Seismologie

Opteken vun dat Eerdbeven bi Nassau an’n 14. Februar 2011

De Seismologie is en wetenschopplich Rebeet, dat Deel vun de Eerdphysik is un dormit to de Eerdwetenschoppen rekent warrt. Dat Woort is vun’t Greeksche afleidt un sett sik tosamen ut σεισμός, seismós för „Erschüttern, Wackeln“ un λόγος, logos för „Lehr, Sinn“. Dormit is de Seismologie de „Lehr vun de Eerdbeven“. Se versöcht to verkloren un uttoforschen, woans un woneem Eerdbeven passeert, wat de Oorsaken för Eerdbeven sünd un woans de Vörgang vun en Eerdbeven aflopen deit. Wieter befaat sik de Seismologie mit dat Utbreden vun seismische Bülgen, de bi en Eerdbeven afstrahlt warrt, un versöcht mit Help vun de Form vun disse Bülgen, de physikaalschen Aflööp vun’t Beven sülvt as ok de physikaalschen Egenschoppen un den Opbo vun’t Binnere vun de Eer ruttofinnen.

Historie

Nabo vun dat Seismoskop vun Zhang Heng

Histoorsche Opteken vun’t Messina-Eerdbeven vun 1908

De Seismologie is en noch teemlich junge Wetenschop, de eerst Enn vun’t 18. Johrhunnert langsom op de Been kamen is, nadem de Theorie vun’t Utbreden vun elastische Bülgen utklamüstert weer. Liekers hett dat ok dorför al Eerdbeven geven, de vun de Minschen ok in histoorsche Tieten al wohrnahmen weern un ok lang al as Naturkatastrophen bekannt sünd. Dat eerste bekannte Instrument, dat Eerdbeven anwiesen künn weer dat Seismoskop, dat de Chinees Zhang Heng in’t Johr 132 utklamüstert hett. Dat barg en Pennel, dat bi en Beven an de Wand vun en Fatt hauen de un so en Kugel utlösen de. Op de Wies künn de Richt na’t Epizentrum anwiest warrn. In Europa güng dat mit den Bruuk vun Seismoskopen in’t fröhe 18. Johrhunnert los. Disse Reedschoppen künnen aver blots anwiesen, dat en Eerdbeven passert weer, mitünner sogor ok en Richt oder de Stärk angeven. Över Eerdbeven hett man dorvun aver noch nix lehren künnt. Dorför geev dat to wenig Instrumenten, de ok to verscheden weern. Man hett dormols dacht, dat Eerdbeven Explosionen weern, de in de Eer passeeren.

De eerste Arbeit, de man as’n wohrhaftigen Ansatz vun seismologische Forschung beteken künn, hett de irische Ingeneur Robert Mallet maakt. De is na dat grote Eerdbeven, dat 1857 de Stadt Neapel drapen hett, na Italien reist un hett den Schaden ankeken, den dat Beven maakt harr. He beschreev dorna den Gedanken, dat Eerdbeven seismische Bülgen vun en Brennpunkt (wat vundaag as Hypozentrum betekent warrt) afstrahlt, den een finnen künn, wenn en den Loopweg vun de Bülgen torüchreken de. Aver ok he güng noch vun Explosionen in de Eer ut. De eerste richtige Seismograaf, de den Verloop vun de Boddenbewegen opteken künn, weer 1875 vun den Italiener Filippo Cecchi boet. Sien Instrument weer aver so traag, dat dat twölf Johren duert hett, bit he dat eerste mol en Beven opteken künn. Dormit künn een neemlich blots Eerdbeven to faten kriegen, de nich to wiet vun’n Seismograaf weg wern. De eersten, de en Eerdbeven optekent hebbt, weern dorüm en poor egelsche Gastwetenschopplers üm John Milne, de 1880 in Japan arbeit hebbt. Ut de eersten Seismogrammen is nu kloor worrn, dat de Bodden sik bi’n Eerdbeven veel kumplizeerter bewegt, as dat bi en Explosion wesen müss. De Richt vun de Bewegen ännert sik mehrfack un deelwies weer de dullste Utslag dweer to de Richt vun’t Utbreden vun de Bülgen.

Dat eerste Feernbeven is 1889 optekent worrn, man dat weer an sik en Tofall. In Potsdam un Willemshoben harr de Astronom Ernst von Rebeur-Paschwitz Horizontalpennels an’t Lopen, mit de he Negen vun Feernrohrsockels kontrolleeren wull, de dör Himmelkörpers tostannen kamt. In de Opteken hett he en Stöörsignal faststellt, dat an beide Steden to de glieken Tiet opduken de. As he later in de Tietschrift Nature en Bericht över en swoor Eerdbevenin Japan leest hett, is em kloor worrn, dat dat Beven dat „Störsignal“ utlöst harr. Disse Opdecken warrt vundaag as de Geboortsstünn vun de globalen Seismologie ansehn. In’t Johr 1898 hett de düütsche Physiker Emil Wiechert den eersten Seismografen mit Dämpen utklamüstert, de in de Laag weer, mehr vun’t Signal optoteken as blots de eersten poor Sekunnen. Mit de Johren sünd de Reedschoppen jümmer beter worrn. Ok Wiechert hett sien Instrument jümmer fienföhliger maakt. De Seismograaf, den he 1910 konstrueert hett is to’n weltwieten Standard worrn.

