alaska am 27./28.03.1964 mit einer Stärke von 9,2 und einem Tsunami von unglaublichen 67 m Höhe (Abb. 6). Wegen der geringen Besiedlung der Gegend wurden nur 125 Tote registriert.

Erst danach reiht sich das Weihnachtsbeben von Sumatra am 26.12.2004 mit einer Stärke von 9,1, einem Tsunami von 15 m Höhe und etwa 230.000 Toten ein.

Das heftigste Erdbeben in Europa war das Beben von Lissabon 1755 (Abb. 7) mit einer Stärke von 8,5 – 9,0 und 70.000 Toten (unterschiedliche Quellen nennen 30.000 bis 100.000 Tote). Lissabon hat es in der Vergangenheit oft getroffen, so auch in den Jahren 1344 und 1531 mit jeweils 30.000 Toten.

Abb. 6: Tiefe Erdspalten nach dem Großen Beben in Alaska (wikipedia)
Abb. 7: Zeitgenössisches Flugblatt nach dem Beben von Lissabon (goethezeitportal.de)

Auch im sizilianischen Messina bebte die Erde oft: 1783 mit der Stärke 6,9 und 30.000 Toten und im Jahr 1908, als das historische Messina-Beben mit einer Stärke von 7,2 und 72.000 bis 110.000 Toten die Region heimsuchte (Abb. 8 und 9).

In Deutschland gibt es keine Erdbeben solcher Heftigkeit, das bisher stärkste Beben wurde am 18.02.1756 in Düren/NRW mit 6,4 gemessen. Das zweitheftigste Beben mit einer Stärke von 6,1 ereignete sich im süddeutschen Albstadt am 16.11.1911.

Abb. 8: Auch in Deutschland wurde das Messina-Beben von 1908 registriert (Wikipedia)
Abb. 9: Alte Ansichtskarte von Messina aus dem Jahr 1908 (ak-ansichtskarten.de)

Die folgenschwersten Beben

Abb. 10: Erdbebenfolgen in Tangshan 1976 (craighill.net)

Erdbeben und deren Folgeerscheinungen verursachen bei weitem die meisten Toten aller Naturereignisse, bisher weltweit viele Millionen.

Das folgenschwerste Beben war wohl das Erdbeben von Nablus in Palästina am 20.05.1202 (Stärke zwischen 6,8 und 7,5) mit mehr als 1 Million Toten, wobei wahrscheinlich auch die durch die folgenden Hungersnöte und Seuchen Gestorbenen mitgerechnet wurden.

Es folgen die Beben von Shaanxi/China am 23.01.1556 mit einer Stärke von mehr als 8,0 und 830.000 Todesopfern und Tangshan/China am 28.07.1976 (Abb. 10) mit einer Stärke von 7,4 und inoffiziell 650.000 Toten (offizielle chinesische Angabe 242.000).

Führt Unkeuschheit zu Erdbeben?

Abb. 11: Erdbeben: Ursache und Wirkung (NotionsCapital)
Abb. 12: Erdbeben-Experten Kazem Sedighi ...

Erdbeben gehören zu den gewaltigsten Katastrophen, die die Menschen treffen können. Sie kommen meist aus heiterem Himmel, völlig überraschend und mit einer ungeheuren Zerstörungskraft. Aber warum bebt die Erde überhaupt?

Wo unlängst ein deutscher Bischof glasklar erkannte, dass die wilden und zügellosen sechziger Jahre für die Übergriffe katholischer Priester verantwortlich sind, setzt nun ein muslimischer Kollege fröhlich einen drauf. Denn wie iranische Medien berichteten, hat der Kleriker Kazem Sedighi eindeutig erkannt, wieso es zu schweren Erdbeben im Iran kommt: Er hält die zu leicht und unzüchtig bekleideten Frauen für die Ursache, denn:

»Viele Frauen, die sich nicht angemessen kleiden, verführen junge Männer zur Unkeuschheit und verbreiten Unzucht in der Gesellschaft, was letztendlich zu Erdbeben führt« (pressenet.info) (Abb. 11 und 12).

Oder ist die Gesamt-Menschheit schuld?

Abb. 13: ... Rudolf Steiner ...

