Die Erdbebenmagnitude ist in der Geophysik die Maßangabe für die Schwingungsenergie, die bei einem Beben freigesetzt wird; oder kurz gesagt, die Stärke eines Erdbebens. Da Erdbeben sehr unterschiedlich sind und die Schwankungsbreite der Erdbebenschwingungen dementsprechend groß ist, kann man sie nicht mehr übersichtlich mit natürlichen Zahlen abbilden. Daher werden die Magnituden stets in einer logarithmischen Skala angegeben. Das heißt, Amplitudenmagnituden werden immer per 10er-Logarithmus definiert. Ändert sich beispielsweise die Magnitude eines Bebens um den Faktor 1, dann war die Geschwindigkeit der Bodenschwingungen zehnmal größer oder kleiner.
In der Öffentlichkeit wird oft von der Richter-Magnitude oder Richter-Skala gesprochen. Die Maßeinheit geht zurück auf Charles Richter (1900-1985), einem Seismologen, der gemeinsam mit dem Deutsch-Amerikaner Beno Gutenberg am Caltech in Pasadena das Konzept der Magnitude entworfen hatte. Die Einheiten auf der Richter-Skala geben die sogenannte Lokalbebenmagnitude (ML) an. Die Methode eignet sich gut für Erdbebenmessungen, bei denen sich die Erdbeben-Messstation relativ nahe beim Erdbebenherd befinden. Die Lokalbebenmagnitude (ML) wird hier aus den erstankommenden Wellen nur an relativ nahe gelegenen Messstationen bestimmt. Normalerweise gilt diese Magnitudenskala für Entfernungen bis einige hundert Kilometer zwischen Beben und Station.
Weitere Typen von Magnituden zur Messung von Erdbeben
Im Gegensatz zur Richter-Magnitude verwendet die Raumwellen-Magnitude (mb) seismische Wellen, die durch das tiefe Erdinnere laufen und an Stationen aufgezeichnet werden, die mehr als 2000 km entfernt sind. Die Ermittlung dieser Magnitude erfolgt immer noch sehr schnell. Für starke Erdbeben (> mb 6) gilt die Raumwellen-Magnitude jedoch als gesättigt, sodass die Magnitude sich kaum mehr erhöht, obwohl das Erdbeben sehr viel stärker war. Oberflächenwellen laufen relativ langsam entlang der Erdoberfläche (Geschwindigkeiten von etwa 3-4 km/s verglichen mit 6-14 km/s für die P-Wellen und 4-7 km/s für S-Wellen im Erdinnern), können aber in großen Entfernungen zum Erdbebenherd noch gut gemessen werden. Die aus diesen Wellen bestimmte Oberflächenwellen-Magnitude (MS) sättigt erst bei stärkeren Erdbeben, und wurde lange Zeit zur Charakterisierung von Starkbeben verwendet. Die langsame Ausbreitungsgeschwindigkeit bedingt jedoch, dass MS erst einige Zeit nach dem Erdbeben vorliegt.
Heutzutage werden Erdbeben und stärkere Erdbeben vor allem mit der Momentenmagnitude (Mw) charakterisiert, die nicht mehr sättigt und direkt mit den physikalischen Parametern am Erdbebenherd verknüpft werden kann. Zur Bestimmung dieser Magnitude werden in der Regel theoretische Seismogramme für die Erde berechnet und mit Beobachtungen verglichen. Bei Starkbeben werden im Wesentlichen Oberflächenwellen verglichen, weshalb auch Mw nicht unmittelbar nach Eintreten des Erdbebens vorliegen kann.
In der Medienberichterstattung über Erdbeben wird oft von der "nach oben offenen Richter-Skala" gesprochen. Damit wird wird suggeriert, dass auch Erdbeben der Magnitude 100 bzw. 1.000 möglich wären. Solche Erdbeben wurden bisher jedoch nie gemessen und auch die Annahme, dass so ein Erdbeben auftreten könnte, macht physikalisch wenig Sinn. Charles Richter hatte ursprünglich seine Intensitätsskala auf 12 festgesetzt, diesen Wert aber nicht als feste Grenze gesehen. Wie muss man sich ein Erdbeben vorstellen, dass sich am oberen Ende der Richter-Skala befindet? Ein realistisches Beispiel dafür liefert das große Erdbeben in Chile vom 22. Mai 1960. Dabei handelt es sich bis heute um das Erdbeben mit der größten Magnitude, die jemals gemessen wurde. Über eine Länge von 1.000 Kilometern riss damals die 40 Kilometer dicke Erdkruste in ihrer Gesamtheit auf und wurde um etwa 10 Meter verschoben. Das Beben zerstörte knapp 60.000 Gebäude und erreichte eine Magnitude von 9,5 bis 10. Obwohl es also ein sehr schweres Erdbeben war, bei dem ein ganzer Kontinent der Länge nach aufgerissen wurde, erreichte es auf der Richter-Skala nicht den oberen Wert von 12. Wie müsste demnach ein Erdbebenereignis aussehen, das auf der Richter-Skala mit einem Wert von 50, 100 oder 1.000 angezeigt werden würde? So ein Ereignis wäre schwer vorstellbar.
Erdbebenintensität fußt auf menschlicher Beobachtung
Ein anderer Ansatz, um Erdbeben, Erschütterungen und Schwingungen zu klassifizieren, wird mit dem Begriff der Erdbebenintensität umschrieben. Diese Art der Klassifzierung stammt aus der Zeit als noch keine genauen Seismometer für exakte Messungen zur Verfügung standen. Die Klassifizierung der Erdbeben erfolgte daher anhand der aufgetretenen Schäden und der Wahrnehmung des Erdbebens durch die Menschen. Ein Beispiel für die Klassifizierung von Beben nach ihrer Intensität ist die sogenannte Mercalliskala (MSK). Sie ist benannt nach dem italienischen Vulkanologen Guiseppe Mercalli und wurde im Laufe der Zeit zur Modifizierten Mercalliskala (MM) erweitert. Die neueste Version dieser Klassifizierungsmethode in Europa trägt den Namen "Europäische Makroseismische Skala" (EMS-98, Kurzfassung hier).
Die dort aufgeführte Skala besteht aus 12 Kategorien. Ein starkes Erdbeben der Kategorie 5 ist demnach gekennzeichnet durch folgende Charakteristika: "Im Freien von wenigen, in Gebäuden von den meisten Personen wahrgenommen. Viele Schlafende erwachen. Wenige werden verängstigt. Gebäude werden insgesamt erschüttert. Hängende Gegenstände pendeln stark, kleine Gegenstände werden verschoben. Türen und Fenster schlagen auf oder zu." Ein zerstörerisches Beben der Kategorie 9 würde so beschrieben werden: "Allgemeine Panik unter den Betroffenen. Sogar gut gebaute gewöhnliche Bauten zeigen sehr schwere Schäden und teilweisen Einsturz tragender Bauteile. Viele schwächere Bauten stürzen ein." Die Kategorien sind sehr einfach und verständlich beschrieben. Dadurch kann die EMS-98 für Schulungszwecke eingesetzt werden. Sie ist aber auch hilfreich, um im Falle eines Erdbebens schnell zu einer ausagekräftigen Schadenseinschätzung und -bewertung zu kommen.
Text: Prof. Frederik Tilmann (GFZ), ergänzt durch Oliver Jorzik (ESKP)
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