Mit de beteren Technik und Opteken weer ok de Grundlaag för’t Utforschen vun de seismischen Bülgen jümmer beter. 1900 hett Richard Oldham de verschedenen Typen vun seismische Bülgen ut’neenklamüstert, un 1906 hett he rutfunnen, dat dat en fletigen Eerdkarn gifft. In’t Johr 1909 hett de kroaatsche Eerdphysiker Andrija Mohorovičić de Grenzflach opdeckt, de den Eerdmantel vun de Eerdköst scheedt. En wieteren Mielensteen in de Historie weer dat Opdecken vun’n binneren Eerdkarn dör de däänsche Seismologsche Inge Lehmann. För de enkelten Bülgenphasen sünd mit de Johren Looptiettabellen opstellt worrn, de den Tosamenhang twüschen Looptiet un Afstand twüschen Seismograaf un Eerdbeven wiesen. De eerste Tabell vun disse Oort is 1907 vun den düütschen Karl Bernhard Zoeppritz tohopenstellt worrn. Beno Gutenberg hett 1914 denn en Tabell rutbröcht, in de ok Phasen inslaten hett, de dör den Karn lopen sünd. De bekannste Tabell mit Looptieten för tallrieke Bülgenphasen weer 1940 vun Harold Jeffreys un Keith Edward Bullen publizeert. Se warrt deelwies ok vundaag noch bruukt un geevt Looptieten an, de sik vun hüütige Modellen blots üm wenige Sekunnen ünnerscheden doot. In de 1930er Johren al geev dat eerste Anstalten, de Stärk vun Eerdbeven nipp un nau to meten. De eerste Skala to’n Meten vun de Magnitude güng op Charles Francis Richter torüch. Dat weer de na em nöömte Richterskala, de deelwies ok vundaag noch bruukt warrt.

Kiyoo Wadati hett 1928 eerstmols övertügen nawiesen künnt, dat Eerdbeven ok deeper as 100 km vörkamen künnt. Deepe Eerdbeven bit rünner op 700 km sünd in Subdukschoonszonen veel to beobachten. Dat neegte Band in dat de Hypozentren leegt warrt vundaag as Wadati-Benioff-Zoon betekent. In de 1960er Johren hebbt Seismologen rutfunnen, dat de Heerdvörgäng vun de meisten weltwieten Eerdbeven goot tosamenpassen deen mit dat, wat de Theorie vun de Platentektonik vermoden lett. De Theorie weer to de Tiet noch ümstreden, is dordör nu aver ünnerstütt worrn. In de Johren vun 1969 bit 1972 sünd in’n Rahmen vun dat Apollo-Programm ok Seismometers na’n Maand mitnahmen warrn. Siet de Tiet is bekannt, dat dat ok Maandbeven gifft. In de letzten Johrteihnten hebbt vör allen de Entwickeln in de Elektro- un Reeknertechnik för grote Verbetern in de Seismologie sorgt. Die Seismometers sünd lütter, man togliek fienföhliger worrn un geevt vundaag digitale Daten rut, de in’n Reekner gau bearbeit warrn künnt. Un mit de jümmer grötteren Fastplaten un de jümmer gaueren Perzessers künnt hüüt ok jümmer gröttere Datenmengden togliek verarbeit warrn, wat ok de Utweerten un de Methoden bannig vöran bröcht hebbt.

Opgaven un Fragen vun de Seismologie

De Seismologie deelt sik groff in twee Arbeitsfeller: dat een befaat sik mit dat Eerdbeven sülvst, dat annere ünnersöcht den Eerdopbo mit Help vun de afstrahlten seismischen Bülgen. Beide Feller översniedt sik ’n lütt beten, vun wegen dat ut de Bülgen ok de physikaalschen Parameters vun en enkelt Beven afleidt warrt un dorto ok Weten över die Struktur vun de Eer nödig is.

En wichtige Fraag weer dorüm al vun Anfang an: Wat is en Eerdbeven, wat geiht dorbi in de Eer vör sik un wat is de Oorsaak dorvun? De Antwoort dorop is hüüt in’n Grundsatz kloor. Dat Tosamenspeel vun de Kräft, de dormit to kriegen hebbt, is bannig veelsietig. Üm ruttofinnen, woans un in wovun Richt de Kräft in en Eerdbevenrebeet wirken doot, is bi jeed Beven de Fraag, woans de Brook nipp un nau aflopen is. Dat Bestimmen vun den Heerdvörgang, vun den nauen Oort (dat Hypozentrum) as ok vun de Magnitude, höört dorüm to de tyypschen Opgaven vun de Seismologie. Vundaag sünd bannig vele Meetstatschonen över de hele Welt verdeelt, de ahn Ünnerbreken de Boddenbewegen optekent. De meisten duersomen Meetstatschonen sünd vundaag över Satellit, Internett oder annere Datenverbinnen an Utweertinstituten anslaten. So künnt de Daten in Echttiet tosamenbröcht un utweert warrn. Dit so nöömte Monitoring is de Grundlaag för Fröhwarnsystemen in Rebeben mit hoge Eerbevenwohrschienlichkeit, bi dat in Sekunnen Anstalten to’n Schulen maakt warrn mööt. Ok to’n Överwachen vun Vulkanen warrt lütte öörtliche Eerdbeven dör Monitoring in’t Oog behollen. En Opgaav, an de al lang forscht warrt, is dat Vörutseggen vun Eerdbeven. Man, Spood harr de Forschung dormit noch nich, un dat sütt ok för de nächste Tiet noch nich dorna ut. Mööglich is aver, de Seismizität statistisch uttoweerten un Wohrschienlichkeiten för Eerdbeven in en sünner’t Rebeet antogeven, wat en bedüdene Rull bi de Risikoanalyys vun Naturgefohren speelt.

