Der Aufbau der Erde
Der
Erdkörper besteht aus Schalen mit unterschiedlichen physikalischen und
chemischen Eigenschaften, welche die Ausbreitung von Wellen verschiedenartig
beeinflussen. Entscheidend für die Seismologie sind die unterschiedlichen Geschwindigkeiten,
mit denen sich die Wellen im Erdkörper fortpflanzen. Im Folgenden wird
schematisch eine Übersicht über die wichtigsten Merkmale des Aufbaus des
Erdkörpers gegeben.
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| Die Kruste | Kontinentale
Kruste (Obere Kruste) |
Tiefe:
10 -30 km P-Wellen Geschwindigkeit: <5,6 - 6,3 km/s Dichte: 2,7 g/cm3 Die Conrad-Diskontinuität bildet die Grenze zur unteren Kruste |
| Ozeanische Kruste (Untere Kruste) |
Tiefe:
6-10 km P-Wellen Geschwindigkeit: 6,4 - 7,4 km/s Dichte: 3,0 g/cm3 Die Mohorovicic-Diskontinuität grenzt die Kruste nach unten hin zum Mantel ab |
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| Der Mantel | Oberer Mantel | Tiefe
: bis 400km P-Wellen Geschwindigkeit: 8,0 - 8,3 km/s im Bereich von 60 km bis 250 km liegt eine Zone mit geringerer Geschwindigkeit (Gutenberg-Zone), unterhalb dieser Zone nimmt die Geschwindigkeit wieder bis auf 8,5 km/s zu Dichte: 3,3 g/cm3 |
| Mittlerer Mantel | Tiefe:
bis 900km P-Wellen Geschwindigkeit: bis 11 km/s Dichte: 4,6 g/cm3 |
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| Unterer Mantel | Tiefe:
bis 2900 km P-Wellen Geschwindigkeit: bis 13,6 km/s Dichte: 5,7 g/cm3 Die Wiechert-Gutenberg-Diskontinuität stellt die untere Grenze des Mantels dar |
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| Der Kern | Äußerer Kern | Tiefe:
bis 5100 km P-Wellen Geschwindigkeit: von 8,1 km/s (W.G.-Disk.) bis 9,4 km/s Dichte : 9,4 g/cm3 |
| Innerer Kern | Tiefe: bis 6370 km P-Wellen Geschwindigkeit: 11,3 km/s Dichte: 11-13,5 g/cm3 |
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Was sind seismische Wellen?
Seismische Wellen sind Wellen von Energie, die durch einen plötzlichen Bruch von Gesteinen in der Erde oder Explosionen freigesetzt wird, und welche sich dann in der Erde ausbreitet. Die sie begleitenden Bodenbewegungen können mit Seismometern gemessen werden.
Arten seismischer Wellen
Es gibt mehrere Arten seismischer Wellen, welche sich durch ihre Ausbreitungseigenschaften unterscheiden. Die beiden Haupttypen sind Raumwellen und Oberflächenwellen. Raumwellen können durch das Innere der Erde laufen, Oberflächenwellen sind an die Erdoberfläche gebunden und breiten sich ähnlich wie Wellen in einem Teich aus, in den man einen Stein wirft. Erdbeben erzeugen sowohl Raumwellen als auch Oberflächenwellen.Raumwellen
Die erste Sorte von Raumwellen sind die P-Wellen oder Primärwellen. Sie sind die schnellste Art seismischer Wellen, und können sich in festen Gesteinen, aber auch in Flüssigkeiten wie Wasser oder den quasi flüssigen Teilen des Erdinneren ausbreiten. Wie bei Schallwellen in der Luft werden hier die Teilchen im Boden geschoben und gezogen, wobei die Bewegung in Ausbreitungsrichtung der Welle erfolgt. Manche Tiere sind in der Lage, P-Wellen zu hören, Menschen hingegen fühlen normalerweise nur die Erschütterungen.
Die zweite Art von Raumwellen sind die S-Wellen oder Scherwellen. Diese laufen langsamer als P-Wellen und sind die zweiten Wellen, die bei einem Erdbeben eintreffen. S-Wellen können sich nur in festen Materialien ausbreiten, nicht in Flüssigkeiten. Diese Wellen bewegen den Boden quer zur Ausbreitungsrichtung.
Oberflächenwellen
Eine Art der Oberflächenwellen sind die Love-Wellen, benannt nach dem Britischen Mathematiker A.E.H. Love, der 1911 als erster ein mathematisches Modell für die Ausbreitung dieser Wellen aufstellte. Sie sind die schnellsten Oberflächenwellen, breiten sich aber langsamer als die S-Wellen aus. Die Bodenbewegung erfolgt in horizontaler Richtung hin und her.
