Erdbeben: Fehler in der Natur finden

Innerhalb von Minuten nach einem schweren Erdbeben können Stoßwellen die Landschaft verdrehen, Gebäude abflachen und ganze Stadtteile auslöschen. Und jedes Mal erhalten Menschen auf der ganzen Welt eine tragische Erinnerung: Unter unseren Füßen lauert eine Welt voller Gefahren.

Erdbeben ereignen sich jeden Tag zu Hunderten, die meisten von ihnen sind zu schwach oder zu weit entfernt, um viele Menschen zu treffen. Aber all dieses seismische Rauschen verbirgt das Risiko katastrophaler Beben, die uns im Laufe der Menschheitsgeschichte regelmäßig überrascht haben. Das schnelle Bevölkerungswachstum entlang der Verwerfungslinien erhöht den Einsatz jetzt höher als je zuvor - mit Dutzenden von Großstädten weltweit, die sich in der Nähe eines Risses in der Erdkruste befinden - und sogar Menschen, die weit von der Verwerfung entfernt sind, können durch Tsunamis betroffen sein, wie das japanische Erdbeben 2011 bewiesen hat.

Menschen sind leider nicht in der Lage, solche Katastrophen zu stoppen, und trotz großer Durchbrüche in der Seismologie im vergangenen Jahrhundert sind wir immer noch nicht einmal sehr gut darin, sie vorherzusagen. Das mag zwar hoffnungslos klingen, aber es gibt dennoch viele vorbeugende Schritte, die wir unternehmen können, um uns zumindest auf schwere Erdbeben vorzubereiten, bevor sie einschlagen. Im Folgenden finden Sie einen kurzen Überblick darüber, was wir über die geologischen Ausbrüche des Planeten wissen und was Sie tun können, um darauf vorbereitet zu sein.

Erdbebenursprünge

Die Erdkruste bewegt sich ständig und wirbelt herum, ein Zeitlupen-Shuffle, das teilweise von flüssigem Magma unter unserer schuppigen Außenschicht angetrieben wird. Die Kruste schwebt auf diesem Magma, zerbrochen in mehrere gezackte Scheiben, sogenannte "tektonische Platten", die sich ständig um den Globus schieben und ziehen. Reibung an den Rändern dieser Scheiben verursacht Erdbeben.

Da der größte Teil des mittelozeanischen Kamms mehr als 2000 Meter tief ist, bleiben die meisten seiner Ausbrüche unbemerkt. (Foto: NOAA)

Tektonische Platten ziehen sich entlang einer riesigen Narbe, die als globaler Mittelozeanergrat bezeichnet wird und die Erdoberfläche wie die Naht eines Baseballs im Zickzack bewegt (siehe USGS-Karte unten). Magma steigt auf, kühlt ab und härtet hier aus, während zwei Platten in entgegengesetzte Richtungen herausspringen und eine neue Kruste bilden, die nach einigen Millionen Jahren auf dem Förderband zu trockenem Land werden kann.

Während im Ozean eine neue Kruste geboren wird, wird die ältere Kruste unter die Erde geschoben, wo tektonische Platten kollidieren. Dies ist ein potenziell gewalttätiger Prozess, der Berge, Vulkane und Erdbeben erzeugt. Seismisches Zittern kann durch konvergierende Platten auf verschiedene Arten ausgelöst werden, je nachdem, wie ihre Felskanten zusammenbrechen und interagieren. Dies sind die drei Grundtypen von Erdbebenfehlern:

Normaler Fehler: Viele Erdbeben treten auf, wenn zwei Geländeabschnitte entlang eines geneigten Risses vertikal aneinander vorbeigefahren sind. Wenn die Gesteinsmasse über dieser Art von geneigtem Fehler nach unten rutscht, ist dies als "normaler Fehler" bekannt (siehe Animation rechts). Dies wird durch Spannungen verursacht, wenn die tektonische Platte vom Fehler nach außen gedehnt wird, und führt zu einer Gesamtausdehnung der umgebenden Landschaft.