En wiet Arbeitsrebeet is ok dat Utforschen vun’n Eerdopbo. De Bülgenform vun Eerdbevensignalen hangt nich alleen vun den Heerdvörgang af, man ok vun den Strahlweg, op den de Bülg lopen is. Dör egente Bereken kann een ut dat Signal de Informatschonen över dat Binnere vun de Eer rutarbeiten. Dordör, dat de seismischen Bülgen dweer dör de hele Eer lopen doot, wenn se noog Energie hebbt, kann en dör’t Ünnersöken vun Eerdbevensignalen ok Rebeden binnen de Eer ünnersöken, de mit annere Meetmethoden nich to ünnersöken gaht. Dat meiste, wat wi hüüt över den Eerdkarn un den fienen Opbo vun’n Eerdmantel weet, is alleen ut de Seismologie afleidt worrn. De Fraag is dorbi: Woans sünd de seismischen Snelligkeiten in’n Ünnergrund verdeelt, wo groot sünd se un wo scharp sünd ünnerscheedliche Snelligkeiten vun’nanner afgrenzt. Ut disse Ünnersöken laat sik enkelten Schichten vun de Eer afleiden. In Verbinnen mit Weten ut de Petrophysik un ut de Mineralogie kann een torüchsluten, ut wovun Steenorden de Schichten bestaht un wovun Egenschoppen de Mineralen hebbt. Öörtliche Ännern vun de Bülgen-Snelligkeiten geevt dormit Utkunft över den Temperaturverloop un de dynaamschen Vörgäng binnen de Eer. En wietere Egenschop, de ünnersöcht warrt, is de Anisotropie vun seismische Bülgensnelligkeiten, ut de sik Strukturen mit en sünnere Richt afleiden laat. Dorut kann en to’n Bispeel op Spannungstostännen torüchsluten.

Eerdbeven

Hööftartikel: Eerdbeven

Starke Eerdbeven künnt hele Städer tonichten maken

En Eerdbeven is en Vörgang in de spröden Eerdköst, de in de meisten Fäll dör de Platentektonik utlöst warrt. In Fall liggt de Oorsaak in’t Bewegen vun de fasten Eerdplaten, ut de de butensten Schichten vun de Eer besteiht. Disse Lithosphärenplaten künnt sik gegen’nanner bewegen un sik dorbi ok an’nanner verhaken un verkanten. De Bewegen höört dordör aver nich op, so dat sik in’n Steen jümmer mehr Spannung opboet, bit dat toveel warrt för den Steen un he tweibrickt. In dissen Moment warrt bannig veel Energie freesett, de sik mit de Tiet – in’n Fall vun swore Eerdbeven mitünner över mehrere Johrteihnten – opstaut hett. En groten Deel vun de Energie warrt in Form vun seismische Bülgen afstrahlt, de sik dör de Eer utbreden doet. De meisten Eerdbeven sünd so swack, dat nümms de afstrahlten Bülgen wohrnehmen deit. Man, swore Eerdbeven künnt de Rebeden an de Eerdböverflach düchtig to’n Wackeln bringen, un dat ümso duller, je dichter an de Böverflach dat Hypozentrum liggen deit. Dat kann mitünner so dull wesen, dat de Eer apenrieten deit oder Hüüs to’n Instörten bröcht warrt. Dorto kamt as Naklapp faken noch Füer, wenn t. B. dör dat Instörten vun Bowarken Stroom- oder Gasleitungen tweibroken warrt wat denn faken düütlich mehr Schaden maakt as dat Eerdbeven an sik. In bargige Rebeden, kann dör en Eerdbeven ok en Eerdrutsch utlöst warrn, un wenn dat Beven ünner’t Meer passeren deit, kann sik ünner sünnere Ümstännen ok en Tsunami billn.

Eerdbeven, de in de Platenbewegen jemehr Oorsaak hebbt, warrt ok as tektonische Beven betekent. En annere natürlich Oorsaak för Eerdbeven liggt in’t Opstiegen vun fletig Magma in’n Tosamenhang mit Vulkanismus, wat in’n lütteren Rahmen ok de Spannungen in’n Steen ännert un dordör Bröök utlösen deit. En sünnere Form vun Eerdbeven bi Vulkanen is de so nöömte vulkaansche Tremor. Dat kann aver ok passeeren, dat en Eerdbeven dör dat Ingriepen vun’n Minschen utlöst warrt, wenn de Spannung in de Eerdköst dör technische Anlagen verännert und dorbi olle Brookflachen un Stören reaktiveert warrt. Dat kann to’n Bispeel utlöst warrn dör dat Föddern vun vun Eerdööl oder Eerdgas, jüst so aver ok wenn wat in de Eer rinpumpt warrt. Dat kann Water wesen, as dat bi’t Winnen vun Energie ut Eerdwarms in de Eer inleidt warrt, oder ok Gas, dat in Soltstöck to’n Twüschenspiekern pumpt warrt. Eerdbeven, de dör disse Orden vun Minschenwark utlöst warrt, warrt as induzeerte Eerdbeven betekent. Opletzt kann dat ok vörkamen, dat Hollrüüm (olle Stollen in en Bargwark oder natürliche Höhlen) binnen de Eer in sik tosamen fallen doot, wat denn ok as Eerdbeven wohrnahmen warrt. In dissen Fall snackt man vun en Bargslag.

