Datenberg_fin - Schweizerischer Erdbebendienst (SED)

Datenberg
Snapshot 08
Vorschlag Teaser Startseite: Datenberg
Die Formel „mehr Seismometer, mehr Beben und mehr Daten“ bringt auf den Punkt, weshalb alleine
der Schweizerische Erdbebendienst jährlich zwei bis drei Terabyte mit Informationen über registrierte
Erschütterungen füllt. Doch wozu dieser Datenberg? Aus ihm lassen sich bestimmte Muster herauslesen. Sie ermöglichen es, Aussagen über die Grössenverteilung und die räumliche Verteilung von Erdbeben zu machen. Diese Informationen dienen wiederum als Grundlage für die Gefährdungsabschätzung und für die Erforschung der genauen Ursachen und Mechanismen von Erdbeben. Snapshot 07
bietet Einblicke in Forschungsresultate, die dem wachsenden Datenberg zu verdanken sind.
Seismologen sind fleissige Datensammler: mit ihren Netzwerken von Seismometern zeichnen sie
Bodenbewegungen von Erdbeben rund um die Welt auf und häufen damit riesige Datenberge an.
Allein der Schweizerische Erdbebendienst füllt so jährlich zwei bis drei Terabyte mit Informationen
über registrierte Erschütterungen. Das entspricht mehr als 3‘000 Gigabytes.
Mehr Seismometer, mehr Beben
Je dichter ein Netzwerk und je besser die Messgeräte, desto kleinere Beben können zuverlässig registriert werden. Der Schweizerische Erdbebendienst zeichnet daher täglich mehrere Beben auf, die zu
schwach sind, um verspürt zu werden. Ähnlich gute oder bessere Aufzeichnungsqualität findet man in
seismisch sehr aktiven Gebieten wie Kalifornien und Japan. Unter den Weltmeeren bleiben aber heute
noch Beben unentdeckt, die stark genug wären, um unter einer Stadt kleinere Schäden anzurichten.
Könnte man flächendeckend genügend Seismometer auf der Welt verteilen, um überall Magnitude 2
und grössere Beben aufzuzeichnen, wären das circa anderthalb Millionen Beben pro Jahr, im Schnitt
ereignet sich alle 20 Sekunden eines. Wollte man alle diese Beben zuverlässig aufzeichnen, bräuchte
es jeweils mindestens vier Stationen, die genug nah am Beben platziert wären.
Weniger Aufzeichnungen als Beben
Sobald die seismischen Stationen in der Lage sind, die Bodenbewegungen eines Erdbebens aufzuzeichnen, lassen sich aus den Wellenformen der Ort und die Stärke des Bebens ermitteln. Alle registrierten Beben fliessen in lokale, regionale oder weltweite Erdbebenkataloge ein. Diese bestehen
aus Listen, in denen die Zeit, der Ort und die Stärke aller registrierten Beben festgehalten sind (siehe
ECOS-09).
In der Schweiz und im grenznahen Ausland zeichnet der Erdbebendienst knapp 100 Beben mit einer
Magnitude von 2 oder grösser auf (in direkter Nähe spürbar), in Kalifornien sind es über 5‘000. Auch
hierzulande ereignen sich in Tat und Wahrheit mehr Beben, die jedoch zu schwach sind, um vom
seismischen Netzwerk erfasst zu werden. Einzig extrem sensible, lokale Netzwerke, die beispielsweise im Rahmen von Industrieprojekten installiert werden, vermögen auch winzige Brüche aufzeichnen
und zu lokalisieren.
Mehr Beben, mehr freigesetzte Energie
Die Grösse von Erdbeben wird üblicherweise in Magnitude angegeben. Doch was bedeuten diese
Zahlen?
Die Magnitude ist ein Mass für die Energie, die ein Erdbeben freisetzt. Jede Erhöhung um eine Magnitudeneinheit bedeutet eine 30-fache Zunahme der Energie. Die Energie eines Tohoku Beben (M9.0)
weist demzufolge in etwa die Energie von 1‘000 Haiti Beben (M7.1) auf. Beobachten Sie im Video, wie
die freigesetzte Energie exponentiell zunimmt.
2
Mehr Seismometer, mehr Beben
Erdbeben bauen Spannungen in der Erdkruste ab, die durch tektonische Plattenbewegungen aufgebaut werden. Besonders häufig sind Erdbeben entlang der Plattengrenzen, wo die Deformationsraten
(Verschiebung) am höchsten sind. In Japan ist das beispielsweise dort, wo die Pazifische Platte unter
die Eurasische taucht (subduziert) und in Kalifornien da, wo sich die Nordamerikanische und Pazifische Platte aneinander vorbeischieben. In stabileren Regionen mit weniger Deformation, wie z. B. in
der Schweiz, treten Erdbeben seltener auf. Obwohl Erdbeben in Gebieten mit geringen Deformationsraten seltener sind, kann es auch dort zu zerstörerisch grossen Erdbeben kommen.
