Lokalbeben-Magnitude

Die Richterskala ist eine der gebräuchlichen Magnitudenskalen, die in der Seismologie zum Vergleich der Stärke (Energiefreisetzung) von Erdbeben herangezogen werden. Sie basiert auf Amplitudenmessungen von Seismogrammaufzeichnungen, die in relativ geringer Distanz von wenigen hundert Kilometern zum Epizentrum gewonnen wurden. Sie ist daher auch unter dem Begriff Lokalbeben-Magnitude bekannt.

Entstehung

Diese Skala wurde von Charles Francis Richter und Beno Gutenberg am California Institute of Technology 1935 entwickelt und anfänglich als M_L-Skala (Magnitude Local) bezeichnet. In seiner grundlegenden Veröffentlichung An instrumental Earthquake Magnitude Scale im Bulletin of the Seismological Society of America wandte Charles Francis Richter die erstmals von K. Wadati 1931 publizierte grundlegende Idee einer instrumentellen Erdbebenskala auf kalifornische Erdbeben an.

Grundlagen

Aufgrund ihrer Definition ist die Richterskala nach oben unbegrenzt, die physischen Eigenschaften der Erdkruste machen aber ein Auftreten von Erdbeben der Stärke 9,5 oder höher nahezu unmöglich, da das Gestein nicht genug Energie speichern kann und sich vor Erreichen dieser Stärke entlädt. Die häufig in den Medien verwendete Bezeichnung „nach oben offen“ soll die instrumentelle Richterskala von den Intensitätsskalen abgrenzen, mit der häufig Stärke und Zerstörungskraft eines Erdbebens charakterisiert werden. Die ursprünglichen Messgeräte für die Richterskala konnten nur eine Stärke bis 6,5 aufzeichnen. Darüber hinaus gehende Werte beziehen sich in der Regel auf andere Magnitudenskalen.

Ableitung

Der angegebene Wert, die Magnitude oder Größenklasse leitet sich aus dem dekadischen Logarithmus der maximalen Amplitude (Auslenkung) im Seismogramm ab, mit der ein kurzperiodisches Standardseismometer ein Beben in einer Entfernung von 100 km zum Epizentrum aufzeichnen würde. Ein Punkt mehr auf der Skala bedeutet demnach einen etwa zehnfach höheren Ausschlag (Amplitude) im Seismogramm und die 32-fache Energiefreisetzung (logarithmischer Anstieg) im Erdbebenherd.

Eine Magnitude von zwei oder weniger wird als Mikroerdbeben bezeichnet, da es von Menschen oft nicht wahrgenommen werden kann und nur von lokalen Seismographen erfasst wird. Beben mit einer Stärke von etwa 4,5 und höher sind stark genug, um von Seismographen auf der ganzen Welt erfasst zu werden. Allerdings muss die Stärke über 5 liegen, um als mäßiges Erdbeben angesehen zu werden.

Einteilung

Folgende Tabelle beschreibt die typischen Effekte der Erdbeben in der Nähe des Epizentrums in Abhängigkeit von der Magnitude. Diese Tabelle sollte mit Vorsicht benutzt werden, da die Intensität und dadurch die Bodeneffekte nicht nur von der Magnitude abhängen, sondern auch von der Distanz zum Epizentrum, der Tiefe des Erdbebenherdes unter dem Epizentrum und den geologischen Bedingungen.

