Erdbeben in der Schweiz: Risiko und Fakten

Wie Erdbeben durch Plattentektonik entstehen

Jeden Tag registrieren empfindliche Messgeräte weltweit über 9000 Erdbeben. Spürbar sind nur die allerwenigsten dieser Beben, die messbaren Erschütterungen in den obersten Erdschichten können aber verheerende Folgen haben.

Doch wie entstehen Erdbeben überhaupt? Vor etwas mehr als 100 Jahren gelang mit der Theorie, dass die Kontinente auf einzelnen Platten liegen und sich bewegen, der Durchbruch in der Erforschung von Erdbeben. Die Theorie der Plattentektonik besagt, dass die ca. 30 bis 50 km dicken Krustenplatten (Lithosphärenplatten) durch dynamische Prozesse im Erdinnern aufeinander zu oder voneinander wegdriften oder sich aneinander reiben. Wenn sich die Platten dabei verhaken oder verkanten, bauen sich innerhalb des Gesteins Spannungen auf. Und werden diese zu stark, kommt es zu einem Bruch und die Spannungen entladen sich in einem tektonischen Erdbeben.

Grösstes Erdbebenrisiko rund um den Pazifischen Ozean

Immer wieder und besonders zerstörerisch bebt die Erde rund um den «Pazifischen Feuerring», einem Vulkangürtel, der den Pazifischen Ozean U-förmig auf einer Länge von zirka 40'000 Kilometer umgibt. An den Rändern des Pazifikbeckens tauchen die pazifischen Lithosphärenplatten unter mehrere andere tektonische Platten mit ozeanischer oder kontinentaler Kruste ab. Dabei entstehen gewaltige unterirdische Spannungen, die Magmakanäle für Vulkane öffnen und starke Erdbeben verursachen.

Ein Blick auf die Erdbebenkarte zeigt: Davon am stärksten betroffen sind Länder wie Mexiko, Peru, Chile, die USA sowie in Asien Japan, Indonesien und die Philippinen. Hier fanden denn auch mit die schlimmsten Erdbeben seit 1900 statt: San Francisco 1906, das Seebeben vor Sumatra mit anschliessendem Tsunami 2004 und das Tōhoku-Erdbeben, das 2011 zusammen mit den anschliessenden Flutwellen zur Nuklearkatastrophe von Fukushima führte.

Erdbeben-Gefährdung im Schweizer Alpenraum am höchsten

Auch die Schweiz verzeichnet mit 1’000 bis 1’500 Beben jährlich eine rege Erdbebentätigkeit, wenn auch nur wenige davon für die Bevölkerung spürbar sind und nur mit sensiblen Messgeräten registriert werden. Regelmässig kommt es jedoch auch zu mittelstarken, deutlich spürbaren Erdbeben. Die hiesige Erdbebengefahr resultiert aus dem Aufeinanderprallen der eurasischen und der afrikanischen Lithosphärenplatten. Das höchste Gefahrenpotenzial besteht im Wallis gefolgt von Basel, Graubünden, dem St. Galler Rheintal und der Zentralschweiz.

Stärkstes Erdbeben in der Schweiz in Basel

Das stärkste Erdbeben in der Schweiz legte am 18. Oktober 1356 die Stadt Basel in Trümmer. Die Angaben über die Zahl der Opfer schwanken zwischen 100 und 2’000, die Stärke des Bebens erreichte gemäss neueren Studien Werte von bis zu 7,1 auf der Richterskala. Nach Angaben des Schweizerischen Erdbebendienstes SED handelte es sich um das stärkste Erdbeben, das in historischer Zeit in Zentraleuropa dokumentiert wurde.

Auswirkungen von Erdbeben in der Schweiz

Auch heute besteht das grösste Risiko in Städten. Gemäss einem Modell aus dem Jahre 2023 hat der SED zusammen mit Partnerinnen und Partnern ermittelt, dass das grösste Erdbebenrisiko in dieser Reihenfolge für die Städte Basel, Genf, Zürich, Luzern und Bern besteht. Zwar unterscheidet sich die Erdbebengefährdung in diesen Regionen, aber wegen ihrer Grösse befinden sich in allen fünf Städten zahlreiche Personen und Werte, die bei einem Erdbeben betroffen wären. Zudem verfügen diese Städte über viele, teils besonders verletzliche Gebäude, die oft auf einem weichen Untergrund stehen, der Erdbebenwellen verstärkt.

Die meisten Gebäudeschäden infolge von Erdbeben sind in den Kantonen Bern, Wallis, Zürich, Waadt und Basel-Stadt zu erwarten. Auf sie entfallen rund die Hälfte der geschätzten finanziellen Verluste. Gemäss den Modellberechnungen ist zu erwarten, dass Erdbeben über einen Zeitraum von 100 Jahren allein an Gebäuden und ihren Inhalten wie Möbel einen wirtschaftlichen Schaden von 11 bis 44 Milliarden Schweizer Franken verursachen. (Bundesamt für Bevölkerungsschutz)

Seismographen messen Stärke der Erdbeben

Gemessen werden die Werte der Erdbeben durch Seismographen, welche die Stärke der Bodenbewegungen erfassen (Magnitude). Bei der Aufzeichnung entstehen Muster mit Höhen- und Tiefenausschlägen und je grösser der Ausschlag, desto stärker ist das Erdbeben. Jeder Punkt auf der Skala bedeutet etwa eine Verzehnfachung der Bebenstärke. So ist also ein Beben der Magnitude 5,0 zehnmal stärker als eines mit 4,0. Es gibt verschiedene Magnitudenskalen, darunter die häufig gebrauchte Richterskala.

