ESI-Skala

Die ESI-Skala (Environmental Seismic Intensity scale, auch ESI 2007) ist eine von der International Union for Quaternary Research (INQUA) entwickelte Intensitätsskala für Erdbeben. Während ihrer Entstehungszeit wurde sie mit dem Namen INQUA-Skala bezeichnet.

Anders als Magnitudenskalen, z. B. die häufig zitierte Richterskala, beschreiben Intensitätsskalen wie die JMA-Skala, die EMS-Skala oder die Mercalliskala die Auswirkungen eines Erdbebens an der Oberfläche und können deshalb für ein einzelnes Beben an verschiedenen Orten unterschiedliche Stärken wiedergeben.

Geschichte Die Beurteilung von Erdbeben in vorhistorischer Zeit ist sehr schwierig, da weder die Magnitude nachträglich gemessen werden kann, als auch die Schäden an Bauwerken fehlen, die heute als Grundlage der gebräuchlichen Intensitätsskalen dienen. Aus der geologischen Untersuchung von Sedimenten sind Anzeichen für vorgeschichtliche Erdbeben bekannt. Vor allem in der geologisch jungen Vergangenheit des Quartärs sind viele von ihnen noch erhalten. Aus diesem Grund wurden innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft der Quartärgeologen Bestrebungen unternommen, eine Intensitätsskala für Erdbeben zu entwerfen, die sich ausschließlich auf diejenigen Wirkungen eines Erdbebens stützt, die in der natürlichen Umwelt zu beobachten sind.

1999 wurde während des 15. Kongresses der INQUA in Durban eine Arbeitsgruppe aus Geologen, Seismologen und Ingenieuren auf den Weg gebracht. Die erste Version der von dieser Arbeitsgruppe entwickelten Intensitätsskala wurde als INQUA-Skala während des 16. Kongresses der INQUA in Reno veröffentlicht und bis 2007 durch Anwendung auf tatsächliche Erdbebenereignisse getestet. Die Teilnehmer des 17. Kongresses der INQUA in Cairns stimmten der so verbesserten Skala zu, die unter dem offiziellen Namen Environmental Seismic Intensity Scale oder kurz ESI 2007 verabschiedet wurde.

Eigenschaften Die ESI-Skala ist wie viele der heutigen Intensitätsskalen zwölfstufig und besteht nicht nur aus der Skala selber, sondern auch aus begleitenden Richtlinien, die den wissenschaftlichen Hintergrund und die Organisation der Skala beschreiben. Außerdem enthalten die Richtlinien Anleitungen zu ihrer Anwendung – auch in Verbindung mit den schadensbasierten traditionellen Intensitätsskalen – sowie die Beschreibung der entscheidenden Merkmale und der Bedeutung der verwendeten Fachausdrücke, Farben und Schriftarten.

Um den Vergleich mit den traditionellen Intensitätsskalen zu ermöglichen, enthält die Skala drei Stufen (I – III), die keine Auswirkungen auf die Umwelt haben. Die Beschreibung dieser Stufen ist deshalb leer.

