Erdbeben-Magnitudenskalen

Magnitude ist nicht dasselbe wie Intensität

Zwei verschiedene Messgrößen beschreiben ein Erdbeben. Die Magnitude ist eine einzige Zahl für das Beben als Ganzes — ein Maß für die Energie, die dort freigesetzt wurde, wo die Verwerfung verrutschte. Die Intensität beschreibt, wie stark der Boden an einem bestimmten Ort bebte, und hat daher viele Werte für ein einziges Beben: hoch nahe der Quelle, niedriger mit der Entfernung, verändert durch lokalen Boden und Fels.

Ein großes, tiefes Beben weit vor der Küste kann eine hohe Magnitude haben, aber an Land nur mäßige Intensität erzeugen. Ein kleineres, flaches Beben direkt unter einer Stadt kann eine niedrigere Magnitude haben, aber schwere Intensität und Schäden verursachen.

Die Richterskala

Charles Richter definierte 1935 zusammen mit Beno Gutenberg am Caltech die erste Magnitudenskala. Seine Lokalmagnitude (M_L, die „Richterskala“) ist der Zehnerlogarithmus der größten Wellenamplitude, die auf einem Standard-Wood-Anderson-Seismographen aufgezeichnet wurde, korrigiert um die Entfernung zum Beben.

Sie war für mittelstarke Erdbeben in Südkalifornien entworfen und funktioniert außerhalb dieses Rahmens schlecht. Für Beben über etwa Magnitude 7 sättigt sie: Das Instrument und der gemessene Wellentyp reagieren nicht mehr auf weitere Zunahmen der Bruchgröße, sodass ein Beben der Magnitude 8 und eines der Magnitude 9 fast denselben Richterwert ergeben können. Spätere Skalen auf Basis von Raumwellen (m_b) und Oberflächenwellen (M_s) erweiterten den Bereich, sättigen aber ebenfalls.

Momenten-Magnitude — der moderne Standard

Seit den 1970er-Jahren geben Seismologen große Erdbeben auf der Skala der Momenten-Magnitude (M_w) an, eingeführt von Hiroo Kanamori und 1979 von Thomas Hanks und Kanamori formalisiert. Sie leitet sich aus dem seismischen Moment ab, einer physikalischen Größe, die der Steifigkeit des Gesteins mal der Fläche der verrutschten Verwerfung mal der mittleren Versatzstrecke entspricht.

Weil sie direkt an die physische Bruchgröße gebunden ist, sättigt die Momenten-Magnitude nicht — sie funktioniert von den kleinsten aufgezeichneten Mikrobeben bis zum Beben der Magnitude 9,5 in Chile 1960. Sie ist bewusst so kalibriert, dass sie in dem Bereich, in dem die Richterskala funktioniert, mit dieser übereinstimmt, sodass eine „Magnitude 5,4“ auf beiden ungefähr dasselbe bedeutet. Wenn die Nachrichten „Richter“ sagen, ist der genannte Wert fast immer die Momenten-Magnitude (U.S. Geological Survey).

Warum die Skala logarithmisch ist

Jeder ganze Schritt auf der Magnitudenskala entspricht einer zehnfachen Zunahme der auf einem Seismographen aufgezeichneten Bodenbewegungs-Amplitude und einer rund 32-fachen Zunahme der freigesetzten Energie (genauer: 10^1,5 ≈ 31,6).

Die Folgen sind drastisch und werden leicht unterschätzt:

• Magnitude 6 → Magnitude 7: etwa 32-mal mehr Energie.
• Magnitude 5 → Magnitude 7: etwa 1.000-mal mehr Energie.
• Magnitude 5 → Magnitude 9: etwa eine Million Mal mehr Energie.
• Das Beben der Magnitude 9,5 in Chile 1960 setzte mehr Energie frei als alle anderen Erdbeben jenes Jahrzehnts zusammen.

Wie häufig jede Größe auftritt

Kleinere Erdbeben sind weitaus häufiger als große. Dies sind langfristige globale Mittelwerte des U.S. Geological Survey:

Intensität: die Modifizierte Mercalliskala

Die Erschütterung an einem bestimmten Ort wird auf der zwölfstufigen Skala der Modifizierten Mercalli-Intensität (MMI) in römischen Ziffern angegeben. Sie beruht auf beobachteten Auswirkungen, nicht auf Instrumenten:

• I–III — nicht spürbar bis schwach; hängende Gegenstände können schwingen.
• IV–V — in Gebäuden weithin spürbar; Geschirr und Fenster klirren; Schlafende wachen auf.
• VI–VII — von allen gespürt; Möbel verrücken sich; Putz reißt; schlecht gebaute Bauten beschädigt.
• VIII–IX — erhebliche Schäden; Wände stürzen ein; Gebäude verschieben sich vom Fundament.
• X–XII — die meisten Mauerwerks- und Rahmenbauten zerstört; Bodenrisse; Schienen verbogen; nahezu vollständige Zerstörung.

Der USGS erstellt für jedes bedeutende Erdbeben eine Intensitätskarte (eine ShakeMap), die seismische Aufzeichnungen mit öffentlichen Meldungen aus dem System „Did You Feel It?“ kombiniert.