Physische Geographie kompakt

Bearbeitet vonRüdiger Glaser, Christiane Hauter, Dominik Faust, Rainer Glawion, Helmut Saurer, Achim Schulte, Dirk

Sudhaus

1. Auflage 2010. Buch. xii, 217 S. HardcoverISBN 978 3 8274 2059 6

Format (B x L): 19,3 x 26 cm

Weitere Fachgebiete > Geologie, Geographie, Klima, Umwelt > GeographieAllgemein, Naturgeographie > Physische Geographie und Topographie

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Die Wirkung endogenerKräfte

2,7 g/cm3 aufweisen. Dieses scheinbare Paradoxon lässtsich nur dann erklären, wenn im Inneren der Erdewesentlich dichtere Materie vorliegt. Meteoriten, dievornehmlich aus Eisen und Nickel bestehen, weisen eineDichte von bis zu 8 g/cm3 auf. Die Schlussfolgerung,dass auch der Kern der Erde eine ähnliche Zusammen-setzung aufweisen könnte, liegt nahe.

Das heute gültige Modell einer aus hinsichtlich phy-sikalischen und chemischen Eigenschaften unterschied-lichen Schalen aufgebauten Erde wurde vor allem durchseismologische Untersuchungen gewonnen. Dabeiwerden seismische Wellen, also Verformungen imGestein, die sich entweder als Raumwellen im Erdinne-ren oder als Oberflächenwellen entlang der Erdober-fläche ausbreiten, mithilfe von geeigneten Geräten (Seis-mographen) aufgezeichnet. Diese können auf natürlicheWeise, insbesondere bei Erdbeben, entstehen, aber auchz. B. durch Sprengungen erzeugt werden. Ihre Ausbrei-tungsgeschwindigkeit und -richtung ist von den Eigen-schaften des durchquerten Gesteins abhängig.

Für die Erforschung des Erdinneren sind insbeson-dere die Raumwellen von Bedeutung. Man unterschei-det dabei zwischen Longitudinalwellen (Kompres-sionswellen, P-Wellen), bei denen die Bodenteilchen inder Fortpflanzungsrichtung schwingen, und Transver-salwellen (Schwerwellen, S-Wellen), bei denen die

22.1 Reise zum Mittelpunktder Erde – oder wie kommtman zum Schalenbau derErde?

Lange war es für Wissenschaftler schwierig, das Erdin-nere zu erforschen. Bei einem Erdradius von ca.6 300 km konnte selbst die bis heute tiefste Bohrung aufder russischen Halbinsel Kola, die 1994 eine Tiefe von12 262 m erreichte, nur einen geringen Teil des Erdinne-ren aufschließen. Doch schon früh entwickelten dieMenschen – mutmaßlich geprägt durch die Beobach-tung von Vulkanausbrüchen und heißen Quellen – dieVorstellung, dass die Temperaturen im Erdinnerenhöher sind als an ihrer Oberfläche. Dies kommt sowohlin der mythologischen Vorstellung von der Unterwelt,die vom flammenden Fluss Pyriphlegeton umgeben ist,als auch in der christlichen Vorstellung von der Höllezum Ausdruck.

Erkenntnisse über den Aufbau der Erde stammenalso vor allem aus indirekten Quellen. Schon im 18.Jahrhundert war bekannt, dass die gesamte Erde eineDichte von 5,5 g/cm3 hat, während ihre Oberflächenge -steine wie beispielsweise Granit nur eine Dichte von

Das Kontinentale Tiefbohrprogramm KTB in Deutschland Mit dem zwischen 1990 und 1994 im oberpfälzischen Win -discheschenbach durchgeführten Kontinentalen Tiefbohr-programm sollten grundlegende Fragen zum Aufbau der Erd-kruste Mitteleuropas, insbesondere zur Entstehung desvariskischen Gebirges und damit zur Erdbebenforschungund zur Entstehung von Rohstoffen, geklärt werden. Mit derrund 10 km tiefen Bohrung wurde ein Temperaturbereich vonca. 300 °C und Gebirgsdrücke von fast 3 000 bar aufge-schlossen. In diesem Bereich ändern sich die Eigenschaften

der Gesteine. Bei Beanspruchung brechen sie nicht mehrspröde, sondern verhalten sich zunehmend plastisch.

