Die Enstehung, Arten und Verhinderung von Erdbeben

Erdbeben

Ursache für Erdbebenwellen?(Vladan)

Für das Auftreten von Erdbeben sind die ständigen mechanischen Spannungen in der Erdkruste und im Erdmantel verantwortlich. Wenn diese Spannungen gleichmäßig über längere Zeiträume wirken, können Verformungen (Faltungen) hervorgerufen werden, wobei es zu einem allmählichen Spannungsausgleich kommt. Dann kommt es nicht zu Erdbeben, aber es kann auch passieren dass die Spannungsenergie, auch seismische Energie genannt, im Material , das der Verformung einen Widerstand entgegensetzt, gespeichert wird. Dann wird dieser Bereich zum sogenannten Herdgebiet. Wird die Spannungsenergie in so einem Gebiet größer als der Materialwiderstand, dann wird die gesamte gespeicherte mechanische Energie an Störungsflächen, auch Brüche genannt(Gebiete wo der Materialwiderstand überwunden wurde), in Form eines Bebens plötzlich frei. Die freiwerdende Energie erzeugt ein elastisches Wellenfeld innerhalb des Erdkörpers. Im Zentrum dieses Wellenfeldes das in der Tiefe liegende Hypozentrum, der Erdbebenherd. Senkrecht über ihm, an der Erdoberfläche, liegt das Epizentrum. Im Epizentrum kommt es bei einem Beben zu den größten Verwüstungen. Vom Hypozentrum breiten sich in alle Richtungen Erdbebenwellen in Form von Kugelwellen aus. Dies ist eine Wellenfront. Als Wellenfront bezeichnet man die Fläche, auf der alle gleichzeitig vom Hypozentrum ausgegangenen Wellen liegen.

Erdbebenstärke-Messungsarten(Mustafa)

Die bei einem Beben freiwerdende Energie kann verschieden wirksam werden. Die direkt im Gelände zu beobachtenden Wirkungen sind vertikale oder seitliche Versetzung von Erdkrustenstücken entlang von Störungsflächen, wobei Werte von 6m erreicht wurden. Am Meeresboden kommt es bei starken Beben zu Versetzungen von mehreren Hundertmetern. Aufgrund der sichtbaren Auswirkung des Bebens ist seine Stärke auch ohne Messgerät abzuschätzen. Es gibt zwei berühmte Richtskalen. Zum ersten die Mercalli-Sieberg-Skala, zum anderen die Richterskala.

Mit Hilfe der zwölfteiligen, heute verbesserten Mercalli-Sieberg-Skala lässt sich auf dieser Basis eine Klassifizierung der Intensität der Wirkung abgrenzen:

- Grad3 bedeutet kaum spürbar;

- Grad6 wirkt erschreckend;

- Bei Grad7 schlagen größere Kirchenglocken an; Ø Bei Grad8 tritt zerstörende,

- Bei Grad11 vernichtende,

- Bei Grad12 landschaftsverheerende Wirkung ein.

Eine präzisere Erfassung der bei einem Erdbeben ausgelösten Energie gelang aber erst seit dem Einsatz von Messgeräten, den Seismographen.

(Martin)

Der Name Seismograph leitet sich von dem Namen Seismologie ab; die Seismologie ist die Erdbebenkunde, eine Wissenschaft die sich mit Erdbeben und mit den von diesen hervorgerufenen seismischen Wellen befasst. Erdbebenwellen werden erst seit der Erfindung moderner Seismographen vor etwa hundert Jahren systematisch registriert. Diese Instrumente enthalten eine beweglich aufgehängte träge Masse, die bei Bodenerschütterungen annähernd in Ruhe bleibt. Ihre relativen Bewegungen gegenüber dem schwingenden Erdboden werden dann auf einem Papierstreifen als Wellenlinien aufgezeichnet. Dieser Papierstreifen ist ein Seismogramm. (Mustafa)

Aus dem Erdbebenherd wird heutzutage die Stärke eines Bebens in die Magnitude umgerechnet und nach der Richterskala abgemessen. Es gibt Werte zwischen 0,1 und 10.Die schwersten Erdbeben der letzten Jahrzehnte (Chile 1960, Alaska 1964, usw.) erreichten Werte von rund 8,5 auf der Richterskala. Nach der Richterskala bedeutet Magnitude4 spürbar, Stärke7 starker Gebäudeschaden und Stärke8(fast) vollkommend zerstörend.

