Erdbeben

Erdbeben
Erdbeben sind messbare Erschütterungen an der Erdoberfläche. Sie gehören zu den
gewaltigsten Naturkatastrophen, da sie oft eine ungeheure Zerstörungskraft haben und immer überraschend kommen.
Die Wissenschaft, die sich mit Erdbeben beschäftigt, nennt man Seismologie.
Man kann Erdbeben in zwei verschiedene Klassen einteilen, die Natürlichen und die
Induzierten.
Zu den natürlichen Erdbeben zählt man:
1. tektonische Erdbeben: Sie umfassen mehr als 90% aller Beben und entstehen vor
allem an den Plattengrenzen der Kontinente.
2. Einsturzbeben: Wenn sich in unterirdischen Hohlräumen durch Regenwasser
Bodenanteile auswaschen, vergrößern sich die Hohlräume, stürzen aufgrund der
Schwerkraft ein und lösen dadurch ein Erdbeben aus. Dies geschieht oft in
Bergbaugebieten.
3. Vulkanische Beben: Bei größeren Vulkanausbrüchen treten oft schon im Vorfeld
Erdbeben auf. Sie sind dann mit eines der ersten Anzeichen für einen bevorstehenden
Vulkanausbruch.
4. Gebirgsschläge: Durch Gezeiten, Grundwasser- und Luftdruckschwankungen können
ausgehöhlte Hohlräume zusammenbrechen.
Als induzierte Erdbeben bezeichnet man:
Explosionen: Bei Atombombentests werden gewaltige Energien frei, die Erdstöße
auslösen können. Auch nichtnukleare Explosionen können Erdbeben hervorrufen.
Tektonische Erdbeben:
Zu den weitaus häufigsten Erdbeben gehören die Tektonischen. Ihre Ursachen sind die
dynamischen Prozesse der Erde, auch Plattentektonik genannt. Hierbei bewegt sich die
Lithosphäre, welche die äußere Schale der Erde ist. Sie setzt sich aus der Erdkruste und dem
obersten Erdmantel zusammen.
Die Erde besteht aus 14 großen und mehreren kleinen Platten, die so genannten tektonischen Platten. Dort, wo sie sich über dem Meeresspiegel erheben, liegen die Kontinente und die Inseln.
Durch die vertikalen Luftbewegungen in der Atmosphäre, die man Konvektionsströme nennt,
werden die Platten, welche auf dem flüssigen Teil des Erdmantels schwimmen, mitgezogen.
Im Laufe von Millionen Jahren treiben sie dahin, stoßen zusammen, brechen auseinander oder schieben sich übereinander. Dies geschieht jedoch nicht reibungsfrei, sondern die Platten verhaken und verkanten sich.
Hierbei entsteht eine gewaltige Spannung innerhalb des Gesteins. Wenn die Scherfestigkeit
des Gesteins überschritten wird, entladen sich die Spannungen. Es kommt zu ruckartigen
Bewegungen der Erdkruste und es entsteht ein tektonischen Erdbeben.
Voraussetzung für ein solches Erdbeben ist sprödes, bruchfähiges Gestein. Da zum
Erdmittelpunkt hin die Temperatur stetig zunimmt, reagiert das Gestein bei zunehmender
Tiefe immer weniger spröde und ist schließlich deformierbar, also verformbar. Dies hat zur
Folge, dass sich Erdbeben meist auf die obere Schicht der Erdkruste beschränken.
Die meisten Erdbeben finden also an den Rändern oder in Randnähe der tektonischen Platten statt. Ein bekanntes erdbebengefährdetes Gebiet ist die San-Andreas-Verwerfung in
Kalifornien. Dort driftet die pazifische Platte an der nordamerikanischen Platte vorbei. Dies
geschieht allerdings nicht gleichmäßig. So entsteht eine enorme Spannung, die sich erst dann entlädt, wenn sich die Platten mit einem Ruck von einander lösen. Die Folge ist ein Erdbeben. Eins der bekanntesten Erdbeben in diesem Gebiet war das Erdbeben von San Francisco im Jahre 1906. Man rechnet damit, dass es innerhalb der nächsten 30 Jahre eine erneute Ruckbewegung zwischen beiden Platten geben wird, welche zu einem starken Erdbeben mit gewaltigen Zerstörungen im Gebiet von Los Angeles führen wird.
Nach schwereren Erdbeben treten häufig kleinere Nachbeben auf. Dies geschieht, da die
Hauptbeben neue lokale Spannungen zwischen den tektonischen Platten aufbauen, welche
sich im Laufe der nächsten Tage in Form von meist schwächeren Nachbeben lösen.
Weltweit am stärksten gefährdete Gebiete
Rund um den Pazifik kommen Erdbeben sehr häufig vor, fast jeden Tag. Gerade das
dichtbesiedelte Japan ist sehr oft von Erdbeben betroffen, aber auch in China, Taiwan, den
Philippinen, Indonesien und an der Westküste von Nord- und Südamerika bebt die Erde sehr oft.