Das Bohrloch steht heute im Rahmen des ICDP (Interna-tional Continental Scientific Drilling Program) als „geowis-senschaftliches Tiefenlabor“ für Messungen und Untersu-chungen zur Verfügung.

Weitere Bohrungen wurden vor allem im nordöstlichenDeutschland durchgeführt. Dort stand die Suche nach Erd-gasvorräten im Vordergrund.

Exkurs

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8 2 Die Wirkung endogener Kräfte2

Hieraus leitete man das Modell vom Schalenbau derErde ab. Grob wird zwischen Kruste, Mantel und Kernunterschieden. Die Erdkruste ist mit einer Dicke von ca.7–40 km im Vergleich zur Erde dünner als eine Eier-schale in Relation zu einem Ei. Unter den Ozeanen istdie Kruste nur ungefähr 7 km dick und mit ca. 3,1 g/cm3

dichter als unter den Kontinenten, wo sie bei einerDichte von ca. 2,7 g/cm3 eine Dicke von bis zu 40 kmerreicht. Nach dem Archimedischen Prinzip taucht diekontinentale Kruste dadurch weiter aus dem Erdmantelauf und treibt auf diesem ähnlich wie ein Eisberg aufdem Ozean (Prinzip der Isostasie). Wird die kontinen-tale Kruste durch eine zusätzliche Masse belastet – wiebeispielsweise durch die nordische Inlandsvereisungwährend der letzten Eiszeit –, taucht sie durch denDruck dieses Gewichtes weiter in den Erdmantel ein.Verliert sie an Masse – man könnte hier analog an dieGletscherschmelze am Ende des Pleistozäns denken –,hebt sie sich wieder aus dem Erdmantel heraus. Durchdiese glazialisostatische Ausgleichsbewegung habensich Teile Skandinaviens seit dem Ende der letzten Eis-zeit um bis zu 275 m gehoben und weisen noch heuteHebungsraten von knapp 1 cm/Jahr auf (Ahnert 2003).

Die Erdkruste wird durch die Mohorovičić-Diskon-tinuität (kurz Moho) vom Erdmantel getrennt, der einehöhere Dichte (ca. 3,3 g/cm3) aufweist. Innerhalb desErdmantels erreichen sowohl P- als auch S-Wellen in ca.100–400 km Tiefe ein ausgeprägtes Geschwindigkeits-minimum. Dies deutet auf eine höhere Plastizität derdort liegenden Gesteine hin. Man bezeichnet diesenTeilbereich des oberen Erdmantels als Asthenosphäre.Die darüber liegenden starreren Schichten der Krusteund des oberen Erdmantels werden dagegen als Litho-sphäre bezeichnet. Der untere Erdmantel wird in2 900 km Tiefe durch die Wiechert-Gutenberg-Dis kon -tinuität vom flüssigen äußeren Erdkern getrennt, der zuhohen Anteilen aus Eisen und Nickel besteht. In ihm fin-den permanent relativ schnelle Konvektionsbewegun-gen statt, die durch die Beteiligung von Ladungsträgernelektrische Ströme erzeugen und so als „Geodynamo“das Magnetfeld der Erde bedingen. Dies sorgt dafür, dasswir uns mithilfe eines Kompasses orientieren können,da sich die metallische Kompassnadel immer entlangdes Erdmagnetfeldes ausrichtet. Ab einer Tiefe von ca.5 100 km ist der Druck so hoch, dass das Material in denfesten Aggregatzustand „zusammengepresst“ wird. Beidiesem Phasenübergang wird – ähnlich wie bei der Kon-densation von Wasser – Energie frei, die die Konvek-tionsströme im Erdinnern antreibt (Press und Siever2008, Bauer et al. 2004, Schellmann 2007).

Schwingungsrichtung senkrecht auf die Ausbreitungs-richtung steht (Abb. 2.1). Während sich S-Wellen nur inFestkörpern ausbreiten können, sind P-Wellen in derLage, sich sowohl in fester als auch in flüssiger oder gas-förmiger Materie auszubreiten.

Seismologische Untersuchungen ergaben, dass sichLongitudinalwellen durch den Erdkern hindurch aus-breiten können, während Transversalwellen nicht in derLage sind, diesen zu durchqueren. Dies deutet daraufhin, dass zumindest der äußere Bereich des Erdkernsflüssig sein muss.

