Fragen zu Erdbeben
Was ist ein Erdbeben? Wie werden Erdbeben gemessen? Was ist ein Seismometer? Wie werden Erdbeben lokalisiert? Auf dieser Seite werden die wichtigsten Begriffe und Fragen zu Erdbeben in Hessen erläutert.
Was ist ein Erdbeben?
Erdbeben entstehen durch einen plötzlichen Spannungsabbau entlang von Brüchen in der Erdkruste, ausgelöst durch eine relative Bewegung der Gesteinsschichten auf beiden Seiten eines Bruches. Die dabei freiwerdende seismische Energie läuft in Form von Wellen durch die Erde und verursacht die als Beben wahrgenommene Erschütterung.
Welche Arten von Erdbeben gibt es?
Natürliche Erdbeben (tektonische, vulkanische und Einsturzbeben) und
induzierte Erdbeben (Bergbau, Bau und Betrieb eines Wasserreservoirs, Injektion von Flüssigkeiten).
Tektonische Erdbeben stellen die überwiegende Zahl aller Beben.
Welche Auswirkungen hat ein Erdbeben?
In der Nähe des Epizentrums sind Erdbeben teilweise bereits ab einer Magnitude von 2.0 zu verspüren. Ab Magnitude 3 werden Beben verbreitet verspürt. Erdbeben ab Magnitude 4 können in einem Umkreis von bis zu 150 km wahrgenommen werden. Die zunehmenden Distanzen erklären sich dadurch, dass die durch ein Erdbeben freigesetzte Energie pro Magnituden-Stufe um einen Faktor von 30 zunimmt. Ein Erdbeben der Magnitude 4 ist demnach 30-mal stärker als eines der Magnitude 3.
Wie gut ein Erdbeben verspürt wird, hängt neben seiner Stärke von der Tiefe des Erdbebenherds ab sowie dem jeweiligen Untergrund. Auf einem weichen Boden (z. B. Talfüllungen) können Erdbeben deutlicher verspürt werden als auf felsigen Untergrund. Der lokale Untergrund wirkt sich auch auf die Schadensbilder aus: Erdbebenwellen erfahren in sedimentgefüllten Tälern verglichen mit festem Felsuntergrund eine höhere Verstärkung und richten im Talboden entsprechend größere Schäden an. Generell gilt, je solider der Untergrund eines Gebäudes, desto weniger Schaden können Erdbebenwellen anrichten.
Die Intensität ist die Größe zur Beschreibung der Erdbebenstärke anhand ihrer Auswirkungen auf der 12-stufigen EMS-98-Skala (EMS: Europäische Makroseismische Skala 1998). Die Intensität bestimmt sich aus Beobachtungen des menschlichen Verhaltens sowie der Schäden an Bauwerken und in der Natur. Sie nimmt mit der Entfernung vom Erdbebenherd grundsätzlich ab und ist auch abhängig vom Untergrund und der Bausubstanz (Ein Erdbeben hat eine Magnitude und viele Intensitäten!).
Bei einer bei uns üblichen Bauweise, treten Schäden an Gebäuden im Allgemeinen bei Erdbeben mit Intensitäten von maximal VI – VII auf (ganzzahlig in römischen Ziffern). Zu kleineren Rissen oder Schäden aufgrund herunterfallender Objekte kann es bereits bei kleineren Intensitäten (V – VI) kommen.
Erdbeben lassen sich nicht vermeiden. Allerdings besteht die Möglichkeit, die zu erwartenden Schäden mit relativ einfachen baulichen Mitteln zu minimieren. Mehr Informationen dazu finden Sie unter Erdbebengefährdung.
Wo finden Erdbeben weltweit am häufigsten statt?