Richter Magnituden	Einteilung der Erdbebenstärke	Erdbebenauswirkungen	Häufigkeit der Ereignisse
Weniger als 2,0	Mikro	Mikroerdbeben, nicht spürbar.	ca. 8.000 Mal pro Tag
2,0 … <3,0	Extrem leicht	Generell nicht spürbar, jedoch gemessen.	ca. 1.000 Mal pro Tag
3,0 … <4,0	Sehr leicht	Oft spürbar, Schäden jedoch sehr selten.	ca. 49.000 Mal pro Jahr (vermutet)
4,0 … <5,0	Leicht	Sichtbares Bewegen von Zimmergegenständen, Erschütterungsgeräusche. Meist keine Schäden.	ca. 6.200 Mal pro Jahr (vermutet)
5,0 … <6,0	Mittel	Bei anfälligen Gebäuden ernste Schäden, bei robusten Gebäuden leichte oder keine Schäden.	ca. 800 Mal pro Jahr
6,0 … <7,0	Stark	Zerstörung im Umkreis von bis zu 70 Kilometern.	ca. 120 pro Jahr
7,0 … <8,0	Groß	Zerstörung über weite Gebiete.	ca. 18 pro Jahr
8,0 … <9,0	Sehr groß	Zerstörung in Bereichen von einigen hundert Kilometern	ca. 1 pro Jahr
9,0 … <10,0	Extrem groß	Zerstörung in Bereichen von tausenden Kilometern.	ca. alle 1 bis 20 Jahre
10,0 … ∞	Globale Katastrophe	Niemals registriert; siehe unten vergleichbares Energieäquivalent.	Extrem selten (Unbekannt)

(U.S. Geological Survey)^[1]

TNT-Äquivalent

Die folgende Tabelle listet die ungefähre Energie in TNT-Explosionsstärke^[2] – anzumerken ist, dass die Energie, die hier angegeben wird, diejenige ist, die am Erdbebenhypozentrum freigesetzt wird, nicht aber die Energie, die an der Erdoberfläche tatsächlich registriert wird.

Richterskala Ungefähre Magnitude	Seismische Energie in ungefähres TNT-Äquivalent	Joule Äquivalent	Beispiel
0,5	5,6 Kilogramm (12,4 Pfund)	23,5 MJ	große Handgranate
1,0	32 kg (70 lb)	136 MJ	kontrollierte Sprengung
1,5	178 kg (392 lb)	756,6 MJ	konventionelle Bomben aus dem Zweiten Weltkrieg
2,0	1 Tonne	4,2 GJ	spätere, konventionelle Bomben aus dem Zweiten Weltkrieg
2,5	5,6 Tonnen	23,8 GJ	Luftmine aus dem Zweiten Weltkrieg
3,0	32 Tonnen	136 GJ	GBU-43 Massive Ordnance Air Blast
3,5	178 Tonnen	756,5 GJ	Katastrophe von Tschernobyl, 1986
4,0	1 Kilotonne	4,2 TJ	Kleine Atombombe
5,0	32 Kilotonnen	136 TJ	Nagasaki-Atombombe (Die Magnitude war niedriger, da die Bombe in der Atmosphäre gezündet wurde.)
5,5	178 Kilotonnen	756,5 TJ	Alum Rock, San Jose, Californien, 2007
6,0	1 Megatonne	4,2 PJ	Double Spring Flat, Nevada, Erdbeben 1994
6,5	5,6 Megatonnen	23,8 PJ	Northridge-Erdbeben 1994
7,0	50 Megatonnen	212 PJ	Zar-Bombe, größte thermonukleare Bombe, die je getestet wurde (Die Magnitude, die aufgezeichnet wurde, war niedriger, da sie in 4 km Höhe gezündet wurde.)
7,5	178 Megatonnen	756,5 PJ	Beben von Tangshan, 1976 Erdbeben in Kaschmir 2005
8,0	1 Gigatonne	4,2 EJ	Toba-Katastrophe, welche die menschliche Evolution beeinträchtigt haben soll Seebeben vor Sumatra, 2005
9,2	5,6 Gigatonnen	23,8 EJ	Karfreitagsbeben 1964
9,3	114(?) Gigatonnen	480(?) EJ	Seebeben im Indischen Ozean, 2004
9,5	178 Gigatonnen	756,5 EJ	Erdbeben von Valdivia, 1960
10,0	1 Teratonne	4,2 ZJ	Ein ungefähr 2 km großer Meteorit, welcher mit 25 km/s auf die Erde einschlägt
12,0	160 Teratonnen	680 ZJ	Tägliche Energiemenge, die die Erde von der Sonne empfängt[2]