Die seismischen Wellenarten(Martin)

Man unterteilt die seismischen Wellen entsprechend ihrer Schwingungs- und Ausbreitungsart in Longtudinalwellen, auch P-Wellen oder Primärwellen genannt und in Transversalwellen, die auch als S-Wellen oder Sekundärwellen bezeichnet werden.

Bei den P-Wellen schwingen die Teilchen des Gesteins in der Ausbreitungsrichtung der Welle, bei den S-Wellen erfolgt die Schwingung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Beide Arten durchlaufen das Erdinnere schnell, wobei die P-Wellen eine Geschwindigkeit von 5,5km/s haben und die S-Wellen eine Geschwindigkeit von 3,1km/s. Die S-Wellen können aber nur Schichten mit einer gewissen Festigkeit durchlaufen, im Gegensatz zu den P-Wellen. Bei Beben treten auch Oberflächenwellen auf, die wegen der durch sie hervorgerufenen maximalen Bodenbewegung auch als M-Wellen bezeichnet werden. Sie sind die langsamsten aber auch die stärksten, außerdem erstrecken sie sich über mehrere hundert Kilometer. Sie sind im Unterschied zu den P-u. S-Wellen auch mehrere Stunden nach dem Beben messen.

(Vladan)

Der Verlauf seismischer Wellen wird von Schwingungscharakter, Geschwindigkeit und physikalischen Eigenschaften des Materials, das sie durchdringen, bestimmt.

Die Wellenstrahlen werden infolge des gegen den Erdkern hin zunehmenden Dichtewerts und der dadurch bedingten Zunahme der Erdoberfläche hin abgelenkt. Nach einer bestimmten Laufzeit gelangen sie an die Erdoberfläche, wo ihr eintreffen von seismographischen Stationen registriert.

Bebenwellen liefern Hinweise auf die Erdstruktur(Mustafa)

Die P-u. S-Wellen liefern Hinweise auf die Erdstruktur. Sie können ähnlich wie Lichtstrahlen an

Grenzflächen reflektieren oder gebrochen werden. Derartige Grenzschichten bezeichnet man, meist mit den Namen des Entdeckers, als Unstetigkeiten oder Diskontinuität. Aus den Änderungen von Geschwindigkeiten, Richtung und Schwingungsart der Wellen, welche sich auch im Seismogramm ausdrücken, kann man somit auf den inneren Erdaufbau schließen.

Die Erdkruste(Martin)

Durch die Seismik haben sich die Vorstellungen über den Aufbau der Erdkruste verändert. Diese wesentlich aus starrem, erkaltetem Gestein bestehende äußere Schicht bezeichnet man als Lithosphäre und gliedert sie in Platten (Plattentektonik).

Der Erdmantel(Martin)

Der Teil des Erdmantels, welcher unter der Lithosphäre liegt, lässt sich in einen oberen Mantel, die Asthenosphäre, eine Übergangszone und einen unteren Mantel gliedern. Der Asthenosphäre erstreckt sich von 110 - 400km, die Übergangszone von 400 - 700km und der untere Mantel von 700 - 2900km. Die Gesteine dieser Zone unterscheiden sich, wie die ständig ansteigende Wellengeschwindigkeit zeigt (8-13,5km/s), vor allem in ihren Dichtewerten (3,5-5,6g/cm hoch 3).

