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2017-10-04

Erdbeben: Spürbare oder messbare Erschütterungen der Erde.......(L)







Erdbeben

Spürbare oder messbare Erschütterungen der Erde werden als Erdbeben bezeichnet. Erdbeben sind zumeist tektonisch bestimmt können aber auch andere Ursachen haben. In den folgenden Ausführungen soll folgende Gliederung gelten:

tektonische Erdbeben
nichttektonische Erdbeben (vulkanische Erdbeben, Einsturzbeben)
Gebirgsschläge
Sprengungen

Tektonische Erdbeben

Tektonische Beben entstehen insbesondere an den sich bewegenden Lithosphärenplatten wen sich verschiedene Platten aufeinander bzw. auseinander oder aneinander vorbei bewegen. (Spreizungszone, Kolllisionszone, Transformverwerfung)

Die meisten dieser Beben wird durch Überlastung von Gesteinsschichten im Erdinnern verursacht. Ein Bruch der belasteten Schichten erfolgt wenn die mechanischen Spannungen die Festigkeitsgrenze des Gesteins überschreitet. Brüche führen zu vertikalen, horizontalen oder schiefen Dislokationen. (i.d.R. Verschiebungen von Gesteinspaketen)

Antriebskräfte für derartige Massebewegungen entstehen in der Erdkruste bzw. im Erdmantel und haben ihre Ursachen u.a. in thermischen Prozessen durch radioaktiven Zerfall. Die Geschwindigkeit der Lithosphärenplatten beträgt nur wenige cm im Jahr.

Erst im 20. Jahrhundert konnten die Vorgänge mit Hilfe exakten Messungen nachgewiesen werden wobei der Zufall den Wissenschaftlern zur Hilfe kam. Die heute gültige Scherbruchhypothese erklärt die mechanischen Prozesse im Herd eines tektonischen Bebens.

Im Jahr 1906 ereignete sich das große Erdbeben von San Francisco. Vor diesem Beben hatte man geodätische Vermessungen im der Region der San-Andreas-Verwerfung durchgeführt. Als nach dem Beben die Messungen wiederholt wurden wurde festgestellt das sich der Boden horizontal um einige Meter verschoben hatte.

Erdbeben sind meist auf die obere Erdkruste beschränkt. Die Ursache dafür ist darin zu suchen, das Gestein mit zunehmender Tiefe immer bruchfähiger wird und schließlich Deformierbarkeit erreicht. Grund dafür sind die Temperaturen die mit zunehmender Tiefe höher werden und das Gestein in geschilderter Weise beeinflussen.

Die Energie die bei Erdbeben freigesetzt wird kann die Energie von Wasserstoffbomben um das hundertfache übertreffen. Das von Augenzeugen oft wahrgenommene Rollen, Schütteln oder Schaukeln geht auf verschiedene Wellenformen zurück die durch das Beben erzeugt werden. Man unterscheidet P-Wellen (Primärwellen) und S-Wellen.(Sekundärwellen) Primärwellen sind die Wellen die sich am schnellsten ausbreiten und Gesteinspartikel senkrecht zur Ausbreitungsrichtung zum schwingen bringt. Das heißt das das Gestein in abwechselnder Reihenfolge komprimiert bzw. gedehnt wird. Sekundärwellen verursachen eine seitliche Schwingung der Gesteins-und Bodenpartikel, das heißt sie bewegen sich quer zur Ausbreitungsrichtung.

