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Erdbeben


Ein Erdbeben ist ein Phänomen, das aus der plötzlichen Freisetzung von gespeicherter Energie resultiert und von ihr angetrieben wird Kruste die seismische Wellen ausbreitet. Bei der Erde , können sich Erdbeben durch Erschütterungen oder Verschiebungen des Bodens und manchmal durch Tsunamis äußern, die zum Verlust von Menschenleben und zur Zerstörung von Eigentum führen können.

Erdbeben können natürlich oder als Folge menschlicher Aktivitäten auftreten. In seiner allgemeinsten Bedeutung das Wort Erdbeben wird verwendet, um jedes seismische Ereignis zu beschreiben – sei es ein natürliches Phänomen oder ein von Menschen verursachtes Ereignis – das seismische Wellen erzeugt.

  Globale Erdbebenepizentren, 1963–1998   Vergrößern Globale Erdbebenepizentren, 1963–1998

Arten von Erdbeben

Natürlich auftretende Erdbeben

Die meisten natürlich vorkommenden Erdbeben hängen mit der tektonischen Natur des Erdbebens zusammen Erde . Solche Erdbeben werden genannt tektonische Erdbeben . Die Lithosphäre der Erde ist ein Flickenteppich aus Platten in langsamer, aber konstanter Bewegung, verursacht durch die Hitze im Erdmantel und -kern. Teller Grenzen schleifen aneinander vorbei und erzeugen Reibungsspannungen. Wenn die Reibungsbeanspruchung einen kritischen Wert überschreitet, sog lokale Stärke , kommt es zu einem plötzlichen Ausfall. Die Grenze der tektonischen Platten, entlang derer Versagen auftritt, wird als Fehlerebene . Wenn der Fehler an der Verwerfungsebene zu einer heftigen Verschiebung der Erde führt Kruste , wird die elastische Dehnungsenergie freigesetzt und seismische Wellen werden abgestrahlt, wodurch ein Erdbeben verursacht wird. Dieser Prozess von Dehnung, Stress und Versagen wird als Elastic-Rebound-Theorie bezeichnet. Es wird geschätzt, dass nur 10 Prozent oder weniger der Gesamtenergie eines Erdbebens als seismische Energie abgestrahlt wird. Die meiste Energie des Erdbebens wird verwendet, um das Erdbebenbruchwachstum anzutreiben, und wird in Wärme umgewandelt. Daher verringern Erdbeben die verfügbare potentielle Energie der Erde, obwohl diese Verluste vernachlässigbar sind.

Erdbeben, die an Grenzen tektonischer Platten auftreten, werden genannt Erdbeben zwischen den Platten , während die selteneren Ereignisse, die im Innern der Lithosphärenplatten auftreten, genannt werden Erdbeben innerhalb der Platte .

Die Mehrzahl der tektonischen Erdbeben entsteht in Tiefen von nicht mehr als einigen zehn Kilometern. In Subduktionszonen, wo ältere und kältere ozeanische Kruste unter eine andere tektonische Platte absinkt, können Erdbeben in viel größeren Tiefen (bis zu Hunderten von Kilometern) auftreten. Diese seismisch aktiven Subduktionsgebiete sind als Wadati-Benioff-Zonen bekannt. Tiefenbeben sind ein weiteres Phänomen, das mit einer subduzierenden Platte verbunden ist. Dies sind Erdbeben, die in einer Tiefe auftreten, in der die subduzierte Lithosphäre aufgrund der hohen Temperatur und des hohen Drucks nicht mehr spröde sein sollte. Ein möglicher Mechanismus für die Erzeugung von Tiefenbeben sind Verwerfungen, die durch einen Phasenübergang von Olivin in eine Spinellstruktur verursacht werden.

Erdbeben können auch in vulkanischen Regionen auftreten und werden durch die Bewegung von verursacht Magma in Vulkane . Solche Beben können eine Frühwarnung vor Vulkanausbrüchen sein.

Eine kürzlich vorgeschlagene Theorie besagt, dass einige Erdbeben in einer Art Erdbebensturm auftreten können, bei dem ein Erdbeben eine Reihe von Erdbeben auslöst, die jeweils durch die vorherigen Verschiebungen auf den Verwerfungslinien ausgelöst werden, ähnlich wie Nachbeben, aber Jahre später auftreten, und mit einigen davon die späteren Erdbeben genauso schädlich wie die frühen. Ein solches Muster wurde in der Abfolge von etwa einem Dutzend Erdbeben beobachtet, die im 20. Jahrhundert die Nordanatolische Verwerfung in der Türkei trafen, sowie bei dem halben Dutzend großer Erdbeben in New Madrid in den Jahren 1811-1812, und wurde für ältere anomale Cluster großer Erdbeben gefolgert im Nahen Osten und in der Mojave-Wüste.

