Die Intensität VII. Nicolas Deichmann, Donat Fäh, Domenico Giardini Schweizerischer Erdbebendienst, ETH-Zürich

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1 Die ntensität Nicolas Deichmann, Donat Fäh, Domenico Giardini Schweizerischer Erdbebendienst, ETH-Zürich Markus Weidmann, Büro für Erdwissenschaftliche Öffentlichkeitsarbeit, Chur X X 1 Faktenblatt zum Thema «Erdbeben im Kanton Zürich» der Gebäudeversicherung Kanton Zürich (GZ) Zweite überarbeitete Ausgabe / November 2003

2 Die ntensität - ein Mass für die Auswirkungen Ursache 1 Ursache: Erdbeben 2 Auswirkung 3 ntensitätsskala Auswirkung 4 ntensität m Erdinnern sich ausbreitende Erdbebenwellen führen dazu, dass es an der Erdoberfläche in einem gewissen Gebiet zu plötzlichen und raschen Bodenbewegungen kommt; diese bezeichnet man als Erdbeben. nnerhalb dieses Gebietes hat das Erdbeben an verschiedenen Orten meist unterschiedliche direkte und indirekte Auswirkungen auf Menschen, Bauwerke und Umwelt. A B Mit der ntensitätsskala ordnet man den Auswirkungen an einem bestimmten Standort (Ortschaft, Region) einen ntensitätswert (oder einfach: eine ntensität) zu. Die ntensitätsskala ist also eine Art «Massstab für Auswirkungen eines Erdbebens». X X X X Die ntensität gibt an, welchen Grad die Auswirkungen an einem bestimmten Standort innerhalb des vom Erdbeben betroffenen Gebietes haben. in C: X in A: X in B: Bei der ntensität geht es also - im Gegensatz zur Magnitude - um ein Mass für die Auswirkungen des Erdbebens. Oder präziser gesagt: um den Grad der Auswirkungen an einem bestimmten Standort. Welchen Grad die Auswirkungen des Erdbebens an einem bestimmten Standort erreichen, hängt in erster Linie ab von: der Stärke des Erdbebens (Magnitude) der Distanz zwischen dem Standort und dem Erdbebenherd (Hypozentrum) dem Erdbebenverhalten des lokalen Untergrundes C 2

3 on den Auswirkungen zur ntensität Die Auswirkungen eines fiktiven Erdbebens in Graubünden Wie bestimmt man aufgrund von Auswirkungen ntensitäten, wie entsteht eine sogenannte «Makroseismische Karte»? Anhand eines fiktiven Erdbebens mit Magnitude 5 und Epizentrum in Mittelbünden soll dies erläutert werden (das Epizentrum ist jener Punkt an der Erdoberfläche, welcher sich senkrecht über dem Erdbebenherd (Hypozentrum) im Erdinnern befindet). Das Erdbeben hatte an verschiedenen Orten innerhalb und ausserhalb Graubündens Auswirkungen: n A, B: An vielen Häusern solider Bauart traten mässige Schäden auf. ornehmlich bei Gebäuden in schlechterem Zustand kam es zu größeren Mauerrissen und Einsturz von Zwischenwänden. n C, D, E: An vielen Häusern, vornehmlich in schlechterem Zustand, entstanden leichte Schäden wie feine Mauerrisse und das Abfallen von z. B. kleinen erputzteilen. Einige Gegenstände fielen um. iele Personen erschraken und flüchteten ins Freie. n F, G, H: Türen und Fenster schlugen auf oder zu. Hängende Gegenstände pendelten stark, kleine Gegenstände wurden verschoben. iele Schlafende erwachten; einige reagierten verängstigt. n, K, L, M: Das Beben wurde im Freien von einigen, in Gebäuden von vielen Personen wahrgenommen; einige Schlafende erwachten. Geschirr und Fenster klirrten, Türen klapperten. n N, O: Das Beben wurde nur von wenigen Personen in Gebäuden wahrgenommen; ruhende Personen fühlen ein leichtes Schwingen oder Erschüttern. n P, Q, R: Das Beben wurde nur sehr vereinzelt von ruhenden Personen wahrgenommen. n S, T, U: An diesen Standorten wurde das Beben nicht verspürt. S N R H G Epizentrum D L B A C E F M K O U P Q T 3

