Wie Erdbeben entstehen
Verfasst von Viktor Jonas · Lesezeit etwa 6 Minuten
Der Herd liegt in der Tiefe, das Epizentrum ist nur der Punkt senkrecht darüber. Die Wellen laufen kreisförmig nach außen.
Erdplatten gleiten nicht sanft aneinander vorbei. Sie verhaken sich. Über Jahre und Jahrzehnte schiebt der Antrieb aus der Tiefe weiter, das Gestein verformt sich elastisch wie ein gespannter Ast — und irgendwann hält es nicht mehr. Dann ruckt alles auf einmal in die Position, die es längst hätte haben sollen. Dieser Ruck ist das Erdbeben.
Hypozentrum — der Ort in der Tiefe, an dem der Bruch beginnt. Auch Herd genannt.
Epizentrum — der Punkt an der Oberfläche senkrecht über dem Herd.
P-Welle — die schnellste Welle, eine Druckwelle. Sie kommt zuerst an und ruckelt nur kurz.
S-Welle — die langsamere Scherwelle. Sie schüttelt seitlich und richtet den meisten Schaden an.
Verwerfung — die Bruchfläche im Gestein, entlang der sich die Blöcke verschieben.
Warum es ruckt statt zu gleiten
Entscheidend ist die Reibung. Zwei Gesteinsblöcke, die mit gewaltigem Druck aufeinandergepresst werden, haften aneinander. Die Platten bewegen sich trotzdem weiter, aber die Bewegung wird nicht an der Grenzfläche abgebaut, sondern staut sich als Verformung im Gestein ringsum auf. Man kann sich eine Türklinke vorstellen, die man langsam immer stärker herunterdrückt: Erst passiert nichts, dann gibt sie auf einmal nach.
In dem Moment, in dem die Haftreibung überschritten wird, läuft ein Riss mit zwei bis drei Kilometern pro Sekunde über die Bruchfläche. Bei einem schweren Beben kann diese Fläche Hunderte Kilometer lang sein, und der Bruch braucht dann ein bis zwei Minuten. Genau deshalb dauert ein großes Beben länger als ein kleines: Nicht weil es stärker wackelt, sondern weil der Riss weiter läuft.
Nach dem Hauptbeben ist die Spannung nicht sauber abgebaut. In der Umgebung hat sie sich sogar erhöht, und das Gestein sucht ein neues Gleichgewicht. Deshalb folgen Nachbeben — anfangs im Minutentakt, dann immer seltener. Für Rettungskräfte sind sie das größte Risiko, weil beschädigte Gebäude beim zweiten oder dritten Stoß einstürzen.
Die zwei Wellen und der Vorsprung
Beim Bruch entstehen verschiedene Wellen, und sie sind unterschiedlich schnell. Dieser Unterschied ist nicht nur Theorie, sondern rettet Leben.
| Welle | Geschwindigkeit | Bewegung | Schaden |
|---|---|---|---|
| P-Welle | etwa 6 km/s | Druck, längs | gering, kurzer Stoß |
| S-Welle | etwa 3,5 km/s | Scherung, quer | hoch |
| Oberflächenwellen | etwa 3 km/s | rollend, wellenförmig | am höchsten bei Gebäuden |
Zwischen P- und S-Welle liegen in diesem Beispiel 8 Sekunden.
Zeitdifferenz je Kilometer: 1/3,5 − 1/6 = 0,286 − 0,167 = 0,119 s/km
Entfernung: 8 s ÷ 0,119 s/km ≈ 67 km
Mit drei Messstationen lässt sich das Epizentrum eindeutig bestimmen.
Genau darauf beruhen Frühwarnsysteme. Ein Sensor nahe am Herd erkennt die harmlose P-Welle, funkt die Warnung mit Lichtgeschwindigkeit voraus — und die Stadt hat Sekunden bis zu einer halben Minute Zeit, bevor die zerstörerische S-Welle ankommt. In Japan halten in dieser Zeit die Hochgeschwindigkeitszüge an, Aufzüge fahren in die nächste Etage und öffnen, und Operationen werden unterbrochen.