Der Erdkern(Martin)

Der Erdkern besteht aus zwei Teilen, den äußeren und dem inneren Kern. Der äußere Kern ist flüssig. Das liegt daran das der flüssige Eisenteil gegenüber dem Magnesium überwiegt. Er dürfte aus einer Nickel-Eisen-Legierung (Nife) bestehen. Thermoelektrische Ströme in diesem Kernbereich sind die wahrscheinliche Ursache des Magnetfeldes der Erde.

Der innere Kern besitzt die Eigenschaften eines starren Körpers. Die Temperaturwerte schwanken um den Wert 5000 Grad Celsius herum.

Praktische Auswertung der Erfahrung mit Erdbebenwellen(Vladan)

Die seismischen Methoden finden auch in der angewandten Geologie ihre Anwendung. Z.B. Bei der Suche von Lagerstätten und solchen Sachen. Mit Hilfe von Großsprengungen kann man den Schichtenbau der oberen Teile der Erdrinde klären und zur Erforschung des Gebirgbaus, zu Fragen der Erdölgeologie, der Hydrogeologie (Wasser = Hydro) usw. beitragen, dies ist die sogenannte Sprengseismik.

Andererseits genügt auch ein Hammerschlag als Impuls um die erforderlichen Wellen für die Reflexionsmessungen an Gesteinsflächen hervorzurufen. Das ist die sogenannte Hammerschlagseismik.

In der Erdölgeologie ersetzt man die Sprengung durch Vibrationen die von einem speziellen Kraftwagen, deren Schwingung man durch kurzfristiges direktes Aufsetzten mittels Stahlplatten auf den Boden überträgt. Das ist die Vibroseismik.

Unter Wasser wendet man das gleiche Prinzip zur Erfassung des Schichtbaus des Ozeanbodens an, wobei man die durch das Wasser in die Bodenschichten weitergeleiteten Wellenimpulse vom Schiff aus nicht mehr wie früher durch submarine Explosionen, sondern mit Druckluft schießt. Das ist das Flexichoc-Verfahren.

Vorhersage und Verhinderung von Erdbeben(Mustafa)

Man beginnt Karten der Seismizität erdbebenintensiver Regionen zu entwerfen, um beim Bau erdbebengefährdeter Anlagen, etwa von Atomkraftwerken, seismisch gefährdete Regionen zu vermeiden. Die kurzfristige Vorhersage von Einzelbeben beruht auf der Spannung im Erdgestein, der Erdkruste vor dem Beben, die dann beim Beben selbst an Bruchflächen ausgelöst und freigesetzt wird. Diese Spannung lässt sich nun durch eine deutliche Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Bodens, eine Änderung in der Laufzeit der seismischen Wellen im Boden, der Trübung der Brunnenwässer, im Austritt radioaktiver Gase aus Brunnen, usw. feststellen. Schwächere Vorbeben können dann das Hauptbeben ankünden, treten aber nur manchmal auf. Diese Methoden zeigen Erfolg z.B. in China das Haicheng-Beben vom 4.Februar 1975 exakt vorhergesagt und durch Evakuierung der Stadt über 100.000 Menschen gerettet. Aber es ist nicht immer eine Vorhersage möglich wie man ein Jahr später in China beim Tanschan-Beben sah. Durch das Beben kamen in etwa 600.000 Menschen ums Leben.

Die Verhinderung von Erdbeben beruht auf dem Prinzip, die Bruchflächen, an denen sich die Spannung durch Reibung ansammelt durch einpumpen von Wasser zu „schmieren“ und das sich aufbauende größere Erdbeben in einen Schwarm kleinerer unschädlicher Erschütterungen aufzulösen. Zum ersten Mal wurde eine derartige Erfahrung bei einer 4000 Meter tiefen Bohrung in Colorado in den USA gemacht, da mit Einpressung von Flüssigkeitsmengen in die Bohrlöcher eine Reihe kleiner Beben ausgelöst wurde. Momentan werden auch andere Methoden entwickelt um Beben zu verhindern, aber über die werdet ihr erst in ein paar Jahren was erfahren, weil sie momentan in der Entwicklung sind.