Entscheidend für die zerstörerische Wirkung von Erdbebenwellen ist nicht nur die Magnitude eines Bebens sondern vor allem auch die Beschaffenheit des Untergrundes, den die Wellen passieren. Das Erdbeben, das im Jahr 1985 Teile von Mexico City zerstörte, macht dies besonders deutlich.

Brand nach Erdbeben in Loma Prieta © USGS

Das Epizentrum des Bebens der Magnitude 7,8 lag bei Zacatula am Pazifikrand, mehr als 350 Kilometer von Mexico City entfernt. Die Schwingungen erreichten dort teilweise mehr als die 20fache Erdbeschleunigung, schwächten sich aber auf dem Weg ins Landesinnere ab und richteten in den Stadtteilen, die auf festem Untergrund errichtet worden waren, nur wenig Schaden an. Ganz anders in den Stadtgebieten, die auf dem weichen Sediment eines ehemaligen Sees lagen: Sie wurden Opfer einer doppelten Resonanzkopplung zwischen Erdbeben und Untergrund und zwischen Untergrund und Gebäuden.

Messungen ergaben, daß der ehemalige Seegrund eine Eigenschwingungsperiode von ein bis drei Sekunden hatte. Für die ankommenden Oberflächenwellen des Bebens wirkte der Untergrund damit wie ein Resonanzboden und verstärkte die Wellen mit dieser Frequenz um das fünf bis zwanzigfache. Im gesamten ehemaligen Seebereich schwankte dadurch der Boden mit der bis zu zehnfachen Erdbeschleunigung um 10 bis 40 Zentimeter hin und her. Da die Eigenschwingung vieler Hochhäuser ebenfalls in diesem Frequenzbereich lag, potenzierte sich die Schadwirkung zusätzlich.

Ähnliche Effekte waren auch bei den Beben von Loma Prieta in Kalifornien 1989 zu beobachten. Messungen mit Hilfe von Strong-Motion Beschleunigungsmessern ergaben für die seismischen Wellen in der Nähe des Epizentrums niedrigere Amplituden als im fast 100 Kilometer vom Bebenherd entfernten San Francisco.

Verursacht wurde dies zum einen dadurch, daß ein Großteil der Wellen an der Basis der Erdkruste reflektiert wurde und erst 80 bis 100 Kilometer vom Epizentrum an die Oberfläche trat, andere Wellenzüge wurden von den Gesteinsformationen der Bay-Area in Richtung auf San Franciso abgelenkt. Zum anderen liegen große Teile San Franciscos auf künstlich aufgeschüttetem Untergrund. Im Marina District verstärkte dieser unverfestigte Boden die Erdbebenwellen um das achtfache, zusätzlich sackte der gesamte Landstrich durch Verflüssigung des wasserhaltigen Untergrundes um 13 Zentimeter ab.