Für Rudolf Steiner (1861 – 1925) (Abb. 13), österreichischer Philosoph und Esoteriker, waren die Ursachen von Erdbeben spiritueller Natur. Eine Aussage Steiners lautet, dass ein Erdbeben nicht von den davon betroffenen Menschen, sondern immer gesamt-menschheitlich ausgelöst wird. Es sei für uns als Nicht-Betroffene die Aufgabe, diesen Menschen in ihrer Not zu helfen, weil wir dieses Erdbeben alle gemeinsam verschuldet und ausgelöst hätten.

Erdbeben durch Klimawandel?

In Zeiten des medialen Klimahypes kommt es zu allerlei Kuriositäten. So mutmaßte Johannes B. Kerner im Frühjahr 2009 in seiner Sendung im ZDF, zu Gast waren Mojib Latif und Sigmar Gabriel, dass die Tsunamikatastrophe von Dezember 2004 ein Zeichen des Klimawandels sei (Abb. 14).

Herr Kerner ist aber kein Einzelfall. Zum fünfjährigen Jahrestag der Tsunami-Katastrophe mutmaßte die NDR-Moderatorin Inka Schneider in der Sendung “DAS!” mit dem roten Sofa, dass mit dem Scheitern des Kopenhagener Klimagipfels uns derartige Katastrophen wohl häufiger heimsuchen werden.

Den Vogel abgeschossen hat aber eindeutig der US-Schauspieler Danny Glover (Abb. 15). Über Telefon teilte er mit, dass das Haiti-Erdbeben eine direkte Folge des Klimawandels und des gescheiterten Klimagipfels von Kopenhagen sei (readers-edition.de).

Abb. 14: ... Johannes B. Kerner, Sigmar Gabriel, Mojib Latif ...
Abb. 15: ... und Danny Glover

Was sagen die Geologen?

Geologen unterscheiden drei grundsätzlich unterschiedliche Arten von Erdbeben: tektonische Beben, vulkanische Beben und Einsturzbeben.

Tektonische Beben

Die Erde hat einen schalenförmigen Aufbau mit einer dünnen Kruste von im Mittel etwa 15 km Dicke, dem Erdmantel und dem Erdkern. Die Erdkruste besteht aus mehreren Einzelteilen – riesigen Platten (Abb. 16). Angetrieben durch dynamische Prozesse im Erdmantel, durch sogenannten Konvektionsströme, wandern die Erdplatten langsam auseinander, gegeneinander oder aneinander vorbei. Es sind bis zu 16 Zentimeter im Jahr. Dieses Phänomen nennt man Plattentektonik.

Abb. 16: Erdbeben treten überwiegend an den Plattenrändern auf (Quelle: BGR)

Dort, wo die Platten aneinander grenzen, bauen sich gewaltige Spannungen innerhalb des Gesteins auf, wenn sich die Platten in ihrer Bewegung verhaken und verkanten. Wenn die Erdkruste den Spannungen schließlich nicht mehr standhält, wenn also die Spannungen die Scherfestigkeit des Gesteins überschreiten, entladen sich die Spannungen durch ruckartige Bewegungen der Erdkruste und es kommt zu einem tektonischen Beben (Abb. 17 und 18).

Tektonische Beben machen 90% aller Erdbeben aus. Sie sind die gefährlichste Art von Erdbeben und besitzen zudem die größte Reichweite.

Abb. 17: Subduktionszone an einer Plattengrenze: Die Küstenregion hebt sich, solange sich die Platten verhaken (Locked). Löst sich die Spannung, sackt die Küstenregion ab und es entsteht ein Erdbeben (Rupture) (Leonard et al)
Abb. 18: Arten von tektonischen Verwerfungen: Aufschiebung (oben links), Abschiebung (unten links), Horizontalverschiebung (oben rechts) und Kombination von Aufschiebung und Horizontalverschiebung (www2.klett.de)

Vulkanische Beben

In vulkanischen Zonen aufsteigendes Magma kann ein lokales vulkanisches Erdbeben auslösen (Abb. 19). Vulkanische Beben setzen viel weniger Energie frei als tektonische Beben und haben nur geringe Reichweiten. Etwa 3% aller Beben sind vulkanischen Ursprungs.