Außerdem wurden Diskontinuitätszonen registriert,in denen es bei beiden Wellentypen zu abruptenGeschwindigkeitsänderungen kommt. Dies kann miteinem plötzlichen Wechsel des Materials oder des Aggre-gatzustandes erklärt werden.

P-Welle

S-Welle

Rayleigh-Welle

Love-Welle

Kompression

Dilatation

Wellenlänge

Abb. 2.1 Seismische Wellen (Fortpflanzungsrichtung von linksnach rechts) (nach Lexikon der Geowissenschaften Band 4).

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g Zum Weiterdenken

1. Schlagen Sie in einem geeigneten Lehrwerk die Bedeu-tung des Begriffs „geothermischer Gradient“ nach.

2. Welche Arten von Ausgleichsbewegung außer der glazi-alisostatischen Hebung bzw. Senkung wären noch denk-bar?

2.2 Vom globalen Puzzle zur Plattentektonik

Schon seit dem 16. und 17. Jahrhundert war Naturwis-senschaftlern aufgefallen, dass die Umrisse der Konti-nente auf beiden Seiten des Atlantiks wie Puzzleteileineinander passen. Daraus und aus der Beobachtung,dass auch geologische Strukturen, Fossilien und glazialeAblagerungen auf den gegenüberliegenden Kontinentensich am besten erklären lassen, wenn man einen zu -sammenhängenden Großkontinent (Pangaea) an nimmt,entwickelte Alfred Wegener 1912 die Theorie der Konti-

nentalverschiebung. Danach driften die spezifischleichteren Kontinente (Sial, benannt nach der Zusam-mensetzung überwiegend aus Silikaten und Alumi-nium) über das schwerere Sima (von Silikaten und Mag-nesium), das am Ozeanboden an die Oberfläche tritt.Diese Theorie wurde von Geologen u. a. wegen derunzureichenden Erklärung der Antriebsmechanismenzunächst abgelehnt, dann aber in den 1960er Jahren auf-grund von neueren Erkenntnissen bei der Erforschungder Geologie der Ozeane in modifizierter Form als The-orie der Plattentektonik neu „aufgelegt“. Danachbesteht die Lithosphäre aus sechs Großplatten und meh-reren kleinen Platten (Abb. 2.3), die – im Gegensatz zumPostulat Wegeners – sowohl kontinentale als auch ozea-nische Kruste umfassen können. Diese starren Plattenbewegen sich auf der darunter liegenden plastischenAsthenosphäre mit Geschwindigkeiten von ca. 1–10 cmpro Jahr (Wilhelmy 2004, Schellmann 2007).

An den Plattengrenzen kann es zu verschiedenenProzessen kommen (Abb. 2.4):1. An divergierenden oder konstruktiven Plattenrän-

dern entfernen sich die Platten voneinander. Durchaufsteigendes Mantelmaterial bildet sich neuer Oze-

22.2 Vom globalen Puzzle zur Plattentektonik 9

mittlereTiefe[km]

basalti-scheOzean-kruste

8–10

Ozeane

Gliederung desErdinneren,Erdschalen

Gliederungvon Erdkrusteund Erdmantel

stofflicheZusammen-setzung

Zustand der Materie

obereErdkruste(Sial)

untereErdkruste(Sima)

unterer Erdmantel(evtl. 2. Konvek-tionszone)

äußerer Erdkern

innerer Erdkern

Lithosphäre

Asthenosphäre(Konvektionszone)

bis

zu c

a. 1

00 k

m

Sedimente,Granite,Gneise,saure Silikat-gesteine

Gabbro,basischeSilikatgesteine

Peridotit

Druckoxide

Hochdruckoxide

metallisch

metallisch

fest

fest

fest

fest

Übergangszone

fest (oder plastisch)

flüssig

fest

10–20

30–50

100

∼670

2 900

5 000

5 160

fließfähig(plastisch,1–10 cm/a)

ultrabasischeGesteine

Übergangszone

400

Kontinente

Conrad-Diskontinuität

Moho-Diskontinuität

obererErdmantel

Wiechert-Gutenberg-Diskontinuität

Abb. 2.2 Schalenbau der Erde (nach Schellmann 2007).