Europas Gebiete mit größter Erdbebengefahr
In Europa bebt die Erde häufig und heftig im Mittelmeer-Raum zwischen Italien und der
Türkei. Das ist darauf zurückzuführen, dass sich die Afrikanische Platte von Süden her an die Europäische Platte und an die Anatolische Platte heranschiebt. Dabei sind z.B. die Alpen
entstanden.
Gibt es Erdbeben in Deutschland?
In folgenden Gebieten wurden Erdbeben aufgezeichnet: Alpennordrand, Bodenseegebiet,
Oberrheingraben, Schwäbische Alb, Mittelrheingebiet und Niederrheinische Bucht, Vogtland, Region um Gera und die Leipziger Bucht.
Ruhige Erdzone
Die Ozeane mit Ausnahme der Ozeanrücken und das Innere einiger großer Landmassen beben fast nie. Es gilt Australien, die Antarktis, Grönland, oder weite Teile Afrikas, auch der Norden Europas und Asiens als erdbebenarm.
Erdbebenwellen
Jedes Erdbeben besteht aus 4 verschiedenen Wellentypen, die sich mit unterschiedlicher
Geschwindigkeit fortbewegen.
Die Primärwellen (P-Wellen) sind die schnellsten. Sie sind Druckwellen, welche das Gestein
wechselweise komprimieren und auseinander ziehen. Diese Druck-und Zugbewegung erfolgt in Richtung der Fortpflanzung der Welle. Sie bewegen sich durch das Erdinnere und können sich in festen, flüssigen und gasförmigen Medien ausbreiten. Sie treten sogar in die Luft über: Geräuscherscheinungen, die von Erdbeben berichtet werden, gehen auf die P-Wellen zurück. Da sie in einem steilen Winkel auf die Erdoberfläche treffen, verursachen sie die Auf-und Abbewegung beim Erdbeben.
Die Sekundärwellen (S-Wellen) sind nur rund halb so schnell wie die P-Wellen. Es sind
Scherwellen, die sich ebenfalls durch das Erdinnere bewegen, sie können sich jedoch nur in
festen Medien ausbreiten. Hierbei wird das Gestein quer zur Fortpflanzungsrichtung der
Welle bewegt. Dadurch entsteht das seitliche Rütteln beim Erdbeben.
Weitere Wellentypen sind die Oberflächenwellen, hierbei unterscheidet man zwischen Love-
Wellen und Rayleigh-Wellen. Diese Wellen bewegen sich am langsamsten vorwärts.
Sie breiten sich an der Erdoberfläche aus und sind für die hier hervorgerufenen Zerstörungen, wie z.B. Gebäudeschäden und Spaltenbildung, verantwortlich.
Bei Love-Wellen bewegt sich das Gestein auf einer horizontalen Fläche im Rechten Winkel
zur Fortbewegungsrichtung.
Die Rayleigh-Wellen rufen hingegen ganz andere Bodenbewegungen hervor. Das Gestein
bewegt sich vorwärts, aufwärts, rückwärts und abwärts und beschreibt dabei eine elliptische
Bahn auf einer vertikalen Fläche, auf der sich die Welle fortbewegt.
Epi- und Hypozentrum
Der Erdbebenherd, also der Ort des Erdbebens im Erdinneren, wo der eigentliche
Verschiebungsvorgang stattfindet, wird auch als Hypozentrum bezeichnet. Direkt senkrecht
darüber an der Erdoberfläche liegt das Epizentrum. Hier kommt es zu den größten, für den
Menschen sichtbaren Schäden.
Ein Beben wird von drei seismographische Beobachtungsstationen, die in verschiedenen
Richtungen vom Ausgangspunkt der Wellen liegen, registriert. Aus der Laufzeitdifferenz
zwischen P- und S-Wellen lässt sich die Entfernung zum Erdbebenherd berechnen. Alle drei
Stationen ziehen einen Kreis mit entsprechendem Radius und können somit im Schnittpunkt
der Kreise das Epizentrum lokalisieren.
Seismographen
Diese Erdbebenwellen können mit Hilfe von Seismographen aufgezeichnet und untersucht
werden. Bei dem Seismograph handelt es sich um das wichtigste Instrument zur Untersuchung von Erdbeben und zur Erforschung von tiefen Zonen der Erde. Er zeichnet die bei Erdbeben und auch, die bei künstlichen Erschütterungen entstehenden, seismischen Wellen auf. Sie sind ein unentbehrliches Instrument für die Untersuchung unerreichbarer Gebiete. Das Prinzip des Seismographen beruht darauf, dass eine Masse weitgehend entkoppelt vom Boden aufgehängt ist. Die locker verankerte Masse, das kann beispielsweise durch Aufhängen
an einer Feder erfolgen, bleibt aufgrund ihrer Massenträgheit weitgehend in Ruhe, wenn
Bebenwellen den Boden erschüttern. Ein an der Masse befestigter Schreibstift zeichnet die
Ausschläge auf einem, mit dem Boden verbundenem Registrierpapier auf und erstellt ein
Seismogramm. Die Federaufhängung zeichnet horizontale Bodenbewegungen auf. Für
vertikale Bodenbewegungen muss die Masse an einem Scharnier frei in der Waagerechten
schwingen können, so dass zwei Typen von Seismographen notwendig sind, um alle
Bewegungen zu erfassen. Bei modernen Seismographen werden neueste elektronische
Verfahren angewendet, um die Bewegungsamplitude der Masse zu verstärken und um somit
geringste, kaum spürbare Erschütterungen digital aufzuzeichnen.