Tabelle der ESI-Intensitätsgrade ESI-Skala HauptwirkungenNebenwirkungen Intensität Beschreibung Oberflächen-störungen und Deformationen Hydrologische Anomalien Anormale Wellen / Tsunamis Bodenspalten Hangbewegungen Baumbewegungen Bodenver-flüssigung Staubwolken Springende Steine Fläche (km2) I – III keine Auswirkungen auf die Umwelt IV generell bemerkt – selten und geringfügig Zentimeter millimeterbreit sehr selten Steinschlag, kleine Erdrutsche Äste zittern – – – – V stark – selten und geringfügig Dezimeter millimeterbreit, bis zu einem Meter lang selten Steinschlag, kleine Erdrutsche Äste und Büsche zittern sehr selten – – – VI leicht schädigend – deutlich, meist vorübergehend mehrere Dezimeter millimeter- bis zentimeterbreit, mehrere Meter lang Steinschlag und Erdrutsche bis 1.000 m3 z. T. starkes Erbeben von Bäumen und Büschen selten – – – VII schädigend selten deutlich, meist vorübergehend Meter 5 bis 10 Zentimeter breit, bis zu hundert Meter lang Steinschlag und Erdrutsche bis 10.000 m3 starkes Erbeben von Bäumen und Büschen selten, bis 50 cm groß – – 10 VIII stark schädigend generell zu beobachten erheblich, meist vorübergehend 1–2 Meter 50 Zentimeter breit, mehrere hundert Meter lang Steinschlag und Erdrutsche bis mehr als 100.000 m3 starkes Schütteln von Bäumen, vereinzelt Entwurzelung nicht selten, bis 1 m groß im Epizentrum in trockenen Gebieten springende Bewegung von Sand, Kies, kleinen Felsbrocken, Baumstämmen, am Ort bleibend 100 IX zerstörend nahezu überwiegend stark, meist vorübergehend mehrere Meter 100 Zentimeter breit, mehrere hundert Meter lang Steinschlag und Erdrutsche bis mehr als 1.000.000 m3 starkes Schütteln und Brechen von Bäumen, vereinzelt Entwurzelung häufig, bis 3 m groß oft in trockenen Gebieten springende Fortbewegung von kleinen Felsbrocken, Baumstämmen, bis mehrere Meter 1.000 X stark zerstörend überwiegend stark, zum Teil bleibend mehrere Meter mehr als 100 Zentimeter breit, mehrere hundert Meter lang Steinschlag und Erdrutsche bis mehr als 1.000.000 m3 starkes Schütteln von Bäumen, viele brechen, vereinzelt Entwurzelung sehr häufig, größere Flächen, Subsidenz oft in trockenen Gebieten springende Fortbewegung von 2 bis 3 m großen Felsbrocken, bis mehrere hundert Meter 5.000 XI verwüstend überwiegend stark, zum Teil bleibend sehr groß, über 10 Meter mehrere Meter breit Steinschlag und Erdrutsche bis mehr als 1.000.000 m3 starkes Schütteln von Bäumen, viele brechen, oft Entwurzelung weit verbreitet, Subsidenz großer Flächen in trockenen Gebieten springende Fortbewegung von mehrere Meter großen Felsbrocken über weite Strecken möglich 10.000 XII vollständig verwüstend überwiegend stark, zum Teil bleibend riesig mehr als 10 Meter breit Steinschlag und Erdrutsche bis mehr als 1.000.000 m3 starkes Schütteln von Bäumen, viele brechen, oft Entwurzelung landschafts-verändernd in trockenen Gebieten springende Fortbewegung von sehr großen Felsbrocken über weite Strecken möglich 50.000

Ausführliche Beschreibung der Merkmale Die in der obigen Tabelle aufgeführten Merkmale sind nur kurze Zusammenfassungen der tatsächlichen Auswirkungen. Sie werden in der Definition der ESI-Skala ausführlich beschrieben und umfassen feine Abstufungen der Auswirkungen von Erdbeben sowie begleitende Erscheinungen. Die zugehörigen Definitionen der einzelnen Auswirkungen sind im Folgenden näher erläutert.

Die führenden Buchstaben sind folgenden Nebeneffekten zugeordnet: a) Hydrologische Anomalien b) Abnormale Wellen/Tsunamis c) Bodenspalten d) Hangbewegungen e) Baumbewegungen f) Bodenverflüssigung g) Staubwolken h) Springende Steine

Stufe IV Hauptwirkungen fehlen. Nebenwirkungen sind:

a) Kleine Veränderungen des Wasserstandes in Brunnen oder der Menge der Wasserschüttung von Quellen treten ganz vereinzelt und begrenzt auf. Sehr selten werden kleine physikalische und chemische Veränderungen oder Trübung des Wassers von Brunnen oder Quellen beobachtet, dies vor allem in Quellen aus größeren Karst-Aquiferen.

b) Entwicklung von einige Zentimeter hohen Seiches in abgeschlossenen Becken (in Seen und im Meer) – typischerweise im Fernbereich von Erdbeben –, die im Allgemeinen nur von Pegeln erfasst werden, selten auch mit bloßem Auge. Anormale Wellen werden von allen Menschen in kleinen Booten wahrgenommen, von einigen in großen Booten, von den meisten an der Küste. Schwingung und manchmal Überschwappen des Wassers in Schwimmbecken wird beobachtet.

c) Auftreten von millimeterdicken Haarrissen bei geeigneter Geländeform (Hänge, Bergkämme) oder bei bestimmter Bodenbeschaffenheit (wassergesättigter Boden, unverfestigter Schwemmboden).

d) In steilen Hängen nahe dem kritischen Winkel und bei losem oder wassergesättigtem Boden kommt es vereinzelt zu Steinschlag und kleinen Erdrutschen, manchmal infolge der Wiederbelebung alter Rutschmassen.

e) Schwaches Zittern von Ästen.