Abb. 19: Ein Ausbruch des Popocatepetl kündigt sich in der Regel durch vulkanische Beben an (flickriver.com, Ausschnitt)
Abb. 20: 2010 öffnete sich ein riesiges Karstloch mitten in Guatemala-City und verursachte ein Einsturzbeben (scienceblogs)

Einsturzbeben

Einsturzbeben werden durch das Einstürzen von unterirdischen Hohlräumen im Gestein verursacht (Abb. 20), auch durch den Einsturz unterirdischer Hohlräume im Bergbau (Gebirgsschlag). Auch Einsturzbeben setzen weitaus weniger Energie frei als tektonische Beben und haben ebenfalls nur geringe Reichweiten. Sie machen rund 7% aller Erdbeben aus.

Wie wird die Stärke von Erdbeben gemessen?

Zur Beschreibung der Stärke von Erdbeben wurden viele unterschiedliche Skalen entwickelt. Grundsätzlich unterscheiden muss man zwischen der Magnitude und der Intensität. Während die Magnitude ein Maß für die bei einem Erdbeben freigesetzte Energie darstellt, beschreibt die Intensität die örtliche Schadenswirkung bzw. die Wahrnehmung durch den Menschen. Ein Erdbeben hat nur eine Magnitude als Maß der seismischen Energie, aber von Ort zu Ort unterschiedliche Intensitäten, die in der Regel mit zunehmender Entfernung vom Erdbebenherd abnehmen.

Intensität

Abb. 21: Intensitätsskala nach Medvedev, Sponheuer und Karnik (Wikipedia)
Abb. 22: Auch schwächere Beben hinterlassen in Ortschaften von Entwicklungsländern oft Trümmerlandschaften

Zur Bestimmung der Intensität eines Erdbebens wird meist die MSK-Intensitätsskala nach Medvedev, Sponheuer und Karnik (MSK) verwendet, die 12 Stärkegrade benennt (Abb. 21).

Die Intensität II wird grade noch gespürt, bei der Intensität VI treten erste leichte Gebäudeschäden auf, Intensität X ist allgemein gebäudezerstörend und Intensität XII schließlich tiefgreifend landschaftsverändernd.

Intensitäten werden nicht gemessen, sondern beruhen auf Beobachtungen. Sie hängen damit sowohl von der Entfernung zum Epizentrum (Abb. 33) als auch vom jeweiligen Baugrund und der Bausubstanz ab (Abb. 22).

Magnitude

Abb. 23: Charles Francis Richter

Die bekannteste Magnitudenskala ist die Richterskala, die 1935 von dem amerikanischen Seismologen Charles Francis Richter (1900 – 1985) (Abb. 23) und dem deutschen Seismologen Beno Gutenberg (1889 – 1960) entwickelt wurde. Zur Bestimmung der Magnitude werden die Bodenbewegungen eines Bebens mit einem Seismometer gemessen.

Aus dem Seismogramm wird die größte Bodenbewegung abgelesen. Dieser Wert bestimmt, zusammen mit der Entfernung zwischen dem Standort des Seismometers und dem Bebenherd, die Magnitude.

Die Magnitude eines Erdbebens nach Richter ist definiert als der Logarithmus der größten Auslenkung (in µm), mit der ein Standard-Seismometer (Wood-Anderson Horizontalseismograph) das Erdbeben aus 100 Kilometer Entfernung registrieren würde. Eine Auslenkung von 1 Millimeter entspricht 1000 Mikrometer – der Logarithmus von 1000 ist 3, somit ist der Wert auf der Richterskala 3, sofern das Beben in 100 km Entfernung stattfand.

Richter hat eine Tabelle aufgestellt, in der man für jede Entfernung einen Wert für die Magnitude ablesen kann.

Logarithmisch heißt, dass der Zuwachs um eine Magnitudeneinheit (z. B. von 6 auf 7) eine 10-fach größere Bodenbewegung und eine Steigerung der Bebenenergie um das 32-fache bedeutet.

Ein Erdbeben mit einer Magnitude von 2 - 3 auf der Richterskala ist grade noch spürbar. Da Richter den Nullpunkt der Magnitudenskala willkürlich festgelegt hat, können sehr kleine Beben auch Magnituden kleiner Null haben. In Abb. 24 werden die Magnituden nach Richter und die MSK-Intensitäten kombiniert.

Abb. 24: Kombination von Richterskala und MSK-Intensitätsskala (wordpress.com)

Grenzen der Richterskala – die Momentenmagnitude

Wenn heute irgendwo auf der Welt die Erde bebt, dann registrieren das die Erdbebenstationen weltweit und werten die Daten vollautomatisch aus. Für diese großen Entfernungen aber ist die Richterskala weder gedacht noch geeignet, Richter hat in seiner Tabelle als weiteste Entfernung zwischen Epizentrum des Bebens und Messstation 600 km angegeben.

