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Magnitude

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts werden Erdbeben im zunehmenden Maße auch instrumentell erfaßt. Mit Hilfe von Seismometern können heute bereits sehr kleine Bodenbewegungen in der Größenordnung von einigen Nanometer, also wenigen milliardstel Meter, nach Größe und Richtung als Funktion der Zeit erfaßt werden. Dies hat zu einer Fülle neuer Informationen über Erdbeben geführt und das Konzept der Plattentektonik grundsätzlich bestätigt.

Die von möglichst vielen Erdbebenstationen registrierten Seismogramme ermöglichen u.a. nicht nur eine genaue Ortung des Erdbebenherdes, sondern auch die Bestimmung der Lage und Ausdehnung der aktiven Bruchfläche sowie der Größe und Richtung der an ihr erfolgten Verschiebung. Die instrumentellen Erdbebenaufzeichnungen sind auch die Grundlage für die Bestimmung der Magnitude, die in den 30er Jahren von Charles Frederic Richter in Kalifornien eingeführt wurde. Daher auch der Name Richter-Skala. Die Magnitude stellt ein logarithmisches Maß für die am Erdbebenherd freigesetzte Schwingungsenergie dar, die aus den Seismogrammen berechnet wird.

Dazu folgendes Beispiel:
Ein Erdbeben der Magnitude 7 weist eine ca. 30mal größere Energie auf, als ein Erdbeben der Magnitude 6. Letzteres ist wiederum 30mal energiereicher als ein Erdbeben der Magnitude 5. Daher kommt auch der gewaltige Unterschied im Zerstörungspotential zwischen Erdbeben der Magnitude 5 und der Magnitude 7, da 1000mal mehr seismische Energie freigesetzt wird.

Da aber die Erdkruste nur begrenzt Deformationsenergie speichern kann, die dann zum Teil in Form von seismischer Energie freigesetzt wird, so ist auch eine Magnitude > 9 nicht möglich. Das heißt, die Magnitude ist eigentlich auch nach oben begrenzt. Dennoch wird die Richter-Skala oft als nach oben offene Skala bezeichnet, um sie von der Intensitätsskala zu unterscheiden.

Erdbeben ab einer Magnitude 7 führen weltweit bereits zu Auslenkungen von Lotpendeln in Talsperren und können in Meeresnähe Tsunami (japan. große Hafenwelle) - das sind Seewogen, die in Küstennähe mehrere Meter Höhe erreichen können - verursachen. Erdbeben der Magnitude 8 regen den Erdkörper bereits zu meßbaren Eigenschwingungen an, die Tage andauern können.

Aus der Magnitude und der Herdtiefe eines Erdbebens kann man die Auswirkungen des Erdbebens an der Erdoberfläche, d.h. die Intensität, grob abschätzen. So haben z.B. zwei Erdbeben gleicher Energie, d.h. mit gleicher Magnitude, aber unterschiedlichen Herdtiefen, auch unterschiedliche Auswirkungen an der Erdoberfläche und somit auch unterschiedliche Intensitäten.

Welche Magnitudenarten gibt es und warum?
Der Begriff der Magnitude wurde von Charles Frederic Richter 1935 in Kalifornien eingeführt, um ein physikalisches u.v.a. objektives Maß für die Stärke eines Erdbebens am Hypozentrum zu definieren.

Die geläufigsten sind die Lokalmagnitude (Ml, von local magnitude - die eigentliche "Richter-Magnitude"; wird hauptsächlich bei dominierenden Wellenfrequenzen > 1 Hz verwendet), Raumwellen-Magnitude (mb oder Mb, von body wave magnitude; wird hauptsächlich bei einer Wellenfrequenz von 1 Hz bestimmt), die Oberflächenwellen-Magnitude (Ms, von surface wave magnitude, wird hauptsächlich bei einer Wellenfrequenz von 0,05 Hz bestimmt) und die Momenten-Magnitude (Mw), sowie die etwas weniger geläufige strain-energy Magnitude (Me), die aus Mw und dem Spannungsabfall berechnet wird. Der Grund, weshalb es so viele 'Skalen' gibt, ist praktischer Natur: Verschiedene Erdbebenstationen befinden sich unterschiedlich weit von einem Erdbeben entfernt. Mit zunehmender Distanz verlieren die Wellen aber ihre höheren Frequenzinhalte aufgrund der Absorption. Daher können an einzelnen Erdbebenstationen, die verschieden weit entfernt von einem Hypozentrum sind, nicht die gleichen Wellenfrequenzen beobachtet werden. Daher hat man für verschiedene Frequenzen eigene "Skalierungsgesetze" für die Magnituden entwickelt, zu denen die oben genannten gehören. Deshalb unterscheiden sich Magnitudenangaben in den Medien auch so oft, weil sie von verschiedenen Erdbebendiensten stammen, deren Meßstationen eben unterschiedlich weit weg vom Hypozentrum sind.

Die Momenten-Magnitude und die "Me" sind dabei Ausnahmen. Sie gelten über den gesamten Frequenzbereich und findet daher immer mehr Anwendung, würden aber auch hier zu leicht unterschiedlichen Werten führen, da der lokale Untergrund und die Absoprtion der seismischen Wellen das Endergebnis beeinflussen.

Magnitude und Energie. Wie ist die Relation?
Die bei einem Erdbeben freigesetzte seismische Energie 'Es' (in Joule) kann aus der Magnitude über log(Es) = 4,8 + 1,5*M ausgerechnet werden, wobei 'log' für den Zehnerlogarithmus steht und die Art der Magnitude bei dieser Schätzung - grob gesagt - unwesentlich ist. Daher setzt eine Erdbeben der Magnitude 6 dreißigmal soviel Energie frei, wie ein Magnitude 5-Beben, und nicht zehnmal soviel, wie oft irrig behauptet wird. Das bedeutet aber nicht, daß alle Arten der maximalen Bodenbewegungen im Epizentrum auch das 31-fache betragen! Der Unterschied bei einem Magnitudensprung beträgt an der Oberfläche in der Bodenbeschleunigung nämlich nur Faktor 2, für die Schwinggeschwindigkeit Faktor 4 und für die Verschiebung Faktor 8. Die folgende Tabelle soll das anhand von groben Richtwerten verdeutlichen:

- - an der Oberfläche
Magnitude seismische Energie in Joule Bruchlänge in km Wellenperiode in Sekunden a in g v in m/s d in cm
5 2.1012 2 0,5 0,25 0,2 1,6
6 6,2.1013 10 1 0,5 0,8 12
7 2.1015 50 2 1 3,1 100
a = Bodenbeschleunigung, g = 9,81 m/s2,
v = Bodenschwinggeschwindigkeit,
d = Bodenverschiebung
Zusammenhang von Magnitude und Energie

Varianten

  • Richter Magnitude
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