Induzierte Erdbeben

Einige Erdbeben haben anthropogene Quellen, wie z. B. die Gewinnung von Mineralien und fossilen Brennstoffen aus der Erdkruste, die Entfernung oder Injektion von Flüssigkeiten in die Kruste, reservoirinduzierte Seismizität, massive Explosionen und den Einsturz großer Gebäude. Durch menschliche Aktivitäten verursachte seismische Ereignisse werden mit dem Begriff bezeichnet induzierte Seismizität . Sie sind jedoch streng genommen keine Erdbeben und zeigen normalerweise ein anderes Seismogramm als natürliche Erdbeben.

Einige seltene Erdbeben wurden mit dem Aufbau großer Wassermassen dahinter in Verbindung gebracht Dämme , wie der Kariba-Staudamm in Sambia , Afrika , und mit der Injektion oder Extraktion von Flüssigkeiten in die Erdkruste (z. B. bei bestimmten geothermischen Kraftwerken und beim Rocky Mountain Arsenal). Solche Erdbeben treten auf, weil die Stärke der Erdkruste durch Flüssigkeitsdruck verändert werden kann. Es ist auch bekannt, dass Erdbeben durch die Entfernung von verursacht werden Erdgas aus unterirdischen Ablagerungen, zum Beispiel im Norden Niederlande . Das größte durch Stauseen verursachte Erdbeben der Welt ereignete sich am 10. Dezember 1967 in der Region Koyna im Westen von Maharashtra in Indien. Es hatte eine Stärke von 6,3 auf der Richterskala. Die geologische Untersuchung der USA meldete jedoch eine Stärke von 6,8.

Die Detonation von starken Sprengstoffen, wie z nukleare Explosionen , kann Bodenerschütterungen geringer Stärke verursachen. So trägt die 50-Megatonnen-Atombombe den Codenamen Iwan detoniert durch die Sovietunion 1961 verursachte ein seismisches Ereignis, das mit einem Erdbeben der Stärke 7 vergleichbar war, und erzeugte einen so starken seismischen Schock, dass er selbst bei seiner dritten Erdumrundung messbar war. In dem Bemühen, die Nichtverbreitung von Kernwaffen zu fördern, nutzt die Internationale Atomenergiebehörde die Werkzeuge der Seismologie, um illegale Aktivitäten wie z Atomwaffen Prüfungen. Die Nuklearmationen überwachen routinemäßig ihre Aktivitäten gegenseitig durch Netzwerke miteinander verbundener Seismometer, die es ermöglichen, die Quelle einer Explosion genau zu lokalisieren.

Es ist bekannt, dass Sportspiele unbeabsichtigt Mikroerdbeben erzeugen. Dieses Phänomen wurde erstmals 1988 beim Earthquake Game an der Louisiana State University beobachtet, bei dem die Fans mit den Füßen stampften und kräftig genug auf und ab sprangen, um den Effekt auf dem Campus-Seismographen registrieren zu lassen.

Erdbeben ereignen sich jeden Tag auf der ganzen Welt, aber die meisten von ihnen bleiben unbemerkt und richten keinen Schaden an. Große Erdbeben können jedoch schwere Zerstörungen anrichten. Sie können durch die Bodenerschütterung, eine Flutwelle oder verursacht werden Tsunami , Feuer oder durch Gas- oder Benzinlecks. Die meisten großen Erdbeben werden von anderen, kleineren Erdbeben begleitet, die entweder vor oder nach dem „Hauptschock“ auftreten können. Die Kraft eines Erdbebens erstreckt sich über ein großes Gebiet, aber bei einem sehr großen Erdbeben kann sie sogar den ganzen Planeten erfassen. Wissenschaftler können den Punkt lokalisieren, an dem das Erdbeben begann. Dieser Punkt wird „Fokus“ oder „Hypozentrum“ genannt. Der Ort auf der Erdoberfläche direkt über dem Hypozentrum wird als „Epizentrum“ bezeichnet.