Stufe V Hauptwirkungen fehlen. Nebenwirkungen sind:

a) Selten und begrenzt treten kleine Veränderungen des Wasserstandes in Brunnen oder der Menge der Wasserschüttung von Quellen auf. Ebenso werden vereinzelte kleine physikalische und chemische Veränderungen oder Trübung des Wassers von Seen, Brunnen oder Quellen beobachtet.

b) Entwicklung von einige Dezimeter hohen Seiches in abgeschlossenen Becken (in Seen und im Meer) – typischerweise im Fernbereich von Erdbeben –, die manchmal auch mit bloßem Auge erfasst werden. Anormale Wellen von einigen Dezimetern Höhe werden von allen Menschen in Booten und an der Küste wahrgenommen. Überschwappen des Wassers aus Schwimmbecken.

c) Begrenztes Auftreten von millimeterdünnen Rissen mit einer Länge von einigen Zentimetern bis zu einem Meter bei geeigneter Geländeform (Hänge, Bergkämme) oder bei bestimmter Bodenbeschaffenheit (wassergesättigter Boden, unverfestigter Schwemmboden).

d) Vereinzelt Steinschlag und Erdrutsche nicht nur in steilen Hängen nahe dem kritischen Winkel, meist bei losen Ablagerungen oder wassergesättigtem Boden. Unterseeische Rutschungen können ausgelöst werden, die möglicherweise kleine anormale Wellen an den Küsten von See und Meer erzeugen.

e) Äste und Büsche erbeben leicht, sehr selten fallen tote Äste und reife Früchte zu Boden.

f) Äußerst seltene Beobachtungen von Bodenverflüssigung („aufkochender“ Treibsand) in sehr begrenzten Bereichen, die aufgrund von hohem Grundwasserstand und geeigneter Bodenbeschaffenheit (z. B. Schwemmsand) anfällig dafür sind.

Stufe VI Hauptwirkungen fehlen. Nebenwirkungen sind:

a) Räumlich begrenzt treten deutliche Veränderungen des Wasserstandes in Brunnen oder der Menge der Wasserschüttung von Quellen auf. Ebenso werden kleine physikalische und chemische Veränderungen oder Trübung des Wassers von Seen, Brunnen oder Quellen beobachtet.

b) Anormale Wellen von mehreren Dezimetern Höhe überfluten sehr begrenzte Bereiche des Ufers. Überschwappen des Wassers aus Schwimmbecken, kleinen Tümpeln und Teichen.

c) Bei geeigneter Bodenbeschaffenheit (wassergesättigter Boden, unverfestigter Schwemmboden) gelegentliches Auftreten von millimeter- bis zentimeterbreiten Rissen mit einer Länge von bis zu einigen Metern, die an steilen Hängen oder Flussufern 1–2 cm offen stehen können. Einige kleine Risse entstehen in asphaltierten oder gepflasterten Straßen.

d) Steinschlag und Erdrutsche mit einem Volumen von bis zu 1.000 m3 vor allem an steilen Hängen und Geländeeinschnitten nahe dem kritischen Winkel, meist bei losen wassergesättigten Ablagerungen oder stark verwittertem und brüchigem Fels. Unterseeische Rutschungen können ausgelöst werden, die hin und wieder kleine, vor allem von Messinstrumenten verzeichnete, anormale Wellen an den Küsten von See und Meer erzeugen.

e) Äste und Büsche erbeben gemäßigt bis stark, in Abhängigkeit von der Baumart, dem Gesundheitszustand und der Fruchtlast brechen einige wenige Baumkronen und instabile tote Äste und fallen zu Boden.

f) Seltene Beobachtungen von Bodenverflüssigung („aufkochender“ Treibsand) in sehr begrenzten Bereichen, die aufgrund von hohem Grundwasserstand und geeigneter Bodenbeschaffenheit (z. B. Schwemmsand) anfällig dafür sind.

Stufe VII Hauptwirkungen werden sehr selten beobachtet, hauptsächlich in vulkanischen Gebieten. Vor allem sehr oberflächennahe Beben erzeugen begrenzte Oberflächenbrüche von einigen hundert Metern Länge und mit wenigen Zentimetern Versatz.

Nebenwirkungen betreffen eine Fläche in der Größenordnung von 10 km2.

a) Räumlich begrenzt treten vorübergehend deutliche Veränderungen des Wasserstandes in Brunnen oder der Menge der Wasserschüttung von Quellen auf. Selten kommt es vorübergehend zum Versiegen oder Entstehen von kleinen Quellen. Ebenso werden örtlich kleine physikalische und chemische Veränderungen oder Trübung des Wassers von Seen, Brunnen oder Quellen beobachtet.

b) Anormale Wellen von mehr als einem Meter Höhe überfluten begrenzte Bereiche des Ufers und beschädigen Objekte verschiedener Größe oder spülen sie fort. Überschwappen des Wassers aus kleinen Becken und Wasserläufen.