Starke Erdbeben sind meist nur auf eng umgrenzte Zonen der Erde beschränkt, die in der Geologie als Grenze von tektonischen Platten bekannt sind. 75 % der seismischen Aktivität ist auf die Gebiete rings um den Pazifik beschrankt. 22 % aller Erdbeben finden im alpidisch-asiatischen Gürtel statt, der sich vom Mittelmeer über Vorderasien zum Himalaya zieht. Für ozeanische Rücken bleiben 1,8 % und für kontinentale Gräben (wie z.B. den Oberrheingraben) noch insgesamt 0,2 %. Seismische Aktivität in anderen Gebieten fällt im Vergleich zu den genannten Gebieten statistisch nicht ins Gewicht. Für Hessen ist demnach nur ein verschwindender Bruchteil der weltweiten Bebentätigkeit zu erwarten, und zwar vor allem auf den Oberrheingraben und seinen Rändern konzentriert.
Wie oft gibt es Erdbeben?
Statistisch gesehen ist die Anzahl der Erdbeben pro Jahr weltweit konstant (siehe Tabelle).
Tabelle: Erdbeben pro Jahr
| Erdbeben pro Jahr | Magnitude | Bemerkung |
|---|---|---|
| 1 | 8,0 und größer | |
| 15 | 7,0 – 7,9 | |
| 134 | 6,0 – 6,9 | |
| 1319 | 5,0 – 5,9 | |
| Ca. 13.000 | 4,0 – 4,9 | Magnituden wie sie maximal in Hessen zu erwarten sind. |
| Ca. 130.000 | 3,0 – 3,9 |
Was ist ein Seismometer?
Ein Seismometer ist ein Instrument, mit dem die Bewegung des Untergrunds an einem Ort aufgezeichnet werden kann. Moderne Seismometer sind hochempfindliche elektromechanische Geräte, die Bodenbewegungen im Bereich von Nanometern (millionstel Millimeter) erfassen können. Frühere mechanische Geräte wurden als Seismographen bezeichnet.
Was ist ein Seismogramm?
Ein Seismogramm ist die instrumentelle Aufzeichnung der bei einem Erdbeben auftretenden Bodenbewegungen durch einen Seismometer. Die Darstellung der aufgezeichneten Bewegung über einer Zeitachse bezeichnet man als Seismogramm. Da die Bewegung an einer Station während der Dauer eines Bebens nicht gleichförmig ist, erhält man ein wellenförmiges Diagramm mit unterschiedlichen Wellenlängen und Amplituden (siehe Abbildung). Aus einer Vielzahl solcher Diagramme lässt sich die bei dem Beben freigewordene Energie (Stärke bzw. Magnitude) sowie die Lage des Erdbebenherdes (Hypozentrum) bestimmen.
Was ist eine Magnitude?
Die Magnitude eines Ereignisses ist eine physikalisch gemessene Größe und gibt Auskunft über die während eines Bebens freigewordene Energie. Eine Magnitude ist ein logarithmischer Wert. Ein Beben der Magnitude 5 ist 30-mal stärker als ein Beben der Magnitude 4 und 900-mal stärker als ein Beben der Magnitude 3. Es gibt unterschiedliche Arten, Magnituden zu bestimmen. Sie stehen nicht direkt miteinander in Verbindung, messen aber alle auf die eine oder andere Art die Amplitude einer Bodenbewegung (Geschwindigkeit oder Beschleunigung) in unterschiedlichen Entfernungen und Frequenzbereichen. Der klassische und hier benutzte Ansatz, eine Magnitude zu bestimmen, die sogenannte lokale Magnitude, wurde von Richter entwickelt (daher die Bezeichnung Richterskala). Die Lokalbebenmagnitude ML wird für Erdbeben bestimmt, die relativ nahe an den registrierenden Stationen auftreten. Normalerweise wird diese für Entfernungen bis einige hundert Kilometer zwischen Beben und Station bestimmt.
Wie wird ein Erdbeben beschrieben?
Die Lage eines Erdbebenherdes wird durch die geographischen Koordinaten (Längen- und Breitengrad) und die Herdtiefe (in Kilometer) angegeben. Der Punkt im Erdinneren, an dem der Bruch der Gesteine begann, ist das Hypozentrum, der Punkt genau darüber an der Erdoberfläche ist das Epizentrum. Es werden mindestens die Seismogramme von drei Messstationen benötigt, um den Ort eines Erdbebens bestimmen zu können.