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anboden (sea-floor-spreading), es entsteht ein mittel-ozeanischer Rücken. Island ist beispielsweise ein Teildes Mittelatlantischen Rückens, der sich durch dasAufsteigen von heißem Mantelmaterial (Hot Spot,Abschnitt 2.4) über den Meeresspiegel erhebt. Gra-benstrukturen auf den Kontinenten (Rift-Valleys) wiebeispielsweise der Ostafrikanische Graben stellen dieAnfangsstadien solcher divergierender Plattengren-zen dar.

2. Wenn sich Litosphärenplatten an einem Kontinental-rand aufeinander zu bewegen (konvergierende oderdestruktive Plattengrenze) taucht entlang von Tief-seerinnen die schwerere ozeanische Platte unter dieleichtere kontinentale ab (Subduktion). Der Ozean-boden inklusive seiner Sedimente und der Rand desKontinentes werden zu einem Gebirge zusammen-gestaucht. Die Anden sind beispielsweise auf dieseWeise entstanden. Auch bei der Konvergenz von zweiozeanischen Platten findet Subduktion statt, auchhier entstehen Tiefseegräben wie z. B. der Marianen-graben am Westrand des Pazifiks, der mit 11 000 mTiefe die Höhe des Mt. Everest übertrifft. Durch Auf-

10 2 Die Wirkung endogener Kräfte2

schmelzen der Lithosphäre unter größerem Druckkommt es zu Vulkanismus, es entsteht ein Inselbo-gen wie etwa die Alëuten. Bei einer Kontinent-Konti-nent-Kollision findet keine Subduktion statt, hierkommt es zu einer Verdopplung der Erdkruste. Aufdiese Weise, nämlich durch die Kollision der Indi-schen mit der Eurasischen Platte ist das höchsteGebirge der Welt, der Himalaja, entstanden und ausder Kollision der Afrikanischen mit der EurasischenPlatte die Alpen.

3. An Transformstörungen gleiten Platten aneinandervorbei, ohne dass dabei Lithosphäre vernichtet oderneu gebildet wird. Dabei können schwere Erdbebenauftreten. Die San-Andreas-Störung, an der die Pazi-fische an der Nordamerikanischen Platte entlanggleitet, verläuft in der Nähe der Millionenstädte SanFrancisco und Los Angeles (Abb. 2.5).

Im Gegensatz zur Theorie der Kontinentalverschiebungstellen nach der Plattentektonik nicht die Kontinental-ränder, sondern die Plattengrenzen die tektonischenAktivzonen der Erde dar. Man unterscheidet deswegen

mittelozeanische Rücken Subduktionszonen Zahlen: Bewegungsbeträge in cm/a

?

EurasischePlatte

Nordamerika-Nordamerika-Nordamerika-nische Plattenische Plattenische Platte

Indo-Australische PlatteIndo-Australische PlatteIndo-Australische Platte

KaribischeKaribischeKaribischePlattePlattePlatte

Juan-de-Fuca-Platte

Cocos-Platte

Nazca-Platte

Scotia-PlatteScotia-PlatteScotia-Platte

Philippi-Philippi-Philippi-nischenischenischePlattePlattePlatte

Antarktische Platte

AfrikanischePlatte

ArabischeArabischeArabischePlattePlattePlatte

Neu-Hebriden-Graben

Tonga-Graben

Kermadec-Graben

Carlsberg-Rücken

Chile-Rücken

vermuteteGrenze

18,3

10,33,3

7,7

5,7

3,7

7,1

10,5

10

8

7,2

17,2

7,4

11,1

10,1

6,0

11,7

1,3

1,76,2

2,5

2,0

2,0

3,75,4

4,1

3,0

2,5

2,3

3,0

1,8

11

Eurasische Platte

Pazifische Platte

Atlantisch-Indischer Rücken

Ostafri

kanis

ches

Graben

syste

m

Reyk

jane

s-Rü

cken

Mittelatlantischer RückenPeru-Chile- Graben

OOOsssttt

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hhhwwweeellllll

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Pazifisch-Antarktischer Rüc

ken

SSSüüüdddooossstttiiinnndddiiisssccchhheee SSSccchhhwwweeelllllleee

Java-Graben

Mariane

n-G

rabe

n

Ryuky

u-Gra

ben

Ryuky

u-Gra

ben

Ryuky

u-Gra

ben

Kurilen-Graben

Kurilen-Graben

Kurilen-Graben

AAAlll˙̇̇eeeuuuttteeennn---GGGrrraaabbbeeennn

5,4

Südamerika-nische Platte

Abb. 2.3 Plattentektonische Gliederung der Erde (nach Bolt 1995, Bahlburg und Breitkreuz 2008 u. a.).

