Erdbeben und Magnitude

Ein Erdbeben der Magnitude 7 lenkt die Seismografennadel 10-mal so stark aus wie eines der Magnitude 6, setzt aber etwa 32-mal so viel Energie frei.

Magnitude und Intensität

Ein Erdbeben ist eine plötzliche Bewegung an einer Störung. Der BGS beschreibt es als Freisetzung gespeicherter elastischer Verformungsenergie in Form seismischer Wellen, die durch die Erde laufen und den Boden erschüttern. Seine Stärke lässt sich auf zwei sehr unterschiedliche Arten angeben. Die Magnitude misst die Größe des Bebens an seinem Ursprung. Sie ist eine einzige Zahl und überall gleich. Die Intensität beschreibt, wie stark der Boden an einem bestimmten Ort bebte. Sie hängt von der Entfernung zum Beben, seiner Tiefe und dem Untergrund ab und unterscheidet sich daher von Ort zu Ort. Die USGS vergleicht das Northridge-Beben 1994 mit dem Nisqually-Beben 2001: ähnliche Magnituden, doch Northridge mit nur 5 bis 18 km Tiefe verursachte stärkere Erschütterungen als Nisqually in etwa 48 bis 58 km Tiefe.

Zehnfache Auslenkung, 32-fache Energie

Magnitudenskalen sind logarithmisch. Nach Erklärung der USGS bedeutet jede ganze Stufe eine Verzehnfachung der im Seismogramm gemessenen Amplitude, also der Ausschlagshöhe. Die Energie steigt schneller: Jede ganze Stufe entspricht etwa der 32-fachen freigesetzten Energie. Der genaue Faktor ist 10 hoch 1.5, also 31.6. Bei zwei Stufen werden die Faktoren multipliziert: 32 × 32 ergibt etwa 1000. Ein Beben der Magnitude 7 setzt also etwa 1000-mal so viel Energie frei wie eines der Magnitude 5. Auch kleine Schritte zählen. Eine Zunahme um 0.1 bedeutet etwa die 1.4-fache Energie. Der Unterschied zwischen 7.0 und 7.1 ist also nicht belanglos. Bei winzigen Beben, die nur empfindliche Geräte erfassen, können Magnituden sogar negativ sein. Zur Einordnung vergleicht das HVO ein Beben der Magnitude 1.0 mit der Explosion von etwa 32 kg TNT, ungefähr einer mittelgroßen Sprengung auf einer Baustelle. Solche Vergleiche mit Sprengungen beziehen sich auf ähnliche Amplituden seismischer Wellen, nicht auf die gleiche Gesamtenergie.

Von Richter zur Momentenmagnitude

Charles Richter entwickelte die erste Magnitudenskala für Südkalifornien. Sie nutzte den größten Ausschlag im Seismogramm. Das funktioniert bei mittelstarken Beben. Bei sehr großen Beben unterschätzen manche amplitudenbasierten Skalen jedoch die tatsächliche Größe, andere überschätzen sie. Deshalb gibt die USGS große Beben heute mit der Momentenmagnitudenskala Mw an. Die Momentenmagnitude beruht auf den physikalischen Eigenschaften des Ursprungs: Wie groß war die verschobene Störungsfläche, wie weit wurde sie verschoben und wie steif ist das Gestein? Laut HVO hängt sie unmittelbar mit der Größe der Bruchzone und der gesamten freigesetzten Energie zusammen. Die Skalen sind so geeicht, dass sie in ihrem Überschneidungsbereich im Mittel übereinstimmen. Deshalb liegt ein in Nachrichten auf der Richterskala angegebener Wert meist nahe am richtigen Wert.

Wo ereignen sich Erdbeben? Wie frühere Einheiten gezeigt haben, hauptsächlich an Plattengrenzen; die größten an Subduktionszonen. Die beiden größten je aufgezeichneten Beben, Chile 1960 mit Magnitude 9.5 und Alaska 1964 mit 9.2, ereigneten sich dort, wo pazifischer Meeresboden absinkt. Weil die Energie mit der Magnitude so steil ansteigt, setzen die häufigen kleinen und mittelstarken Beben weltweit viel weniger Energie frei als ein einziges sehr großes.