Geologie

Bestimmen und vergleichen Sie Magnitude und Intensität

In diesem Abschnitt werden Sie in die Magnitude und Intensität von Erdbeben eingeführt. Sie werden lernen, wie ähnlich die beiden sind und wie sie sich unterscheiden.

Messung von Erdbeben

Die Menschen haben schon immer versucht, die Größe von Erdbeben und die von ihnen verursachten Schäden zu bestimmen. Seit Anfang des 20. Jahrhunderts gibt es drei Methoden. Was sind die Stärken und Schwächen der einzelnen Methoden?

• Mercalli-Intensitätsskala. Die Erdbeben werden danach beschrieben, was die Anwohner in der Nähe gespürt haben und welche Schäden an den Gebäuden in der Nähe entstanden sind.
• Richter-Magnitudenskala. Diese 1935 von Charles Richter entwickelte Skala verwendet ein Seismometer, um die Stärke des größten Energiestoßes zu messen, der bei einem Erdbeben freigesetzt wird.
• Magnitudenskala. Sie misst die Gesamtenergie, die von einem Erdbeben freigesetzt wird. Die Momentmagnitude wird aus der Bruchfläche der Verwerfung und der Entfernung, die der Boden entlang der Verwerfung zurückgelegt hat, berechnet.

Die Richterskala und die Momentmagnitudenskala sind logarithmisch.

• Die Amplitude der größten Welle verzehnfacht sich von einer ganzen Zahl zur nächsten.
• Ein Anstieg um eine ganze Zahl bedeutet, dass dreißigmal mehr Energie freigesetzt wurde.
• Diese beiden Skalen ergeben oft sehr ähnliche Messungen.

Wie ist die Amplitude der größten seismischen Welle eines Erdbebens der Stärke 5 im Vergleich zur größten Welle eines Erdbebens der Stärke 4? Wie verhält sie sich im Vergleich zu einem Beben der Magnitude 3? Die Amplitude der größten seismischen Welle eines Bebens der Magnitude 5 ist 10-mal so groß wie die eines Bebens der Magnitude 4 und 100-mal so groß wie die eines Bebens der Magnitude 3.

Wie verhält sich ein Anstieg von zwei ganzen Zahlen auf der Skala der Momentenstärke im Hinblick auf die freigesetzte Energiemenge? Zwei ganze Zahlen entsprechen einem 900-fachen Anstieg der freigesetzten Energie.

Welche Skala ist Ihrer Meinung nach die beste? Auf der Richterskala wird ein einzelner starker Stoß höher gemessen als ein sehr langes, intensives Erdbeben, das mehr Energie freisetzt. Die Momenten-Magnituden-Skala spiegelt die freigesetzte Energie und den verursachten Schaden genauer wider. Die meisten Seismologen verwenden heute die Momentmagnituden-Skala.

Die Art und Weise, wie Wissenschaftler die Intensität von Erdbeben messen, und die beiden gebräuchlichsten Skalen, die Richter- und die Momentmagnituden-Skala, werden zusammen mit einer Diskussion über das Erdbeben von San Francisco 1906 im Video Measuring Earthquakes beschrieben:

Magnitude versus Intensität

Magnitude und Intensität messen unterschiedliche Merkmale von Erdbeben. Die Stärke misst die Energie, die an der Quelle des Erdbebens freigesetzt wird. Die Stärke wird durch Messungen mit Seismographen ermittelt. Die Intensität misst die Stärke der Erschütterungen, die das Erdbeben an einem bestimmten Ort verursacht. Die Intensität wird anhand der Auswirkungen auf Menschen, menschliche Strukturen und die natürliche Umwelt bestimmt.

Berechnung der Erdbebenstärke

Die Stärke eines Erdbebens ist eine Zahl, mit der sich Erdbeben hinsichtlich ihrer relativen Stärke miteinander vergleichen lassen. Mehrere Jahrzehnte lang wurden die Erdbebenstärken auf der Grundlage einer Methode berechnet, die zuerst von Charles Richter, einem Seismologen aus Kalifornien, entwickelt wurde. Richter verwendete Seismogramme von Erdbeben, die sich in der San-Andreas-Verwerfungszone ereigneten, um seine Magnitudenskala zu kalibrieren.