Von der Richterskala heißt es, sie sei nach oben offen, was aber nicht stimmt, denn man kann mit den von Richter ausgewählten Messgeräten keine sehr starken Beben erfassen.

Abb. 25: Magnituden und freigesetzte Energie (wordpress.com)

Dr. Klaus-G. Hinzen von der Erdbebenstation Bensberg der Uni Köln erklärt das so:

Das liegt daran, dass die Messgeräte, mit denen Richter die Skala entwickelt hat, nur einen bestimmten Teil der Bodenbewegungen bei einem Erdbeben erfassen können. Und da passiert Folgendes: Die Beben werden stärker und die Zahlenwerte steigen an – aber nur bis etwa 6,5. Darüber hinaus sehen die Seismometer den Rest der Bodenbewegungen nicht mehr und deswegen werden die Zahlenwerte nicht mehr größer.

Das bedeutet, dass die Richterskala bei einer Magnitude von 6,5 aufhört, ungeachtet der stets wiederholten höheren Magnituden-Angaben nach Richter in den Medien.

Inzwischen haben Seismologen weitere Skalen entwickelt, die ebenfalls Magnitudenwerte liefern, jedoch auf einer anderen Skala mit Werten größer 6,5.

Eine der aktuellen Skalen ist die Momentmagnituden-Skala. Um starke Beben exakt messen zu können, sind moderne Seismometer erforderlich, mit denen die gesamte Bandbreite der Bodenbewegungen bei einem Erdbeben erfasst werden kann - kurze, mittlere und lange Wellen.

Abb. 26: Historischer Seismograph von Palmieri (1855)
Abb. 27: ... und von Galitzin (1906) (uni.jena)
Abb. 28: Moderner Seismograph (ucds.edu)
Abb. 29: Erdbebenstation in Kalifornien (ucds.edu)

Aber auch die Momentmagnitude ist nur in der Theorie nach oben offen. In der Praxis wird es auf der Erde niemals Werte über 10,6 geben.

Ein Erdbeben mit der Stärke 10,6 wäre nämlich so stark, dass die gesamte Erdkruste aufbricht.

Und weil nicht mehr als die gesamte Erdkruste aufbrechen kann, kann es auf der Erde auch keine Erdbeben geben, deren Momentmagnitude stärker als 10,6 ist (Quarks und Co).

Angeklagt wegen fahrlässiger Tötung

In Italien stehen nun Geologen vor Gericht, weil sie die Bevölkerung nicht rechtzeitig vor dem Erdbeben von L‘Aquila am 06. April 2009 (Abb. 30) gewarnt hatten:

Jetzt wird gegen sieben Seismologen und Zivilschutzbeamte ermittelt, alle Mitglieder der Kommission »Grandi Rischi« (Große Risiken), die den nationalen Zivilschutz bei Naturkatastrophen berät. Die Anklage lautet auf fahrlässige Tötung. Damit nicht genug: Weil Kommission und Zivilschutz aus ihrer Sicht versagt haben, fordern nun 36 betroffene Familien aus L’Aquila 22,5 Millionen Euro Schadensersatz von der Regierung.

Abb. 30: Erdbebenfolgen in L'Aquila 2009: Ruine der Kirche San Pietro (6aprile.it)

Es ist ein Nachbeben der besonderen Art. »So etwas hat es noch nie gegeben – in keinem Land der Welt«, sagt der angeklagte Mauro Dolce, Direktor des Büros für Erdbebenrisiken des nationalen Zivilschutzes. (zeit.online)

In L'Aquila sitzen nicht nur sechs Erdbebenspezialisten auf der Anklagebank, sondern gewissermaßen alle Seismologen. Die Schockwellen der Anklage verbreiten sich weltweit, mehr als 5.000 Forscher haben einen offenen Brief an Italiens Staatspräsident Giorgio Napolitano unterzeichnet. Die Vorwürfe seien unhaltbar, heißt es. Man wisse schließlich, dass Italien und insbesondere die Abruzzen gefährdet seien. Wenn es zur Katastrophe gekommen sei, dann vor allem aus dem Grund, dass Gebäude nicht erdbebensicher waren.

Neueste Meldung (22.10.2012): Die Geowissenschaftler wurden zu langjährigen Haftstrafen verurteilt!

