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E-Book

Erdbeben

Eine Einführung für Geowissenschaftler und Bauingenieure

AutorGötz Schneider
VerlagSpektrum Akademischer Verlag
Erscheinungsjahr2004
Seitenanzahl253 Seiten
ISBN9783827415257
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis45,90 EUR
Jahr für Jahr verursachen Erdbeben empfindliche Personen- und Sachschäden. Diese Bedrohung kann man nur beherrschen, wenn man die gesamte Kette des Geschehens - wie bei einer Krankheit - durchschaut.

Das Buch erläutert

- die Entstehung von Erdbeben durch rasche Verschiebungen von Schollen im Erdinneren,

- die Ausbreitung der Erdbebenwellen im Untergrund,

- die Wirkung von Erdbeben durch das Zusammenspiel dieser Vorgänge mit den Eigenschaften von Bauwerken sowie

- die Erdbebensicherung durch technische Maßnahmen, wie erdbebengerechte Planung und Konstruktion, medizinische und technische Nothilfe, sowie die Versicherung der finanziellen Schäden.

Nach wie vor sind die Gefahren durch Erdbeben - auch in Mitteleuropa - hoch, weil unser Wissen über die Vorgänge und über die notwendigen Maßnahmen der Katastrophenvorsorge in der Öffentlichkeit zu wenig beachtet wird. Dieses Buch versucht, das notwendige Grundwissen über den engen Kreis der Fachleute hinaus bekannt zu machen und eine Brücke zwischen der naturwissenschaftlichen Betrachtung des Erdbebens und der technisch orientierten Behandlung des Schadens zu schlagen.

Der Autor

Prof. Dr. Götz Schneider, em. Professor für Geophysik an der Universität Stuttgart, ehemaliger Leiter des Landeserdbebendienstes Baden-Württemberg, Gründungs- und Ehrenmitglied der Deutschen Gesellschaft für Erdbebeningenieurwesen und Baudynamik. Arbeitsgebiete: Seismotektonik, Ingenieurseismologie, Naturkatastrophen, Tektonophysik. Autor mehrerer Bücher zu diesen Gebieten bei Enke, Springer und Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Aufsätze in Zeitschriften wie Zeitschrift für Geophysik, Naturwissenschaften, Tectonophysics. 

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Leseprobe
2. Beschreibung von Erdbeben (S. 81-82)

Die Entwicklung quantitativer Methoden der Erdbebenbeschreibung folgt dem allgemeinen Trend der Geschichte der Naturwissenschaften. Bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts werden die Naturwissenschaften noch sehr stark von beschreibenden Verfahren beherrscht.

Erdbeben werden in ihren Wirkungen erfasst und katalogisiert. Die ersten Instrumente zur Erfassung von Erdbeben werden als Seismoskope bezeichnet. Sie zeigen an, ob ein Ereignis bestimmter Größe stattgefunden hat. Als erstes Gerät dieser Art wird das Seismoskop nach Chang Heng betrachtet (China: 132 n. Chr., vgl. Cerutti, 1987, Lienert, 1980).

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts gab es bereits eine Vielzahl verschiedener Seismoskope (Ehlert, 1898), während gleichzeitig schon Pendelsysteme mit Registriervorrichtung, die ersten Seismographen, in verschiedenen Ländern entwickelt wurden. Etwa parallel zur Einführung seismischer Instrumente verla ¨uft im 19. Jahrhundert der Aufbau der mechanischen Grundlagen der seismischen Wellenausbreitung.

Sie dokumentiert sich in drei klassischen Darstellungen: Lamb (1904): On the propagation of tremors over the surface of an elastic solid (Zur Ausbreitung von Erschütterungen an der Oberfläche eines elastischen Festkörpers), Love (1892): Treatise on the mathematical theory of elasticity (Darstellung der mathematischen Theorie der Elastizität) und Rayleigh (1885): On waves propagated along the plane surface of an elastic solid (ü ber Wellen, die sich entlang der ebenen Oberfläche eines elastischen Festkörpers ausbreiten).

Das Lehrbuch der Seismometrie von Galitzin (1912, deutsch von Hecker 1914) zeigt den Stand der Forschung in der Seismologie vor Ausbruch des I. Weltkriegs. Die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts steht – von wichtigen Ausnahmen abgesehen – im Lichte der seismischen Wellenausbreitung: Die seismischen Wellen liefern die wesentlichen Informationen über den physikalischen Aufbau des Erdkörpers. In der 2. Jahrhunderthälfte rückt die Erforschung des seismischen Herdprozesses immer mehr in den Vordergrund: Durch die Bestimmung von Herdparametern wird der seismische Herdvorgang als tektonisches Phänomen dargestellt. Heute wird er zunehmend in das Gesamtbild der rezenten Krustendeformation eingebunden.und übernimmt die Rolle einer unstetigen Bewegung in einem vorherrschenden Feld stetiger Verformungen (vgl. Ben-Menahem, 1995).

