Als Erdbeben werden Erschütterungen der Erdoberfläche bezeichnet, die durch den plötzlichen Abbau von Spannungen in der Erdkruste verursacht werden. Dabei entstehen Wellen, die sich von dem Bebenherd kreis-, bzw. kugelförmig ausbreiten. Dieser Bebenherd liegt meistens in der festen Erdkruste, der Lithosphäre.
Die Spannungen entstehen entlang von Störungszonen und Plattengrenzen in der Lithosphäre. Durch das Aneinanderreiben der Erdplatten kommt es zu Spannungen im Gestein. Diese Spannungen können sich lange Zeit akkumulieren und dann innerhalb eines Sekundenbruchteils entladen. Die dabei freigesetzte Energie übertrifft die Explosionskraft einer Atombombe bei starken Beben um ein Tausendfaches. Bei einem Erdbeben kommt es zum Entlastungsbruch des Gesteins; dieser kann zu Verwerfungen von mehreren Metern führen, die sich an der Erdoberfläche in einem Versatz der Gesteinsschichten widerspiegeln können. Erdbeben entstehen nur in den festen Gesteinsschichten - dort, wo das Material spröde ist. Mit zunehmender Temperatur im Erdinneren wird das Gestein plastisch: Spannungen werden dann durch Verformung (duktile Faltung) des Materials abgebaut.
Erdbeben und Erddynamik
Erdbeben sind direkt auf das Wirken der Erddynamik zurückzuführen und durch Prozesse bedingt die im Erdmantel ablaufen. In historischer Zeit zählten Erdbeben zu den unerklärlichen Naturphänomenen und wurden oft dem Wirken von Göttern oder Dämonen zugeschrieben. Erst als Alfred Wegener kurz nach dem Ersten Weltkrieg seine Theorie von der Drift der Kontinente publizierte, gelangen wissenschaftliche Erklärungen des Phänomens. Wegeners Vorstellungen wurden erst in den 1960er Jahren im Zuge der Theorie von der Plattentektonik anerkannt. Mit Hilfe dieser Theorie können heute viele tektonische Prozesse erklärt werden.Die Wanderung der Kontinente hat viele Phänomene zur Folge, die das Gesicht der Erde maßgeblich formen. Die Entstehung der Ozeane und der Gebirge kann auf diese Weise erklärt werden, ebenso die meisten Formen des Vulkanismus. Erdbeben sind dabei Begleiterscheinungen dieser Genesen. Erschütterungen in der Erdkruste sind eng mit dem Auftreten von Vulkanen verbunden und ereignen sich gehäuft an den Kontinentalrändern, an denen auch Vulkane entstehen. Nicht nur tektonische Ereignisse können Erdbeben auslösen, sondern auch Magma- und Gasbewegungen im Untergrund. Folglich werden Erdbeben in tektonische und in vulkanische Beben unterschieden. Vulkanische Beben können dem Vulkanologen Hinweise auf einen bevorstehenden Vulkanausbruch liefern und ermöglichen Warnungen - Tage oder zumindest noch Stunden vor dem erwarteten Ausbruch.
Bilder Erdbeben
Physikalisch betrachtet breiten sich bei einem Erdbeben Wellen im Gestein aus. Die Wellen können in unterschiedliche Richtungen schwingen und transportieren unvorstellbar große Mengen an Energie. Grundsätzlich werden sie in Raumwellen und in Oberflächenwellen unterschieden. Primäre (P-Wellen) und sekundäre (S-Wellen) Raumwellen breiten sich durch die Erdkruste aus und beschreiben die Stärke eines Erdbebens, während die Oberflächenwellen für das zerstörerische Potenzial des Erdbebens verantwortlich sind. An der Erdoberfläche werden diese Wellenbewegungen als ein Zittern und Beben der Erde registriert. Die Mehrzahl der Tag für Tag stattfindenden Beben ereignet sich jenseits unserer Wahrnehmung. Nur wenige Beben haben das Potenzial, ganze Städte zu verwüsten und Landschaften nachhaltig zu verändern. So genannte Seebeben können die gefürchteten Tsunamis auslösen. Bei dem verheerenden Seebeben vor Sumatra, das im Dezember 2004 einen Tsunami auslöste, dem dann mehrere hunderttausend Menschen zum Opfer fielen, wurde der Ozeanboden stellenweise um 20 Meter vertikal versetzt.
