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Geomaterialien (Subject) / Erdbeben (Lesson)
- Erläutern Sie die gängige Hypothese zur Entstehung eines Erdbebens! Die Scherbruch-Hypothese besagt, dass an einer Transformstörung aufgrund sehr starker Reibung Spannungen zwischen den Platten entstehen, welche elastischer Deformationen im Gestein bewirken. Diese Spannung kann sich über einen sehr langen Zeitraum weiter aufbauen. Wird die Spannung an der Blockade zu groß, formen sich die Steine in ihre ursprüngliche Lage zurück unter Entsendung seismischer Wellen, welche die Erde erbeben lassen und je nach Intensität dementsprechende Schäden anrichten.
- Wie lässt sich die Erdbebenentstehung in die Theorie der Plattentektonik integrieren? An Transformstörungen gleiten zwei Lithosphärenplatten aneinander vorbei. Von der Konvektion im Erdmantel weiter angetrieben reichen die Reibungskräfte zwischen den beiden Platten nicht aus, um die Bewegung zu stoppen oder abzubremsen. Stattdessen baut sich Spannung auf, welche das blockierende Gestein elastisch deformiert. Die Platte selber bewegt sich z.B. mit 3 cm/Jahr weiter, nur der Rand mit der Blockade wird aufgehalten. Nachdem sich das Erdbeben dann entladen hat, zieht der Rand auch mit und macht einen Sprung ungefähr um den Betrag, um den den Rand hinterherhinkt.
- Welche Arten von Erdbebenwellen gibt es, wie breiten sie sich aus und welche richten den größten Schaden an? Es gibt Primär- und Sekundärwellen (p- und s-Wellen), welche die gesamte Erdkugel durchlaufen. p-Wellen sind Longlitudinalwellen. Das bedeutet, die Amplitude ist in Ausbreitungsrichtung gerichtet. s-Wellen sind hingen Transversalwellen mit einer Amplitude senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Primärwellen können sich im Gegensatz zu Sekundärwellen in Flüssigkeiten und Gasen ausbreiten. p-Wellen breiten sich etwa doppelt so schnell aus wie s-Wellen. Oberflächenwellen benötigen für ihr Ausbreitung eine freie Oberfläche. Man unterscheidet zwischen Raleigh-Wellen mit vertikaler Amplitude und Love-Wellen, die eine seitliche Scherbewegung an der Erdoberfläche verursachen. Am energiereichsten und damit am zerstörerischsten sind die Oberflächenwellen.
- Erläutern Sie die Arbeitsweise eines Seismographen! Erläutern Sie ein Seismogramm mit den unterschiedlichen Erdbebenwellen! Wie lassen sich Epi- und Hypozentrum bestimmen? Ein Seismograph besteht aus einer trägen Masse und einer möglichst schwachen Verbindung zum Erdboden, z.B. eine Feder mit geringer Federhärte oder ein sehr gut geöltes Scharnier. Auf diese Weise erreicht man, dass die Masse relativ in Ruhe bleibt, wenn die Erde bebt. Für den Beobachter schlägt die träge Masse aus, obwohl sich eigentlich die Erdoberfläche hebt bzw. seitlich ausschert. Die Masse verhält sich eben träge. Die Bewegungen des Seismometers lassen sich in Ihrer Intensität messen und natürlich im zeitlichen Verlauf. Ein Seismogramm zeigt als erstes zwei kurze Ausschlagsperioden geringer Intensität mit vergleichsweise kurzem, zeitlichen Abstand (wenige Minuten). Der erste Ausschlag wird von den p-Wellen ausgelöst, weil diese sich am schnellsten ausbreiten. Darauf folgden mit etwa der halben Ausbreitungsgeschwindigkeit die s-Wellen. Kurz nach den s-Wellen kommt ein Zeitabschnitt sehr unregelmäßiger und heftiger Ausschläge. Das sind die energiereichen Oberflächenwellen. Die Zeitdifferenz zwischen p- und s-Wellen der einzelnen Diagramme lässt auf die Entfernung zum Seismographen schließen. Kommen die p- und s-Wellen in einem Abstand von 8 Minuten an, entspricht das einer Entfernung von etwa 5600 km. Mit der Verwertung der Seismogramme mehrerer Messstation kann man dann den Ort des Epizentrums berechnen. Je mehr Seismographen, desto genauer lässt sich der Ort bestimmen. Unter Verwendung der Oberflächenwällen lässt sich auch der Erdbebenherd/das Hypozentrum berechnen.
- Erklären Sie die Unterschiede zwischen den 2 Skalen! Weshalb werden zwei unterschiedliche Skalen verwendet? Die Richterskala orientiert sich quantitativ am stärksten Ausschlag des Seismometers am Epizentrum selber, ohne Berücksichtung der qualitativen Wirkung im Einflussbereich des Bebens. Die Mercalliskala hingegen orientiert sich nicht an quantitativen Messungen, sondern an der qualitativen Beurteilung der Zerstörung oder Spürbarkeit. Die Mercalli-Skala ist wichtig für Ingenieure, da sie die geologischen Begebenheiten (Boden) berücksichtigen.
- Welche erdbebengefährdeten Zonen gibt es in Deutschland? - Hohenzollerngraben südlich von Stuttgart - Oberrheingraben bei Basel - Eifel zw. Köln und Aachen - nördliche Kalkalpen bei Garmisch
- Was versteht man unter einem Tsunami und wie lässt sich seine Entstehung erklären? Eine Tsunami ist eine lange Welle mit Periode T=3-60 Min. Die Höhe kann bis zu 30m betragen. Entstehungsursache sind in den meisten Fällen Seebeben. Erdrutsche und Vulkanausbrüche können jedoch auch Tsunamis verursachen. Ein Erdbeben kann den Meeresboden ruckartig um bis zu 10m anheben. Diese Bewegung verursacht an der Wasseroberfläche eine Welle mit einer Amplitude von wenigen cm und einer gewaltigen Geschwindigkeit von mehr als 800 km/h. Im offenen Meer sind solche Tsunamis kaum wahrnehmbar, doch in flachen Küstengewässer werden sie abgebremst und die Amplitude steigt um ein Vielfaches auf mehrere Meter. Tsunamis treten am von Subduktionszonen umgebenen Pazifik am häufigsten auf.
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