In den Nachrichten hören wir häufig Sätze wie: „Das Erdbeben hatte eine Magnitude von 7,4“ oder „Es wurde mit Intensität 9 gespürt“. Im Alltag werden Begriffe wie Stärke, Magnitude und Intensität oft durcheinandergebracht, doch in der Seismologie bezeichnen sie unterschiedliche Dinge.
In diesem Beitrag wird erklärt, worin der Unterschied zwischen Erdbebenmagnitude und -intensität besteht, was die Richterskala und die Momenten-Magnituden-Skala (Mw) messen und wie die Mercalli-Intensitätsskala funktioniert.
Magnitude vs. Intensität: zwei verschiedene Größen
Zunächst sollte man zwei grundlegende Begriffe unterscheiden:
- Erdbebenmagnitude (Magnitude):
Sie beschreibt die gesamte Energie, die beim Bruch entlang einer Störungszone im Erdinneren freigesetzt wird.
Sie ist eine einzige Zahl und ändert sich nicht von Ort zu Ort. - Erdbebenintensität (Intensität):
Sie beschreibt, wie stark das Beben an einem bestimmten Ort gespürt wird und welche Auswirkungen es dort hat – etwa auf Menschen und Gebäude.
Für dasselbe Erdbeben kann die Intensität von Stadt zu Stadt unterschiedlich sein.
Vereinfacht:
- Magnitude beantwortet die Frage: „Wie groß war das Erdbeben an seiner Quelle?“
- Intensität beantwortet: „Wie stark hat es sich genau hier angefühlt?“
Ein und dasselbe Erdbeben kann in der Nähe des Epizentrums schwere Schäden verursachen (hohe Intensität), während es in größerer Entfernung nur als leichtes Zittern wahrgenommen wird (geringe Intensität) – bei unveränderter Magnitude.
Die Richterskala
Die Richterskala wurde in den 1930er Jahren vom US-Seismologen Charles F. Richter entwickelt, um die Magnitude von Erdbeben zu bestimmen. Sie basiert auf der maximalen Amplitude von Erdbebenwellen, die von einem standardisierten Seismographen aufgezeichnet werden, und ist logarithmisch aufgebaut.
Wichtige Punkte zur Richterskala:
- Ursprünglich wurde sie für eine bestimmte Instrumentenart und eine bestimmte Region (zum Beispiel Südkalifornien) definiert.
- Mit zunehmender Magnitude nehmen sowohl die Ausschlagamplituden als auch die freigesetzte Energie stark zu. Zum Beispiel:
- Ein Beben der Magnitude 6,0 erzeugt etwa zehnmal größere Amplituden als ein Beben der Magnitude 5,0.
- In Bezug auf die Energie ist der Unterschied um ein Vielfaches größer.
- Der Begriff „Richterskala“ ist im Alltag so verbreitet, dass er oft verwendet wird, auch wenn die offiziell angegebene Magnitude eigentlich nach einem anderen Schema berechnet wurde.
In der modernen Seismologie werden für größere Erdbeben eher andere Magnitudenskalen bevorzugt, insbesondere die Momenten-Magnituden-Skala Mw.
Die Momenten-Magnituden-Skala (Mw)
Für mittlere und große Erdbeben verwenden Seismologinnen und Seismologen heute meist die Momenten-Magnituden-Skala (Mw). Sie beruht auf physikalischen Eigenschaften des Bruchs entlang der Störungszone:
- der Fläche, die auf der Störung gerissen ist,
- der durchschnittlichen Verschiebung entlang des Bruchs,
- der Steifigkeit (Elastizität) der beteiligten Gesteine.
Aus diesen Größen wird der seismische Moment berechnet, und daraus ergibt sich mithilfe einer logarithmischen Beziehung die Magnitude Mw.
Warum Mw bevorzugt wird:
- Bei sehr starken Erdbeben (um Magnitude 8 und darüber) „sättigen“ manche ältere Skalen, während Mw große Energien besser abbildet.
- Erdbeben unterschiedlicher Regionen, Tiefen und Störungstypen lassen sich mit Mw besser miteinander vergleichen.
- Viele internationale Erdbebendienste geben für große Ereignisse offiziell eine Momenten-Magnitude (Mw) an, auch wenn dies in Medienberichten nicht immer deutlich erwähnt wird.
Wenn in Nachrichten von einem „Beben der Stärke 7,8“ die Rede ist, steht dahinter häufig eine Mw-Angabe, selbst wenn das Kürzel nicht genannt wird.