Wenn S-oder P-Wellen die Oberfläche erreichen oder die Grenzbereiche unterschiedlichen geologischen Schichten kreuzen können sie reflektiert werden bzw. sie werden in Oberflächenwellen umgewandelt. Die Energie von O-wellen entfalteten sich an der Oberfläche oder nahe der Oberfläche. Sie werden in 2 Hauptgruppen gegliedert. Love-Wellen sind nach dem englischen Physiker A.H.Love benannt. Bei diesen Wellen wird das Gestein in horizontaler Richtung verformt. Der 2 Typ von O-Wellen wird Rayleigh-Welle genannt. Dieser Typ Welle wurde 1885 von Lord Rayleigh erstmals beschrieben. Sie verursachen seitliche Schwingungen des Bodens und besitzen daher großes Alle bisher beschriebene Wellen habe eine minimal unterschiedliche Laufzeit. Das verursacht eine schnelle aber in der Wirkung unterschiedliche Beanspruchung des Erdbodens. Als erstes treffen P-Wellen ein gefolgt von S-Wellen. Dann treffen Love-Wellen und Rayleigh-Wellen ein. Die Oberflächenwellen (Love, Rayleigh) machen den zeitlichen Hauptanteil eines Bebens aus.

Seebeben/Tsunamis

Tsunamis werden durch Seebeben ausgelöst. Sie entstehen wenn Erdplatten sich vertikal bewegen. Durch die Verlagerung des Ozeanbodens entstehen Wellen die sich mit einer Geschwindigkeit von 800km/h fortbewegen. Auf dem offenen Ozean sind die Wellen durch die Tiefe des Meeres kaum wahrzunehmen. Erst wenn sie flaches Wasser erreichen kann sich ein Wasserberg bis zu 40m Höhe bilden.vTsunamis können auch durch Erdrutsche oder unterseeische Vulkane verursacht werden.

Erdbebenstärke

Eine direkte Messung der Energie, die ein Erdbeben freisetzt ist nicht möglich. Daher wurden verschiedene Erdbebenskalen entwickelt. Die bekannteste ist die 12 teilige Mercalliskala die 1902 von dem italienischen Vulkanologen und Seismologen G.Mercalli (1850-1914) geschaffen wurde. Die MSK-Skala wurde später zur EMS-Skala weiter entwickelt. Beide Skalen beschreiben die Intensität eines Bebens und ihre Auswirkung auf Menschen, Gebäude und der Erdoberfläche.

Messung von Erdbebenwellen

Die von einem Erdbeben erzeugten Wellen werden mit Seismographen gemessen. Auswertungen solcher Messergebnisse nennt man Seismogramme. Durch diese Messungen ist es möglich die Position des Erdbebenherdes zu bestimmen. Auswertungen (Stärke,Wellenform, zeitliche Einordnung usw.) sind jedoch auch wichtig um Forschungsarbeiten zur Erdbebenprognose voran zu treiben. Durch die modernen Kommunikationsmittel ist es möglich und wichtig schnell Informationen auszutauschen.

In den letzten Jahrzehnten hat die Präzession der Seismographen eine stürmische Entwicklung genommen. Mit modernen Geräten können Bodenbewegungen im Bereich von 0,5 bis 100 s registriert werden.

Probleme bei der Messung können durch Industrie, Verkehr, Unwetter usw. verursacht werden. Solche Störpegel können seismologische Ereignisse beeinflussen oder sogar vollständig verdecken.


Beben nicht tektonischer Art

Durch die Auswaschung von unterirdischen Hohlräumen kann es zu sogenannten Einsturzbeben kommen. Da beim Einsturz von Hohlräumen Ober-und Grundwasser einen entscheidenden Einfluss ausübt, bleibt die Herdtiefe eher gering. (< 5km) Die Beben sind zumeist von nur lokaler Bedeutung und es kann zu Setzungserscheinungen an der Erdoberfläche kommen.

Vulkanische Aktivität verursacht gelegentlich schwächere Erdbeben. Wissenschaftler nehmen an das eine Erhöhung der Häufigkeit in solchen Gebieten einen Ausbruch ankündigt.

Vulkanausbrüche mit explosionsartigen Eruptionen werden häufig von Beben begleitet. In den letzten Jahren erbrachte die Forschung jedoch Resultate, die ergaben, das auch bei Beben durch vulkanische Aktivität tektonische Ereignisse eine bedeutende Rolle zukommt. Letzten Endes haben vulkanische und seismologische Prozesse einen gemeinsamen Ursprung in der Tektonik.