4 on den Auswirkungen zur ntensität Die ntensitätsskala Mit Hilfe einer sogenannten ntensitätsskala wird den an einem bestimmten Standort auftretenden Auswirkungen eine ntensität zugeordnet. Die Skala ist also eine Art «Massstab für Auswirkungen eines Erdbebens». Grundsätzlich gilt: je stärker der Grad der Auswirkung, desto grösser die zugeordnete ntensität. Die zwölfstufige «Europäische Makroseismische Skala 1998» (EMS-98) ist die heute in Europa offiziell gültige ntensitätsskala. Die EMS-98 beinhaltet vor allem Auswirkungen auf Lebewesen, gewöhnliche Gegenstände und Gebäude. n der EMS-98 werden ntensität bis als «schwach», «deutlich» und «stark» bezeichnet; gemeint ist damit «schwach verspürt», «deutlich verspürt» und «stark verspürt». EMS ntensität nicht fühlbar kaum bemerkbar schwach (verspürt) deutlich (verspürt) stark (verspürt) leichte Gebäudeschäden Beschreibung der maximalen Wirkungen Nicht fühlbar. Nur sehr vereinzelt von ruhenden Personen wahrgenommen. on wenigen Personen in Gebäuden wahrgenommen. Ruhende Personen fühlen ein leichtes Schwingen oder Erschüttern. m Freien vereinzelt, in Gebäuden von vielen Personen wahrgenommen. Einige Schlafende erwachen. Geschirr und Fenster klirren, Türen klappern. m Freien von wenigen, in Gebäuden von den meisten Personen wahrgenommen. iele Schlafende erwachen. Wenige reagieren verängstigt. Gebäude werden insgesamt erschüttert. Hängende Gegenstände pendeln stark, kleine Gegenstände werden verschoben. Türen und Fenster schlagen auf oder zu. iele Personen erschrecken und flüchten ins Freie. Einige Gegenstände fallen um. An vielen Häusern, vornehmlich in schlechterem Zustand, entstehen leichte Schäden wie feine Mauerrisse und das Abfallen von z. B. kleinen erputzteilen. Gebäudeschäden Die meisten Personen erschrecken und flüchten ins Freie. Möbel werden verschoben. Gegenstände fallen in großen Mengen aus Regalen. An vielen Häusern solider Bauart treten mässige Schäden auf (kleine Mauerrisse, Abfall von Putz, Herabfallen von Schornsteinteilen). ornehmlich Gebäude in schlechterem Zustand zeigen größere Mauerrisse und Einsturz von Zwischenwänden. schwere Gebäudeschäden iele Personen verlieren das Gleichgewicht. An vielen Gebäuden einfacher Bausubstanz treten schwere Schäden auf; d.h. Giebelteile und Dachgesimse stürzen ein. Einige Gebäude sehr einfacher Bauart stürzen ein. X zerstörend Allgemeine Panik unter den Betroffenen. Sogar gut gebaute gewöhnliche Bauten zeigen sehr schwere Schäden und teilweisen Einsturz tragender Bauteile. iele schwächere Bauten stürzen ein. X sehr zerstörend iele gut gebaute Häuser werden zerstört oder erleiden schwere Beschädigungen. X verwüstend Die meisten Bauwerke, selbst einige mit gutem erdbebengerechtem Konstruktionsentwurf und guter Konstruktionsausführung, werden zerstört. Die «Europäische Makroseismische Skala 1998» (EMS-98). Quelle: pb53/projekt/ems/index.html X vollständig verwüstend Nahezu alle Konstruktionen werden zerstört. 4

5 on den Auswirkungen zur ntensität Das fiktive Erdbeben in Graubünden: die zugeordneten ntensitäten Ein Erdbeben hat nie überall die gleichen Auswirkungen. Dementsprechend bezieht sich eine ntensitätsangabe immer nur auf jenen Standort (Dorf, Stadt, Region), in welchem sie den beobachteten Auswirkungen zugeordnet wurde. Sie bezieht sich also nie auf das gesamte Gebiet, welches vom Erdbeben betroffen wurde. Mit Hilfe der EMS-98-ntensitätsskala (vorhergehende Seite) wurde den Auswirkungen an den Standorten A bis U (Seite 3) folgende ntensitätswerte zugeordnet: Standort A, B: ntensität Standort C, D, E: ntensität Standort F, G, H : ntensität Standort, K, L, M: ntensität Standort N, O: ntensität Standort P, Q, R: ntensität Standort S, T, U: ntensität Standorte, denen ntensitäten zugeordnet worden sind, nennt man «ntensitätspunkte». Die nebenstehende Karte, welche solche ntensitätspunkte enthält, nennt man «Makroseismische Karte» (siehe auch Seite 7). S R G O U C P N H B A E K D F Epizentrum L M Q T 5

