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Erdbeben


Erdbeben

Erdbeben zählen zu den häufigsten Naturkatastrophen unserer Zeit. In meinem Protokoll

will ich Informationen bezüglich allen Aspekten dieses Themas darbieten.

Zunächst möchte ich der Frage nachgehen warum Erdbeben überhaupt entstehen oder mit anderen Worten welchen Ursachen sie zugrunde liegen.

Der Gesteinsmantel der Erde, genannt Lithosphäre, ist keine einheitliche Schicht sondern besteht aus sieben großen und einer Vielzahl kleinerer Stücke, den Platten. Diese Platten befinden sich auf einer weichen und verformbaren Schicht des Mantels, der Astenosphäre.

Zirkulierendes Magma "schiebt" die Platten vorwärts, sie driften auseinander, gegeneinander und aneinander vorbei. Wenn Platten oder Plattenteile entlang Rissen in der Lithosphäre, genannt Verwerfungen, in unterschiedliche Richtungen bewegt werden, verhaken sie sich aufgrund von Unebenheiten in den Gesteinen. Dadurch kommt es zu einem Aufstauen von gewaltigen Energien. Wenn der Reibungswiderstand von den durch die Platten übertragenen Druck entlang einer Verwerfung überwunden wird kommt es zu einer plötzlichen Verschiebung der Platten. Gleichzeitig reißt das Gestein entlang der Bewegungsfläche beginnend am Erdbebenherd (Erdbebenherd= Hypozentrum =  Ort im Erdinneren, wo der eigentliche Verschiebungsprozess stattfindet) auf. Dadurch wird die vorher aufgestaute Bewegungsenergie der Platten größtenteils als Reibungsenergie und als kleiner Prozentsatz als sogenannte seismischen Wellen ( Seismologie= Erdbebenkunde) wieder freigesetzt.  

Diese Energiewellen lassen das Gestein schwingen und diese Erschütterungen bezeichnen wir als Erdbeben. Die freigesetzte Energie ist um so größer je größer die Bruchfläche der Platten ist, die verschoben wird. Die seismischen Wellen breiten sich vom Erdbebenherd als sogenannte Raumwellen in alle Richtungen durch das Erdinnere aus. Man unterscheidet bei diesen die Primärwellen(P- Wellen) und die Scherwellen (S- Wellen). Die P- Wellen sind die schnellsten und treffen als erste (daher der Name primär) beim Seismographen ( Erdbebenmeßgerät, darauf werden wir später noch genauer eingehen) ein. Sie haben die Eigenschaft sich in festen, flüssigen und gasförmigen Substanzen ausbreiten zu können, sie treten daher in die Luft über und können darum akustisch wahrgenommen werden. Diese Wellen werden auch Kompressionswellen genannt, weil sie die Gesteinsteilchen zusammenziehen sie also kompressieren, aber diese gleich danach wieder auseinander schwingen. Die Teilchen schwingen in Richtung der Ausbreitungsrichtung der Raumwellen. Die S-Wellen breiten sich ungefähr nur halb so schnell aus wie die P-Wellen, außerdem schwingen die Gesteinspartikel senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle. Sie sind ebenfalls imstande sich im Erdinneren fortzusetzen, aber ausschließlich nur in festen Substanzen. Wenn diese Raumwellen das Epizentrum erreichen (=jener Punkt auf der Erdoberfläche, welcher sich genau senkrecht über dem Hypozentrum befindet) breiten sie sich entlang der Erdoberfläche als sogenannte Oberflächenwellen aus. Sie breiten sich wie Wellen im Wasser aus, wenn man einen Stein reinwirft. Man unterscheidet wiederum 2 Arten, nämlich die sogenannten Lovewellen und die Raleighwellen (sie wurden beide nach ihrem Entdecker benannt). Die Raleighwellen verursachen eine elliptische Bewegung des Gesteins, das heißt es rollt rauf und runter, aber gleichzeitig bewegt es sich  hin und her in Ausbreitungsrichtung der Welle. Lovewellen breiten sich wie Scherwellen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, aber parallel zur Erdoberfläche aus. Es läßt sich sagen, dass Oberflächenwellen der Grund für die Schäden fernab des Epizentrums sind. Die Geschwindigkeit mit der sich seismische Wellen ausbreiten ist abhängig von der Dichte der Substanz, in der sie sich ausbreiten, und von ihrem Material.