Gebirgsschläge

Durch die Tätigkeit des Menschen in Bergbaugebieten entstehen oft schwächere seismologische Ereignisse. Es kommt zu einer Veränderung der vorherrschenden natürlichen Spannung im Gesteinsgefüge von Gesteinsschichten oder im gesamten Spannungssystem eines Gebirges. Dadurch können Bruchereignisse einsetzten die erdbebenähnliche Auswirkungen haben. Ähnliche Ereignisse können durch Gezeiten, Grundwasserschwankungen usw. ausgelöst werden.

Sprengungen

Eine besondere Gruppe bilden seismologische Ereignisse die gezielt ausgelöst werden. Hierunter fallen die Auslösungvon unterirdischen Nukleartests, Steinbrucharbeiten oder herbeigeführte Sprengungen zur Erkundung von Lagerstätten. Bei allen diesen Sprengungen kommt es zur Komprimierung des Gesteins wobei der Herdbereich klein bleibt. Druckwellen üben den größten Einfluss aus, während andere Wellenarten, und die von ihnen ausgehende Energie gering ist. Dadurch ist es möglich künstliche von natürlichen Beben zu unterscheiden.

Geschichtliches

Als 1775 das verheerende Erdbeben von Lissabon zehntausenden Menschen das Leben kostete begann die wissenschaftliche Erforschung von Erdbeben. Zuvor hatte man die Erderschütterungen mehr oder weniger hingenommen ohne plausible Erklärungen geben zu können. Durch das Beben von Lissabon keimte erstmals der Gedanke auf das zwischen den Schwingungen der Erdoberfläche, in entfernten Gebieten und der Zerstörung der Stadt Zusammenhänge bestehen könnten.

1872 veröffentlichte E.Suess eine wichtige Arbeit in der er den Zusammenhang von Erdbebenherden, entlang geologischer Verwerfungen erkannte. 1892 wurden die ersten brauchbaren Erdbebenmessgeräte in Japan eingesetzt. In diesem Jahr äußerte E.Wiechert die Vermutung das die Erde aus Schalen aufgebaut sein könnte. A.Mohorovicic gelang es durch das Studium von Seismogrammen erstmalig Erdkruste und Erdmantel zu lokalisieren sowie voneinander abzugrenzen.

1935 wurde von C.F.Richter eine objektive Methode zur Messung der Stärke von Erdbeben entwickelt. (Richter-Skala) und die dänische Seismologin I.Lehmann wies die Zweiteilung des Erdkerns nach.(1936)

Besondere Erdbeben

01.11.1755 Lissabon/Portugal
Ein schweres Erdbeben vor der Atlantikküste und die dadurch ausgelöste Flutwelle zerstören Lissabon. Schätzungen reichen von 50000 bis 235000 Opfer.

18.04.1906 San Franzisco/USA
Erdbeben im Bereich der Sankt-Andreas-Verwerfung erschüttern San Franzisco. Die nachfolgenden Brände richten die größten Schäden an. Es wurden horizontale Verschiebungen bis zu 6m gemessen.


01.09.1923 Tokio/Japan
Ein Seebeben erschüttert Tokio und löst einen Tsunami aus. 100000 opfer sind zu beklagen.

31.07.1970 Kolumbien
Ein Beben erschüttert Kolumbien und ganz Südamerika. Wegen der großen Herdtiefe von 650km ist die Intensität an der Erdoberfläche nur gering.

07.12.1988 Armenien/UDSSR
Armenien wird von einem Erdbeben heimgesucht das zu verheerenden Zerstörungen von Gebäuden führt. Etwa 50000 Opfer kostet das Beben das zu einer weltweiten Solidaritätsaktion führt.



Erdkern

Erdmantel

Erdkruste


Tektonik

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