💬 Mia fragt Opa Theo
Warum spürt man ein Beben auf der einen Seite der Stadt stärker als auf der anderen?
Meist wegen des Untergrunds. Auf festem Fels läuft die Welle durch. Auf lockerem Sand oder altem Seeboden wird sie langsamer und dafür größer — wie Wasser, das in flacher werdendem Wasser zur Welle aufläuft.
Kann man Erdbeben vorhersagen wie das Wetter?
Nein, und darüber sind sich die Fachleute einig. Man kann sagen, wo und mit welcher Wahrscheinlichkeit in den nächsten Jahrzehnten. Den Tag und die Uhrzeit kann niemand nennen. Deshalb setzt man auf Bauweise und Warnung statt auf Prophezeiung.
Typische Fehler
- Magnitude und Intensität verwechseln
- Die Magnitude beschreibt die Energie am Herd, es gibt sie nur einmal pro Beben. Die Intensität beschreibt die Wirkung an einem Ort und ist überall anders.
- „Stufe 8 ist doppelt so stark wie Stufe 4."
- Die Skala ist logarithmisch: Eine Stufe mehr bedeutet etwa die 32-fache Energie. Zwischen 4 und 8 liegt rund das Millionenfache.
- „Türrahmen sind sicher."
- Ein veralteter Rat aus der Zeit, als Häuser anders gebaut wurden. Empfohlen wird heute: hinlegen, unter einen stabilen Tisch, festhalten.
- Erdbebenwetter
- Es gibt keinen Zusammenhang zwischen Wetter und Beben. Die Vorgänge laufen Kilometer tief im Gestein ab.
Eine Station registriert die P-Welle um 10:04:12 Uhr und die S-Welle um 10:04:27 Uhr. Wie weit ist das Epizentrum entfernt? Rechne mit 6 km/s und 3,5 km/s. Warum reicht eine einzige Station nicht, um den Ort zu bestimmen?
Lösung anzeigen
Zeitdifferenz: 27 s − 12 s = 15 s
Zeitdifferenz je Kilometer: 1/3,5 − 1/6 ≈ 0,119 s/km
Entfernung: 15 s ÷ 0,119 s/km ≈ 126 km
Eine Station liefert nur die Entfernung, also einen Kreis mit 126 km Radius um die
Station. Erst drei Kreise von drei Stationen schneiden sich in einem Punkt — das ist
das Epizentrum.
Warum nicht Beben töten, sondern Gebäude
Der Satz klingt hart, ist aber der Kern der Erdbebensicherheit. Ein Beben der Magnitude 7 kann in einem Land mit strengen Bauvorschriften wenige Opfer fordern und in einem anderen Zehntausende. 2010 bebte es in Haiti mit 7,0 und in Chile wenige Wochen später mit 8,8 — also mit rund der 500-fachen Energie. In Chile starben einige hundert Menschen, in Haiti mehr als hunderttausend. Der Unterschied lag nicht in der Physik, sondern in der Bauweise.
Erdbebensicher bauen heißt vor allem: Das Gebäude darf sich bewegen, ohne zu brechen. Stahlbeton mit ausreichender Bewehrung kann sich verformen und wieder zurückfedern. Ungebrannte Lehmziegel oder schlecht verbundenes Mauerwerk können das nicht — sie sind steif und spröde und fallen in sich zusammen. Moderne Hochhäuser in Tokio stehen auf Gleitlagern oder enthalten riesige Pendelmassen, die der Bewegung entgegenschwingen.
Dazu kommt der Untergrund. Lockere, wassergesättigte Sande können bei starker Erschütterung ihre Festigkeit verlieren und sich kurzzeitig wie eine Flüssigkeit verhalten. Gebäude sinken dann ein oder kippen, obwohl sie selbst unbeschädigt sind. Deshalb gehört eine Baugrunduntersuchung in Erdbebengebieten genauso zur Planung wie die Statik.
Rund eine halbe Million Erdbeben werden jedes Jahr weltweit gemessen. Etwa hunderttausend davon sind überhaupt spürbar, und rund hundert richten Schaden an. Der weitaus größte Teil bleibt unbemerkt — die Erde ruckelt ununterbrochen vor sich hin.