Die Mercalli- und die Richter-Skala
Ebenfalls wichtig für die Untersuchung von Erdbeben ist die Einteilung der Erdbebenstärke.
Das hat zuerst der italienische Geophysiker Giuseppe Mercalli Anfang des 20. Jahrhunderts
versucht. Er hat die Erdbeben nicht nach ihrer Stärke sondern nach ihrer Wirkung eingeteilt.
Ganz anders Charles Francis Richter. Dieser hat 1935 eine Skala entwickelt, die auf dem
Ausschlag von Seismographen beruht.
Aus dem maximalen Ausschlag des Seismographen ergibt sich die Magnitude, die Stärke des
Erdbebens auf der Richter-Skala.
Die Mercalli-Skala ist nicht objektiv, da sie von der Bauweise und der Besiedlungsdichte des
Erdbebengebiets abhängig ist.
Die Bebenstärke wird deshalb heute nach der Richterskala angegeben.
Mögliche Folgen von Erdbeben
Durch Erdbeben haben in diesem Jahrhundert mehr als 2 Millionen Menschen ihr Leben
verloren. Die durch diese Naturkatastrophen hervorgerufenen volkswirtschaftlichen Schäden beliefen sich im Jahr 2000 auf über 310 Mil. Euro und in den letzten 10 Jahren auf knapp 6 Mrd. Euro.
Erdbeben können Gebäude und Brücken zum Einsturz bringen, Erdrutsche auslösen, Spalten bilden oder Staudämme zerstören. Besonders katastrophale Folgen haben Erdbeben in dicht besiedelten Gebieten, wo oft Brände ausbrechen, die die Zahl der Todesopfer erhöhen.
Bauwerke, die auf lockerem Boden gebaut wurden, sind besonders gefährdet. Der Boden
verhält sich wie Treibsand und lässt die Gebäude versinken.
Eine weitere Folge ist der Tsunami, welcher durch ein Erdbeben im Ozean, also ein Seebeben entsteht. Es verlagert sich der Ozeanboden und es entstehen Wellen, die sich mit hoher Geschwindigkeit bis zu 800km/h ausbreiten. Wenn eine solche Welle ins flache Uferwasser läuft, legt sie zunächst den Meeresboden auf großer Strecke trocken. Wenig später folgt eine riesige Flutwelle, die zu einem mehr als 30 Meter hohen Wasserberg anwachsen kann.
Wenn vor der Küste eine Inselkette oder ein Korallenriff liegt, bricht die Welle schon weit
draußen auf dem Meer. Es kommt also nicht immer zu katastrophalen Folgen.
Rings um den Pazifik besteht wegen der großen Aktivität der Erdkruste das höchste Tsunami- Risiko. Ein internationaler Warndienst versucht mit Computern und Satelliten, betroffene Gebiete rechtzeitig vor den Riesenwellen zu warnen
Vorhersage
Weltweit arbeiten Seismologen am Problem der Erdbebenvorhersage.
Mögliche Symptome für ein bevorstehendes Erdbeben:
– die Häufung von kleineren Vorbeben
– eine rasche Neigungsänderung oder andere auffällige Veränderungen der
Erdoberfläche
– Veränderungen in der elektrischen Leitfähigkeit von Gesteinen
– Veränderungen im Wasserspiegel von Brunnen
Man hat Kombinationen all dieser Symptome vor einem Beben beobachtet. Eine allgemein
gültige Vorhersage von Erdbeben konnte bisher jedoch mit Hilfe dieser Symptome noch nicht erreicht werden. In Gebieten, wo langfristige Beobachtungen über Erdbeben vorliegen, kann man feststellen, dass sie mit einer bestimmten Stärke in mehr oder weniger regelmäßigen Zeitabständen auftreten. Obwohl mit dieser Art der Vorhersage von Erdbeben einige Erfolge verzeichnet wurden, beinhaltet diese statistische Methode jedoch Unsicherheitsspannen von bis zu einigen Jahrzehnten. Auch wenn Erdbeben bislang nicht genau genug vorhergesagt werden können, ist ihr Eintreten mit Hilfe der verschiedenen Vorhersagemethoden aber zumindest ungefähr abzuschätzen.
Quellen: Bücher: – Erdbeben – Schlüssel zur Geodynamik von Bruce A. Bolt
– Plattentektonik – Kontinentalverschiebung und Gebirgsbildung
von Wolfgang Frisch und Martin Meschede
– Terra – Erdkunde- Gymnasium Baden-Württemberg 11
Internet: – www.wikipedia.de
– www.planet-wissen.de
– www.tk-logo.de/lexikon
– www.seismo.uni-koeln.de
– www.earthquake.usgs.gov
– www.swisseduc.ch/geographie/gruppen/erdbeben/

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