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News: Große Beben mit sanftem Touch

Wie sehr verstärken Sedimente die Erschütterungen während eines Erdbebens? Lange Zeit ließ sich diese Frage nur theoretisch oder durch Laborversuche beantworten. Eine Studie, die Meßdaten eines größeren Bebens auswertet, zeigt, daß große Erschütterungen in einigen Gegenden weniger verstärkt werden als kleine Beben.
Sedimente verstärken Bewegungen im Erdboden während eines Erdbebens, so daß Strukturen, die auf Erde gebaut sind, stärker schwanken als solche, die auf Grundgestein sitzen. Eine neue Studie zeigt jedoch, daß bei großen Beben diese Auswirkungen entschieden geringer sein können, als von Seismologen befürchtet. Die Forschungsarbeit, die auf der Jahreskonferenz der American Geophysical Union vorgestellt und am 11. Dezember in Nature veröffentlicht wurde, hat Folgen für die Planung erdbebensicherer Gebäude. Für das gefährdete Gebiet um Los Angeles ist dies eine der seltenen positiven Nachrichten, sagt Edward Field, Wissenschaftler an der University of Southern California in Los Angeles.

Bauingenieure argumentierten schon seit Jahren, daß Sedimente bei starken Erdbeben anders als bei schwachen reagieren. Während kleiner und gemäßigter Vorbeben kann weicher Boden – Sand, Landauffüllung und lose Erde – ein Beben bis zum Dreifachen oder mehr verstärken. Laborstudien deuten allerdings darauf hin, daß die Verstärkung umso geringer wird, je stärker die Erschütterungen sind. Die Ingenieure haben diese nichtlineare Reaktion in ihren Bauvorschriften berücksichtigt. Viele Seismologen haben aber die Besorgnis darüber zum Ausdruck gebracht, daß Simulationen im Labor einfach auf die reale Welt übertragen wurden. Das Erdbeben in Northridge im Januar 1994 lieferte Edward Field und seinen Kollegen die erforderlichen Daten, um diese Kontroverse beizulegen.

Fields Team prüfte Unterlagen über Erdbewegungen, die von 21 seismischen Stationen über das Northridge-Erdbeben, dessen Haupterschütterung die Stärke 6-7 auf der Richterskala erreichte, aufgezeichnet wurden, sowie von 184 Nachbeben. Im Verlaufe kleinerer Nachbeben war die durchschnittliche Erschütterungsintensität bei Stationen auf Sedimenten 1,4 bis 3,1 mal so hoch wie bei Stationen auf felsigem Grund. Während des Hauptbebens waren die Erschütterungen im Sediment jedoch nie um mehr als den Faktor 1,9 größer. „Wenn der Boden weniger stark schwankt, verhalten sich Sedimente wie winzige Federn”, die die Wellen verstärken, sagt Field. Intensive Erschütterungen können die elastischen Kräfte zwischen den einzelnen Körnern unterbrechen, und das kann dazu führen, daß ein Teil der Wellenenergie absorbiert wird, wenn sie aneinander reiben.

„Dies ist eine hervorragende Arbeit”, sagt der Geophysiker Thomas Heaton vom California Institute of Technology in Pasadena. „Die Ingenieure haben richtig erkannt, daß Sedimente die Erschütterungen in einigen Fällen verringern, jedoch nicht immer.” Tatsächlich warnen Heaton und Field davor, die Ergebnisse zu stark zu verallgemeinern. Die trockene, steife Erde des Los Angeles-Beckens verhält sich deutlich anders als der Schlamm um die Bucht von San Francisco oder der Lehm von Mexico City. Nach Ansicht von Fields sollten Ingenieure das Gelände von Fall zu Fall untersuchen.

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