Neueste Meldung (11.11.2014): Freispruch in zweiter Instanz

Kann man Erdbeben vorhersagen?

Sind die Geologen von L‘Aquila nun zu Recht angeklagt worden? Hätten sie das Erdbeben vorhersehen und die Bevölkerung rechtzeitig warnen müssen?

Die Antwort ist ja und nein. Dass die Gegend um L’Aquila eine brisante Erdbebenzone ist, wissen die Geologen (Abb. 31). Der gesamte Bereich des Apennin gehört zur höchsten Gefährdungsklasse. Bereits am Vorabend war ein leichtes Beben der Stärke 4,6 im Norden Italiens in der Emilia Romagna spürbar. Und vor dem Hauptbeben der Stärke 5,8 gab es zwei kleinere Beben mit der Stärke 3,5 und 3,9.

Jedoch ist eine zeitlich und räumlich exakte Vorhersage eines Erdbebens nach dem heutigen Stand der Wissenschaft nicht möglich. Die unterschiedlichen bestimmenden Faktoren sind zwar qualitativ weitgehend verstanden, aber aufgrund des komplexen Zusammenspiels ist eine genaue Quantifizierung nicht möglich, sondern nur die Angabe einer Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Erdbebens in einer bestimmten Region.

Abb. 31: Epizentren und Magnituden von Erdbeben um L'Aquila vom 01.01. bis 31.12.2009 (6aprile.it)
Abb. 32: Geophysikalische Station zur Erdbebenvorhersage in Vamka/Indien (gujarat.gov.in)

Erdbeben lassen sich prinzipiell nicht vorhersagen - egal ob sie stark sind oder nicht so stark, so der Geophysiker Gernot Hartmann von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover.Vorhersagen mit Datum und genauer Eingrenzung des Gebietes einen Tag vorher, so dass man noch evakuieren könnte, so was ist nicht möglich. Man kann nur Wahrscheinlichkeiten abschätzen.

Es gebe verschiedene Wissenschaftlergruppen, die daran arbeiten, zuverlässige Vorhersagen zu treffen. Aber im Augenblick ist wirklich kein Ansatz abzusehen, wie man ein Modell erzeugen kann, das präzise Vorhersagen ermöglicht, sagt Hartmann. Woran man arbeiten kann, ist an der Früherkennung nach einem Erdbeben: Also binnen kürzester Zeit Alarmsysteme zu aktivieren, mit denen wie in Japan Züge angehalten oder Gasleitungen geschlossen werden können.

Wegen des volkswirtschaftlichen Schadens bei einer großräumigen Evakuierung und wegen eventueller Opfer aufgrund einer möglichen Massenpanik ist eine Frühwarnung der Bevölkerung vor einem Erdbeben nur dann sinnvoll, wenn die Zahl der zu erwartenden Opfer als sehr groß angenommen wird, oder wenn Raum und Zeit des Bebens genau vorausgesagt werden können.

Und sollte dann trotz Frühwarnung und erfolgter Evakuierung doch kein Beben auftreten, würden mit Sicherheit die Schuldigen gesucht, die diese – im Nachhinein – dann sinnlose und ungeheuer kostenintensive Evakuierungsmaßnahme verursacht haben. Ganz abgesehen davon, dass die Bevölkerung einer nächsten Frühwarnung nicht folgen könnte. Wie man es auch dreht und wendet, die Schuldigen scheinen stets die Seismologen zu sein.

Vorhersage über Vorläuferphänomene

Abb. 33: Messfeld der Erdbeben-Warnstation Parkfield/Kalifornien innerhalb des Sankt Andreas-Grabens (Wikipedia - CC-by-sa)

Weltweit suchen Geophysiker nach verlässlichen Vorhersagetechniken für Erdbeben, um die Folgen für die betroffenen Menschen in Grenzen zu halten (Abb. 33).

Als Beben-Vorläuferphänomene werden Veränderungen geophysikalisch messbarer Größen angesehen wie plötzlich auftretende Horizontal- und Vertikalbewegungen des Erdbodens, die Häufung von kleineren Vorbeben, Unruhe des erdmagnetischen Feldes, Veränderungen in der Zusammensetzung von Bodengasen und im Grundwasserspiegel von Brunnen. Aber auch ein möglicher Einfluss des Mondes und auffälliges Tierverhalten vor größeren Erdbeben werden in Betracht gezogen.