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aktive Kontinentalränder, die mit Plattengrenzen zu -sam menfallen, und passive Kontinentalränder, dieinnerhalb von Lithosphärenplatten liegen.

Die Antriebskräfte der Plattenbewegungen sind bisheute nicht im Detail geklärt. Lange ging man davonaus, dass die Platten durch die Bewegung des zäh-plasti-schen Magmas im Bereich des Erdmantels (Konvek-tionsströmungen) angetrieben werden. Diese Strö-

mungen beziehen ihre Energie aus dem Erdinneren undumfassen nach neueren Erkenntnissen den gesamtenBereich des Erdmantels. Heute hingegen scheint eswahrscheinlich, dass die Platten nicht passiv durch Kon-vektionsströmungen bewegt werden, sondern insbeson-dere durch den Zug, den das Abtauchen der ältesten unddichtesten Bereiche von Lithosphärenplatten ausübt(slab pull). Der Druck durch aufdringendes Magma an

22.2 Vom globalen Puzzle zur Plattentektonik 11

Erdm

ante

l mit

ober

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nd v

erm

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em u

nter

em K

onve

ktio

nssy

stem

6 370Tiefe [km] 670 5 1602 900100 400

Pazi

f isc

her

Oze

an

Anden

Südamerika

AtlantischerOzean

AfrikanischePlatte

1–2 cm/aAmeri

kanisc

he Platte

Pazi

fisch

ePl

atte

(Naz

caPl

atte

) Tiefsee-Tiefsee-Tiefsee-grabengrabengraben sek. Magma-sek. Magma-sek. Magma-

kammerkammerkammer

Lithosphäre (Erdkruste + Mantelanteil)

Asthenosphäre (bis in max. 400 km Tiefe)

subduzierteLithosphäre

untererErdmantel

ÜÜÜbbbeeerrrgggaaannngggssszzzooonnneee

innerer Kern(fest)(m

itKo

nvek

tions- strömungen)

äuße

rer K

ern

Erdbeben (Wadati-Benioff-Zone)TransformstörungenSubduktionszonepassiver Kontinentalrandaktiver Kontinentalrand

aufsteigendesaufsteigendesaufsteigendesMagmaMagmaMagma

?

?

(MORB*)

∼∼∼9 cm/a9 cm/a9 cm/a

kontinentale

Erdkru

ste

Mitt

elat

lant

isc

he

rRücken

MMMaaagggmmmeeennnhhheeerrrddd

1

2

3

4

2

1 3

3

4

*MORB = Mittelozeanische Rücken-Basalte Abb. 2.4 Vorgänge an Plattengrenzen(nach Wyllie 1976).

Abb. 2.5 Versatz eines Gartenzaunsan der San-Andreas-Störung. Der Versatz ist das Ergebnis des Erdbebensvon 1906, das u. a. San Francisco zer-störte (Foto: R. Glaser).

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mittelozeanischen Rücken (ridge push) ist demnachweniger bedeutend. Die Platten werden also durch ihreigenes Gewicht in die Tiefe gezogen, während das sea-floor-spreading auf einem passiven Aufstieg von Mantel-material an denjenigen Stellen beruht, an denen diePlatten auseinandergezogen werden.