Es läßt sich sagen, dass Krustenbewegungen die häufigsten Auslöser für Erdbeben sind, man bezeichnet solche Beben daher als tektonisch. Es gibt aber auch sogenannte vulkanische  Erdbeben die dadurch entstehen, wenn Magma unter hohem Druck in den Vulkanschlot aufsteigt. Man muss sich das so vorstellen, dass ein Teil der Bewegungsenergie des Magmas sich auf das Gestein überträgt und es vibrieren läßt. Erdbeben entstehen auch wenn Himmelskörper auf der Erdoberfläche einschlagen. Die gerade genannten Beispiele bezeichnet man als natürliche Erdbeben. Unter induzierten Erdbeben versteht man hingegen alle Bodenerschütterungen die durch menschliche Eingriffe in die Natur entstehen können. Als Beispiel für solche, wären der Prozess der Rohstoffentnahme aus dem Erdinneren (Bergbau, Ölförderung) und Sprengungen zu nennen.      

Es wird oft von der Stärke eines Erdbebens gesprochen. Doch was ist das eigentlich? Wie beschreibt man sie am besten? Eine Möglichkeit wäre die sogenannte Magnitude, ein Maß für

die seismische Energie, die bei einem Erdbeben frei wird.

Um die Magnitude bestimmen zu können müssen die Bodenbewegungen eines Erdbebens mit einem Seismometer als sogenanntes Wellenbild oder Seismogramm (auf den genauen Vorgang wird später noch eingegangen) dargestellt und gemessen werden, gleichzeitig muss auch die Distanz zwischen Meßstation und Hypozentrum bekannt sein. Aus dem Seismogramm wird  die stärkste Bodenbewegung ermittelt (die Bodenbewegung ist umso größer je größer die Schwingungsweite= Amplitude der Wellen  ist). Dieser Wert und die Entfernung vom Erdbebenherd ergeben die Amplitude. Auf welche Weise dies geschieht wollen wir Ihnen mittels eines Bildes darstellen.        

 

   

Diese Skala (rot) wurde vom kalifornischen Seismologen Richter entwickelt und trägt daher den Namen Richterskala. Eine Erhöhung des Magnitudenwertes um1 Einheit entspricht einer Erhöhung der seismischen Energie um das 30-fache. 

Beben mit Magnitude 2-3 sind gerade noch spürbar, das stärkste auf der Erde gemessene Erdbeben hatte eine Magnitude von 9.5 und spielte sich 1960 in Chile ab. Da sich aber in der Erdkruste wegen ihrer begrenzten Dicke nur beschränkt viel Spannungen ansammeln können sind Beben mit Magnituden über 10 kaum möglich.

Eine andere Möglichkeit die Stärke eines Erdbebens zu beschreiben erfolgt über die sogenannte Intensität. Sie ist ein Maß für die örtliche Schadenswirkung auf Bauwerke oder für die Wahrnehmung durch Menschen. Um die Intensität anzugeben benötigt man keine Geräte, im Gegensatz zur Magnitude. Die MSK Intensitätsskala (aufgestellt von den Wissenschaftlern Medvedev, Sponheur und Karnik) beinhaltet meist 12 Stärkengrade , welche in Form von römischen Ziffern angegeben werden. Beben mit  Intensität I werden nicht verspürt und sind nur mittels Seismographen nachweisbar. Die Intensität II wird gerade wahrgenommen, ab Intensität VI treten erste Gebäudeschäden auf. Die Intensität eines Erdbebens ist an verschiedenen Orten des von den Erschütterungen betroffenen Raumes unterschiedlich. Sie ist im Bereich des Epizentrums am größten, diese maximale Intensität wird als Epizentralintensität bezeichnet. Die Intensitäten nehmen in Entfernung vom Hypozentrum ab und hängen außerdem auch vom jeweiligen Untergrund ab. Weiche Schichten erzeugen eine höhere Schadenswirkung. Jene Linien auf einer Karte, welche Orte gleicher Intensität verbinden bezeichnet man als Isoseisten.   

Es ist  so, dass bei einem Erdbeben zwischen dem sogenannten  Hauptbeben  und mehreren schwächeren  Nachbeben unterschieden wird. Wir wollen jetzt der Frage nachgehen, warum dem  so ist. Das Hauptbeben entsteht  ja, wenn Platten oder Plattenteile sich  ineinander verhaken und somit sich Spannungen aufbauen, die sich bei einer plötzlichen  Verschiebung wieder entladen. Während dieser Verschiebung bauen sich durch Unebenheiten des Gesteins erneut Spannungen auf, welche sich als sogenannte Nachbeben entladen.   