Umkehrfehler: Diese Art der Öffnung wird auch als "Schubfehler" bezeichnet und tritt auf, wenn die Gesteinsmasse über einem geneigten Fehler von unten nach oben gedrückt wird und weiter auf den anderen Landblock gedrückt wird. Sowohl normale als auch umgekehrte Fehler weisen eine sogenannte "Dip-Slip" -Bewegung auf, aber im Gegensatz zu normalen Fehlern werden umgekehrte Fehler eher durch Kompression als durch Spannung verursacht, was zu einer Verdichtung des Geländes führt.

Streikschlupffehler: Wenn zwei Seiten eines vertikalen Fehlers horizontal aneinander vorbeigleiten, spricht man von einem "Streikschlupffehler". Diese Erdbeben werden durch Scherkräfte verursacht, die entstehen, wenn die rauen Kanten des Grundgesteins zusammenkratzen, sich an einer gezackten Kante verfangen und dann wieder einrasten. Der kalifornische Fehler in San Andreas ist ein Streik-Schlupf-System, ebenso wie der Fehler, der das jüngste Beben und die Nachbeben in Haiti verursacht hat.

Seismische Wellen

Der Seismograph bei der San Juan Bautista Mission, die direkt neben der San Andreas Verwerfung in Kalifornien liegt. (Foto: Ray Bouknight / flickr)

Die Felswände entlang einer Verwerfung verbringen die meiste Zeit miteinander verschlossen, scheinbar bewegungslos, aber sie können über Hunderte oder Tausende von Jahren hinweg einen enormen Druck aufbauen, dann plötzlich ausrutschen und alles auf einmal loslassen. Die Kraft eines Erdbebens besteht aus zwei grundlegenden Arten von Wellen - Körperwellen und Oberflächenwellen -, die in einer Reihe von drei zunehmend zerstörerischen Explosionen auftreten.

Körperwellen, die durch das Erdinnere gehen, treffen als erste. Die schnellsten sind als Primärwellen oder P-Wellen bekannt. Da sie so weit verteilt sind und Gesteinspartikel vor oder hinter sich drücken, sind sie normalerweise am wenigsten schädlich. Auf P-Wellen folgen unmittelbar sekundäre Körperwellen oder S-Wellen, die ebenfalls den gesamten Planeten durchlaufen, jedoch langsamer sind und Gesteinspartikel nach den Seiten verschieben, wodurch sie zerstörerischer werden. Für jemanden, der auf dem Boden steht, fühlen sich sowohl P- als auch S-Wellen wie ein plötzlicher Ruck an.

Nach den Körperwellen kann es eine kurze Pause geben, bevor das letzte, heftigste Zittern des Bebens auftritt. Oberflächenwellen passieren nur die obere Schicht der Kruste und fließen horizontal wie Wellen durch das Wasser. Zeugen beschreiben den Boden oft als "rollend" während Erdbeben, und diese langsamen Oberflächenwellen mit hoher Amplitude sind typischerweise der zerstörerischste Teil eines Bebens. Ihr schnelles Hin und Her verursacht einen Großteil der strukturellen Schäden an Gebäuden und Brücken. (Oberflächenwellen werden weiter unterteilt in Liebeswellen und Rayleigh-Wellen, wobei letztere die gefährlichsten sind.)

Erdbebenschaden

Mehr als 80 Prozent der Stadt San Francisco wurden beim Erdbeben von 1906 zerstört. (Foto: Arnold Genthe - Kongressbibliothek / Wikimedia Commons)

Die Gefahren, denen wir durch Erdbeben ausgesetzt sind, gehen fast ausschließlich von der um uns herum gebauten Infrastruktur aus. Neben fallenden Bäumen und Steinen ist der Einsturz von Häusern, Schulen, Geschäften und Bürogebäuden die häufigste Todesursache bei einem typischen Erdbeben. Straßen und Brücken können auch aufgrund von Bodenerschütterungen und -verschiebungen zusammenbrechen, ein Problem, das während des Bebens von 1989 in ganz San Francisco auftrat. Es ist bekannt, dass seismische Wellen Autos umdrehen und Züge entgleisen sowie Fahrzeuge unter Tunneln und Brücken zerquetschen oder sie außer Kontrolle geraten lassen.