Die Theorie der Plattentektonik wird durch zahlrei-che Indizien belegt. Bei der Entwicklung der Theoriewaren insbesondere Untersuchungen zur Magnetisie-rung des Ozeanbodens bedeutend. Wenn Lava nacheinem Vulkanausbruch auskristallisiert, richten sich diein ihr enthaltenen eisenhaltigen Minerale entsprechend

12 2 Die Wirkung endogener Kräfte2

des Erdmagnetfeldes aus. Da es in diesem im Laufe derErdgeschichte immer wieder zu Umpolungen gekom-men ist, finden sich in über längere Zeit aktiven Vulka-nen übereinander liegende Schichten unterschiedlicherMagnetisierung. Bei der Erforschung des Ozeanbodenswurden ausgehend von mittelozeanischen Rücken sym-metrisch angeordnete Streifen mit inverser Polarisie-rung entdeckt. Dies deutet ebenso wie die mit größeremAbstand vom mittelozeanischen Rücken abnehmendeorganische Sedimentschicht, die aus abgestorbenenMeereslebewesen besteht, auf ein mit der Entfernungzum mittelozeanischen Rücken zunehmendes Alter des

Sibirien

AustralienAntarktis

Indien

Arabien

AfrikaSüd-amerika

Nordchina

SüdchinaNord-amerika

Europa

dien

bienTETHYS

PANGAEA

GONDWANA

PANTHALASSA

Asien

Australien

IndienIArabien

Afrika

Süd-amerika

Süd-afrika

Nord-amerika

Europa

PAZIFISCHER

OZEAN

ATLANTISCHER

OZEAN

INDISCHER

OZEAN

Eurasien

Afrika

Antarktis

Süd-amerika

Nord-amerika

West-atlan-tischerGraben

Südaus-tralischer

Graben

ZentralindischerGraben

PAZIFISCHER

OZEAN

ATLANTISCHER

OZEAN

a PANGAEA, ältere Trias, 237 Ma

b die Erde heute

c in 50 Millionen Jahren

Abb. 2.6 a) Der Superkontinent Pangaea in der älteren Trias vor ca.

237 Mio. Jahren (nach http://www.scotese.com/newpage8.htm). b) Die

Welt heute (nach http://www.scotese.com/modern.htm). c) Die Welt

in 50 Mio. Jahren (nach http://www.scotese.com/future.htm).

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Ozeanbodens hin. Diese Befunde werden auch durchBohrkerne bestätigt, die ein zunehmendes Alter derunter dieser Sedimentschicht liegenden vulkanischenGesteine ergaben (Press und Siever 2008, Bauer et al.2004).

Mithilfe der genannten sowie weiteren Indizien las-sen sich die Plattenbewegungen der Vergangenheitrekonstruieren. So konnte beispielsweise bestätigt wer-den, dass – wie schon Wegener ansatzweise postulierthatte – am Beginn des Mesozoikums alle Kontinentezum Großkontinent Pangaea vereinigt waren. ZuBeginn des Jura ist dieser „Superkontinent“ ausein-andergebrochen und die Welt, wie wir sie heute kennen,ist entstanden. Wenn man davon ausgeht, dass dieLithosphärenplatten ihre derzeitigen Bewegungen fort-setzen, wird in der Zukunft Europa mit Afrika kollidie-ren, wobei das „Mittelmeergebirge“ entsteht und auchAustralien und Südostasien werden zusammenrücken.Kalifornien könnte dann nordwärts an Nordamerikavorbeigleiten und in ca. 50 Millionen Jahren ungefährvor der Küste Alaskas liegen (Abb. 2.6) (Scotese 2008).

Die Entwicklung der Theorie der Plattentektonikhatte für die Geologie eine ähnliche Wirkung wie dieRelativitätstheorie für die Physik oder die Entdeckungder DNA für die Biologie. Sie stellt eine Synthese dar, dieschlüssige Erklärungsansätze für zahlreiche Phänomenewie das räumliche Auftreten von Vulkanismus und Erd-beben, aber auch Erklärungsansätze für Prozesse wie dieGebirgsbildung gibt. Dementsprechend ist sie für unter-schiedliche Wissenschaften anwendungsrelevant. AlsBeispiel sei hier die Wirtschaftsgeologie genannt, woman sich durch Vergleich von Rohstoff führendenSchichten auf Kontinenten, die vor dem Aufbrechen desGroßkontinents Pangaea zusammenhingen, Hinweiseauf weitere Rohstoffvorkommen erhofft (Press und Siever 2008).

g Zum Weiterdenken

1. Listen Sie die Unterschiede zwischen der Kontinental-verschiebungstheorie von Alfred Wegener und der Theo-rie der Plattentektonik auf.

2. Informieren Sie sich über weitere regionale Beispiele fürkonvergierende Plattengrenzen, divergierende Platten-grenzen und Transformstörungen.