Weitere Magnitudentypen: ML, mb, Ms
Es gibt mehrere Magnitudendefinitionen, die alle bestimmte Einsatzbereiche haben:
- ML (Lokale Magnitude):
Richters ursprüngliche lokale Magnitude, geeignet für nahe Ereignisse. - mb (body-wave magnitude):
Magnitude basierend auf Erdbebenwellen, die durch das Erdinnere laufen (Körperwellen). - Ms (surface-wave magnitude):
Magnitude basierend auf Oberflächenwellen, die entlang der Erdoberfläche laufen.
Diese Skalen werden je nach Entfernungsbereich, Erdbebengröße und Wellentyp genutzt. Für die Öffentlichkeit ist jedoch in der Regel die Momenten-Magnitude Mw die wichtigste Größe bei großen Erdbeben.
Die Mercalli-Intensitätsskala
Während Magnitudenskalen wie Richter oder Mw die Energie an der Quelle messen, beschreibt die Mercalli-Skala die Auswirkungen an einem bestimmten Ort.
Eigenschaften der Mercalli-Intensitätsskala:
- Sie wurde ursprünglich in Italien entwickelt und später zur „Modifizierten Mercalli-Skala“ (MMI) weiterentwickelt.
- Sie umfasst 12 Stufen, die mit römischen Ziffern I bis XII angegeben werden.
- Sie basiert auf Beobachtungen: Wie Menschen das Beben wahrnehmen, wie sich Möbel bewegen, wie stark Gebäude beschädigt werden und ob sich der Boden sichtbar verändert.
Beispiele:
- I–II: Von den meisten Menschen nicht fühlbar, nur von Instrumenten registrierbar.
- III–IV: Von einigen Personen in Gebäuden spürbar; hängende Gegenstände können leicht schwingen.
- V–VI: Von vielen Menschen spürbar; leichte Gegenstände können verrutschen; leichte Schäden an schwachen Gebäuden.
- VII–IX: Deutliche Gebäudeschäden, einstürzende Kamine, umfallende schwere Möbel.
- X–XII: Schwere Zerstörungen, Einstürze, sichtbare Risse und Verformungen im Boden.
Für dasselbe Erdbeben können daher an verschiedenen Orten unterschiedliche Mercalli-Intensitäten beobachtet werden.
„Magnitude 7,4, Intensität 9“ – was bedeutet das?
Manchmal liest man Formulierungen wie: „Das Beben hatte eine Magnitude von 7,4 und eine maximale Intensität von IX.“ Das bedeutet:
- 7,4 ist die Magnitude (zum Beispiel Mw 7,4), also ein Maß für die Energiefreisetzung an der Quelle.
- IX ist die lokale Intensität nach der Mercalli-Skala an einem bestimmten Ort.
Das heißt:
- Es gibt eine Magnitude für das gesamte Erdbeben,
- aber mehrere Intensitätswerte, je nachdem, wo man sich befindet.
So wird klar, warum dasselbe Erdbeben an einem Ort massive Schäden verursacht, während es anderswo kaum mehr als leichtes Zittern ist.
Warum sind Magnitudenskalen logarithmisch?
Sowohl die Richterskala als auch die Momenten-Magnituden-Skala Mw sind logarithmisch. Das bedeutet:
- Eine Differenz von 1 Magnitudeneinheit entspricht etwa dem Zehnfachem der aufgezeichneten Wellenamplitude.
- In Bezug auf die freigesetzte Energie ist der Unterschied noch größer; jede zusätzliche Magnitudeneinheit steht für ein Vielfaches an Energie.
Deshalb ist der Unterschied zwischen einem Erdbeben der Magnitude 5,0 und einem der Magnitude 7,0 nicht „nur zwei Stufen“, sondern ein enormer Sprung in der Energiefreisetzung und im Zerstörungspotential.
Fazit: Welche Skala wofür?
Zusammengefasst:
- Richter, ML, mb, Ms und andere Magnitudenskalen:
Messen die Energie des Erdbebens am Ursprung.
Sie beantworten: „Wie stark war das Erdbeben insgesamt?“ - Momenten-Magnitude Mw:
Die heute am häufigsten verwendete Magnitudenskala für mittlere und große Erdbeben; sie gilt als besonders zuverlässig. - Mercalli-Intensitätsskala:
Beschreibt, wie stark das Beben an einem konkreten Ort gespürt wird und welche Schäden dort auftreten.
Sie beantwortet: „Wie heftig war es hier?“
Wer den Unterschied zwischen Magnitude und Intensität kennt, kann Meldungen über Erdbeben besser einordnen und versteht genauer, was die genannten Zahlen tatsächlich aussagen.