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Erdbeben

Erdbeben entstehen, wenn sich Spannung im Gestein ruckartig löst. In dieser Lektion lernst du, wie diese Spannung aufgebaut wird, wie man Hypozentrum und Epizentrum unterscheidet und wie Stärke und Auswirkung eines Bebens gemessen werden.

  • Fach: Geografie
  • Klasse 8
  • Thema: Geologie
  • Dauer: 17 Min
  • Niveau: Mittel
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Spannung, Bruch und Welle

Plattenbewegungen verlaufen nicht gleichmäßig. An einer Störungsfläche verhaken sich die Gesteinsblöcke, während die Platten weiter gegeneinander drücken. Das Gestein verformt sich dabei elastisch und speichert Spannung – wie ein gebogener Zweig. Überschreitet die Spannung die Festigkeit des Gesteins, bricht oder verschiebt es sich ruckartig um Zentimeter bis Meter. Die gespeicherte Energie wird als seismische Welle frei. Dieses Modell heißt elastische Rückfederung.

Von der Bruchstelle laufen verschiedene Wellen durch die Erde. Die Primärwellen (P-Wellen) sind Längswellen und mit etwa 6 km/s am schnellsten, die Sekundärwellen (S-Wellen) sind Querwellen und langsamer. An der Oberfläche kommen zuletzt die Oberflächenwellen an, die die größten Bodenbewegungen verursachen. Seismometer zeichnen diese Wellen auf. Aus dem Zeitabstand zwischen P- und S-Welle kann eine Station berechnen, wie weit das Bebenzentrum entfernt ist.

Über 90 Prozent aller Erdbeben liegen an Plattengrenzen. Am Pazifischen Feuerring, wo Platten abtauchen, treten Beben bis in etwa 700 km Tiefe auf; an mittelozeanischen Rücken bleiben sie flacher als rund 20 km. Auch in Deutschland gibt es messbare Beben, etwa in der Niederrheinischen Bucht und im Oberrheingraben, meist mit geringer Stärke. Vorhersagen lassen sich Erdbeben bis heute nicht: Man kennt die gefährdeten Gebiete und die Wahrscheinlichkeiten, aber nicht den Tag.

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Hypozentrum und Epizentrum

Zwei Begriffe beschreiben den Ort eines Bebens, und sie werden oft verwechselt. Das Hypozentrum ist der Punkt in der Tiefe, an dem der Bruch beginnt. Das Epizentrum ist der Punkt auf der Erdoberfläche senkrecht darüber.

Die Eselsbrücke liegt in den Wortteilen: „hypo“ heißt darunter, „epi“ heißt darauf. Die Tiefe des Hypozentrums ist wichtig, weil ein flaches Beben an der Oberfläche deutlich stärker zu spüren ist als ein gleich starkes Beben in 300 km Tiefe.

Hypozentrum (Erdbebenherd)

Wenn es um den Ort der Energiefreisetzung in der Tiefe geht.

Beispiele

  • Ein Beben mit Herdtiefe 12 km gilt als Flachbeben.
  • Unter Japan liegen Herde entlang der abtauchenden Platte bis etwa 700 km tief.
  • An mittelozeanischen Rücken liegen die Herde flacher als etwa 20 km.

Signalwörter

  • Angabe einer Tiefe in Kilometern
  • Herd, Bruchfläche, Störung
  • Ausgangspunkt der Wellen
  • „hypo“ bedeutet darunter

Epizentrum

Wenn es um den Ort an der Oberfläche und die Stärke der Erschütterung geht.

Beispiele

  • Angabe als Koordinate oder Ortsname auf der Karte.
  • Hier sind die Erschütterungen am kräftigsten und die Intensität am höchsten.
  • Mit drei Stationen lässt es sich durch Kreise eindeutig einkreisen.

Signalwörter

  • Punkt auf der Erdoberfläche
  • Koordinaten, Karte, Entfernung zum Ort
  • senkrecht über dem Herd
  • „epi“ bedeutet darauf
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Epizentrum aus drei Messungen

Drei Stationen melden für dasselbe Beben unterschiedliche Entfernungen. Bestimme das Epizentrum und vergleiche anschließend zwei Magnituden.

Gegeben:

  • Station A: 120 km Entfernung. Station B: 250 km. Station C: 180 km.
  • Die Magnitude beträgt 6,0; ein Vergleichsbeben hat 4,0.
  • Jede Entfernung folgt aus dem Zeitabstand zwischen P- und S-Welle.

Gesucht:

Lage des Epizentrums und Vergleich der beiden Magnituden

Lösung:

  1. Um jede Station einen Kreis mit der gemessenen Entfernung als Radius zeichnen: 120 km, 250 km und 180 km.
  2. Ein Kreis allein lässt alle Punkte auf seinem Rand zu, zwei Kreise schneiden sich in zwei Punkten. Erst der dritte Kreis legt das Epizentrum eindeutig fest.
  3. Den gemeinsamen Schnittpunkt ablesen – dort liegt das Epizentrum. Das Hypozentrum liegt senkrecht darunter in der Tiefe.
  4. Magnituden vergleichen: Die Skala ist logarithmisch. Ein Schritt um 1,0 bedeutet zehnfache Amplitude, also 6,0 - 4,02 Schritte und damit 10 · 10100-fache Amplitude.

Das Epizentrum ist der gemeinsame Schnittpunkt der drei Kreise; drei Stationen sind dafür das Minimum. Ein Beben der Magnitude 6,0 erzeugt eine etwa 100-fach größere Amplitude als eines mit 4,0; die freigesetzte Energie ist sogar rund 1.000-mal größer.

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Jetzt bist du dran!

Aufgabe 1 von 3

Wie viele Messstationen braucht man mindestens, um ein Epizentrum eindeutig zu bestimmen?

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Das Wichtigste in Kürze

  • Erdbeben entstehen, wenn sich elastisch gespeicherte Spannung an einer Störungsfläche ruckartig löst.
  • P-Wellen laufen am schnellsten; aus dem Zeitabstand zur S-Welle folgt die Entfernung zum Herd.
  • Hypozentrum = Herd in der Tiefe, Epizentrum = Punkt senkrecht darüber an der Oberfläche.
  • Drei Stationen kreisen das Epizentrum eindeutig ein; über 90 Prozent aller Beben liegen an Plattengrenzen.
  • Typischer Fehler: Die Richterskala ist logarithmisch, nicht linear – ein Schritt um 1,0 bedeutet zehnfache Amplitude.

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Das solltest du vorher können

Das kommt als Nächstes

  • Erdbebensicheres Bauenin Arbeit
  • Der Schalenbau der Erdein Arbeit