Zur Bestimmung der Richter-Magnitude eines Erdbebens werden zwei Messwerte miteinander verrechnet: die Amplitude der größten Wellen, die in einem Seismogramm des Erdbebens aufgezeichnet wurden, und die Entfernung zum Epizentrum des Erdbebens. Die maximale Amplitude der seismischen Welle – die Höhe der höchsten Welle – wird in mm auf einem Seismogramm gemessen. Auch die Entfernung zum Epizentrum muss berücksichtigt werden, denn je größer die Entfernung zum Erdbeben ist, desto kleiner werden die Wellen. Die Auswirkung der Entfernung wird bei der Berechnung nicht berücksichtigt. Es gibt keine Obergrenze für die Richterskala, aber nach einem Jahrhundert seismographischer Messungen scheint es, dass Gesteine in der Erde ihre Spannung abbauen, bevor sie genug Energie aufbauen, um die Magnitude 10 zu erreichen.

Die Richterskala lässt sich nicht sehr gut von der San-Andreas-Verwerfungszone, einer Transformplattengrenze, auf die viel stärkeren Erdbeben übertragen, die an konvergenten Plattengrenzen auftreten, insbesondere Erdbeben in Subduktionszonen. Daher wurde die Richterskala durch die Momenten-Magnituden-Skala ersetzt, die als Mw bezeichnet wird.

Die Momenten-Magnituden-Skala ähnelt im Großen und Ganzen der Richterskala, berücksichtigt aber mehr Faktoren, einschließlich der Gesamtfläche der Verwerfung, die sich während des Erdbebens bewegt, und wie stark sie sich bewegt. Daraus ergibt sich eine Magnitudenzahl, die ein besserer Indikator für die Gesamtenergiemenge ist, die durch das Erdbeben freigesetzt wird. Da die Skala der Momentmagnitude die Richterskala ersetzt hat, gehen wir von nun an davon aus, dass wir uns auf die Momentmagnitude und nicht auf die Richter-Magnitude beziehen, wenn wir von der Erdbebenstärke sprechen.

Die Magnitudenskala stellt die Energie logarithmisch zur Basis 32 dar. Zum Beispiel setzt ein Erdbeben der Stärke 6,0 etwa 32 Mal so viel Energie frei wie ein Erdbeben der Stärke 5,0. Ein Erdbeben der Stärke 7,0 setzt etwa 32 × 32 = 1024-mal so viel Energie frei wie ein Erdbeben der Stärke 5,0. Ein Erdbeben der Stärke 9,0, das nur selten auftritt, setzt mehr als eine Million Mal so viel Energie frei wie ein Erdbeben der Stärke 5,0.

Ranking der Erdbebenintensität

Die Erdbebenintensität unterscheidet sich stark von der Erdbebenstärke. Die Erdbebenintensität ist eine Rangfolge, die auf den beobachteten Auswirkungen eines Erdbebens an einem bestimmten Ort beruht. Daher gibt es bei jedem Erdbeben eine Reihe von Intensitätswerten, die vom höchsten Wert im Epizentrum bis zu Null in der Entfernung vom Epizentrum reichen. Die am häufigsten verwendete Erdbebenintensitätsskala ist die modifizierte Mercalli-Erdbebenintensitätsskala. Eine Kurzfassung finden Sie auf der Seite Modifizierte Mercalli-Intensitätsskala auf der Website des US Geological Survey Earthquake Hazards Program.

Die nachstehende Tabelle zeigt, wie viele Erdbeben sich jedes Jahr in jedem Magnitudenbereich ereignen und wie hoch die Intensität am Epizentrum für jeden Magnitudenbereich sein könnte.