Seismische Bülgen

Ünnerscheedliche Typen vun Bülgen

Seismische Bülgen sünd elastische Bülgen, de dör den Brookvörgang bi en Eerdbeven utlöst warrt un sik dör de Steenschichten, de de Eer opboen doot, utbreedt. Vun disse Bülgen gifft dat ünnerscheedliche Typen, de eerstmol in Ruumbülgen un Böverflachenbülgen ünnerscheedt warrt.

De Ruumbülgen heet so, vun wegen dat se in alle Richten dör den Ruum vun’n Eerdkörper lopen doot. To de Ruumbülgen höört de so nöömten P-Bülgen un S-Bülgen (baven in’t Bild). De Snelligkeit vun P-Bülgen is in all Materialen grötter as de vun S-Bülgen, dorüm ok de Beteken: P steiht för primär, vun wegen dat de Bülg as eerste an en Meetstatschoon ankummt, un S steiht för sekundär. Dat eerste is en Kompressionsbülg, jüst so as Schallbülgen in de Luft. De Partikels bewegt sik hier in de glieken Richt as sik de Bülg utbreden deit, so dat dat Material jümmer tohopendrückt un wedder uteneentagen warrt. De Snelligkeit warrt utrekent na de Formel:

$v_{p}={\sqrt {\frac {K+{\frac {4}{3}}\mu }{\rho }}}$, faken ok in de Form $v_{p}={\sqrt {\frac {\lambda +2\mu }{\rho }}}$

wobi v_P de Snelligkeit is, K de Kompressionsmodul oder λ de 1. Lamé’sche Kunstant, μ de Scheermodul un ρ de Dicht vun’t Material.

De annere Ruumbülg is en Scheerbülg, bi de de Partikels pielliek to de Richt vun’t Utbreden swingt. De Snelligkeit vun dissen Tyyp warrt berekent na de Formel:

$v_{S}={\sqrt {\frac {\mu }{\rho }}}$,

wobi v_S de Snelligkeit angifft. De Rest is as baven. In Fletigkeiten warrt de Scheermodul glieks null, wat bedüüt, dat S-Bülgen to’n Bispeel nich in Water vörkamen doot. Disse Egenschop vun de Scheerbülgen hett ok dorto föhrt, dat de fletige butere Eerdkarn opdeckt worrn is. Wenn en Ruumbülg op en Grenzflach twüschen twee Schichten mit ünnerscheedliche Snelligkeiten drapen deit, warrt de Strahlverloop ännert. De Strahl kann broken oder reflekteert warrn, jüst so as Lichtstrahlen in de Optik, man butendem gifft dat hier noch den Fall vun en Konversion, dat heet dat de Energie vun en P-Bülg deelwies in en S-Bülg övergeiht un anners rüm.

De Böverflachenbülgen hebbt jemehr Beteken, vun wegen dat se sik blots an en Böverflach langs utbreden könnt. To dissen Tyyp höört de Love-Bülg un de Rayleigh-Bülg (ünnen in’t Bild). Se kamt tostannen, vun wegen dat P- un S-Bülgen in de Eerdböverflach rinbroken warrt. Mit tonehmen Deep vun de Böverflach warrt de Energie vun de Bülg jümmer weniger, un ok de Bülgenläng ännert sik: Je körter de Bülg swingt, ümso mehr warrt de Energie dämpt un ümso weniger deep kann de Bülg in de Eerd induken. Böverflachenbülgen sünd butendem ok dispersiv, d. h. wo groot de Snelligkeit vun de Bülg is, hangt af vun ehr Bülgenläng. Mit den Loopweg nimmt de Energie vun Böverflachenbülgen mit 1/r af, wiel Ruumbülgen mit 1/r² afnehmt.

De Love-Bülg hett ehrn Naam vun den britischen Mathematiker A. E. H. Love, de 1911 toeerst en mathemaatsch Modell opstellt hett, woans sik disse Bülgen utbreden doot. De Partikelbewegen is bi dissen Bülgentyyp waagrecht piel to de Richt vun’t Utbreden. Bi de Rayleigh-Bülg swingt de Partikels dorgegen op en torüchlöpige elliptische Bahn, jüst so as dat bi Waterbülgen passeert. De Boddenbewegen geiht dorüm jümmer op un daal, man ok sietwärts. De Naam kummt vun den engelschen Physiker Lord Rayleigh, de al 1885 mathemaatsch vörutseggt hett, dat dat dissen Bülgentyyp gifft, vördem de beobacht worrn is. Dat sünd ok tomeist Rayleigh-Bülgen, de een na en Eerdbeven föhlen deit un de ok för den Schaden verantwoortlich sünd. Jehmer Boddenbewegen is en grote Belasten för Bowarken.