Nun werde ich einiges, wie schon vorher angekündigt, über Seismometer und Seismogramme berichten. Wie schon gesagt, Seismometer sind Geräte mit dessen Hilfe man die Bodenbewegungen während eines Erdbebens als sogenanntes Wellenbild oder Seismogramm darstellen kann. Heutzutage bestehen moderne Seismometer aus einem mechanischen und einem elektronischen Teil. Um die Funktionsweise so eines Gerätes zu verstehen stelle man sich den "einfachsten Seismographen der Welt"vor Dieser besteht aus einer Walze, die sich ständig dreht, mit Papier darauf, einer Feder einem Gewicht und einem Schreibstift. Das eine Ende der Feder ist fest mit dem Metallstativ verbunden, welches wiederum auf dem Boden steht. Am anderen Ende der Feder ist die Masse mit dem Stift befestigt. Die Masse und die Feder bilden ein sogenanntes Seismographenpendel. Bei einem Erdbeben bewegen sich alle Teile des Seismometers mit Ausnahme dieses Pendels, weil es sich auf einem Punkt befinde, welcher nicht von den Bodenbewegungen betroffen ist (das Pendel hängt ja an einem Stativ befestigt in der Luft) , dieser heißt Archimedischer Punkt. Durch die Bewegung der Walze werden Zickzacklinien auf dem auf der Walze befestigtem Papier geschrieben, ein Seismogramm entsteht .Dieses gibt nicht direkt die Bodenbewegungen wieder, aber es enthält Informationen über die Bodenbewegungen und man kann sie mit Hilfe dieses Wellenbildes berechnen. Darauf wollen wir aber nicht näher eingehen, weil wir uns und Ihnen die komplizierten mathematischen Formeln ersparen möchten Aus dem Seismogramm lässt sich auch ablesen wie weit das Epizentrum von der Meßstation entfernt war. 

Ein Beispiel für ein Seismogramm:

Nun zeige ich  mittels einer Karte(nächste Seite) ,wo überall auf der Welt Erdbeben vorkommen. Wie man daraus entnehmen kann, gibt es hauptsächlich an den Plattengrenzen Erdbeben 

 Jetzt gibt es einiges über die aktuellen Erdbeben zu berichten, welche, wie man durch diverse Medien weiß, nicht an geringer Zahl sind. Am Sonntag, den 28.3.1999 ereignete sich in Nordindien ein Erdbeben mit der Magnitude 6,6. Ungefähr 90 Menschen mussten in den einstürzenden Gebäuden (Einstürze wurden durch die Bodenerschütterungen ausgelöst) ihr Leben lassen, andere wurden wiederum schwer verletzt. Der Grund für die Entstehung des Erdbebens hat in jener Tatsache seinen Ursprung, dass der Kontinent Indien (= kontinentaler Anteil der indischen Platte) vor rund 45 Millionen Jahren gegen die eurasische Platte gestoßen ist (Entstehung des Himalajas) und unter sie getaucht ist, was sie heutzutage noch immer tut (das ist auch der Grund warum der Himalaja noch im Wachstum ist). Durch diese Abwärtsbewegung verhaken sich die Gesteine ineinander und  lassen ein Erdbeben entstehen. Es entstehen aber nicht nur direkt bei der Kollisionszone, also in Nordindien, Erdbeben sondern auch östlich davon in China und westlich davon in Afghanistan. Das ist deswegen der Fall, weil der abtauchende kontinentale Teil der indischen Platte zu dieser Abwärtsbewegung auch eine Seitwärtsbewegung ausführt. Dadurch werden Bereiche der eurasischen Platte in kleinere Krustenteile geteilt, die der Bewegung Indiens ausweichen und somit in den vorher genannten Ländern Erdbeben entstehen lassen.    

Am Dienstag, den 17.8.1999 erschütterte ein Erdbeben der Stärke 7,4 den Westen der Türkei, wobei das Epizentrum nur 100km östlich von Istanbul entfernt war. Die Zahl der ums Leben gekommenen geht in die zigtausende und das Beben zeichnet sich als das stärkste seit der Gründung der türkischen Republik aus. 

Entlang der Nordanatolischen Störung (= Seitenverschiebungszone in der Nähe des schwarzen Meeres) und entlang der Ostanatolischen Störung (=Seitenverschiebungszone in der Nähe der Insel Zypern) schiebt sich die sogenannte anatolische Fluchtscholle (selbstständiger Teil der afrikanischen Platte) an der eurasiatischen Platte  bzw. an der afrikanischen Platte vorbei. Diese Bewegung der Scholle ist eine ausweichende Bewegung, weil sich im Bereich des Mittelmeers die Kontinentenblöcke  aufeinander zu bewegen und so die Scholle wegdrücken.   

 

 

Dieses Diagramm veranschaulicht den Prozentsatz aller Erdbeben bezüglich der Magnituden

1,2,3,4 ( 100% = Gesamtheit der Erdbeben).

Zum Schluss meines Berichtes möchte ich mich mit den katastrophalen Folgen eines Erdbebens beschäftigen. Die Bodenbewegungen bei einem Erdbeben können den Einsturz oder das Absinken von Gebäuden auslösen. Letzteres tritt dann ein, wenn es durch das in Bewegung geratene Grundwasser zu einer Bodenverflüssigung kommt. Als weitere Folge der Bodenerschütterungen können Schlammlawinen und Erdrutsche auftreten.