Alle diese Vorläuferphänomene variieren jedoch sehr stark in ihrem Zeitverlauf und in ihrer Größenordnung. Der instrumentelle Aufwand, der für eine lückenlose Erfassung aller dieser Phänomene erforderlich wäre, ist logistisch und auch finanziell nicht realisierbar.

Seit Juli 2000 kreist der Satellit CHAMP um die Erde, um u. a. den Zusammenhang zwischen geophysikalischen Ereignissen und Veränderungen des elektromagnetischen Feldes zu erforschen.

Seismische Wellen

Abb. 34: Hypozentrum und Epizentrum (Wikipedia)

Bei einem Erdbeben wird der unterirdische Erdbebenherd als Hypozentrum und der senkrecht über dem Hypozentrum auf die Erdoberfläche projizierte Punkt eines Bebens als Epizentrum bezeichnet. Das Epizentrum gibt damit die geografische Lage des Erdbebens an (Abb. 34).

Bei einem Erdbeben breiten sich vom Hypozentrum nach allen Seiten Bodenschwingungen aus, die Erdbebenwellen oder seismischen Wellen.

An jedem vom Erdbeben beeinflussten Ort treffen dabei zwei Arten von seismischen Wellen ein: die Raumwellen und die Oberflächenwellen.

Man unterscheidet zwei Arten von Raumwellen: die Primär- oder Kompressionswellen (P-Wellen) und die Sekundär- oder Scherwellen (S-Wellen). An einem vom Bebenherd entfernten Ort kommen mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit je nach Gestein von 5,8 – 13,7 km/s zuerst die P-Wellen an, danach folgen mit 3,2 – 7,3 km/s die S-Wellen. Aus dieser Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen der P- und der S-Wellen kann die Entfernung zum Erdbebenherd errechnet werden.

Erst danach treffen die Oberflächenwellen ein, die in Rayleigh-Wellen und Love-Wellen unterteilt werden. Die Rayleigh-Wellen verursachen eine rollende Bewegung des Bodens ähnlich wie Meereswellen. Die bei einem Beben gespürten Erschütterungen werden hauptsächlich durch diese energiereichen Rayleigh-Wellen hervorgerufen, deren Amplituden viel größer sind als die der übrigen Wellenarten. Die zerstörerische Wirkung von Erdbeben geht daher weitgehend auf diesen Wellentyp zurück, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit etwa 2 – 4 km/s beträgt (Abb. 35).

Abb. 35: Im Seismogramm sind die unterschiedlichen Laufzeiten der P-, S-, Love- und Rayleighwellen zu erkennen (verändert nach uni-kassel.de)

Kurzzeitwarnung für Erdbeben

Abb. 36: Ermittlung der Laufzeitdifferenzen von P- und S-Wellen aus 3 Seismogrammen in unterschiedlicher Entfernung zum Hypozentrum (uni-kassel.de)

Diese unterschiedlich schnellen Laufzeiten der verschiedenen Erdbebenwellen ermöglichen eine Kurzzeitwarnung über die Stärke eines bereits begonnenen Bebens:

Berkeley (USA) - Geophysiker greifen nach jedem Strohhalm. Denn jede Idee für eine verlässliche Erdbeben-Vorhersage ist bisher im Sande verlaufen. Nun schlagen amerikanische Wissenschaftler zumindest eine Kurzzeitwarnung über die Stärke eines bereits begonnenen Bebens vor. Besonders starke Beben mit Magnituden über fünf dauern mehrere Sekunden. Werde eine solche gefährliche Erschütterung bereits in der ersten Sekunde erkannt, blieben wenigsten einige Sekunden Vorwarnzeit. Das ist wenig, aber dennoch genug, um Gasleitungen zu sperren oder fahrende Züge abzubremsen. Ihren Ansatz veröffentlichen sie im Fachblatt Nature. (Quelle: Physikportal pro-physik.de).

In erdbebenreichen Regionen wie Japan und Kalifornien werden die schnellen P-Wellen für eine Erdbebenvorwarnung von wenigen Sekunden bereits genutzt. Doch da harmlose Beben von Starkbeben nicht zu unterscheiden sind, kommt es dort auch zu überflüssigen Fehlalarmen.