Herdzeit = Die Uhrzeit, zu der das Beben stattfand, in Weltzeit (UTC, Universal Time Coordinated: UTC plus 1 Stunde ist MEZ - UTC plus 2 Stunden ist MESZ).
Hypozentrum = Der Ort des Bebens, definiert durch die geographische Länge und Breite sowie die Herdtiefe h.
Epizentrum = Herdnächster Punkt an der Erdoberfläche.
Wie wird ein Erdbeben lokalisiert?
Für die Lokalisierung von Erdbeben werden die Einsätze von P-und S-Wellen in den Seismogrammen bestimmt. P-Wellen (Primärwellen) sind die am schnellsten laufenden seismischen Wellen, die bei einem Erdbeben erzeugt werden. Im Seismogramm entspricht der Ersteinsatz eines Erdbebens der P-Welle, die besonders ausgeprägt auf der Vertikalkomponente (HHZ in der folgenden Abbildung) zu sehen ist. Die S-Wellen (Sekundärwellen) sind die zweitschnellsten seismischen Wellen. S-Wellen sind vor allem auf den Horizontalkomponenten (HHN und HHE in der folgenden Abbildung) eines Seismogramms zu erkennen. P- und S-Wellen breiten sich demnach im Untergrund unterschiedlich schnell aus, P-Wellen weisen eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit auf als S-Wellen. Wegen dieses Unterschiedes in der Ausbreitungsgeschwindigkeit wächst der Zeitunterschied zwischen dem Eintreffen der P-Welle und der S-Welle mit zunehmendem Abstand zwischen Erdbebenherd und Messstation. Aus diesem Zeitunterschied kann die Entfernung bestimmt werden (Abb. 1).
Zeichnet man auf einer Karte um drei Stationen je einen Kreis mit der berechneten Entfernung als Radius, dann schneiden sich die drei Kreise im Idealfall im Zentrum des Erdbebenherdes (Abb. 2). Die Bestimmung des Erdbebenherdes nimmt dabei mit zunehmender Stationsanzahl zu. Mit modernen Rechenprogrammen kann heute aus den Daten vieler Stationen in nur wenigen Sekunden die Lage des Erdbebenherdes und die genaue Herdzeit berechnet werden.
Abb. 1: Seismogramme von drei Stationen in unterschiedlicher Entfernung zum Erdbebenherd. Es werden jeweils die vertikale und zwei horizontale Komponenten dargestellt. Zusätzlich ist die Entfernung von Station zu Epizentrum in Kilometer angegeben.
Abb. 2: Lokalisierungsprinzip am Beispiel einer Lokalisierung mit drei Messstationen (blaue Dreiecke). Der Radius der Kreise entspricht dabei der Entfernung zum Epizentrum, welches durch den Schnittpunkt der drei Kreise bestimmt ist.
Wo gibt es Erdbeben in Hessen?
Die Gebiete mit erhöhter natürlicher Erdbebenaktivität in Hessen sind die folgenden Bereiche: Nördlicher Oberrheingraben (mit seinen Randgebieten wie das Mainzer Becken, der Taunus und der Odenwald), das Mittelrheintal, das Fuldatal und das Lahngebiet (Abb. 1). Der Hessische Erdbebenkatalog kann im Geologie Viewer eingesehen werden.
Die stärksten Erdbebenereignisse der letzten Jahrzehnte (Magnitude >3,5) in Hessen und mit Auswirkungen auf Hessen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Neben den natürlichen Beben sind hier die Gebirgsschläge im Kalirevier herauszuheben.