Magnitude	Durchschnittliche Anzahl pro Jahr	Modifizierte Mercalli Intensität	Beschreibung
0 – 1.9	>1 Million	–	micro – nicht spürbar
2.0 – 2.9	>1 Million	I	minor – selten spürbar
3.0 – 3,9	etwa 100.000	II – III	Minor – von wenigen Menschen wahrgenommen
4,0 – 4.9	etwa 10.000	IV – V	leicht – von vielen Menschen gespürt, geringe Schäden möglich
5.0 – 5.9	etwa 1.000	VI – VII	mäßig – von den meisten Menschen gespürt, mögliches Brechen von Putz und Schornsteinen
6,0 – 6.9	etwa 130	VII – IX	stark – Schäden variabel je nach Gebäudekonstruktion und Untergrund
7.0 – 7.9	etwa 15	IX – X	groß – ausgedehnte Schäden, einige Gebäude zerstört
8.0 – 8.9	etwa 1	X – XII	groß – ausgedehnte Schäden über weite Gebiete, viele Gebäude zerstört
9.0 und höher	< 1	XI – XII	groß – umfangreiche Schäden über weite Gebiete, die meisten Gebäude zerstört

Magnituden-/Intensitätsvergleich

Die folgende Tabelle gibt Intensitäten an, die typischerweise an Orten in der Nähe des Epizentrums von Erdbeben unterschiedlicher Magnituden beobachtet werden.

Magnitude	Typisches Maximum Modifizierte Mercalli Intensität
1.0 – 3,0	I
3,0 – 3,9	II – III
4,0 – 4,9	IV – V
5.0 – 5,9	VI – VII
6,0 – 6,9	VII – IX
7.0 und höher	VIII oder höher

Abgekürzte Modifizierte Mercalli-Intensitätsskala

1. Nur von wenigen Personen unter besonders günstigen Bedingungen zu spüren.
2. Nur von wenigen Personen in Ruhe zu spüren, vor allem in den oberen Stockwerken von Gebäuden.
3. Von Personen in Gebäuden deutlich zu spüren, vor allem in den oberen Stockwerken von Gebäuden. Viele Menschen erkennen es nicht als Erdbeben. Stehende Autos können leicht schwanken. Vibrationen ähnlich wie beim Vorbeifahren eines Lastwagens. Dauer geschätzt.
4. Gefühlt in Innenräumen von vielen, im Freien von wenigen während des Tages. In der Nacht wurden einige geweckt. Geschirr, Fenster, Türen gestört; Wände machen knackende Geräusche. Gefühl, als ob ein schwerer Lastwagen gegen ein Gebäude fährt. Stehende Autos werden merklich geschüttelt.
5. Für fast alle spürbar; viele wachen auf. Einige Teller, Fenster zerbrochen. Instabile Gegenstände umgestürzt. Pendeluhren können stehen bleiben.
6. Gefühlt von allen, viele erschreckt. Einige schwere Möbel bewegt; einige Fälle von heruntergefallenem Putz. Leichte Schäden.
7. Schäden vernachlässigbar in gut geplanten und gebauten Gebäuden; leichte bis mittlere Schäden in gut gebauten gewöhnlichen Gebäuden; erhebliche Schäden in schlecht gebauten oder schlecht geplanten Gebäuden; einige Schornsteine zerbrochen.
8. Leichte Schäden in speziell geplanten Gebäuden; erhebliche Schäden in gewöhnlichen Gebäuden mit teilweisem Zusammenbruch. Große Schäden in schlecht gebauten Gebäuden. Sturz von Schornsteinen, Fabrikschornsteinen, Säulen, Denkmälern, Mauern. Schwere Möbel werden umgeworfen.
9. Beträchtliche Schäden an speziell entworfenen Strukturen; gut entworfene Rahmenstrukturen werden aus dem Lot geworfen. Großer Schaden an massiven Gebäuden, mit teilweisem Einsturz. Gebäude von den Fundamenten verschoben.
10. Einige gut gebaute Holzbauten zerstört; die meisten Mauerwerks- und Fachwerkbauten mit Fundamenten zerstört. Schienen verbogen.
11. Wenige, wenn überhaupt (gemauerte) Strukturen bleiben stehen. Brücken zerstört. Gleise stark verbogen.
12. Totalschaden. Sichtlinien und Ebenen sind verzerrt. Gegenstände werden in die Luft geschleudert.

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