Erdbebenerschütterungen verstehen: Ursachen und Mechanismen

Einleitung

Erdbeben resultieren aus der gespeicherten Energie und der plötzlichen Freisetzung tektonischer Platten in der Erdkruste. Vulkane erzeugen manchmal Erdbeben. Wenn zwei gegensätzliche tektonische Platten an einer großen Störungszone zusammenkommen und der Druck zu groß wird, gleiten sie mit einem plötzlichen und gewaltsamen Bruch über oder untereinander hinweg. Der Bruch kann in der Nähe oder unter der Erdoberfläche geschehen und sich über Hunderte oder Tausende von Meilen erstrecken. Die Bruchkraft reist durch die Kruste oder das Grundgestein und verursacht Erschütterungen und Vibrationen. Erdbebenerschütterungen beinhalten Schockwellen, Bodenbeschaffenheit und andere Faktoren.

Erster Bruch

Die erste auslösende Wirkung von Erschütterungen bei einem Rand- oder Störungs-Erdbeben beginnt mit der plötzlichen Freisetzung von Energie, wenn zwei tektonische Platten auseinander schnappen. Wenn das Erdbeben in einer Unterwasserumgebung stattfindet, verdrängt es große Wassermengen und überträgt Energie auf den Meeresboden. Vulkanausbrüche lösen Erschütterungen mit einer primären Druckwelle aus, die sich von ihrer Quelle ausstrahlt. Der Prozess aller Erdbeben- oder vulkanisch bedingten Erschütterungen beginnt mit Druckschockwellen, die sich vom „Fokus“ oder exakten Ursprung nach außen strahlen.

P-Wellen

P-Wellen oder Primärwellen (erste Wellen) teilen identische Merkmale mit Schallwellen. Sie sind kurzwellige, hochfrequente Wellen, die sich in Längsrichtung bewegen. Sie können sich durch Flüssigkeiten und Feststoffe bewegen. Wenn der Boden vor- und zurückbewegt wird, wird festes Material zusammengedrückt und auseinandergezogen, was kleine Bodenbewegungen in Form von P-Wellen-Erschütterungen verursacht. P-Wellen können reflektiert oder gebrochen werden, was bedeutet, dass sie ihr Wellenmuster ändern können. Sie können sich manchmal in S-Wellen verwandeln.

S-Wellen

S-Wellen, Sekundärwellen genannt, treffen nach den P-Wellen ein, da sie sich langsamer bewegen. S-Wellen haben kurze Wellenlänge und hohe Frequenzen ähnlich wie P-Wellen, bewegen sich jedoch nicht in Längsrichtung, sondern transvers durch das Material. S-Wellen können sich nicht durch Flüssigkeit bewegen. S-Wellen hinterlassen auf der Erdoberfläche Beweise in Form von verdrehten Zäunen, gebogenen Schienen und Gebäudewänden, die verschobene Seiten haben. S-Wellen drehen Objekte und Partikel um 90 Grad in die Richtung der Welle.

L-Wellen

L-Wellen, Oberflächenwellen genannt, haben lange Wellenlängen und niedrige Frequenzen. Sie entstehen in der Nähe des Epizentrums des Erdbebens und können sich nur durch die Kruste an ihrem äußeren Umfang bewegen. Da sie sich in der Nähe der Oberfläche befinden, verursachen sie die meisten Schäden an Gebäuden und anderen Strukturen. Sie weisen Bewegungen auf, die den Wellen im Ozean ähneln, nur wird die Bodenbewegung kreisförmig, wodurch sie auf- und absteigt. In Kombination mit Bränden, Tsunamis und Erdrutschen machen die schädlichen Eigenschaften von L-Wellen den Großteil des Sachschadens und des Menschenlebensverlusts bei Erdbeben aus.

Bodenarten

Die Bodenart, auf der Strukturen gebaut wurden, beeinflusst ihre Fähigkeit, Erschütterungen standzuhalten oder übermäßiges Beben und Versagen zu erliegen. Die langsameren S-Wellen stellen die gefährlichste Schockwelle für den Boden dar und verursachen die schwersten und längsten Erschütterungen in lockeren Materialien. Solche Materialien umfassen Schlamm, Silte, Kies, Sand und künstliche Verfüllung. Diese Arten von Materialien enthalten lose verdichtete Strukturen mit wenig oder keiner Haftung an umliegendes Gestein. Mesozoisches Grundgestein, das von 64 Millionen bis 245 Millionen Jahren datiert, und einige Vulkangesteine und Franciscan-Grundgestein haben eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Beben und Erschütterungen. Bei den loseren verdichteten Böden werden die Erschütterungen deutlicher wahrnehmbar und halten länger an.