Tabelle: Ereignisse (lokale Magnitude >3,5) in Hessen bzw. grenznah zu Hessen (1950 – 2014)
| Ort | Datum | Magnitude | Bemerkung |
|---|---|---|---|
| Worms | 24.02.1952 | 4,7 | |
| Heringen | 22.02.1953 | 5,0 | Gebirgsschlag |
| Merkers | 08.07.1958 | 4,8 | Gebirgsschlag |
| Merkers | 29.06.1961 | 3,7 | Gebirgsschlag |
| Boppard | 01.12.1970 | 3,8 | |
| Heidelberg | 12.07.1971 | 3,8 | |
| Sünna | 23.06.1975 | 5,2 | Gebirgsschlag |
| Echzell | 04.11.1975 | 3,6 | |
| Limburg | 07.03.1977 | 3,8 | |
| Bad Marienberg | 28.06.1982 | 4,7 | |
| Katzenelnbogen | 24.08.1985 | 3,9 | |
| Völkershausen | 13.03.1989 | 5,6 | Gebirgsschlag |
| Frankfurt | 26.05.1990 | 3,8 | |
| Frankfurt | 29.05.1990 | 3,5 | |
| Langen | 10.06.1990 | 3,5 | |
| Limburg | 29.11.1997 | 3,5 | |
| Idstein | 29.11.1997 | 4,0 | |
| Koblenz | 03.08.2007 | 3,9 | |
| Nassau | 14.02.2011 | 4,4 | |
| Ober-Ramstadt | 17.05.2014 | 4,2 | |
| Ober-Ramstadt | 29.10.2014 | 3,5 |
Abb. 1: Erdbeben in Hessen nach Hessischem Erdbebenkatalog
Wie oft gibt es Erdbeben in Hessen?
In Hessen treten pro Jahr statistisch gesehen mehrere mäßig starke Erdbeben auf, die örtlich von der Bevölkerung wahrgenommen werden können. Im Durchschnitt sind 1-2-mal pro Jahr Erdbeben mit einer Magnitude von 3,0 bis 3,9 zu verzeichnen (bzw. 15-mal pro Jahr für eine Magnitude von 2,0 bis 2,9). In diesem Bereich kann ein Erdbeben spürbar sein, siehe auch unter: In Hessen gespürte Erdbeben.
Etwa einmal in zehn Jahren ist in Hessen mit einem mittelstarken Beben zu rechnen, das Gebäudeschäden und Betriebsstörungen verursachen kann. Dort, wo schwache Beben auftreten, kann auch auf das potenzielle Auftreten stärkerer Ereignisse geschlossen werden. Schwache Beben sind sehr viel häufiger und lassen deshalb besonders gefährdete Gebiete erkennen.
Die zeitliche Entwicklung, wann es in Hessen wo gebebt hat, kann anhand eines Filmes nachvollzogen werden.
| Magnitude (nach Richter) | Anzahl der Erdbeben pro Jahr in Hessen |
|---|---|
| 0 – 1,9 | ?? |
| 2,0 – 2,9 | 15 mal pro Jahr |
| 3,0 – 3,9 | 1 -2 mal pro Jahr |
Was ist die Ursache von Erdbeben in Hessen?
Erdbeben in Hessen (hauptsächlich im nördlichen Teil des Oberrheingrabens und an seinen Rändern) werden durch großräumige Bewegungen der afrikanischen und europäischen Kontinentalplatten verursacht, die auch für die Bildung der Alpen verantwortlich waren und sind. Dabei drehen sich die afrikanische Platte im Gegenuhrzeigersinn und mit ihr Italien und die Adria, weshalb der Oberrheingraben von Süden her einen Druck erfährt. Dieser erzeugt eine Spannung, welche sich über Jahrzehnte oder Jahrhunderte aufbaut und in wenigen Sekunden ruckartig in Form eines Erdbebens löst.
Was mache ich, wenn in Starkbebengebieten die Erde bebt?
Das GeoForschungszentrum in Potsdam hat ein Merkblatt für Bürger, die sich zeitweilig oder länger in erdbebengefährdeten Gebieten im Ausland aufhalten, herausgebracht. Das Merkblatt ist hier abrufbar.
Unterrichtsmaterial zu Erdbeben
Unterrichts- und Lernmaterialen zum Thema Erdbeben sind hier zu finden.