3. Wieso sind die verschiedenen mit der Theorie der Plat-tentektonik zusammenhängenden Hypothesen immernoch so umstritten?

4. Welche Parameter muss man kennen, um eine Karte wiein Abb. 2.6c zu erstellen?

2.3 Bewegende Fakten – Erdbeben und ihre Wirkungen

In den Bereichen, in denen verschiedene Lithosphären-platten aufeinander treffen, kommt es vermehrt zu geo-logischen Phänomenen wie Vulkanismus und Erdbeben(Abb. 2.7).

Erdbeben gehören wegen ihres plötzlichen Auftretensund der fehlenden Vorhersagbarkeit zu den verheerend-sten Bedrohungen für den Menschen. Nach der Scher-bruchhypothese entstehen Erdbeben an Grenzflächenvon Gesteinsblöcken, die einen unterschiedlichen Bewe-gungsimpuls aufweisen. Wenn die Gesteinsblöcke – beispielsweise durch überlagernde Gesteine – an derBewegung gehindert werden, entsteht ein Reibungs-widerstand, der die Gesteine „zusammenhält“. DieBewegungsenergie führt aber dazu, dass sich im GesteinSpannungen aufbauen. Wenn nach einer gewissen Zeit-spanne durch andauernde entgegengesetzte Bewegungdie Spannungskräfte den Reibungswiderstand überwin-den, kommt es zu einem Bruch, seismische Wellen ent-stehen (Abschnitt 2.1) und es kommt zu einem Erdbe-ben. Dabei wird der in der Tiefe liegende Erdbebenherdals Hypozentrum bezeichnet. Am senkrecht darübergelegenen Punkt der Erdoberfläche, dem Epizentrum,hat das Erdbeben die größten Auswirkungen.

Will man die Stärke eines Erdbebens bestimmen, sokann man sich an verschiedenen Parametern orientie-ren. Die allgemein bekannte Richter-Magnitude wirddurch physikalische Messergebnisse bestimmt. Dabeiwird anhand der Amplitude der Erdbebenwellen aufdem Seismographen sowie der Entfernung zum Erdbe-benherd, die aus dem Zeitintervall zwischen dem Ein-treffen der verschiedenen Typen von seismischen Wellenermittelt wird, ein Wert auf einer logarithmischen Skalabestimmt. Dieser ist dann unabhängig vom Abstandzum Zentrum des Bebens an allen seismischen Statio-nen weitgehend gleich. Ein solcher Wert lässt aber nichtunbedingt Rückschlüsse auf die tatsächliche Zerstö-rungswirkung eines Bebens zu, da beispielsweise starkeBeben, die weit entfernt von besiedeltem Gebiet statt-finden, weniger verheerend wirken. Daher wurdenaußerdem sogenannte Intensitätsskalen geschaffen, dieauf der subjektiven Wahrnehmung der Zerstörungberuhen. Die älteste hiervon, die Mercalli-Skala, wurdeentsprechend der Bedingungen in verschiedenen Län-dern modifiziert. In Europa ist beispielsweise die 1998erarbeitete Europäische Makroseismische Skala inGebrauch.

Im 20. Jahrhundert starben weltweit pro Jahr durch-schnittlich 13 000 Menschen bei Erdbeben (Abb. 2.8).Dabei ist die Energie des Bebens nicht unbedingt der

22.3 Bewegende Fakten – Erdbeben und ihre Wirkungen 13

Glaser01-02.qxd:Musterlayout 12.03.2010 13:43 Uhr Seite 13

entscheidende Faktor für das Ausmaß der Auswirkun-gen. Neben der Beschaffenheit des Untergrunds und derschon erwähnten Besiedlungsdichte im Erdbebengebietspielt auch die Verwundbarkeit (Vulnerabilität) derBevölkerung eine starke Rolle (Kapitel 13). Neben denprimären Gefahren, die von Erdbeben ausgehen wieBruchbildung und Bodenbewegungen, werden durchErdbeben auch sekundäre Gefahren ausgelöst. Hierzugehören insbesondere die verschiedenen Formen von

gravitativen Massenbewegungen, z. B. Rutschung undBodenverflüssigung. Auch von Seebeben ausgelöste Tsu-namis sind hier zu nennen (Exkurs „Tsunamis“). InStädten kommt es durch beschädigte Gas- und Elektro-leitungen häufig zu Bränden, die durch die gestörteWasserversorgung nur schwer gelöscht werden können.Die meisten der ca. 3 000 Opfer des bekannten Erdbe-bens von San Francisco im Jahr 1906 kamen durchBrände ums Leben.