Die zweite wichtige Art von Oberflächenwellen sind die Rayleigh-Wellen, benannt nach Lord Rayleigh, der 1855 die Existenz dieser Wellen mathematisch voraussagte, noch bevor sie tatsächlich beobachtet wurden. Bei Rayleigh-Wellen rollt der Boden in einer elliptischen Bewegung ähnlich wie Meereswellen (siehe Bild). Dieses Rollen bewegt den Boden sowohl rauf und runter als auch hin und her in Ausbreitungsrichtung der Welle. Die meisten Erschütterungen, die bei einem Erdbeben gespürt werden, sind in der Regel Rayleigh-Wellen, deren Amplituden viel größer als die der übrigen Wellenarten werden können.
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Theoretical P-Wave Travel Times
Magnitude 9.1 OFF THE WEST COAST OF NORTHERN
SUMATRA
Sunday, December 26, 2004 at 00:58:53 UTC
Theoretical
P-Wave Travel Times
Magnitude 9.1 OFF THE WEST COAST OF NORTHERN
SUMATRA
Sunday, December 26, 2004 at 00:58:53 UTC
This map shows the predicted (theoretical) travel times, in minutes, of the
compressional (P) wave from the earthquake location to points around the globe.
The travel times are computed using the spherically-symmetric IASP91 reference
earth velocity model. The heavy black lines shown are the approximate distances
to the P-wave
shadow zone (103 to 140 degrees).
Theoretical
P-Wave Travel Times
City
|
Distance
(degrees) |
Travel Time
(min:secs) |
Arrival Time
UTC |
Phase
|
Kathmandu, Nepal
|
26.24
|
5:35.1
|
1:04:25.1
|
P
|
Beijing, China
|
40.97
|
7:42.8
|
1:06:32.8
|
P
|
Agana, Guam
|
49.40
|
8:49.7
|
1:07:39.7
|
P
|
Tokyo, Japan
|
51.81
|
9:07.9
|
1:07:57.9
|
P
|
Nairobi, Kenya
|
59.10
|
10:00.4
|
1:08:50.4
|
P
|
Brisbane, Australia
|
63.01
|
10:27.0
|
1:09:17.0
|
P
|
Moscow, Russia
|
69.78
|
11:10.4
|
1:10:00.4
|
P
|
Rome, Italy
|
82.80
|
12:24.4
|
1:11:14.4
|
P
|
Wellington, New Zealand
|
83.92
|
12:30.1
|
1:11:20.1
|
P
|
Bergen, Norway
|
87.38
|
12:47.3
|
1:11:37.3
|
P
|
London, England
|
91.15
|
13:05.0
|
1:11:55.0
|
P
|
Anchorage, Alaska
|
98.57
|
13:38.7
|
1:12:28.7
|
Pdiff
|
Honolulu, Hawaii
|
104.00
|
14:02.9
|
1:12:52.9
|
Pdiff
|
Palmer Station, Antarctica
|
114.17
|
14:48.0
|
1:13:38.0
|
Pdiff
|
Seattle, Washington
|
119.18
|
15:10.2
|
1:14:00.2
|
Pdiff
|
San Francisco, California
|
125.94
|
15:40.2
|
1:14:30.2
|
Pdiff
|
Duluth, Minnesota
|
129.68
|
15:56.8
|
1:14:46.8
|
Pdiff
|
Bangor, Maine
|
130.17
|
15:59.0
|
1:14:49.0
|
Pdiff
|
Ottawa, Canada
|
130.91
|
16:02.3
|
1:14:52.3
|
Pdiff
|
Los Angeles, California
|
130.93
|
16:02.4
|
1:14:52.4
|
Pdiff
|
Golden, Colorado
|
133.02
|
16:11.7
|
1:15:01.7
|
Pdiff
|
Boston, Massachusetts
|
133.05
|
16:11.8
|
1:15:01.8
|
Pdiff
|
New York, New York
|
135.22
|
16:21.4
|
1:15:11.4
|
Pdiff
|
Philadephia, Pennsylvania
|
136.17
|
16:25.6
|
1:15:15.6
|
Pdiff
|
Albuquerque, New Mexico
|
136.41
|
16:26.7
|
1:15:16.7
|
Pdiff
|
Wichita, Kansas
|
137.37
|
16:31.0
|
1:15:21.0
|
Pdiff
|
Washington, D.C.
|
137.50
|
16:31.5
|
1:15:21.5
|
Pdiff
|
St. Louis, Missouri
|
137.88
|
16:33.2
|
1:15:23.2
|
Pdiff
|
Knoxville, Tennessee
|
140.95
|
16:46.9
|
1:15:36.9
|
Pdiff
|
Brownsville, Texas
|
148.25
|
19:42.3
|
1:18:32.3
|
PKPdf
|
Miami, Florida
|
150.85
|
19:46.4
|
1:18:36.4
|
PKPdf
|
San Juan, Puerto Rico
|
151.97
|
19:48.1
|
1:18:38.1
|
PKPdf
|
Mexico City, Mexico
|
153.07
|
19:49.7
|
1:18:39.7
|
PKPdf
|
Lima, Peru
|
168.74
|
20:06.6
|
1:18:56.6
|
PKPdf
|
Body and surface waves spectrum from a large earthquake:
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