6 Die ntensität Wird zu einem Erdbeben eine ntensität angegeben («Das Beben hatte die ntensität»), so ist damit in den meisten Fällen die grösste beobachtete ntensität im Bereich des Epizentrums gemeint. Die ntensität jener Auswirkungen, welche im Bereich des Epizentrums (Punkt senkrecht über dem Erdbebenherd) auftreten, wird «Epizentral-ntensität» genannt. Wird zu einem Beben eine ntensitätsangabe gemacht («... das Beben hatte ntensität...»), so meint man damit in den meisten Fällen die Epizentral-ntensität. Ganz generell gilt: Die Auswirkungen eines Erdbebens sind im Bereich des Epizentrums am grössten. Das heisst: n den meisten Fällen ist die Epizentral-ntensität die grösste beobachtete ntensität. Der Grund: Die vom Erdbebenherd aufsteigenden Erdbebenwellen sind im Bereich des Epizentrums am stärksten, da dieses definitionsgemäss direkt über dem Erdbebenherd liegt. m weiteren gilt die allgemeine Regel: Je weiter sich die Erdbebenwellen vom Epizentrum aus ausbreiten, desto schwächer werden sie; dementsprechend nehmen auch die Auswirkungen des Bebens mit zunehmender Distanz vom Epizentrum ab (siehe nebenstehende Grafik). Nie sind aber die Gebiete gleicher ntensität so kreisrund und konzentrisch wie in unserem fiktiven Beispiel. Epizentrum S N T R H G L D B A C E F M K O Q U P Das fiktive Erdbeben mit Epizentrum in Mittelbünden hat (Epizentral-)ntensität. Diese Aussage bezieht sich nur auf den zentralen Bereich des Bebens, nicht aber auf das gesamte Gebiet, in welchem das Beben zu Auswirkungen (ntensität bis ) führte. Mit zunehmender Distanz vom Epizentrum nehmen die Auswirkungen des Bebens ab (schematische Darstellung); schlussendlich wird das Beben nicht einmal mehr verspürt (Gebiet mit ntensität, in welchem die Standorte S, T und U liegen). Da es definitionsgemäss ab ntensität zu Schäden kommt, wird als «Schadensfläche» jenes Gebiet bezeichnet, in welchem es zu Auswirkungen der ntensität und stärker kommt. Grundsätzlich nehmen innerhalb der Schadensfläche die Auswirkungen zu, je näher man sich beim Epizentrum befindet. m Falle unseres fiktiven Bündner Bebens beinhaltet die Schadensfläche (innerhalb der roten, gestrichelten Linie) die Gebiete mit ntensität und. 6

7 on den Auswirkungen zur ntensität: Das Beben von az GR, 1991 Sie wurden durch ein Erdbeben aufgeweckt? Wackelten in hrer Wohnung die Bilder? Oder kam es sogar zu Schäden? Der Schweizerische Erdbebendienst ist hnen sehr dankbar, wenn Sie dies melden zum Beispiel über die WebSite des Erdbebendienstes ( unter «Melden Sie ein Erdbeben». Am 20. November 1991 ereignete sich um 01:54 Uhr in Mittelbünden ein Erdbeben mit Magnitude 4.6. Sein Epizentrum befand sich im Gebiet der Gemeinde az. Der Erdbebenherd (das sogenannte Hypozentrum) lag in rund 12 Kilometern Tiefe unterhalb von az. Unmittelbar nach dem Beben verschickte der Schweizerische Erdbebendienst etwa tausend genormte Fragebogen an zahlreiche Gemeinden, um nformationen zu den Auswirkungen des Bebens einzuholen. Mit Hilfe der ntensitätsskala wies der Erdbebendienst allen verlässlichen Rückmeldungen ntensitätswerte zu. Das Ergebnis ist in untenstehender Makroseismischer Karte dargestellt. Die sogenannte «soseisten- Karte» auf der gegenüberliegenden Seite ist eine vereinfachte Darstellung der untenstehenden Makroseismischen Karte. Sie zeigt: Das Erdbeben verursachte im Epizentralgebiet (Raum az) mit ntensität die stärksten Auswirkungen. Je grösser die Distanz zum Epizentrum, desto geringer die Auswirkungen. So wurden in Chur, Arosa oder Bergün noch Auswirkungen der ntensität verzeichnet, in Disentis, Scuol oder Bellinzona ntensität. Die Makroseismische Karte für das Erdbeben von az, 20. November 1991 mit einer ielzahl von ntensitätspunkten (nur jene innerhalb der Schweizer Landesgrenzen eingetragen). Quelle: Schweizerischer Erdbebendienst, ECOS (Earthquake Catalog of Switzerland); Epizentrum verspürt nicht verspürt X 7