14 2 Die Wirkung endogener Kräfte2

Abb. 2.7 a) Verbreitung von Vulkanismus und b) Erdbeben (verändert nach NOAA, National Geophysical Data Center 2004).

a)

b)

Glaser01-02.qxd:Musterlayout 12.03.2010 13:43 Uhr Seite 14

22.3 Bewegende Fakten – Erdbeben und ihre Wirkungen 15

Abb. 2.8 Erdbeben-Memorial in Kobe.Das Erdbeben von Kobe 1995, das rund6 500 Tote forderte und als eines der teuersten Schadensereignisse gilt, wirdin Kobe an exponierter Stelle in einemMemorial gewürdigt. Im Vordergrundsieht man Teile der damaligen Ufer-straße, die durch das Erdbeben zerstörtwurde und abgesunken ist. Im Hinter-grund stehen Gedenk- und Informa-tionstafeln (Foto: R. Glaser).

TsunamisDurch starke Erdbeben unter den Ozeanen (Seebeben) kannes zu ruckartigen Vertikalverschiebungen auf dem Meeres-boden kommen. Dadurch werden große Massen des da -

rüberliegenden Meerwassers verdrängt. Die so entstehen-den Meereswellen können auf dem offenen Ozean kaumwahrgenommen werden. Sie breiten sich mit hohen

Exkurs

Wellen-höhe

10 km 20 km200 km

Abnahmeder Wellenlänge konstante Wellenlänge

4000 m

50 m

10 m

Welle stelltsich auf

Größenordnung

4 000200

5010

7001508036

200502010

]mk[ egnälnelleW]m[ efeiT Geschwindigkeit [km/h]

Zunahme der WellenhöheAbnahme der Geschwindigkeit

Abb. 2.9 Schematische Darstellungvon Wellenparametern bei einem starken Tsunami (nach Whelan und Kelletat 2007).

Fortsetzung

Glaser01-02.qxd:Musterlayout 12.03.2010 13:44 Uhr Seite 15

16 2 Die Wirkung endogener Kräfte2

Geschwindigkeiten aus. In flachen Küstengewässern werdensie abgebremst, wobei gleichzeitig eine gewaltige Wasser-masse mit hoher Geschwindigkeit Wasser nachschiebt.Daher wird die Welle steiler und kann so ihre zerstörerischeKraft entfalten. Am 26. Dezember 2004 ereignete sich, aus-gelöst durch ein Seebeben der Magnitude 9,2, im IndischenOzean ein Tsunami, bei dem an den Küste Sumatras, Thai-lands, Sri Lankas und Indiens insgesamt mehr als 270 000Menschen ums Leben kamen. Die maximalen Wellenhöhen

beim Auflaufen auf das Festland erreichten hier 25–35 m.Bis 2 km ins Landesinnere wurden Gebäude und Vegetationvernichtet. Da Tsunamis in den Ozeanen in einiger Ent -fernung zu den Küsten entstehen, hat man eine gewisse Vorwarnzeit. Daher besteht im Gegensatz zu Erdbeben dieMöglichkeit, Frühwarnsysteme zu installieren. Bei der Katas-trophe im Indischen Ozean war ein solches Warnsystemallerdings nicht vorhanden. Seit 2008 ist ein solches imBetrieb.

Fortsetzung

80°80°80° 120°120°120° 0°0°0° 120°120°120°

80°

0°0°0°

40°40°40°

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Abb. 2.10 Küstenregionen der Erde,die in den letzten 500 Jahren von

zerstörerischen Tsunamis betroffenwurden (nach Whelan und Kelletat

2007).

Abb. 2.11 Durch den Tsunami von2004 zerstörte Fischersiedlung in

Chennai, Indien. Die Siedlung wurdeweitgehend aufgegeben, den Betrof-

fenen bot man neuen Wohnraummehrere Kilometer vom Strand

entfernt an (Foto: R. Glaser).

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