Erdbeben-Vorwarnsystem im Einsatz

Abb. 37: Vorstellung eines Erdbeben-Vorwarnsystems - Ausschnitt (secty-electronics.de)

Auch in Deutschland wird an einem effektiven Erdbebenvorwarnsystem auf der Grundlage der Erfassung der P- und S-Wellen gearbeitet (Abb. 37). In Zusammenarbeit mit der Deutschen Bundesregierung und dem GeoForschungsZentrum Potsdam wurden bereits Systeme in einigen Regionen der Welt installiert.

Das System erfasst zunächst die P-Welle. Über die Auswerteelektronik wird diese dann in Bruchteilen einer Sekunde analysiert und beurteilt. Sollte dieser Schwellwert höher sein als der von den Experten geforderte Wert, schlägt das System Alarm.

Abb. 38: Vorwarn-Sirene (secty-electronics)

Um ein Höchstmaß an Funktionssicherheit zu gewährleisten, wurden immer mindestens zwei Erdbebendetektoren eingebaut, die dann in einem Netzwerk miteinander kommunizieren.

Die Bevölkerung wurde in verschiedenen Dörfern an zentraler Stelle über eine Außensirenenanlage in einem Umkreis von 600 bis 800 Metern vor der herannahenden Katastrophe gewarnt (Abb. 38).

Im Moment bleibt ohne Vorwarnsystem keine Sekunde Zeit, um aktiv zu handeln. Mit dem Warngerät hingegen bleiben zumindest einige Sekunden Zeit, um auf die herannahende Naturkatastrophe zu reagieren und aktive Schutzmaßnahmen einzuleiten und damit die Überlebenschance deutlich zu verbessern. (Quelle: derStandard.at)

Ein Ausblick

Abb. 39: Die Geologen wissen zwar, wo starke Beben mit großer Wahrscheinlichkeit auftreten werden: Karte der Erdbebengefährdung für Deutschland (Wikipedia - Störfix)

Erdbeben werden sich auch in Zukunft wohl nicht exakt vorhersagen lassen. Man wird nicht angeben können, an welcher Stelle und zu welchem Zeitpunkt sich die Spannungen in den tektonischen Platten ruckartig entladen.

Die Ursache für die gewaltigen Kräfte, die den Boden unter unseren Füßen beben lassen, liegt viele Kilometer unter der Erdoberfläche, für uns weder sichtbar noch messbar.

Erdbeben unterliegen einer sogenannten «selbst organisierten Kritikalität wie Lawinen und Verkehrsstaus», sagt Robert Geller, Professor für Seismologie an der Uni Tokio.

Die Geologen wissen zwar, wo starke Beben mit großer Wahrscheinlichkeit auftreten werden (Abb. 39). Wenn aber die Erde bebt, dann stets überraschend, ohne Vorwarnung (Abb. 40). Es gibt zwar erkennbare Ursachen und Risiken, aber keinen Einzelfaktor, der sie auslöst. Das System ist viel zu komplex.

Abb. 40: Wenn aber die Erde bebt, dann stets überraschend, ohne Vorwarnung: Erdbebenfolgen in Kobe/Japan 1995 (spiegel.de)

Für Erdbeben gelten auch Zeitdimensionen, die nicht mit der menschlichen Zeit zu vereinbaren sind. 1.000 Jahre sind für die Geologie ein Wimpernschlag. Eine Prognose mit einer Genauigkeit von 1.000 Jahren wäre im geologischen Sinn präzise, für Menschen dagegen wären schon einige Tage Abweichung inakzeptabel.

Das beste Instrument, auf das Geophysiker für ihre Berechnungen zurückgreifen können, ist die Statistik. Seit Anfang des 20. Jahrhunderts werden Erdbeben gemessen, erklärt der Seismologe Lars Ceranna von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (Hannover). Sie werden in einem Katalog zusammengefasst und bilden die Basis für die Berechnung der Wahrscheinlichkeit, mit der in Zukunft in bestimmten Bereichen ein Beben auftritt. (focus.de)

Wenn man also Erdbeben nicht exakt voraussagen kann, dann ist es unbedingt notwendig, die Häuser in den gefährdeten Gebieten erdbebensicher zu bauen und dabei die Interaktion zwischen Bauwerk und Baugrund zu berücksichtigen sowie umfassende Notfallsysteme zu installieren.

Nicht Erdbeben töten die Menschen; es sind die einstürzenden Häuser, welche die Leute umbringen.

Der beste Schutz vor Erdbeben ist die Vorbeugung.

Nach oben