Erdbeben verstehen: Ursachen, Messung und Risikofaktoren

Erdbeben: Grundlagen und verheerende Auswirkungen

Erdbeben sind nach dem Hochwasser das zerstörerischste geologische Phänomen. Zwischen 1959 und 2003 forderten sie weltweit über 800.000 Todesopfer und verursachten schwere materielle Schäden.

Grundbegriffe: Erdbebenarten und Wellen

Erdbeben sind plötzliche Bewegungen der Erdkruste und stellen die sichtbare Manifestation der inneren tektonischen Vorgänge unseres Planeten dar.

• Die tektonischen Bewegungen erzeugen interne Wellen (P und S), die vom Hypozentrum ausgehen.
• Beim Erreichen der Erdoberfläche wandeln sie sich in Oberflächenwellen (L und R) um, welche die Hauptursache für verheerende Erdbeben sind.

Ursachen von Erdbeben

Erdbeben können vielfältige Ursachen haben:

• Explosionen
• Erdrutsche
• Injektion von Flüssigkeiten in den Untergrund
• Befüllung von Stauseen
• Bergbauaktivitäten
• Vulkanische Aktivität (zweitwichtigste Ursache)

Die wichtigste Ursache ist jedoch die tektonische Aktivität, die durch die Bewegung und das Zusammenstoßen von Lithosphärenplatten entsteht, was zu Spannungen und Verwerfungszonen führt.

Konzepte von Magnitude und seismischer Intensität

Die Messung von Erdbeben erfolgt nach zwei Hauptskalen:

1. Magnitude eines Erdbebens

Die Magnitude ist das Maß für die freigesetzte Energie eines Erdbebens (gemessen in Erg). Sie wird auf einer exponentiellen Skala von 1 bis 9 gemessen. Jede ganze Gradzahl entspricht einer tausendfach größeren Energie als die um zwei Grade niedrigere Stufe. Sie wurde 1935 von Richter vorgeschlagen.

2. Seismische Intensität

Die Intensität beschreibt die Anzahl und Schwere der Auswirkungen eines Erdbebens auf Gebäude und Gelände. Sie wird auf einer Skala von I bis XII gemessen, ursprünglich festgelegt durch die Mercalli-Skala (1902, heute oft modifiziert zur MM-Skala). Aktuell wird häufig die Skala von Medvedev, Karnik und Sponheuer (MKS-Skala) verwendet. Diese Skala ist nützlich, da sie die direkten Auswirkungen auf Boden und Gebäude zeigt, ist aber weniger streng, da die Ergebnisse stark von der Bauweise abhängen.

Häufigkeit von Erdbeben weltweit

Die Häufigkeit von Erdbeben auf der Erde verteilt sich wie folgt:

• Magnitude > 8 (sehr stark): 1 pro Jahr
• Magnitude 7–7,9 (groß): 18 pro Jahr
• Magnitude 6–6,9 (stark): 120 pro Jahr
• Magnitude 5–5,9 (mittel): 800 pro Jahr
• Magnitude 4–4,9 (leicht): 6.200 pro Jahr
• Magnitude 3–3,9 (klein): 49.000 pro Jahr
• Magnitude < 3 (minimal): 9.000 pro Tag

Räumliche Lage von Erdbeben

Das seismische Risiko, ebenso wie das vulkanische Risiko, konzentriert sich auf den Rändern der Lithosphärenplatten, insbesondere an deren aktiven Verwerfungen. Intraplatten-Erdbeben sind seltener und mit kleineren Vulkanen und Störungen verbunden.

Die aktivsten Gebiete des Planeten sind die Ränder der Lithosphärenplatten, einschließlich des Pazifischen Feuerrings, des Alpen-Himalaya-Gürtels und der mittelatlantischen Rücken.

Die Verteilung der Seismizität an Land ist diffuser als in den Ozeanen. Studien zeigen jedoch, dass die Epizentren sich entlang der Ausrichtungen von Verwerfungen konzentrieren.

Risikofaktoren: Gefährdung, Exposition und Anfälligkeit

Seismische Gefährdung

Die seismische Gefährdung hängt von der Größe, Art und Tiefe des Hypozentrums sowie dem Untergrund ab. Erdbeben werden klassifiziert als:

• flach (weniger als 70 km)
• mittel (zwischen 70 und 300 km)
• tief (über 300 km)

Je tiefer das Hypozentrum, desto größer ist die betroffene Fläche, aber die Intensität (verursachte Auswirkungen) an der Oberfläche ist geringer, da die P- und S-Wellen abgeschwächt werden.

Exposition

Die Exposition gegenüber Erdbeben hängt von der Existenz dicht besiedelter Gebiete in der Nähe von Plattenrändern oder gefährdeten Zonen ab. Diese Zahl steigt: 50 Städte mit mehr als 2 Millionen Einwohnern liegen weniger als 200 km von Plattenrändern entfernt.