Erdbeben messen

Da Seismologen Risse im Erdinneren nicht direkt beobachten können, verlassen sie sich auf geodätische Messungen und numerische Experimente, um seismische Wellen zu analysieren und die Schwere von Erdbeben genau einzuschätzen. Die Schwere eines Erdbebens kann in Bezug auf gemessen werden Größe und Intensität . Dafür verwenden Seismologen zwei grundlegend unterschiedliche, aber gleichermaßen wichtige Arten von Skalen. Die ursprüngliche Kraft oder Energie eines Erdbebens wird an a gemessen Größenskala . Die Richterskala ist ein bekanntes Beispiel für eine Größenskala. Die zweite Art von Skala misst die Intensität der Erschütterung, die an einem bestimmten Punkt auf der Erdoberfläche auftritt. Diese Skalen werden als bezeichnet Intensitätsskalen . Die Mercalli-Intensitätsskala, die die Auswirkungen der seismischen Wellen misst, ist ein Beispiel für eine häufig verwendete Intensitätsskala.

Die nicht spezialisierten Medien beziehen sich oft auf die Magnituden von Erdbeben, die auf der Richterskala angegeben werden. Die heutzutage gemeldeten Magnituden liegen jedoch tatsächlich auf der Momentenmagnitudenskala. Denn die ältere Richterskala ist nicht gut geeignet, um Erdbeben mit Magnituden über 6,8 genau zu messen.

Die Analysen der Erdbebenstärke ermöglichen es Wissenschaftlern, die Orte und Wahrscheinlichkeiten zukünftiger Erdbeben abzuschätzen und dabei zu helfen, Gebiete mit der größten Gefahr zu identifizieren und die Sicherheit von Menschen und Infrastruktur in solchen Gebieten zu gewährleisten.

Seismische Karten

  Eine isoseismale Karte, die vom Pacific Northwest Seismograph Network erstellt wurde und die instrumentell aufgezeichneten Intensitäten des Nisqually-Erdbebens 2001 vom 28. Februar 2001 zeigt.   Vergrößern Eine isoseismale Karte, die vom Pacific Northwest Seismograph Network erstellt wurde und die instrumentell aufgezeichneten Intensitäten des Nisqually-Erdbebens 2001 vom 28. Februar 2001 zeigt.  Eine von der USGS erstellte Internet-Intensitätskarte der Gemeinschaft, die die Intensität des Zitterns zeigt, das Menschen während des Nisqually-Erdbebens empfanden; Ortsunterteilungen sind nach Postleitzahl.   Vergrößern Eine von der USGS erstellte Internet-Intensitätskarte der Gemeinschaft, die die Intensität des Zitterns zeigt, das Menschen während des Nisqually-Erdbebens empfanden; Ortsunterteilungen sind nach Postleitzahl.

Um das Ausmaß verschiedener seismischer Auswirkungen innerhalb eines bestimmten Ortes zu zeigen, stellen Seismologen spezielle Karten zusammen, die als Seismologen bezeichnet werden isoseismische Karten . Eine isoseismische Karte verwendet Höhenlinien, um Bereiche mit gleichem Wert in Bezug auf die Intensität der Bodenerschütterung, die Verflüssigung der Bodenoberfläche, die Verstärkung der Erschütterungen oder andere seismische Effekte zu umreißen. Typischerweise werden diese Karten erstellt, indem historische, von Instrumenten aufgezeichnete Daten mit Antworten auf postalische Fragebögen kombiniert werden, die an jedes Postamt in der Nähe des Erdbebens und an eine spärlichere Stichprobe von Postämtern mit zunehmender Entfernung vom Erdbeben gesendet werden. Diese Art der Erstellung einer seismischen Gefahrenkarte kann Monate dauern. Im Gegensatz zur alten Methode nutzt eine neuere Methode der Informationssammlung das Internet, um fast sofort erste Gefahrenkarten zu erstellen. Die Daten werden über einen Fragebogen im Internet empfangen, der von Personen beantwortet wird, die das Erdbeben tatsächlich erlebt haben, wodurch der Prozess der Erstellung und Verteilung einer Karte für ein bestimmtes Erdbeben von Monaten auf Minuten reduziert wird.

Seismische Gefahrenkarten haben viele Anwendungen. Sie werden von Versicherungsunternehmen zur Festlegung von Versicherungstarifen für Immobilien in erdbebengefährdeten Gebieten, von Bauingenieuren zur Abschätzung der Stabilität von Hängen, von Organisationen, die für die Sicherheit von Atommüllentsorgungsanlagen verantwortlich sind, und auch von Bauordnungsentwicklern als Grundlage verwendet von Gestaltungsanforderungen.

