Seismograph

Seismograph, Aufzeichnung von Aktivitäten des Vulkans Pinatubo (Philippinen)

Modernes Breitband-Seismometer vom Typ Streckeisen STS-2

Innenleben eines Seismometer

Ein Seismograf bzw. -graph oder Seismometer ist ein Gerät, das Bodenerschütterungen von Erdbeben und anderen seismischen Wellen registrieren, erkennen und lokalisieren kann. Es besteht im Prinzip aus einer geeignet gelagerten Masse, die gegenüber der Bodenbewegung aufgrund ihrer Trägheit in Ruhe bleibt. Die Relativbewegung des Bodens kann damit als Längenänderung im Zeitverlauf gemessen werden.

Funktionsweise

In der ursprünglichen Ausführung als Linienschreiber erzeugt die Bewegung der Umwelt (mitsamt dem Aufzeichnungspapier) relativ zur trägen Seismometermasse bei der Aufzeichnung auf das Messpapier einen Kurvenverlauf (daher Seismograph, von -graph, also aufzeichnen). Moderne Geräte messen dagegen die Relativbewegung über eine Induktionsspannung mittels eines elektromechanischen Systems (Spule in einem statischen Magnetfeld). Das Seismometer (von -meter, also messen) wandelt diese analogen elektrischen Signale in binäre Daten. Diese Daten werden anschließend meist lokal auf einem Computer zwischengespeichert; Bearbeiter fordern sie bei Bedarf an.

Ein Seismoskop wiederum konnte ein Erdbeben einer bestimmten Stärke lediglich qualitativ registrieren ohne es im zeitlichen Verlauf zu messen (einfache „Ist – Ist kein“ -Feststellung).

Nach einer Erschütterung zeigt der Seismograph die seismischen Wellen als eine Art Sinuswellen an. Zuerst kommen die primären P-Wellen (Longitudinalwellen) an, dann die sekundären S-Wellen (Transversalwellen) und zum Schluss die Oberflächenwellen. Das hängt damit zusammen, dass die verschiedenen Wellenarten sich unterschiedlich schnell und auf unterschiedlichen Wegen fortpflanzen.

Je nachdem, wofür das Gerät gebaut ist und wie der Trigger (Auslöser) eingestellt ist, reagiert das Gerät schon auf sehr schwache Erschütterungen oder erst bei starken Erdbeben (Starkbebengerät). Aktuelle Breitband-Stationen (Breitbandseismometer) registrieren kontinuierlich, so stehen auch Daten zur Noise-Analyse, zur Betrachtung von Erdgezeiten und für die Erdspektroskopie zur Verfügung. Kein Gerät ist für alle Bebenstärken oder Schwingungsfrequenzen ausgelegt, sondern nur für seinen Messbereich.

Auswertung

Ein Netz von Seismographen dient dazu, den genauen Ort und die Zeit von Erdbeben festzustellen. Zur genauen Lokalisierung werden die Zeitunterschiede ausgewertet (Peilungsprinzip). Da seismische Wellen mit Schallgeschwindigkeit laufen, werden Erdbeben über Kontinente hinweg schon nach kurzer Zeit registriert und lokalisiert. Außer natürlichen Erdbeben können auch registriert werden:

induzierte Beben, z.B. von Talsperren erzeugte Beben
Mikrobeben, mikoseismische Unruhe
Sprengungen (z.B. in Steinbrüchen)
atomare Explosionen
Verkehrserschütterungen

Aufgezeichnet werden können die

der Wellen. Aus den Aufzeichnungen kann man ableiten:

die Stärke und Magnitude des Erdbebens
den Ort der Entstehung (Epizentrum und Hypozentrum)
das Frequenzspektrum
die zeitliche, räumliche und energetische Verteilung

Ein Seismogramm ist die grafische Aufzeichnung eines Seismographen. Die Bodenbewegungen lassen sich aus dem Seismogramm berechnen. Weitere Auswertung kann u.a. die Eigenschwingungsfrequenz von Bauwerken ermitteln, oder, in einem anderen Frequenzbereich, die von starken Erdbeben ausgelösten Eigenschwingungsfrequenzen der Erde.

Geschichte

Der älteste Seismoskop der Welt stammt aller Wahrscheinlichkeit nach aus dem Kaiserreich China. Er wurde um das Jahr 132 nach Christus von Zhang Heng, kaiserlicher Astronom der Han-Dynastie, erfunden - ungefähr 1.600 Jahre bevor die ersten Seismographen in der westlichen Welt entwickelt wurden. Es handelte sich bei der Vorrichtung um eine bewegungsempfindliche Urne oder Vase aus Bronze, mit acht nach außen gerichteten Drachenköpfen, die in acht verschiedene Richtungen wiesen. Jeder der Drachen hielt eine kupferne Kugel in seinem Maul, die bei Erdbewegungen in Richtung des Bebens ausgespieen wurden. Um die Basis der Urne herum, unter jedem Drachen, hockte ein Frosch aus Porzellan mit weit aufgerissenem Maul. Schon durch leichteste seismische Erschütterungen, wurde ein in der Urne verborgenes Pendel in Schwingungen versetzt, welche die Kugel aus ihrer Halterung löste. Vom Maul des Drachens fiel die Kugel in das des Frosches und erzeugt einen charakteristischen Klang, aus dem auf die Richtung des Erdbebens geschlossen werden konnte.

Das erste Seismogramm eines Fernbebens wurde 1889 eher zufällig in Potsdam registriert. Der Astronom Ernst von Rebeur-Paschwitz zeichnete die Oberflächenwellen eines Bebens bei Japan mit einer Apparatur auf, die eigentlich für die Messung von Lotabweichungen durch astrophysikalische Einflüsse bestimmt war. Von Rebeur-Paschwitz gilt daher heute als einer der Väter der Seismologie.

Andere Bedeutungen

Im übertragenden Sprachgebrauch ist ein Seismograph auch ein Messinstrument für Stimmungen, Meinungen etc. und neuerdings ein IT-Tool zur Mitarbeiterbefragung in Unternehmen. Während Unternehmen Marktforschungsergebnisse nutzen, um höhere Gewinne zu erzielen, folgten beispielsweise auf journalistische (sogar: ZDF-) Berichte vor dem Tsunami keine verhindernden Massnahmen. Erst recht warnen Sozialstatistiken u.a. geradezu seismographische, z.B. journalistische Hinweise im psychosozialen /politischen Bereich meist vergebens (hier sind Katastrophen auch schon wegen fast immer mehreren, oft kumulierenden Ursachen unberechenbarer).