Exkurs: Skalen in der Seismologie

Es werden zwei Arten von Skalen in der Seismologie (Erdbebenforschung) unterschieden, die oft miteinander verwechselt werden:

  • Die Magnitude ist ein Maß für die von einem Erdbeben abgestrahlte Energie – Die klassische, rein empirische Richterskala basiert auf der Messung der maximalen Geschwindigkeit der Bodenschwingungen durch einen bestimmten historisch bedeutenden aber praktisch nicht mehr verwendeten Seismometertypen. Die Magnitude eines Erdbebens wird als normierte Bodenschwingung in einer logarithmischen Skala angegeben. Bei einer Änderung der Richtermagnitude um 1 (Vergrößerung/Verkleinerung), bedeutet dies, dass die maximale Geschwindigkeit der Bodenschwingungen um das Zehnfache größer bzw. kleiner ist. Aufgrund der rein empirischen Definition gibt es keine klare physikalische Interpretation der Richtermagnitude, die außerdem die Stärke von sehr großen Beben (M>7) nicht adäquat darstellen kann. Sie wird daher in der Praxis nur noch zur Beschreibung von kleineren Beben (M<5-6; Zum Vergleich: Eine Magnitude 5 entspricht etwa der freigesetzten Energie der Hiroshima-Bombe (13 kt TNT) verwendet und durch das Symbol ML repräsentiert. Für größere Beben bevorzugen Seismologen die Momentenmagnitude (oder MW), die ein Maß der Größe des auf der Bruchfläche kumulierten Versatzes ist, kurz die Größe des Bruches beschreibt. . Wenn Magnitude oder M ohne Zusatz verwendet wird, dann ist meist die Momentenmagnitude gemeint. Manchmal werden in den Medien auch Momentenmagnituden fälschlicherweise als Richtermagnitude bezeichnet. Das stärkste gemessene Erdbeben seit 1900 hatte eine Momentenmagnitude, die auf 9,4-9,6 geschätzt wird (Chile, 1960).
  • Die makroseismische Intensitätsskala zur Quantifizierung beobachteter Erdbebeneffekte in einem begrenzten Gebiet, wie z.B. einer Kleinstadt, repräsentiert durch das Symbol I. Als Sensoren werden die relative Häufigkeit menschlicher Wahrnehmungen genutzt, das Verhalten typischer Objekte in Häusern sowie das graduelle Auftreten von Schäden an konkreten Gebäudetypen, beschrieben in einer 12-stufigen Intensitätsskala. Routinemäßig werden die Intensitäten bei spürbaren Erdbeben in bewohnten Gebieten ermittelt, die mit zunehmender Entfernung von der Bruchfläche oder dem Epizentrum bei schwächeren Beben abnehmen. Die makroseismische Intensität ist die einzige Größe zur Parametrisierung historischer, vorinstrumenteller Erdbeben. Intensitäten können  in römischen oder arabischen Ziffern angegeben werden. Der subjektive Faktor konnte mit der Europäischen Makroseismischen Skala (EMS-98) minimiert werden. Sie findet auf allen Kontinenten Anwendung.  Zwischen den Magnitudenarten und der maximalen Intensität eines Bebens sowie dessen Herdtiefe bestehen empirische Umrechnungsbeziehungen.

Jedes Erdbeben hat somit eine  Magnitude und eine maximale Intensität. Diese befinden sich meist im Epizentrum des Bebens. Mit wachsender Entfernung vom Epizentrum wird die Intensität – und damit die Schäden – geringer.

Erdbebenvorhersage

Nach dem derzeitigen Stand der Wissenschaft ist eine systematische Vorhersage von Erdbeben nicht möglich. Für viele großen Erdbeben beobachtet man zwar, dass sich in den Tagen, manchmal auch Wochen oder Monaten, vor dem Hauptbeben eine erhöhte Aktivität an kleineren Beben, sogenannten Vorbeben, beobachten lässt, aber noch häufiger treten solche Erdbebenschwärme auf, ohne dass dann ein großes Beben folgt. Eine erhöhte seismische Aktivität bedeutet daher zwar, dass die Wahrscheinlichkeit eines großen Bebens für einige Zeit im betroffenen Gebiet erhöht ist, teilweise um einen nicht unbeträchtlichen relativen Faktor, aber im allgemeinen bleibt die absolute Wahrscheinlichkeit immer noch so gering, dass kostspielige und risikobehaftete Maßnahmen wie eine Evakuierung nicht zu rechtfertigen sind. Eine Ausnahme ist die Zeit in den Wochen bis Monaten nach einem großen Beben, während der die Gefahr durch Nachbeben auch spezielle risiko-mindernde Maßnahmen wie die Vermeidung des Betretens von eventuell beschädigten Gebäuden oder Gebäuden mit unbekannter Absicherung gegen seismische Risiken durchaus sinnvoll sein können.

Manchmal wird von weiteren möglichen Vorboten wie das Austreten von Gasen aus dem Boden oder dem ungewöhnliche Verhalten von Tieren vor Erdbeben berichtet. Während insbesondere ersteres in Einzelfällen durchaus auftreten kann, sind hier ganz besondere geologische Bedingungen erforderlich. Systematische Meta-Studien von solchen angeblichen Vorläuferphänomenen haben keine belastbaren Effekte nachweisen können, bis auf die Tatsache, dass manche Tiere, übrigens ebenso wie viele Menschen, nervös auf Bebenschwärme reagieren.

Erdbeben-Frühwarnung

Auch, wenn es bislang noch keine Möglichkeit der präzisen Erdbebenvorhersage gibt, kann eine Frühwarnung bereits vor einem Erdbeben herausgegeben werden. Diese Frühwarnsysteme werden im Zeitraum zwischen den ersten seismisch registrierten oder schwach gespürten Bodenerschütterungen und den starken Erdstößen eingesetzt.

Erdbeben senden verschiedene Arten von Wellen aus, die jeweils eine unterschiedliche Laufzeit besitzen: Primärwellen (P-Wellen;  Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Kruste  von etwa 6 km/s) und Sekundärwellen (S-Wellen; Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Kruste 3,6 km/s). Bei Registrierung einer ungefährlichen P-Welle durch ein Seismogmeter, kann vor den darauf folgenden schadenbringenden S-Wellen über Kabel oder Funk (Ausbreitungsgeschwindigkeit von 300.000 km/s) gewarnt werden. Bei dichten Seismometer-Netzen ergeben Messungen in unmittelbarer Nähe des Erdbebenherds einen weiteren kleinen Zeitvorteil. Die Vorwarnzeit ist abhängig von der Entfernung zum Erdbebenherd – meist beträgt diese nur einige bis Zehner-Sekunden. Hierfür werden die Signale von Seismographen aufgezeichnet, elektronisch in Echtzeit in eine Auswertezentrale geschickt und in eine Warnnachricht konvertiert.