1.1 Erdbeben im Datenberg
1.2 Plattengrenzen
Tektonische Platten © USGS
1.3 Deformationsraten
Deformationsraten © GEM
1.4 Erdbebenkarte des USGS
Epizenterkarte © USGS
Weniger Aufzeichnungen als Beben
2.1
Kleine Erdbeben sind viel häufiger als grosse
Als Faustregel gilt: für jedes beobachtete Beben mit einer Magnitude von 7 ereignen sich zehn Magnitude 6, hundert Magnitude 5 oder tausend Magnitude 4 Beben. Pro Magnitudeneinheit nimmt die Anzahl der Beben demnach um einen Faktor von 10 ab. Diese Faustregel gilt unabhängig davon, wie
viele Erdbeben insgesamt stattfinden. Die Tabelle zeigt, wie viele Beben mit einer bestimmten Magnitude sich jährlich auf der ganzen Welt ereignen.
2.2
Vergleichen Sie die Zeitreihen und schauen Sie, wo sich wie oft ein Erdbeben ereignet hat
Dargestellt sind alle Erdbeben, die seit 1990 in der Schweiz, in Kalifornien und in Japan registriert
worden sind. Für Japan werden zwei Typen von Beben unterschieden: die krustalen Beben (unter
Nord-Honshu bis 30 km Tiefe) und die Beben entlang der subduzierenden (abtauchenden) Platte.
Entlang von Subduktionszonen treten erfahrungsgemäss die weltweit grössten Beben auf, so auch
das Magnitude 9 Tohoku Beben im Jahr 2011. Während sich in der Schweiz in den letzten 20 Jahren
keine grösseren Beben ereignet haben, traten sie in den anderen Regionen häufiger auf.
3
2.3
In einem Jahr ereignen sich in der Schweiz weniger Beben als zum Beispiel in Japan oder in Kalifornien.
Die Grösse der Schweiz spielt dabei keine Rolle, denn auch pro Flächeneinheit ergibt sich ein grosser
Unterschied in der Bebenhäufigkeit. Der Hauptfaktor für die unterschiedliche Seismizität liegt in der
unterschiedlichen Deformationsrate: Je stärker sich der Boden unter einem Land verschiebt, desto
grösser ist die Deformationsrate und damit die Gesamtzahl der Beben in einer Region.
2.4
Wenn man weiter als 20 Jahre zurückblickt, erkennt man, dass sich in der Schweiz bereits einige
grössere Beben ereignet haben
Das Magnituden-Häufigkeits-Diagramm zeigt die durchschnittliche jährliche Auftrittsrate von Schweizer Beben mit verschiedenen Magnituden in den letzten 700 Jahren. Weil Erdbeben nicht in regelmässigen Zeitabständen auftreten und die angegebenen Jahre nur statistische Mittelwerte zeigen,
sprechen Seismologinnen von Auftretenswahrscheinlichkeiten: Mit einer Wahrscheinlichkeit von einem
Prozent ereignet sich dieses Jahr ein Magnitude 6 Beben in der Schweiz.
Wie gross sind Erdbeben?
Erdbeben entstehen durch einen plötzlichen Spannungsabbau entlang von Brüchen in der Erdkruste.
Je grösser diese Bruchfläche im Untergrund ist und je mehr sie sich verschiebt, desto stärker fällt das
Erdbeben aus. Die seismischen Wellen, die ein solcher Bruch auslöst, breiten sich mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3 bis 5 km/s aus. Hier einige Dimensionsvergleiche für ausgewählte Beispielbeben unterschiedlicher Magnituden:
4.1
Jedes Erdbeben hat eine bestimmte Bruchfläche, einen gewissen Versatz (Verschiebung im Untergrund), der von der Bruchfläche abhängt und eine bestimmte Erschütterungsdauer. Das Erdbeben bei
Zug 2012 dauerte zwischen 3 und 4 Sekunden und seine Bruchfläche betrug 1 km 2, was einem Versatz von der Grösse eines Zweifränkerls entspricht.
4.2
Mit der Erdbebenstärke vergrössern sich auch die Bruchfläche, der Versatz und die Erschütterungsdauer.
4.2
Die Bruchfläche des grössten, je registrierten Erdbebens betrug 160‘000 km 2. Der Versatz entsprach
der Grösse der ETH Kuppel und die Erschütterungen hielten für etwa 4 Minuten an.
Sehen Sie im Video, wie viel Energie ein Erdbeben freisetzt. Die Grösse der Kreise bildet die Energie
ab, die verschiedene Beben in der Schweiz und im Ausland freigesetzt haben.
4