Opteken vun Eerdbeven

histoorsch Wiechert-Seismometer

Bispelen vör verschedene Bülgen-Phasen

De eersten Instrumenten to’n Faststellen vun Eerdbeven weern Seismoskopen, as de Apparat vun Zhang Heng ut dat Johr 132. En Seismoskop kann nich veel mehr as to wiesen, dat en Eerdbeven passert is, mitünner ok, wat de Richt vun de Bülgen weer oder wo stark in’n Vergliek to annere Beven dat wesen is.

Wenn een wat över dat Beven oder den Ünnergrund weten will, bruukt een aver den Verloop vun de Boddenbewegen. Dorför warrt de Opteken vun de Amplitude mit de Tiet bruukt, wat ok as Tietreeg betekent warrt. Reedschoppen, de dat künnt, warrt as Seismografen betekent, vun wegen dat se wat opschrieven doot. De modernen Instrumenten loopt digital un geevt jemehr Daten elektroonsch ut. Begäng is in de Wetenschop vundaag de Beteken Seismometer, vun wegen dat en de Amplituden mit so en Reedschop meten kann.

De Tietreeg vun Eerdbevenbülgen warrt as Seismogramm betekent. Wat nipp un nau in en Seismogramm to sehn is, hangt vun de Bowies vun’t Seismomter af. De fröhen mechaanschen Seismometers hebbt normalerwies de wohrhaftige Boddenbewegen weddergeven, wiel de modernen Reedschoopen tomeist de Snelligkeit vun’n Bodden anwiest. Eenige Instrumenten geevt ok dat Versnellen vun’n Bodden an. Dör Integreeren oder Afleiden kann en dat aver in’nanner ümreken. An sik is dat Seismogramm en Zick-Zack-Lien, de mol mehr mol weniger dull utsleiht. Dat liggt doran, dat de Bodden jümmer ’n beten wackeln deit, ok wenn jüst keen Eerdbeven wesen is, vun wegen dat ok Maschienen, Stratenverkehr un Minschen dör jemehr Arbeit duersom de Eer to’n Wackeln anreegt. Dorto kamt natürliche Oorsaken as den Bülgenslag an de Waterkant, dat Pusten vun’n Wind un sogors ok Warmsünnerscheden, de dör dat Sünnlicht utlöst warrt.

Dat Signal vun en Eerdbeven kann dorvun över düütlich ünnerscheedt warrn, tomindst wenn dat Beven stark noog weer. Dat besteiht nich blots ut een Utslag in’t Seismogramm man ut ’n Reeg vun Impulsen, de in sünnere Tietafstännen openanner folgt. De Tietafstännen warrt vör allen bestimmt dör den Afstand vun’t Meetinstrument to dat Eerdbeven sülvst, man ok vun de Deep vun’t Hypozentrum un vun den Opbo vun de Eer. To’n Bispeel lopt de Ruumbülgen P un S op direkten Weg dör de Eer, hebbt aver verscheden Snelligkeiten un kamt dorüm nich to glieken Tiet an. De Energie breedt sik aver vun’t Hypozentrum in all Richten ut, so dat de Bülgen ok noch op annere Weeg na de Meetstatschoon kamen künnt, nadem se to’n Bispeel eenmol an de Böverflach oder an Schichtgrenzen binnen de Eer reflekteert worrn sünd. Jede enkelte Utslag in’t Seismogramm wiest opletzt en sünner’n Strahlweg, den de Energie vun’n Bevenheerd na’t Seismometer lopen is. In de Wetenschop warrt vun verschedene Phasen snackt. De Afhangigkeit vun de Looptiet för de enkelten Phasen vun Afstand to’n Eerdbevenheerd warrt in so nöömte Looptietdiagrammen wiest.

Methoden in de Seismologie

För de ünnerscheedlichen Opgaven vun de Seismologie hebbt sik mit de Tiet verschedene Methoden entwickelt. Opletzt löpt dat allns dorop rut, dat en sik mit de Bülgenform, mit de Frequenzen un mit Looptietünnerscheden twüschen verschedene Bülgen-Phasen ut’neensett. Helpsmiddel sünd dorbi Standardtechniken ut de Statistik un ut de Tietregenanalyys, de ok in annere Rebeden vun de Physik un doröver rut anwennt warrt.

Ünnersöken vun Eerdbeven

Looptietünnerscheed (Δt) twüschen P- un S-Bülg un Amplitud (A)

To de Standardopgaven vun de Eerdbevenwachten höört dat duersome Monitoring, üm gau to mellen, wenn en Eerdbeven passeert is. Dorbi will een mööglichst gau weten, woneem un wanneer dat Eerdbeven passeert is, wo stark dat weer un wovun Heerdvörgang vorachter steken hett. Man ok to’t Forschen mööt sik de Wetenschopplers mit dat Eerdbeven sülvst befaten. De Resultaten vun de Seismologie künnt mit Modellen ut de Geodynamik un mit dat Weten ut de Petrologie afgleken warrn.

