29.03.2005 · Eine Forschungsfrage für viele Jahre: Warum gab es nach dem Seebeben vor Sumatra diesmal keine Riesenwelle? Liegt die Antwort irgendwo im Dickicht unterschiedlicher Meßskalen?
Von Horst Rademacher
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8,7 auf der Richterskala: Seismologe Yuan in Potsdam
Als am 17. Juni 1934 in der Redaktion des „Bulletins der Seismologischen Gesellschaft von Amerika" eine wissenschaftliche Arbeit einging, ahnten die Redakteure nicht, daß sie den erst 34 Jahre alten Autor später einmal weltberühmt machen sollte. Ein gewisser Charles Richter von der Technischen Hochschule Kaliforniens in Pasadena schlug darin eine Methode zur Erfassung der Stärke von Erdbeben vor. Unter dem Titel „Eine instrumentelle Magnitudenskala für Erdbeben“ legte Richter zum ersten Mal dar, wie sich die notorisch schwer zu messenden Beben auf physikalisch vernünftige Weise klassifizieren lassen. In dem 32 Druckseiten umfassenden Artikel wies er aber immer wieder auf die zahlreichen Unzulänglichkeiten und Beschränkungen des Meßverfahrens hin. An dieser grundsätzlichen Limitierung der „Richter-Skala“ hat sich bis heute nichts geändert.
Das von Richter entwickelte Meßverfahren beruhte auf den Erdbebenregistrierungen eines Seismographennetzes in Südkalifornien. Bei der Auswertung dieser Aufzeichnungen hatte der Seismologe festgestellt, daß die Amplitude der Erdbebenwellen für alle Beben gleichförmig mit der Entfernung von ihrem Herd abnahm. Auf Logarithmenpapier aufgezeichnet, lagen die Werte für jedes Erdbeben sogar auf einer Geraden. Daraus berechnete Richter eine einfache logarithmische Formel und definierte ein „Standard-Erdbeben“. Wenn dessen Schwingungen bei einem 100 Kilometer vom Epizentrum entfernten Seismographen einen Ausschlag von einem Millimeter erzeugten, gab Richter diesem Beben den Magnitudenwert „3“. Ein gleich weit entferntes Beben, das einen Ausschlag von nur 0,1 Millimeter hervorrief, erhielt den Wert „2“. Führte ein Beben in 100 Kilometer Entfernung dagegen zu einem Ausschlag von einem Zentimeter, erhielt es die Magnitude „4“, eine zehn Zentimeter große Amplitude entsprach der Magnitude „5“. Weil die Richter-Skala also auf dem Zehnerlogarithmus beruht, entspricht ein Sprung um einen Wert auf der Skala einem Faktor zehn. Ein Erdbeben der Stärke „6“ ist also zehnmal stärker als ein Beben der Magnitude „5“.
Hoffnungslos veraltet
Inzwischen ist die Richter-Skala aber technisch hoffnungslos veraltet. Der Seismologe benutzte für seine Messungen in Südkalifornien vor 70 Jahren den modernsten damals verfügbaren Seismographentyp. Die heutzutage üblichen Breitband-Seismometer mit digitaler Aufzeichnung können dagegen nicht nur ein viel breiteres Spektrum an Bodenschwingungen aufzeichnen. Sie sind auch gleichzeitig in der Lage Erschütterungen zu messen, die weniger als ein hundertstel Mikrometer klein oder mehrere Zentimeter groß sind. Für eine derartige Empfindlichkeit reicht die ursprüngliche Definition von Richter schon lange nicht mehr aus. Es ist etwa so, als wolle man die Kerben auf einem Zollstock mit einem empfindlichen Rasterelektronenmikroskop ablesen. Die seismischen Meßverfahren sind heute viel genauer als die ursprüngliche Meßlatte.
Deshalb wurden im Laufe der Zeit viele verschiedene Skalen entwickelt, die nicht nur den modernen Seismometern, sondern auch den unterschiedlichen Typen von seismischen Wellen angepaßt sind. Beispielsweise wird gelegentlich ein kurzperiodischer Wellentyp zur Messung herangezogen, der sich hauptsächlich durch die Erdkruste und den oberen Erdmantel ausbreitet. Andere Seismologen werten dagegen die sogenannten Oberflächenwellen aus. Diese Wellen haben Perioden von 20 Sekunden und mehr und breiten sich - wie eine Welle auf einem See - entlang der Erdoberfläche aus. Obwohl jeder dieser Wellentypen in der Regel eine andere Magnitudengröße liefert, ist keiner von ihnen falsch. Diese Werte beziehen sich nur auf unterschiedliche Meßlatten, gerade so, als würde man eine Entfernung in Kilometern, Fuß oder preußischen Landmeilen messen.
Chaos von Meßskalen
Die Erdbebenforscher sind sich inzwischen des Chaos bewußt, das mit der Verwendung so vieler Meßskalen einhergeht. Deshalb haben sie schon vor Jahren ein neues, physikalisch umfassenderes Maß für die Stärke eines Erdbebens entwickelt, nämlich den sogenannten Momentensensor. Mit seinen neun Komponenten beschreibt er die Vorgänge im Erdbebenherd zwar vollständig, entzieht sich aber ähnlich wie n-dimensionale mathematische Operatoren der anschaulichen Darstellung.
Hinzu kommt, daß die Perioden der von Erdbeben ausgelösten Wellen von der Stärke des jeweiligen Bebens abhängig sind. Kleine Beben mit Magnituden von „3“ oder „4“ strahlen den größten Teil ihrer Energie in Wellen mit Perioden von einer Sekunde ab. Bei stärkeren Beben verschiebt sich die Energie dagegen zu immer längerperiodischen Wellen. So wurden für die Berechnung der Stärke der beiden äußerst starken Seebeben vor der Küste Sumatras Registrierungen von Wellen mit Perioden von fünf Minuten herangezogen. Allerdings behielten die Erdbebenforscher das von Richter eingeführte Verfahren bei, die berechneten Magnitudenwerte logarithmisch anzugeben. Auf diese Weise berechneten Seismologen eine Magnitude von 9,3 für das verheerende Beben vom zweiten Weihnachtstag und einen Wert von 8,7 für das Beben vom Ostermontag. Dieser Unterschied von 0,6 logarithmischen Magnitudeneinheiten entspricht also etwa einem linearen Faktor von vier.
Bei der Untersuchung der beiden Erdbeben spielt diese Differenz allerdings nur eine untergeordnete Rolle. Vielmehr interessiert die Seismologen nämlich die Frage, warum nur eines von zwei nahezu gleich starken Erdbeben, deren Herde lediglich 150 Kilometer auseinanderliegen, einen Tsunami auslöste, das andere aber nicht. Daran werden die Erdbebenkundler wohl noch einige Jahre forschen.