Erdbebenrisiko: Frühwarnung bei Erdbeben macht Fortschritte

Trotz dem enormen Schadenpotenzial und grossen wissenschaftlichen Anstrengungen sind zuverlässige Vorhersagen von Erdbeben bis heute nicht möglich. Zu komplex sind die Vorgänge, die sich in der Erdkruste abspielen.

Entsprechend wichtig sind Frühwarnsysteme. Mit ihnen wird versucht, ein Erdbeben bereits in der Nähe seines Zentrums zu erfassen und die ermittelten Werte so schnell wie möglich in ein Datenzentrum zu übertragen. Alle Frühwarnsysteme machen sich zunutze, dass bei einem Erdbeben die weitgehend ungefährlichen P-Wellen (Primärwellen) schneller unterwegs sind als die zerstörerischen seismischen Wellen, die sogenannten S-Wellen (Sekundärwellen). Bereits wenige Sekunden nach Beginn eines Erdbebens können so erste Warnungen übermittelt werden. Das Erdbebenrisiko wird nicht geringer, aber die Bevölkerung erhält möglicherweise über Leben und Tod entscheidende Sekunden, im Optimalfall auch Minuten, um sich vorzubereiten und zu schützen.

Komplexe Prozesse

Was sich recht einfach anhört, ist jedoch sehr komplex. Denn beispielsweise können sich die durch ein Erdbeben hervorgerufenen Bodenbewegungen und auch deren Dauer je nach Ort stark unterscheiden, weil die Erdbebenwellen von der Beschaffenheit des Untergrundes beeinflusst werden. Ausserdem hat der bei einem Erdbeben stattfindende Bruchprozess selbst einen grossen Einfluss auf die Bereiche, in denen starke Erschütterungen auftreten.

KI und Digitalisierung wichtig bei Frühwarnung vor Erdbeben

Für eine schnellere Erdbebenfrühwarnung setzt die Wissenschaft verstärkt auf Künstliche Intelligenz. KI kommt ins Spiel, um aus den ersten Sekunden seismischer Daten schneller und zuverlässiger Rückschlüsse auf Ort, Stärke und zu erwartende Bodenbewegung zu ziehen. (arXiv/GFZ)

Eine wichtige Rolle bei der Erdbeben-Frühwarnung spielen vermehrt auch mobile Kommunikationsträger wie Smartphones, in die Sensoren integriert sind, welche die Bewegungen des Geräts in drei Dimensionen erfasst und als eine Art Seismometer fungiert.

Erdbebenrisiko und Bodenbeschaffenheit

Die Mehrzahl der bestehenden Bauten in der Schweiz weist eine unbekannte und zum Teil zu geringe Erdbebensicherheit auf. Im Ereignisfall ist deshalb mit erheblichen Schäden zu rechnen. Bei der Planung erdbebensicherer Gebäude sowie in Bezug auf das Erdbebenrisiko einer Region ist die Beschaffung des Untergrunds ein wichtiger Faktor. Je instabiler oder weicher ein Boden ist, um stärker sind die Erschütterungen und somit auch die Gebäudeschäden im Falle eines Erdbebens. Auskunft darüber geben die seismischen Baugrundklassen des Bundes.

Bei der Bestimmung der seismischen Einwirkung, die als Basis für die Bemessung oder Überprüfung von Bauwerken dient, ist deshalb die Verstärkung des Erdbebensignals durch die lokalen geologischen Gegebenheiten zu berücksichtigen. Denn der lokale Baugrund ist ausschlaggebend für die Intensität und Dauer der Erschütterungen bei einem Erdbeben.

Seismische Baugrundklassen der Schweiz

Um die Erdbebeneinwirkung für ein Gebäude zu bestimmen, ist unter anderem die Baugrundklasse ausschlaggebend. Die nach der SIA-Norm 261 definierten Baugrundklassen teilen den Untergrund (bis in eine Tiefe von bis zu 30 Metern) in sechs Kategorien (A bis F) ein. A meint harten Fels, während dem sind mit F statisch instabile Böden gemeint. Die Baugrundklassen dienen als Arbeitshilfe für die Anwendung der Tragwerksnormen und sind deshalb bei der Planung erdbebensicherer Gebäude zu berücksichtigen.

Die Karte der seismischen Baugrundklassen ist eine Hinweiskarte. Das heisst, sie hat keine rechtliche Verbindlichkeit. Sie gibt einen groben Überblick, welche Gebiete im Falle eines Erdbebens einen eher günstigen beziehungsweise eher ungünstigen Untergrund aufweisen.

Um Gewissheit über die Bodenbeschaffenheit im konkreten Fall zu erhalten, können und wollen die Baubehörden keine Garantien übernehmen. Private Bauherrinnen und Bauherren sowie Grundstückbesitzerinnen und Grundstückbesitzer haften in jedem Fall.

Tabelle der seismischen Baugrundklassen (Version 2014) der SIA Norm 261

Links

Video: SRF «Einstein» lässt es beben

Schweizerischer Erdbebendienst