Lokaliseeren vun Eerdbeven

De eerste Fraag is jümmer, woneem dat Eerdbeven passeert is, also dat Bestimmen vun dat Hypozentrum. Dorto höört de geograafschen Koordinaten as ok de Deep. Dat Prinzip vun’t Lokaliseeren is, dat een de Tieten vun de ankamen Bülgenphasen vun P un S ut dat Seismogramm aflesen deit. Billt een dorut de Differenz, denn kann man dorut bereken, wo wiet dat Hypozentrum vun de Statschoon weg wesen is. Dat liggt also op en Kugelschaal mit den Radius as den berekent Afstand. Maakt een dat glieke för en tweete Statschoon, kriggt een ’n tweete Kugelschaal, de sik mit de eersten snieden deit. Üm den nauen Oort to bestimmen, bruukt een noch en drüdde Statschoon, ut de wedder en Kugelschaal bestimmt warrt, de sik denn mit de beiden annern in een Punkt snieden schüll. Dat is denn de Laag vun’t Hypozentrum.

Normalerwies sniedt sik de Kugels nich nipp un nau in een Punkt vun wegen de Meetfehlers bi de Phasen oder unbekannte Ännern vun de Snelligkeiten in’n Ünnergrund. Je mehr Statschonen Daten bidrägen doot, ümso nauer un sekerer kann dat Hypozentrum bestimmt warrn. Vundaag gifft dat dorför Reeknerprogrammen, de op de Geigermethood baseert. Dat is en iterativ Verfohren, dat mit ünnerscheedliche P- un S-Phasen vun mehrere Statschonen arbeit un över’t Anpassen vun de Summ vun de lüttsten Quadraten en linear Gliekensystem to lösen. Bi de Methood mutt een nich mol beide Bülgenphasen an een Statschoon meten, man för de Nauigkeit is dat beter.

Bestimmen vun de Stärk

De Stärk vun en Eerdbeven warrt as de Magnitude betekent. Se gifft en Maat dorför, woveel Energie bi dat Beven freesett worrn is. As eerste is de Richterskala utklamüstert worrn, de aver blots för Eerdbeven bruukt warrn kann, de bit to 600 Kilometer wiet weg sünd. Vundaag gifft dat mehrere verschedene Magnitudenskalen, de op dat Utmeten vun ünnerscheedliche Bülgenphasen bi sünnere Frequenzen baseert.

Bi de meisten warrt dorto ut dat Seismogramm de Amplitud vun de Phaas aflest, de för de Magnitude bruukt warrt. En annern Ansatz maakt de Afklingmagnitude, bi de de Coda vun den P-Bülgeninsatz utmeten warrt. Vör allen för starke Beven warrt vundaag tomeist de Momentenmagnitude bruukt, de ut dat seismische Moment utrekent warrt.

En anner’t Maat för de Stärk vun en Eerdbeven is de Intensität, de in’n Gegendeel to de Magnitude vun Oort to Oort verscheden is. De Intensität warrt över de Utwirkung vun en Eerdbeven op de Bowarken, de Ümwelt un de Minschen bestimmt un hangt dormit vun den Afstand to’n Eerdbevenheerd af, as jüst so ok vun de geoloogschen Strukturen. Dorbi warrt Utwirkungen bestimmt, de ok ahn Instrumenten faststellt warrn künnt. Man snackt in dissen Tosamenhang dorüm ok vun de Makroseismik.

Vunwegen dat de Intensität ok veel vun de Fienföhligkeit vun de Lüüd afhangen deit, vun de Inwahnerdicht in en Rebeet oder vun de Fastigkeit un Bowies vun de Hüüs un annere Bowarken is de Intensität nich so akkeraat to bestimmen as de Magnitude un is dorüm in de Wetenschop weniger wichtig. Grote Bedüden hett se aver bi’t Utforschen vun histoorsche Eerdbeven to Tieten, as dat noch keen Seismometers geven hett. Ut olle Opteken vun de Makroseismik kann denn de Intensität bestimmt warrn, worut denn ok de Magnitude groff afschätzt warrn kann.

Bestimmen vun’n Heerdvörgang

Bispeel för en „Beach Ball“ vör den Fall vun en Afschuven

Bi en Eerdbeven brickt in de Eerd en mehr oder minner groot Rebeet vun’n Steen twei. Dat stellt man sik vör, as wenn twee Steenblöck gegen’nanner verschaven warrt. Dat kann waagrecht anenanner vörbi passeeren, man ok vun’nanner weg oder op’nanner to. Bi jede Oort vun Heerdvörgang warrt dorbi de Energie mit en tyypsch Muster afstrahlt, wobi in Richt vun’t Schuven vun de Steenblöck as ok pielliek dorto de wenigste Energie anreegt warrt, vun wegen dat dor de Knüttenlienen vun’t Beven leegt. De Energiemengde aver ok de Polarität vun de Bülg is dormit afhangig vun de Richt Azimut, d. h. mol geiht de eerste Utslag in’t Seismogramm na baven, mol na ünnen. Na baven heet dorbi, dat de Eer in de Richt tohopendrückt worrn is (Kompresschoon = +), wiel na ünnen op en Ut’nannertehn (Dilatatschoon = −) hendüüt.

Dit Muster kann en torüchreken, wenn en de Polaritäten an mööglichst vele Öörd aflesen kann un tosamendeit. Dat Resultat vun so en Ünnersöken, warrt as Heerdflachlösen betekent un gifft an, woans dat Beven vör sik gahn is. Dorstellt warrt dat tomeist mit Diagrammen, de utseht as’n Strandball un dorüm tomeist ok as „Beach Balls“ betekent warrt. Ansteed vun de Verdelen vun de Polaritäten an de verschedenen Statschonen, kann en den Heerdvörgang ok ut den Momententenssor bestimmen. Dat Verfohren dorto warrt Momententenserinversion nöömt un gifft de Heerdflachlösen akkerat an. Disse Weg funkschoneert aver blots, wenn dat Signal vun’t Eerdbeven bannig kloor in’t Seismogramm to sehn is, also tomeist blots bi starkere Eerdbeven.