Seebeben lassen auch riesengroße Flutwellen sogenannte Tsunamis entstehen.

Kommt es durch das Erdbeben zu Brüchen von Gasleitungen können Brände entstehen. Dieses Problem kann noch verstärkt werden , wenn aufgrund gebrochener Wasserleitungen Löschwasser nicht zur Verfügung steht.

Trotz aller Gefahren sollte man betonen, dass es nicht stimmt, dass Menschen und Häuser von Erdspalten verschlungen werden, wie es in manchen Katastrophenfilmen gezeigt wird.  

Erdbeben-das Referat

Erdbeben haben ihren Ursprung in der Plattentektonik. Der Gesteinsmantel der Erde ist keine einheitliche Hülle sondern besteht aus einer Vielzahl den sogenannten Platten. Diese schwimmen, wie Eisschollen im Wasser, auf einer weichen verformbaren Schicht des Erdmantels genannt Astenosphäre. Sie bewegen sich aufeinander zu, voneinander weg und aneinander vorbei. Immer wenn zwei Platten oder zwei Plattenstücke sich entlang Bruchlinien der Lithosphäre in unterschiedlichen Richtungen bewegen verhaken sie sich aufgrund von Gesteinsunebenheiten ineinander, worauf sich gewaltige Energien ansammeln. Wenn der Reibungswiderstand von den durch die Platten übertragenen Druck entlang einer Verwerfung überwunden wird kommt es zu einer plötzlichen Verschiebung der Platten. Gleichzeitig reißt das Gestein entlang der Bewegungsfläche beginnend am Erdbebenherd (Erdbebenherd= Hypozentrum =  Ort im Erdinneren, wo der eigentliche Verschiebungsprozess stattfindet) auf. Dadurch wird die vorher aufgestaute Bewegungsenergie der Platten größtenteils als Reibungsenergie und als kleiner Prozentsatz als sogenannte seismischen Wellen ( Seismologie= Erdbebenkunde) wieder freigesetzt. Die Seismische Energie lässt den Boden vibrieren und diese Erschütterungen bezeichnet man als Erdbeben.

Die seismischen Wellen breiten sich vom Erdbebenherd als sogenannte Raumwellen durch das Erdinnere. Man unterscheidet Primärwellen (P-Wellen) und Scherwellen (S-Wellen) wobei die P-Wellen die Schnelleren sind. Wenn die Raumwellen das Epizentrum (= Punkt an der Erdoberfläche, senkrecht über dem Hypozentrum) breiten sie sich von dort als Oberflächenwellen aus. Es werden wieder zwei Unterarten unterschieden nämlich die Lovewellen und die Raleighwellen., welche beide nach ihrem Entdecker benannt wurden.  

Es gibt zwei Möglichkeiten die Stärke eines Erdbebens zu beschreiben. Eine Möglichkeit wäre die sogenannte Magnitude. Ein Maß für die seismische Energie die bei einem Erdbeben frei werden. Zu deren Bestimmung liest man aus dem Seismogramm (Wellenbild ,welches

Informationen über die Bodenbewegungen enthält) die stärkste Bodenbewegung ab. Dieser Wert zusammen mit der Entfernung vom Erdbebenherd ergeben die Amplitude.

Eine andere Möglichkeit die Stärke eines Erdbebens zu beschreiben erfolgt über die sogenannte Intensität. Sie ist ein Maß  für die örtliche Schadenswirkung des Erdbebens auf Bauwerke oder für die Wahrnehmung durch Menschen. Im Gegensatz zur Magnitude benötigt man um die Intensität anzugeben keine Messgeräte. Die  MSK Intensitätsskala, aufgestellt von den Wissenschaftlern  Medvedev, Sponheur und Karnik , beinhaltet  meist 12 Stärkengrade, welche in Form von römischen Ziffern angegeben werden. Beben mit Intensität I werden nicht gespürt und sind nur mittels Seismographen  nachweisbar. Bei Intensität IV treten erste Gebäudeschäden auf. Die Intensität ist im Bereich des Epizentrums am größten und ist im allgemeinen  nicht an allen Orten gleich. Jene Linien auf einer Karte, welche Orte  gleicher Intensität  verbinden, nennt man Isoseisten.      

Der Seismograph ist ein Gerät, mit dessen Hilfe man die Bodenwellen bei einem Erdbeben in einem sogenannten Seismogramm (= Wellenbild, welches nicht direkt die Bodenbewegungen darstellt, sondern Informationen über sie gibt)  festhält Er besteht aus einem elektronischen und einen mechanischen Teil.











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