Überschwemmungen sind ein weiteres potenzielles Nebenprodukt von Erdbeben, da Zittern manchmal Dämme brechen oder Flüsse verdrehen und Feuer durch gerissene Gasleitungen oder umgestürzte Laternen, Kerzen und Fackeln entzündet werden können. Während des berüchtigten Erdbebens von 1906 in San Francisco verursachten die daraus resultierenden Brände (siehe Abbildung oben) mehr Schaden und forderten mehr Menschenleben als das Erdbeben selbst.

Zittern lockert auch den Boden und kann Erdrutsche verursachen, eine Bedrohung, die in der Nähe von Bergen während der Regenzeit und bei knappen Bäumen höher ist (wie in Haiti, wo die weit verbreitete Entwaldung das Erdrutschrisiko erhöht hat). Auch ohne steile Hügel oder Regen können Erdbeben den Boden vorübergehend in eine Treibsand-ähnliche Substanz verwandeln, indem sie ihn mit dem Grundwasser darunter mischen. Dieser als "Verflüssigung" bekannte Prozess erzeugt einen suppigen Schlamm, der Menschen und Gebäude in den Boden versenkt, bis sich der Grundwasserspiegel wieder festsetzt und sich der Schmutz wieder verfestigt.

Folgen des Tsunamis in Indonesien im Jahr 2004. (Foto: Foto RNW.org/flickr)

Aber die vielleicht verheerendste Art und Weise, wie Erdbeben Wasser für das Böse nutzen, besteht darin, Tsunamis zu erzeugen - riesige Wellen, die mehr als 100 Fuß hoch ragen und Tausende von Meilen vom Beben entfernt an Strände krachen können. Wenn Land auf einem Meeresbodenfehler nach oben taumelt, verdrängt es große Mengen Wasser, ohne dass es daran gehindert werden kann, außer an der nächsten Küste. Dies geschah im Jahr 2004, als ein Beben in der Nähe von Sumatra Südostasien mit Tsunamis und im März 2011 erneut an der Nordostküste Japans heimgesucht hat. Es hat sich im Laufe der Geschichte auch in fast allen Ländern ereignet, die an den Pazifik grenzen.

Städte und Verwerfungslinien

Der pazifische Raum ist berüchtigt für Erdbeben und wird als "Ring of Fire" für das seismische Rumpeln bezeichnet, das Orte wie Alaska, Kalifornien, Hawaii, Neuseeland, die Philippinen, Indonesien und Japan frequentiert. Im Westen bildet eine Ansammlung indischer, eurasischer und arabischer Platten einen weiteren seismischen Hotspot, der das Himalaya-Gebirge schmiedet und häufige Erdbeben in Pakistan, Iran und Südeuropa auslöst.

Aber während die östliche Hemisphäre unverhältnismäßig zu leiden scheint, ist kein Ort auf der Erde wirklich sicher vor seismischen Wellen. Katastrophen wie der Sumatra-Tsunami 2004, das Erdbeben in Pakistan 2005 und das Beben 2008 in Sichuan, China, waren so schwerwiegend, dass sie dicht besiedelte Gebiete trafen. Die lange seismische Geschichte von San Francisco und die jüngsten Ereignisse in Haiti veranschaulichen ähnliche Risiken im Westen. (Die globalen Bebengefahren finden Sie auf der Weltkarte unten.) Tatsächlich ereigneten sich die beiden größten Erdbeben in der modernen Geschichte in Amerika: das Beben der Stärke 9, 5, das Chile 1960 traf, und das Beben der Stärke 9, 2 in Alaskas Prince William Sound 4 Jahre später.

Erdbeben und Vulkane in Amerika neigen dazu, an der Westküste zu haften, aber sie können auch weiter östlich auftreten. Die Karibik ist ein Beispiel, da hier mehrere konkurrierende tektonische Platten beheimatet sind, die die Region zu einem seismischen Minenfeld machen. Zusätzlich zu dem jüngsten Erdbeben der Stärke 7, 0 in Haiti und seinen anhaltenden Nachbeben - von denen eines 6, 1 auf der Richterskala betrug - wurden kleinere Nachuntersuchungen in Nordvenezuela (Stärke 5, 5), Guatemala (5, 8) und den Kaimaninseln (5, 8) gemeldet ). Geologen sagen, der Druck der Verwerfung habe sich jetzt nach Westen verlagert, was bedeutet, dass ein weiteres schweres Beben für Westhaiti, Südkuba oder Jamaika bevorstehen könnte.