Ünnersöken vun’n Eerdopbo

An de Karn-Mantel-Grenz warrt de P-Bülgen böögt, wat to en Schaddenzoon för P-Bülgen föhrt. So is de Eerdkarn opdeckt worrn.

Dat meiste Weten, dat wi vundaag över dat deepe Binnere vun de Eer hebbt, kummt vun de Seismologie, vun wegen dat de seismischen Ruumbülgen dweer dör ehr dörlopt un de Informatschonen ut de Bülgenform – anners as bi de Potentialverfohren – to en sünner’t Rebeet toordent warrn kann. Över Reflekschonen un Konversionen an Grenzflachen lehrt een wat över de Schichtstrukturen vun de Eer, wiel de Looptieten wat doröver utseegt, woans de Snelligkeiten verdeelt sünd. Annere Informatschonen bedrapt to’n Bispeel de Anisotropie oder dat Dämpen vun de seismischen Energie.

Tomografie

Bi de seismischen Tomografie geiht dat vör allen dorum, Snelligkeitsanomalien ruttofinnen, dat heet Afwieken vun de wohren Snelligkeit vun en annahmen Modell, dat de dörsnittliche Snelligkeit in en Rebeet angifft. Dat Meetprinzip is dat glieke as bi de Tomografie, de ut de Medizin bekannt is, blots dat hier seismische Bülgen an Steed vun elektromagneetsche Bülgen bruukt warrt. Seismische Tomografie kann en mit Beven dicht bi maken (Lokalbeventomografie) oder mit Beven, de wiet weg sünd (Teleseismische Tomografie).

De Ünnergrund warrt dorbi in lütte Kasten indeelt, de vun mööglichst vele Strahlweeg dörlopen warrt. Dorto mööt de Beven toeerst lokaliseert warrn. För den Loopweg warrt eerst mol en kunstante Snelligkeit vun de Bülg annahmen, so dat een Utreken kann, wanneer de Bülg an de Meetstatschoon ankamen mutt. Wenn op’n Weg aver annere Snelligkeiten vörkamt, denn löpt de Bülg mol gauer un mol langsomer as na dat Modell vörgeven, wat to en Afwieken (Residuum) vun de berekenten Tiet föhrt. Wenn en dat bi vele Strahlen bereken deit, de ut mööglichst vele verschedene Richten dör den Ünnergrund lopt, kann en de Residuen op den Strahlweg verdelen un so de Snelligkeitsverdelen rutfinnen.

Receiver Functions

Bi disse Methood warrt de konverteerten Phasen ut dat Signal isoleert, also wenn P-Bülgen to’n Deel in S-Bülgen ümwannelt worrn sünd oder anners rüm. Dordör, dat sik de P-un S-Bülgen mit ünnerscheedlcihe Snelligkeiten utbreedt, kann en den Tietünnerscheed twüschen de Originalphaas un de konverteerten Phaas meten un dorut bestimmen, wo deep de Grenzflach liggt, woneem de Konversion stattfunnen hett.

De wichtigste Schritt is bi de Receiver Functions, dat Opsplitten vun de verschedenen P- un S-Bülgenandeelen, wat blots mööglich is, vun wegen dat de Swingricht vun de beiden Bülgentypen pielliek to’nanner vör sik geiht. De Heerdvörgang warrt ok ut dat Signal rutrekent, so dat en de swacken konverteerten Phasen sichtbor maken kann.

Vörlöperphasen

Bispeel för den Strahlverloop bi Vörlöperphasen

Ok de Vörlöperphasen deent to’n Ünnersöken vun seismische Grenzflachen. In dissen Fall warrt nicht konverteerte Phasen ünnersöcht, man welke, de an de Ünnersiet vun en Grenzflach reflekteert worrn sünd. De Looptieten warrt in dissen Fall op de PP-Phaas oder SS-Phaas betogen, dat is en Bülg, de eenmol an de Eerdböverflach reflekteert woorn is, vördem se bi’t Seismometer ankummt. Phasen, de an en Grenzflach in de Eer reflekteert warrt, hebbt ’n beten wat körteren Weg un kamt dorüm vör de PP- oder SS-Phaas an. Dorüm snackt man hier von Vörlöperphasen. Jüst so as bi de Receiver Functions warrt hier de Heerdvörgang ut dat Signal rutrekent un de Tietünnerscheed över en Snelligkeitsmodell in de Deep vun de Grenzflach ümrekent.

Scheerbülgen-Splitten

Dat Splitten vun Scheerbülgen is en Standardünnersöken, wenn dat üm’t Faststellen vun Anisotropie geiht. Utnütt warrt dorbi, dat sik S-Bülgen in en anisotrop Medium in twee Bülgenandeelen opslitten laat. De een beweegt sik gau un is in de Richt polariseert, in de de Ass vun de gaue Snelligkeit wiest, de annere swingt pielliek dorto un warrt as langsome Bülg betekent. Dat Utmeten vun de Richt (Azimut) vun de „gauen Ass“ wiest op inregelte Strukturen in de Eer hen – dat kann’t Utrichten vun Mineralen dör Konvekschoonsströöm wesen oder dat parallele Utrichten vun Bröök un Smölttaschen sünners in vulkaansche Rebeden. De Tietafstand vun de beiden Scheerbülgen hangt af vun’t Maat vun de Anisotropie as ok dorvun, wo dick de anisotrope Schicht is.

