Richterskala | GA-Bonn

Was ist die Intensität eines Erdbebens?

Es gibt in der Erdbebenforschung zwei Skalen, um die Erdbeben bzw. die Erdbebenerschütterungen nach ihrer Stärke zu klassifizieren. Beide werden oft verwechselt.

1. Intensität

Die Intensitätsskala klassifiziert die der Erschütterungen/Schwingungen an einem beliebigen Ort nach der Art der Erschütterungswahrnehmungen durch Menschen und den Grad der Erdbebenschäden. Diese Intensitätsskala (manchmal auch nach ihren Autoren abgekürzt als MSK oder MM bzw. (die neueste Version für Europa) EMS98 bezeichnet, unterteilt die Erdbeben in 12 Klassen.

Wenn diese Erschütterungen nicht in einer beliebigen Entfernung vom Erdbebenherd, sondern direkt über diesem, im sogenannten Epizentrum, gemeint sind, dann spricht man von der sogenannten Epizentralintensität I0. Sie ist in der Regel die größte bei einem Beben beobachtete Intensität.

Die Erdbebenintensitätsskale ist vergleichbar mit der Windstärkeskala nach Beaufort, die ebenfalls 12 Klassen hat - von Windstille bis zum verheerenden Orkan. Die Klassifizierung erfolgt dort ebenfalls nach den Wahrnehmungen (z.B. dünne Zweige bewegen sich im Wind, Bäume schwanken im Wind, Dächer werden abgedeckt, Bäume entwurzelt, Brandungswellen bzw. Wellen auf hoher See von bestimmter Kammhöhe etc.).

2. Magnitude

Ganz anders verhält es sich mit der sogenannten Richterskala, auch Magnitudenskala genannt. Sie wurde erstmalig 1935 von Prof. Richter in Kalifornien vorgeschlagen und existiert heute in vielen Modifikationen. Die Magnitude ist ein Maß für die gesamte beim Beben freigesetzte seismische Schwingungsenergie. Der zweite wesentliche Unterschied im Vergleich zur Intensität I ist, daß die Magnitude nicht auf Erschütterungs- und Schadensberichten durch Menschen, d.h. nicht auf subjektiven Wahrnehmungen beruht, sondern sich auf instrumentelle Registrierungen der tatsächlich gemessenen Geschwindigkeit der Bodenschwingungen gründet.

Die Messungen erfolgen mit Seismographen. Erdbeben senden verschiedene Wellentypen aus. Da die Abnahme der Schwingungsamplituden mit der Entfernung in Abhängigkeit von der Art des beobachteten Wellentypes korrigiert wird, müsste theoretisch der an jeder seismologischen Station der Erde für ein bestimmtes Beben ermittelte Magnitudenwert identisch sein.

Die Erde ist aber in ihrer Struktur nicht ganz gleichmäßig aufgebaut, die Dämpfung der Erdbebenwellen ist auch von der Art und Temperatur der Gesteine abhängig und zudem strahlt ein Erdbebenherd die Energie ungleichmäßig in verschiedene Richtungen aus. Deshalb können sich die von einzelnen Stationen berechneten Magnitudenwerte sehr wohl um ± 0,5 Magnitudeneinheiten unterscheiden. Das erklärt auch die Abweichungen mancher Magnitudenangaben, die in denMedien unmittelbar nach einem Erdbeben bekannt werden, da diese Werte zumeist nur auf den Beobachtungen einer einzigen oder nur weniger Stationen beruhen. Später werden dann mittlere Magnitudenwerte aus Messungen vieler, weltweit verteilter Stationen angegeben, die zuverlässiger sind.

Die Stärke der Erdbebenschwingungen ist sehr verschieden. Mit empfindlichen Seismographen können heute noch Schwingungen von weniger als einmillionstel Millimeter (das sind Größenordnungen von Atom- und Molekühldurchmessern) aufgezeichnet werden. Im Vergleich können bei den stärksten Erdbeben bleibende Verschiebungen des Bodens von über 10 m auftreten, d.h. über 10 milliardenfach stärker als die Bodenbewegungen bei den schwächsten noch registrierbaren Erdbeben.

Da man das in normalen (natürlichen) Zahlen nicht mehr übersichtlich darstellen kann, werden Erdbebenmagnituden nach einer sogenannten logarithmischen Skala angegeben, d.h. log 10 = 1 und log 109 = log 1000 000 000 (1 Milliarde) = 9. Wenn sich also die Magnitude eines Bebens um 1 ändert (vergrößert oder verkleinert), dann war die entsprechende Geschwindigkeit der Bodenschwingungen zehnmal größer oder kleiner.

Anhand einer von den amerikanischen Seismologen Gutenberg und Richter schon 1956 angegebenen Beziehung zwischen der seismischen Schwingungsenergie Es und der aus Oberflächenwellen ermittelten Magnitude Ms gilt:

log Es = 1,5 Ms + 4,8 (in Joule)

Dementsprechend wächst Es pro Magnitudeneinheit um das 31,6fache an. Oder, am konkreten Beispiel erläutert: Ein Beben der Magnitude 7 setzt etwa 1000mal mehr Erschütterungsenergie frei als ein Beben der Magnitude 5.

Bezogen auf die Analogie der Windstärkemessungen sind Magnitudenbestimmungen vergleichbar mit instrumentellen Messungen der Windgeschwindigkeit mittels Drehschaufelkreuz-Anemometer.

Anmerkungen zur Richterskala

1. In der Presse wird oft von der "nach oben offenen Richterskala" gesprochen. Das suggeriert, daß Erdbeben der Magnitude 100 bzw. 1000 oder gar unendlich möglich wären. Das ist aber physikalisch unsinnig.

Zwar hat Prof. Richter von sich aus keine obere Grenze, wie z.B. bei der 12-teiligen Intensitätsskala, festgesetzt, die Natur selbst aber setzt der Magnitude von Erdbeben Grenzen. Erdbeben können nur in der spröden Gesteinsschicht, nicht aber im zähflüssigen Teil des Erdmantels oder gar des flüssigen Erdkerns auftreten.

Bei dem stärksten Erdbeben im 20. Jahrhundert, 1960 in Chile, ist die Erdkruste in ihrer ganzen Dicke von etwa 40 km auf einer Länge von fast 1000 km aufgerissen und hat sich bis um etwa 10 m verschoben. Dem entsprach eine Magnitude M = 9,5 bis 10. Und mehr ist praktisch nicht möglich, als daß ein ganzer Kontinent aufreißt. Bei einem Erdbeben der Magnitude 100 würde die ganze Erde auseinanderbrechen, falls sie als Ganzes fest und spröde wäre.

2. Prof. Richter hatte seinerzeit die Magnitude 0 auf einen Wert der Bodenschwingung bezogen, der ihm als der kleinstmögliche jemals meßbare Wert erschien. Mit modernen elektronischen Seismographen können heute sogar über 1000 mal kleinere Bodenbewegungen als in den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts gemessen werden.

Das bedeutet aber, daß sehr schwache, heute ganz lokal gerade noch meßbare Erdbeben negative Magnituden (bis etwa -2 bis -3) haben können. Diese Erdbeben haben aber nicht „negative“ Energie, sondern sind nur sehr viel schwächer als ursprünglich für die schwächsten meßbaren Beben angenommen.

Quelle: GeoForschungsZentrum Potsdam in der Helmholtz-Gemeinschaft.

Externer Link Weitere Informationen unter www.gfz-potsdam.de

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