8 on den Auswirkungen zur ntensität: Das Beben von az GR, 1991 soseisten-karte des Erdbebens von az (1991). Diese Karte ist eine vereinfachte, generalisierte Form der Makroseismischen Karte auf der vorhergehenden Seite. Es wurden Gebiete festgelegt, in welchen die Auswirkungen in etwa gleiche ntensität erreichten. Die Gebiete sind mit Linien, so genannten «soseisten», voneinander abgegrenzt. Das Beben hatte praktisch in ganz Graubünden ntensität bis. Quelle: Mayer-Rosa, D.: Das Erdbeben vom 20. November 1991 in Graubünden ntensitätsgrad : schwach. (im Sinne von «schwach verspürt») on wenigen Personen in Gebäuden wahrgenommen. Ruhende Personen fühlen ein leichtes Schwingen oder Erschüttern. ntensitätsgrad : deutlich. (im Sinne von «deutlich verspürt») m Freien vereinzelt, in Gebäuden von vielen Personen wahrgenommen. Einige Schlafende erwachen. Geschirr und Fenster klirren, Türen klappern. ntensitätsgrad : stark (im Sinne von «stark verspürt») m Freien von wenigen, in Gebäuden von den meisten Personen wahrgenommen. iele Schlafende erwachen. Wenige reagieren verängstigt. Gebäude werden insgesamt erschüttert. Hängende Gegenstände pendeln stark, kleine Gegenstände werden verschoben. Türen und Fenster schlagen auf oder zu. Zürich Zug Disentis St.Gallen Walenstadt Thusis als Bellinzona Chur Arosa Bergün St.Moritz Scuol Epizentral-Gebiet. ntensitätsgrad : leichte Gebäudeschäden. iele Personen erschrecken und flüchten ins Freie. Einige Gegenstände fallen um. An vielen Häusern, vornehmlich in schlechterem Zustand, entstehen leichte Schäden wie feine Mauerrisse und das Abfallen von z. B. kleinen erputzteilen. ntensitätsangaben gemäss der «Europäischen Makroseismischen Skala 1998» (siehe Seite 4). 8

9 ntensität und Magnitude, Hypozentrum und Epizentrum Die Auswirkungen eines Bebens an einem bestimmten Ort sind nicht nur abhängig von der Distanz zum Epizentrum, sondern auch von der grundsätzlichen Stärke des Bebens. Das Mass für die Stärke eines Erdbebens ist die Magnitude. Sie gibt an, wieviel Energie im Erdbebenherd (Hypozentrum) freigesetzt wurde. Ganz grundsätzlich gilt: Je grösser die Magnitude eines Bebens, desto grösser sind die stärksten Auswirkungen im Bereich des Epizentrums - und somit auch die Epizentral-ntensität. Zum ergleich: schematische Darstellung eines Bebens mit Magnitude 3 (links) und eines Bebens mit Magnitude 5 (rechts). Das Beben der Magnitude 3 erreicht im Epizentralgebiet lediglich die maximale ntensität - im Gegensatz zum Beben mit Magnitude 5, welches ntensität errreicht. m weiteren ist beim Beben mit Magnitude 3 die Fläche, in welcher das Beben konkrete Auswirkungen zeigte (ntensität und grösser), viel kleiner als beim Beben mit Magnitude 6. Auch die Schadensfläche (ntensität und grösser; rote, gestrichelte Linie) ist grösser. Dies ist nicht erstaunlich, denn: Ein Beben mit Magnitude 5 setzt rund mal mehr Energie frei als ein Beben der Magnitude 3. Oder anders formuliert: es braucht Erdbeben der Magnitude 3, um gleich viel Energie freizusetzen wie eines der Magnitude 5. Magnitude 3 Magnitude 5 9

10 Kontakte Gebäudeversicherung Kanton Zürich (GZ) Thurgauerstrasse 56 Zürich-Seebach Briefadresse: Postfach, 8050 Zürich Telefon: Fax: nternet: weiterführende Literatur Markus Weidmann: Erdbeben in der Schweiz. n Zusammenarbeit mit dem Schweizerischen Erdbebendienst. erlag Desertina, Chur, Schweiz, SBN Die WebSite zum Buch: mpressum Deichmann, N. 1), Fäh, D. 1), Giardini, D. 1), Weidmann, M. 2) : Die ntensität. Faktenblatt zum Thema «Erdbeben im Kanton Zürich» der Gebäudeversicherung Kanton Zürich. 2. überarbeitete Ausgabe. GA Graubünden / GZ, ) Schweizerischer Erdbebendienst, ETH-Zürich 2) Büro für Erdwissenschaftliche Öffentlichkeitsarbeit, Chur Schweizerischer Erdbebendienst (SED) ETH Hönggerberg 8093 Zürich Tel Fax nternet: PDF-download von der WebSite der GZ ( Historische Abbildung (Frontseite / Seite 2) aus: Schweizer Rück, Historische Erdbeben in Europa Markus Weidmann Dipl. Natw. ETH (Geologe) Büro für Erdwissenschaftliche Öffentlichkeitsarbeit Goldgasse 3, 7000 Chur markus.weidmann@bluewin.ch 10