2.1 Seismische Signale

a. Messung

Bei einer seismischen Bewegung des Untergrunds, auf dem wir leben, fehlt ein ruhendes Bezugssystem, gegen das man einen solchen Vorgang messen könnte. Für die Messung der Bodenbewegung wird deshalb ein Hilfsmittel eingesetzt, das die Feststellung einer relativen Bewegung erlaubt: das physikalische Pendel. Seine Masse bleibt im „Idealfall"" in Ruhe, während sein Gestell, das mit dem Untergrund verbunden ist, der Bodenbewegung folgen muss. Erfüllt ist diese Annahme nur dann, wenn die Frequenz der Signale höher als die Eigenfrequenz des Pendels ist.

Ein Seismometer besteht zunächst aus einem Pendel, das zur Unterdrückung von Eigenschwingungen gedämpft ist (Abb. 2.1).

Bei den ersten Seismographen wurde die Bewegung des Indikators, einer stabförmigen Verlängerung der Pendelachse, unmittelbar auf berußtem Papier registriert. Die ersten seismographischen Aufzeichnungen erfolgten mit Horizontalpendeln (Abb. 2.1a), mit denen man die Neigung von Schollen der Erdkruste erfassen wollte (v. Rebeur-Paschwitz, 1889). Man hatte damals die Vorstellung, dass meteorologische Kaltfronten durch ihren Drucksprung eine messbare Kippung von Schollen der Erdkruste bewirken könnten. Statt des erwarteten Effekts wurde an mehreren Orten in Europa ein japanisches Erdbeben registriert: Horizontalpendel reagieren auf Neigungen und auf seismische Wellen. Bei der Realisierung einer Vertikalkomponente ergaben sich zunächst technische Probleme. Die erheblichen Pendelmassen, die man zur ü berwindung der Reibung zwischen Papier und Schreibstift einsetzen musste, stellten an das Federmaterial zur Aufhängung der Pendelmasse schwer erfüllbare Forderungen hinsichtlich seiner Langzeitstabilität. Die Anbringung eines elektromagnetischen Wandlers in Form einer Kupferdrahtspule, die in das Feld eines mit dem Gestell verbundenen Permanentmagneten eintaucht, ergab die Möglichkeit, Seismometer mit wesentlich geringerenMassen auszustatten (Abb. 2.1b). Es konnten jetzt Vertikal – und Horizontalpendel mit gleichen Pendelparametern (d. h. Eigenperiode und Dämpfungsmaß, vgl. Kasten 2.A) entwickelt werden (Galitzin, 1903). Das elektrisches Signal solcher Seismometer wird einem Spiegelgalvanometer zugeführt. Ein vom Spiegel des Galvanometers reflektierter Lichtstrahl fällt auf eine mit Fotopapier bespannte Trommel. Das Problem der Reibung, wie es beim rein mechanisch arbeitenden Seismographen auftritt, entfällt beim elektrodynamischen System."
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis6
Vorwort8
1. Entstehung von Erdbeben9
1.1 Horizontalverschiebungen9
a. Kalifornien und die San-Andreas-Sto¨rung9
b. Stockwerksbau einer Scherzone25
c. Kontinentaldrift34
d. Horizontalverschiebungen außerhalb Kaliforniens36
1.2 Kompressive Tektonik40
a. Subduktion40
b. Kollision45
Exkurs Geisteswissenschaftliche Aspekte von Erdbeben mit katastrophalen Wirkungen46
c. Erdbeben und Gebirgsbildung49
1.3 Distensive Tektonik52
a. Riftsysteme52
b. Kontinentale Gra¨ben53
c. Globaltektonik55
1.4 Seismotektonische Systeme58
a. Kontinente58
b. Ozeane80
c. Erdbeben in Raum und Zeit83
2. Beschreibung von Erdbeben89
2.1 Seismische Signale89
a. Messung89
b. Wellenausbreitung95
c. Herdvorgang100
2.2 Skalierung von Erdbeben103
a. Herdspektrum und Magnituden103
b. Übertragungseigenschaften107
c. Seismische Bodenbewegung113
2.3 Erdbebenstatistik118
a. Kataloge und Regionalisierung118
b. Magnituden-Statistik121
c. Erdbebenzyklus127
3. Erdbebenwirkungen133
3.1 Durchpausung des Herdvorgangs133
a. Herddeformation133
b. Anregung von Wassermassen137
3.2 Bodeneffekte143
a. Bodenverflüssigung143
b. Auslösung von Hangbewegungen145
3.3 Wirkung auf Bauwerke151
a. Baudynamik151
b. Makroseismik156
4. Erdbebensicherung171
4.1 Ingenieurseismologie171
a. Gefährdung171
b. Spezielle Herdeinflüsse183
c. Untergrundeinflüsse189
d. Lastannahmen191
4.2 Maßnahmen199
a. Technische Maßnahmen199
b. Warnung211
c. Katastrophenhilfe216
Begriffserläuterungen219
Literaturverzeichnis223
Weiterführende Literatur247
Index249

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