Messung und Stärke von Erdbeben

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 und in wechselnder Entfernung vom Erdbebenherd zu beschreiben.

Von der Beobachtung zur Messung

Heute noch in Gebrauch ist die „Modifizierte Mercalliskala“ (MM-Skala), deren Prinzipien im Jahr 1902 entwickelt wurden. Die MM-Skala benennt insgesamt zwölf Stufen mit römischen Ziffern: von I wie „unmerklich“ bis XII wie „große Katastrophe“. Die einzelnen Stufen beschreiben, wie sich ein Erdbeben auf Menschen und Bauwerke auswirkt. So fällt in der Stufe VII („sehr stark“) das Stehen schwer und an „normalen“ Gebäuden entstehen leichte bis mittelstarke Schäden.

Besonders populär ist die im Jahr 1935 eingeführte Richter-Skala. Im Gegensatz zur MM-Skala beruht sie auf einer konkreten Messung der Schwingung. Aus der Schwingungsamplitude errechnet sie die Magnitude als gebräuchliches Maß für die Erdbebenstärke. Theoretisch gibt die Richter-Skala Erdbeben bis zum Höchstwert 10 wieder. Allerdings verliert die Skala etwa ab der Magnitude 6,5 an Aussagekraft.

Für besonders starke Beben rechnen Seismologen heute nicht 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 Rechenverfahren eignet sich aber besser für hohe Magnituden-Werte.

Ein Erdbeben mit hoher Magnitude richtet nicht zwangsläufig starke Schäden in der menschlichen Zivilisation an. Entscheidend ist auch, wie nahe eine Ortschaft dem Erdbebenherd (Hypozentrum) liegt. Ein Hypozentrum wenige Kilometer unter einer Stadt kann eine größere Zerstörung bewirken als eine sehr hohe Magnitude in großer Tiefe oder Hundert Kilometer entfernt.

Lokalisation von Erdbeben

Eine wichtige Aufgabe der Messverfahren ist es, den genauen Entstehungsort eines Erdbebens zu ermitteln. Hierzu nutzen die Forscher ein weit gespanntes, weltweites Netz an Messstationen. Wird dasselbe Beben von mehreren verschiedenen Stationen aufgezeichnet, ergeben sich kleine zeitliche Differenzen, da die Erdbebenwellen unterschiedlich lange benötigen, um die Stationen zu erreichen. Aus diesen Zeitdifferenzen lassen sich das Epizentrum und das Hypozentrum gut ermitteln.

Das Epizentrum bezeichnet einen Ort auf der Erdoberfläche, von dem ein Beben auszugehen scheint. Das Hypozentrum ist der „wahre“ Entstehungsort des Erdbebens, an dem sich beispielsweise zwei Erdplatten verhaken und wieder lösen. Das Hypozentrum, auch Erdbebenherd genannt, liegt im Gestein senkrecht unterhalb des Epizentrums.

Seismograph / © public domain (gemeinfrei)

Seismograph / © public domain (gemeinfrei)

Messgeräte

Ein Gerät zur quantitativen Messung von Erdbebenwellen nennt man Seismograph oder Seismometer. Es übersetzt die Energie eines Erdbebens in eine Zitterkurve – wobei die Ausschläge umso kräftiger sind, desto stärker die Erdstöße ausfallen. Am Verlauf der Kurve kann man die zeitliche Abfolge des Bebens nachvollziehen. Die Kurve wird auf Endlospapier ausgedruckt und/oder digital gespeichert.

Ein Seismograph besteht aus einer trägen Masse und einer beweglichen Gerätehülle. Bei einem Erdbeben wird die Gerätehülle in Schwingung versetzt, während die träge Masse an ihrem Platz verharrt. Der Seismograph zeichnet diese relative Bewegung meist mit einem elektromagnetischen Verfahren auf.