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Seismische Wellen zur Erkundung des Erdaufbaus

Bynaus · 2003-12-24T20:23:03Z

Die Ausbreitung seismischer (Erdbeben-)Wellen in der Erde folgt ganz bestimmten Gesetzen. Wellen breiten sich beispielsweise umso schneller aus, je dichter das Medium ist, das sie durchlaufen, oder umso langsamer, je "flüssiger" es wird. Darüber hinaus gibt es verschiedene Arten von Wellen, die unterschiedlich auf das selbe Material reagieren. Auf der ganzen Welt gibt es hunderte von Erdbebenstationen, die mittlerweile so genau messen, dass nirgends mehr auf der Welt eine Atombombe unbemerkt hochgehen kann. Zu jeder Zeit, in jedem Augenblick, ereignen sich rund um den Globus kleine Erdbeben - diese werden aufgezeichnet. Zusammen ergeben diese Erdbebenwellen ein Gesamtbild, das sich nutzen lässt, um den Aufbau der Erde zu erkunden.Doch von Anfang an.[b]Wovon hängt die Ausbreitung von Wellen ab?[/b]Wir wissen heute recht genau, welchen Gesetzen Wellen folgen, wenn sie durch ein Material mit bestimmten Eigenschaften laufen. Die Wellengeschwindigkeit hängt von der Dichte (Masse pro Volumen), dem sogenannten "Schermodul" (wieviel Karft muss ich aufwenden, um einen Normwürfel eines Materials um einen bestimmten Betrag zu verschieben? Offensichtlich ist dies nicht bei allen Materialien gleich) und dem sogenannten "Kompressionsmodul" (wieviel Kraft muss ich aufwenden, um einen Normwürfel eines Materials um einen bestimmten Betrag zusammenzuquetschen, verkleinern?). Diese drei Parameter (Dichte, Schermodul und Kompressionsmodul) hängen ihrerseits von Druck und Temperatur ab.Weitere Gesetze, welche die Ausbreitung von Wellen bestimmen, sind zum Beispiel das sogenannte "Snellius-Brechungsgesetz", das wir alle aus dem Alltag kennen: Ein Objekt im Wasser sieht man, wenn man von aussen ins Wasser schaut, nie an der Stelle, an der es sich tatsächlich befindet. Dies liegt daran, dass die Lichtwellen an der Wasseroberfläche gebeugt werden. Diese Beugung wiederum ist auf die Dichteänderung (Luft / Wasser) zurück zu führen. Man weiss, dass beim Übergang in ein dichteres Medium Wellen zum Lot hin gebrochen werden (=steiler werden), während sie beim Übergang in ein weniger dichteres Medium vom Lot weggebrochen werden (= flacher werden). Eine Ableitung dieses Brechungsgesetzes ermöglicht es auch, zu berechnen, wie sich eine Welle an einem Übergang in ein dichteres Medium verhält: Es ermöglicht uns, zu berechnen, welcher Teil der Welle mit welcher Geschwindigkeit unter welchem Winkel reflektiert wird, und welcher refraktiert wird (=ins dichtere Medium eintaucht). Das "Snellius-Brechungsgesetz" lautet:sin(i) v1------- = ---sin(r) v2Hier ist i der Winkel zum Lot der einlaufenden Welle, r der Winkel zum Lot der auslaufenden Welle, v1 die Wellengeschwindigkeit im ersten Medium, v2 die Wellengeschwindigkeit im zweiten Medium.[b]Wellenarten[/b]Es gibt verschiedene Arten von Wellen. Prinzipiell unterteilt man in Raumwellen (3D) und Oberflächenwellen (2D). Hier interessieren uns nur die Raumwellen, da die Oberflächenwellen nicht tiefer als einige km in die Kruste reichen. Die Raumwellen werden in P (für Primär) und S (für Sekundär) Wellen unterteilt. P Wellen sind Kompressionswellen. Die Teilchenbewegung ist in Richtung der Wellenausbreitungsrichtung gerichtet. (Beispiel: Schallwellen, Schockwelle)S Wellen sind Longitudinalwellen. Die Teilchenbewegung ist quer zur Wellenausbreitungsrichtung gerichtet. (Beispiel: Seilwellen)Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von P Wellen hängt von allen drei oben erwähten Parametern ab: Dichte (rho), Schermodul (m), Kompressionsmodul (k).V(p) = Wurzel aus ((4/3 m + k) / rho) Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von S Wellen hängt nur von Dichte (rho) und Schermodul (m) ab.V(s) = Wurzel aus (m / rho)P Wellen sind immer etwas schneller als S Wellen.Flüssigkeiten haben ein Schermodul von m=0. Es wird sofort klar, dass wenn m=0 wird, sich die Welle mit Geschwindigkeit 0 ausbreitet - also gar nicht. S Wellen können keine Flüssigkeiten durchqueren. P Wellen dagegen hängen zwar auch teilweise von m ab, aber wenn m=0 wird, wird nicht gleich der ganze Ausdruck 0, weil da noch das k ist.Fassen wir also zusammen: Was passiert, wenn eine Erdbebenwelle auf eine dichtere Schicht in Oberflächennähe trifft? Ein Teil der Welle wird gekrümmt und läuft in der dichteren Schicht weiter, ein anderer Teil wird in einem bestimmten Winkel reflektiert. Wenn wir den Auslösezeitpunkt des Erdbebens sowie sein "Hypozentrum" (Das Epizentrum ist der Punkt über dem Hypozentrum an der Erdoberfläche) kennen, können wir eine tiefer liegende Schicht relativ einfach erkennen: Wir müssen bloss schauen, wie lange es dauert, bis die ersten reflektierten Wellen zur Oberfläche zurückkehren. Seismometer können zwischen S und P Wellen gut unterscheiden, das heisst, wir können nun grob ermitteln, in welcher Tiefe eine solche Schichtgrenze liegt. Haben wir nun ein weiteres Erdbebe...