Nicht nur die Energie eines Bebens ist für das Ausmaß der Schäden verantwortlich, sondern auch die Tiefe des Erdbebenherdes und die Schwingungsrichtung der Wellen. Oberflächennahe Beben mit einer Schwingungsrichtung parallel zur Erdoberfläche richten die größten Schäden an.
Seismometer und Magnituden
Seismometer messen Amplitude und Laufzeit des Bebens. Von der maximalen Auslenkung der Welle ausgehend kann die Stärke des Bebens berechnet werden. Um die Stärke eines Erdbebens physikalisch zu beschreiben, wurden verschiedene Messskalen eingeführt. In den Medien ist die Richter-Skala die gebräuchlichste von ihnen. Ihr liegt ein Zehner-Logarithmus zugrunde: eine Erhöhung um eine Magnitude entspricht einer Verzehnfachung der Amplitude. In Bezug auf die freigesetzte Energie beträgt der Faktor 32 pro Magnituden-Erhöhung. Allerdings kann die Richterskala Beben mit einer größeren Stärke nur relativ ungenau erfassen. Die bei Forschern gebräuchliche Skala ist die Moment-Magnituden-Skala.Ein weltumspannendes Netz von Erdbeben-Observatorien ermöglicht es, durch den Vergleich mehrerer Messdaten von ein und demselben Beben den Ort der Entstehung des Bebens zu bestimmen. Die Stelle im Erdinneren, an dem das Bebenzentrum liegt, wird Hypozentrum genannt; der Ort auf der Erdoberfläche direkt über dem Hypozentrum ist das Epizentrum. Mit Hilfe seismischer Wellen erforschen Geophysiker den Aufbau der Erde. Die Wellen durchlaufen den Erdkörper und werden von den verschiedenen Observatorien registriert. Ein Vergleich der einzelnen Messdaten lässt dann Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Mediums zu, in dem sich die Wellen ausbreiteten.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen ist im Allgemeinen von der Dichte des Mediums abhängig, durch das sie sich bewegen. So breiten sich Schallwellen in der Luft wesentlich langsamer aus als im Wasser. Das Gleiche gilt für die Ausbreitung von Wellen in festen Körpern. Im Falle der Erde bedeutet dies: Je dichter das Gestein, desto höher die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen. Zudem können sich in Flüssigkeiten nur die longitudinalen P-Wellen ausbreiten; die sekundären Scherwellen (S-Wellen) können Flüssigkeiten nicht durchdringen. So kann man anhand des Fehlens dieser Wellen indirekt Zonen im Erdinneren erkennen, in denen das Gestein geschmolzen ist.
Vulkanische Erdbeben Ein Vulkanausbruch - bzw. der Magmenaufstieg in der Erdkruste - kann Erschütterungen und Erdbeben auslösen. Umgekehrt können Erdbeben Vulkanausbrüche verursachen. Wissenschaftler fanden jüngst heraus, dass dieser Effekt nach einem Beben in viel größeren Entfernungen und Zeiträumen wirkt als bisher angenommen. So wurden Zusammenhänge zwischen Erdbeben und Vulkanausbrüchen entdeckt, obwohl das Epizentrum des untersuchten Bebens mehrere hundert Kilometer vom betreffenden Vulkan entfernt lag und der Vulkan erst ein halbes Jahr nach dem Beben ausbrach.
Weltweit werden Erdbeben erforscht, in der Hoffnung, dass eines Tages verlässliche Vorhersagen von Erdbeben möglich sein werden. Einige erfolgversprechende Ansätze gibt es bereits. Doch oft ist es den Wissenschaftlern der Erdbeben-Observatorien nur möglich die Erdbeben zu registrieren und entsprechende Erdbeben-Karten zu veröffentlichen. Wie man sich im Falle eines Erdbebens verhält, kann man auf dem Merkblatt des GFZ Potsdam lesen.