In den Vereinigten Staaten hat das Land unter mehreren heutigen Städten in der Vergangenheit ebenfalls enorme Erschütterungen erlitten, die ihre weitläufigen U-Bahn-Gebiete heute wahrscheinlich auslöschen würden. Unter den aufmerksamkeitsstärksten Erdbebengebieten in den Vereinigten Staaten konzentrieren sich Wissenschaftler besonders auf diese fünf:

San Andreas

Die kalifornische Verwerfung von San Andreas gilt als Erdbebengebiet mit hohem Risiko. (Foto: Doc Searls / flickr)

Kaliforniens ikonische Narbe verschiebt sich entlang einer Reihe von Streikschlupffehlern, die durch die nach Norden gegen Nordamerika schleifende pazifische Platte verursacht werden. Es wird als Erdbebengebiet mit hohem Risiko angesehen, da sich mehrere große Städte in der Nähe befinden und Millionen von Menschenleben in Gefahr sind, wenn es bricht. Frühere Beben in den Jahren 1906 und 1989 verwüsteten die San Francisco Bay Area, wobei letztere den größten Teil der Stadt zerstörten, indem sie Wasserleitungen brachen und Brände auslösten. Die San-Andreas-Verwerfung bewegt sich durchschnittlich 2 Zoll pro Jahr, was bedeutet, dass Los Angeles in etwa 15 Millionen Jahren an San Francisco angrenzt. In einer 2016 veröffentlichten Studie wurde eine Bewegung in großem Maßstab in der Nähe des Fehlers festgestellt. Forscher sagen, die Bewegung sei das Ergebnis einer "seismischen Belastung", die schließlich in Form eines Erdbebens freigesetzt wird, berichtet die Los Angeles Times.

Pazifischer Nordwesten: Nördlich von San Andreas ist eine Gruppe von Störungen rund um den Puget Sound eine der gefährlichsten Erdbebengefahren in Nordamerika. Dieses als Cascadia-Subduktionszone bekannte Gebiet löst etwa alle 500 Jahre ein schweres Erdbeben mit "Megathrust" aus. Das letzte Mal geschah es im Jahr 1700, als der pazifische Nordwesten dünn besiedelt war, aber die Metropolregionen Seattle und Vancouver sind seitdem aufgeblüht, was eine Wiederholungsleistung möglicherweise katastrophal macht.

Alaska

Das Erdbeben in Alaska 1964 führte zu mindestens 139 Todesfällen. (Foto: US Army / Wikipedia)

Sieben der zehn stärksten Erdbeben, die jemals in den Vereinigten Staaten aufgetreten sind, befanden sich in Alaska, einschließlich des massiven Bebens von Prince William Sound, das Anchorage 1964 erschütterte. Alaska ist der seismisch aktivste US-Bundesstaat und einer der dynamischsten Hotspots der Erde. Aber sein raues Klima hat historisch gesehen die menschliche Bevölkerung - und damit die Zahl der Erdbebenopfer - relativ niedrig gehalten. Trotzdem ist Anchorage heute viel größer als 1964, und Städte von San Diego bis Tokio sind immer von Tsunamis bedroht, die durch das Zittern in Alaska ausgelöst wurden.

Hawaii: Hawaii ist nicht nur selbst seismisch aktiv, was den Staat anfällig für Erdbeben und Vulkanausbrüche macht, sondern auch häufig von weit entfernten Erdbeben betroffen. Das Beben der Stärke 8, 1, das 1946 das fernöstliche Alaska erschütterte, sandte beispielsweise einen Tsunami nach Süden nach Hilo auf der Big Island, wo 159 Menschen getötet und Sachschäden in Höhe von 26 Millionen US-Dollar verursacht wurden. Achtzehn Jahre später traf ein weiterer Tsunami Hawaii nach dem Beben von Prince William Sound im Jahr 1964.