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Hypothesen, Thesen und Theorien

Letzter Beitrag von Anonym Vor 22 Jahren

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Giggerl

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Jan. 17, 2004 11:56 a.m.

(@giggerl)

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Hallo Matthias,

Er

ist diese Behauptung nicht etwas gewagt?

Nur, die Schallwellen, mit denen wir kommunizieren

Ich für meinen Teil kommuniziere nie mit Schallwellen - ich kommuniziere aber manchmal mit Hilfe von Schallwellen.

So, das konnte ich mir einfach nicht verkneifen 😉

Viele Grüße,

Giggerl

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Bynaus

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Jan. 17, 2004 1:19 p.m.

(@bynaus)

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ist diese Behauptung nicht etwas gewagt?

Knapp 50% Chance... 🙂

Hat sich jemand das Programm angesehen?

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Giggerl

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Jan. 17, 2004 4:42 p.m.

(@giggerl)

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Beigetreten: Vor 57 Jahren

Hallo nochmal,

Knapp 50% Chance... 🙂

nein, leider nur knapp 33,34%.

Viele Grüße,

Giggerl

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Bynaus

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Jan. 17, 2004 7:24 p.m.

(@bynaus)

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Von welchem Planeten stammst denn du? ;D

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Zak

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März 22, 2004 11:45 p.m.

(@zak-2)

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Bynaus

http://www.geol.binghamton.edu/faculty/jones/jones.html

Dann scrollt ihr runter bis zu diesem Titel:

"Seismic Waves: A program for the visualization of wave propagation" Dort darunter findet ihr den Link zur Readme und zur Exe Datei.

[url] http://www.geol.binghamton.edu/faculty/jones/jones.html [/url]

wie beim treffen besprochen hier nochmal der link zu dem "tollen" programm, welches den wellenverlauf im querschnitt darstellt. die beweise fuer diese "tolle" animation sind aber wohl im erdkern stecken geblieben 😛

gruesse, zak

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