Bezugsetzungen zu anderen Skalen

Trotz des grundlegend anderen Ansatzes der Richterskala wird häufig versucht, diese mit den Intensitätsskalen, wie etwa der modifizierten und mehrfach weiterentwickelten Mercalliskala des Italieners Giuseppe Mercalli (1850–1914), in Bezug zu setzen. Auf einer weiteren Intensitätsskala, der so genannten MSK-Skala (Medvedev-Sponheuer-Karnik-Skala), wird die Stärke eines Bebens beispielsweise in zwölf Stärkegraden angegeben. Die Abstufung orientiert sich sowohl an subjektiven als auch an objektiven Kriterien.

Seit geraumer Zeit wird in vielen Fällen auch die Momenten-Magnituden-Skala (Abkürzung M_W) angegeben, deren Bestimmungsgrößen auf den physikalischen Parametern im Erdbebenherd beruhen.

Der logarithmische Zusammenhang zwischen Energie und Magnitude lässt sich näherungsweise zusammenfassen mit

$M=2+\frac{2}{3}\log_{10}W\textrm{\quad bzw. \quad}W=10^{\frac{3}{2}(M-2)}\,,$

wobei M die Magnitude und W die äquivalente (explosive) Energie in Tonnen TNT ist.

Wichtige bisherige Messungen

Das stärkste Erdbeben seit der Einführung der Richterskala war das große Chile-Erdbeben 1960 im Pazifischen Ozean: Es wurde ursprünglich mit 8,6 bewertet, später aber dann von verschiedenen Institutionen (einschließlich des US Geological Surveys) auf 9,5 aufgewertet. Ein mit 9,2 ähnlich starkes Erdbeben ereignete sich vier Jahre später am 27. März 1964 im Prince William Sound in Alaska. Das letzte 9,0+ Beben ereignete sich am 26. Dezember 2004 vor Sumatra (Siehe auch: Erdbeben im Indischen Ozean 2004). 9,5 entspricht einer freigesetzten Wellenenergie von über 10¹⁷ J. Die Energie der größten bislang gezündeten Wasserstoffbombe mit 57 Mt (1,7·10¹⁵ J) war ca. 50 mal schwächer.

Siehe auch

• JMA-Skala
• MSK-Skala (Medvedev-Sponheuer-Karnik-Skala)
• Mercalliskala
• Momenten-Magnitude
• Raumwellenmagnitude (Abkürzung m_b) oder die Oberflächenwellenmagnitude (Abkürzung M_S) sind ebenfalls logarithmischen Energieskalen.
• Seismograph
• Sieberg-Skala

Quellen

1. ↑ USGS: FAQ- Measuring Earthquakes
2. ↑ ^{a b} What is Richter Magnitude?, with mathematic equations

Weblinks

• Alaska Railroad Earthquake – Tabelle, aus der die o.g. logarithmische Beziehung ersichtlich ist
• Umfassende und verständliche Erklärung zur Richterskala und ihren Mythen

Erdbebenskalen

Moderne Skalen
Intensitätsskalen: Europäische Makroseismische Skala (EMS) | Environmental Seismic Intensity Scale – ESI 2007 (INQUA-Skala) | Chinesische seismische Intensitätsskala (China Seismic Intensity Scale) | Medwedew-Sponheuer-Karnik-Skala (MSK) | Modifizierte Mercalli-Skala (MM) | Shindo-Skala (JMA) | Sieberg-Skala

Magnitudenskalen: Codamagnitude M_d | Energiemagnitude M_E | Einheitsmagnitude m | Lokalmagnitude (Richterskala) M_L | Mantelmagnitude M_m | Momentenmagnitude M_W | Oberflächenwellenmagnitude M_S | Raumwellenmagnitude m_B

Historische Skalen
Mercalliskala | Mercalli-Cancani-Sieberg-Skala (MCS) | Mercalli-Wood-Neuman-Skala (MWN) | Medwedew-Skala (GEOFIAN-Skala) | Ōmoriskala | Rossi-Forel-Skala (RF)