Anfälligkeit (Sicherheitslücke)

Die Sicherheitslücke ist in Entwicklungsländern größer als in Industrieländern, da der Bau nach aseismischen Kriterien dort teurer ist.

Erdbebenvorhersage und -prävention

Erdbebenvorhersage

Die Erdbebenvorhersage ist ein ungelöstes Problem, da sie nicht zuverlässig erfolgen kann, obwohl Erdbeben weder im Raum noch in der Zeit zufällig auftreten.

Die Vorhersage stützt sich auf:

• Die Lage und historische seismische Untersuchung von Gebieten (räumliche Vorhersage).
• Die Wiederholung von Erdbeben (zeitliche Vorhersage).

Dazu gehört die intensive Überwachung von Verwerfungen mittels Seismographen und Theodoliten.

Nach der Expansions-Theorie können Verformungen des Gesteins, die zahlreiche Mikrorisse verursachen, zu Vorläuferphänomenen führen, wie:

• Erhöhung der Mikroseismizität.
• Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit oder des magnetischen Zustands der Gesteine.
• Absinken der P-Wellen-Geschwindigkeit (Vp) und das Eindringen von Grundwasser in die Risse.

Das Eindringen von Wasser wiederum führt zu Bodenhebungen, erhöhter elektrischer Leitfähigkeit und erhöhter Vp sowie zur Radon-Emission aus dem Grundwasser.

Präventionsmaßnahmen

Zur Prävention gehören:

1. Nicht-strukturelle Maßnahmen:
   • Erstellung von Risikokarten.
   • Raumplanung.
   • Maßnahmen des Katastrophenschutzes.
2. Strukturelle Maßnahmen:
   • Bauvorschriften für erdbebensichere Gebäude, die normalerweise auf vertikale Bewegungen (w) ausgelegt sind, nicht aber auf horizontale (Welle L).
   • Regelmäßiges „Schmieren“ (Entlasten), um das Abrutschen blockierter Gesteinsblöcke zu erleichtern.

Risiken durch Erdbeben

Die Risiken durch Erdbeben umfassen:

• Schäden an Gebäuden.
• Erdrutsche, Lawinen oder Bodenverflüssigung.
• Beschädigung von Leitungen für Wasser, Gas oder Öl.
• Tsunamis.
• Verschwinden von Grundwasserleitern.
• Unterseeische Erdrutsche.

All diese Risiken können zu menschlichen Opfern führen.

Die seismische Gefahr in Spanien

Die Iberische Halbinsel (PI) liegt auf der Eurasischen Platte, die im Westen an die Afrikanische Platte grenzt. Einige Autoren sehen die PI als eigene Iberische Mikroplatte an.

Die höchsten Inzidenzen seismischer Aktivität und die zerstörerischsten Erdbeben treten im Süd- und Südosten der Iberischen Halbinsel auf (Regionen Granada, Málaga, Almería, Murcia, Alicante) sowie in den Pyrenäen, wobei letztere durch eine geringere Erdbebenhäufigkeit mittleren Ausmaßes gekennzeichnet sind.

Das seismische Risiko in Murcia

Die Region Murcia gilt im Vergleich zum Rest Spaniens als ein Gebiet mit mittel-hohem Erdbebenrisiko, da die PI insgesamt eine moderate Seismizität aufweist. Die jährliche Erdbebenrate in Murcia ist doppelt so hoch wie der Durchschnitt der Halbinsel.

Die Erdbeben in der Region Murcia sind auf Verwerfungen zurückzuführen, die sich in zwei Hauptsysteme gruppieren lassen: NE-SW und NW-SE.

Seismotektonische Zonen der Region Murcia

1. Valle Guadalentín: Dies ist die wichtigste Zone. Hier befindet sich eine Verwerfung parallel zur Achse Lorca-Totana-Alhama de Librilla, bekannt als die Verwerfung von Guadalentín oder Alhama. Das relevanteste Beben war 1976 in Lorca mit einer Intensität von 4,2.
2. Vega Alta del Segura: Entlang der Vega Alta gibt es zahlreiche Normalverwerfungen, an denen sich bis zu 8 Epizentren befinden. Zu den jüngsten gehören die Beben von Archena-Torres de Cotillas (1980). Besonders hervorzuheben sind die Beben von Ceutí (1912, Magnitude 8) und Ojós (1950, Magnitude 6,5).
3. Vega Media und Baja del Segura: Diese Zone schließt an die des Guadalentín an und weist sehr ähnliche geologische Merkmale auf.
4. Fortuna-Mula: In der Nähe dieser Orte gibt es ein seismotektonisch wichtiges Verwerfungsband mit demselben Namen. Die Verwerfung wird durch folgende Fakten gestützt:
   • Extrusive Gesteine vulkanischen Ursprungs in der Nähe von Mula und zwischen Fortuna und Abanilla.
   • Seismische Epizentren zwischen Fortuna und Abanilla.
   • Thermische Quellen in Baños de Mula und Fortuna.
   Das bedeutendste Beben war das von La Puebla de Mula (1999) mit einer Magnitude von 5,2.