New Madrid: Das stärkste bekannte Erdbeben im Osten der USA ereignete sich vor etwa 200 Jahren im unteren Mississippi-Becken und richtete in Tennessee, Kentucky, Illinois, Missouri und Arkansas Chaos an. Es war tatsächlich ein "Schwarm" von Zittern, mit Bewohnern des nahe gelegenen New Madrid, Missouri, die im Winter 1811-12 '12 schätzungsweise 200 "mittelschwere bis große" Erdbeben erlitten - fünf davon über der Stärke 8. Die Häuser wurden abgeflacht, a Es bildete sich ein neuer See und der Mississippi floss kurz nach einer plötzlichen Bodenverschiebung zurück. Nur ein Todesfall ist mit den Beben verbunden, da das Gebiet zu dieser Zeit noch so dünn besiedelt war. Sollte die New Madrid-Verwerfung heute ein ähnliches Ereignis erleben, dann U-Bahn-Gebiete wie St. Louis (Bild oben) und Memphis, Tenn. könnte am Boden zerstört sein.

Erdbebensicherheit

Da Gebäude bei Erdbeben einige der schlimmsten Probleme verursachen, sind sie ein vernünftiger Ort, um zuerst nach Lösungen zu suchen. Seismisch versierte Konstruktionen haben im letzten Jahrhundert einen langen Weg zurückgelegt und an bebengefährdeten Orten wie Japan und Kalifornien Pionierarbeit geleistet, um Strukturen im Fluss zu lassen, anstatt starr still zu stehen. Durch flexiblere Gelenke und mehr Raum für Schwankungen können Ingenieure Gebäude bauen, die die Energie eines Erdbebens durchlassen und so viel weniger Schaden anrichten, als wenn die volle Kraft spürbar wäre.

Viele Gebäude in Port-au-Prince waren bereits vor dem Erdbeben 2010 in Haiti baulich unsicher. (Foto: Colin Crowley / flickr)

In armen Ländern wie Haiti sind solche bebensicheren Bauwerke jedoch selten realisierbar, und viele Gebäude in Port-au-Prince waren bereits vor dem Erdbeben 2010 baulich unsicher. Selbst in wohlhabenden Ländern sind nur wenige Häuser, Geschäfte oder Büros so konzipiert, dass sie einem schweren Erdbeben standhalten. Wissen, Vorbereitung und schnelles Denken sind die größten Hoffnungen der meisten Menschen, eines zu überleben.

Der ideale Ort, um während eines Erdbebens zu sein, ist im Freien. Wenn Sie also draußen sind, wenn einer trifft, bleiben Sie dort. Die FEMA schlägt vor, auch in Innenräumen zunächst zu bleiben, da Studien zeigen, dass die meisten Bebenverletzungen auftreten, wenn Menschen in Gebäuden versuchen, in einen anderen Raum zu ziehen oder nach draußen zu rennen. Bleib im Bett, wenn du da bist, oder steige auf den Boden und schütze deinen Kopf. Es kann auch hilfreich sein, sich unter einem stabilen Tisch oder einem anderen Gegenstand zu verstecken, der Sie schützen könnte, wenn das Dach einstürzt. Es wird häufig empfohlen, sich in der Nähe von tragenden Innenwänden und in Innentürrahmen zu ducken, jedoch von Glasfenstern und Außenwänden fernzuhalten.

Die anfänglichen Erschütterungen sind oft Vorbeben, die einem größeren Beben vorausgehen, oder P-Wellen, die die zerstörerischeren S-Wellen und Oberflächenwellen vorwegnehmen. In jedem Fall ist es ratsam, nach draußen zu gehen, sobald das Zittern eine Pause einlegt. Sobald Sie draußen sind, entfernen Sie sich von Gebäuden und allem anderen, was herunterfallen könnte, und warten Sie, bis das Zittern aufhört. Denken Sie auch an Nachbeben, die Minuten, Stunden oder Tage nach dem Hauptbeben auftreten können. Weitere Tipps und Szenarien finden Sie in diesen FEMA-Leitfäden, was vor einem Erdbeben, während eines Erdbebens und nach einem Erdbeben zu tun ist.

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