In Bauordnungen werden die Erschütterungsgefahrenkarten umgewandelt seismische Zonenkarten , die zur seismischen Analyse von Bauteilen von Gebäuden verwendet werden. Die Erdbebenzonenkarten zeigen seismische Gefahren als Zonen unterschiedlicher Risikostufen. Solche Zonen werden typischerweise als seismische Zone 0, seismische Zone 1, seismische Zone 2 und so weiter bezeichnet. Die Karten der seismischen Zonen zeigen normalerweise die Schwere der erwarteten Erdbebenerschütterungen für eine bestimmte Wahrscheinlichkeitsstufe, z. B. die Erschütterungsstufen, die mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 10 in einem Zeitraum von 50 Jahren überschritten werden. Gebäude und andere Strukturen müssen mit ausreichender Festigkeit konstruiert werden, um den Auswirkungen wahrscheinlicher seismischer Bodenbewegungen innerhalb der seismischen Zone, in der das Gebäude oder die Struktur errichtet wird, standzuhalten.

Größe und Häufigkeit des Auftretens

Kleine Erdbeben ereignen sich jeden Tag auf der ganzen Welt und oft mehrmals am Tag an Orten wie z Kalifornien und Alaska in den USA, sowie Indonesien , Azoren ein Portugal und Japan . Große Erdbeben treten weniger häufig auf, da die Beziehung exponentiell ist; Das heißt, in einem bestimmten Zeitraum treten etwa zehnmal so viele Erdbeben mit einer Stärke von mehr als 4 auf wie Erdbeben mit einer Stärke von mehr als 5. Beispielsweise wurde berechnet, dass die durchschnittliche Wiederholung für die Vereinigtes Königreich lässt sich wie folgt beschreiben:

  • jedes Jahr ein Erdbeben der Stärke 3,7 oder mehr
  • alle 10 Jahre ein Erdbeben der Stärke 4,7 oder größer
  • alle 100 Jahre ein Erdbeben der Stärke 5,6 oder größer.

Die Zahl der Erdbebenmeldestellen stieg von etwa 350 im Jahr 1931 auf heute etwa 4.000. Infolgedessen werden viel mehr Erdbeben gemeldet als in der Vergangenheit – derzeit etwa 35 pro Tag weltweit. Dies bedeutet jedoch nicht zwangsläufig, dass die Zahl der Erdbeben zugenommen hat. Die USGS schätzt, dass es seit 1900 durchschnittlich 18 schwere Erdbeben (Magnitude 7,0-7,9) und ein großes Erdbeben (Magnitude 8,0 oder mehr) pro Jahr gegeben hat und dass dieser Durchschnitt relativ stabil geblieben ist. Tatsächlich ist die Anzahl schwerer Erdbeben pro Jahr in den letzten Jahren tatsächlich zurückgegangen. Ausführlichere Statistiken über die Größe und Häufigkeit von Erdbeben sind beim USGS erhältlich.

Die meisten Erdbeben der Welt (90 % und 81 % der stärksten) ereignen sich in der 40.000 km langen, hufeisenförmigen Zone namens The Seismischer Gürtel um den Pazifik , auch bekannt als Pazifischer Feuerring , die zum größten Teil die Pazifische Platte begrenzt. Massive Erdbeben treten auch entlang anderer Plattengrenzen auf, beispielsweise entlang des Himalaya-Gebirges.

Auswirkungen/Auswirkungen von Erdbeben

Es gibt viele Auswirkungen von Erdbeben, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die folgenden:

  • Zerbrochene Fenster
  • Einsturz von Gebäuden
  • Brände, wie sie beim Erdbeben in San Francisco im Jahr 1906 zu beobachten waren (obwohl viele Brände von Anwohnern absichtlich gelegt wurden, um Ansprüche aus der Versicherung geltend zu machen, da sie nicht gegen Erdbebenschäden versichert waren)
  • Tsunamis, wie beim Erdbeben auf Sumatra 2004
  • Erdrutsche
  • Destabilisierung der Basis einiger Gebäude, die bei einem zukünftigen Erdbeben zum Einsturz führen kann
  • Erkrankung
  • Mangel an Grundbedürfnissen
  • Verlust des menschlichen Lebens
  • Höhere Versicherungsprämien