Scheerbülgen-Splitten warrt tomeist ut teleseismische Eerdbeven afleidt. Dorför warrt denn normalerwies de SKS-Phaas bruukt – dat is en S-Bülg, de as P-Bülg dör den fletigen buteren Karn lopen is. Man kann dat Splitten aver ok bi normale S-Bülgen vun öörtliche Beven meten.

Dispersion vun Böverflachenbülgen

De Dispersion vun de Böverflachenbülgen föhrt dorto, dat een mit dissen Bülgentyyp ünnerscheedlich deep in de Eer kieken kann, afhangig vun de Bülgenläng, de ünnersöcht warrt. De Bülgentog warrt dorto in verschedene Frequenzpaketen ünnerdeelt un de Snelligkeiten dorut afleidt. In so nöömte Dispersions-Kurven warrt denn de Verloop vun de Snelligkeit mit de Deep dorstellt. Dorut lett sik ok op de Schichtstruktur torüchsluten.

Ut den Bülgentyyp bestimmt sik ok, wovun Snelligkeit ünnersöcht warrn künnt: As bi de Love-Bülgen de Boddenbewegen waagrecht stattfinnt, warrt dormit de waagrecht polariseerte S-Bülgen-Snelligkeit meten. Bi de Rayleigh-Bülgen geiht de Swingen vör allen op un daal, wat de pielliek polariseerte S-Bülgen-Snelligkeit weddergifft. För’t Meten vun de Dispersionskurven is dat nödig, dat twee Statschonen dat Signal opteken doot, de mit dat Hypozentrum tohopen op en Grootkrink leegt.

Modelleren

Dat Modelleren vun Bülgenformen is en Technik, bi faken in Verbinnen mit annere Methoden bruukt warrt. Bi’t Modelleren warrt versöcht en Modell to finnen, dat en beobacht Bülgenform verkloren kann. Dorto warrt in’n Grunnen nich vun de meten Daten torüchrekent, man vun’t Modell utgahn un dorvun en Bülgenform utrekent. Dat Resultat warrt mit de wohren Verloop vun de Tietreeg vergleken un dat Modell interativ, to’n Bispeel över de Methood vun de lüttsten Quadraten, so verännert, dat de berekente Bülgenform mööglichst goot an de metene Bülg anpasst warrt.

Vörrutseggen vun Eerdbeven

Dat Vörrutseggen is en Teel, dat de Seismologie al teemlich lang ahn Spood verfolgt. Dormit weer dat mööglich, Minschen för de Naklapp vun en Beven to schulen un grote Oppertallen un volksweertschopplichen Schaden dör Eerdbeven to minnern. De Vörgäng, de in de Eer to Eerdbeven föhren doot sünd aver bannig kumplizeert. Ofschoonst de Wetenschop vundaag weet, woans Eerdbeven entstaht un utlöst warrt, keent een all de Fakters, de dorbi en Rull speelt, nicht goot noog, üm för en sünner’t Rebeet nipp nau vörruttoseggen, wanneer en Eerdbeven passeert. Dorbi mutt ünnerscheedt warrn twüschen Vörrutseggen un Fröhwarnen, wat in’n Gegensatz dorto vundaag al mit groten Spood maakt warrt.

Vörrutseggen bedüüt, dat teemlich akkerat de Tiet, de Oort un de Magnitude vun en Eerdbeven ageven warrn kann, vördem dat Eerdbeven passeert. Woll hett dat al fakener Fäll geven, dat Lüüd menen, dat se en Eerdbeven richtig vörrutseggt hebbt. Man, wenn en nipp un nau kiekt, wo goot dat Vörrutseggen mit dat Begeevnis tohopenstimmt, kann een nich wohrhaftig vun en Vörrutseggen snacken. In’n Sinn vun’n Minnern vun’n Schaden, to’n Bispeel, kann een nich vun Vörrutseggen snacken, wenn en Beven to de ankünnigten Tiet un den ankünnigten Oort paseert, aver üm twee Magnituden swacker is – in den Fall weer dat Evakueeren vun de Minschen tosamen mit den Produkschoonsutfall vun de Weertschop dürer as de Schaden dör dat Eerdbeven. Jüst so harr dat keen Nütten, wenn en de Tiet un de Stärk vun en Beven richtig vörrutseggen deit, wenn dat Beven denn aver 400 km wieter weg passeert. Bi Eerdbeven, woneem dat Vörrutseggen wohrhaftig to en Eerdbeven passen deit, mutt een sik wieter ok fragen, wo signifikant de Vörrutseggen is.

Wat dorgegen vundaag mööglich is, is de Angaav vun en Wohrschienlichkeit för en Rebeet, wat sik ut de Seismizität in verleden Tieten afleiden lett. So ist de Wohrschienlichkeit in Japan, in China, oder an de Pazifikküst vun Süüdamerika to’n Bispeel düchtig hooch, wiel midden in Russland kuum mit en Eerdbeven to reken is. Man, dat gifft liekers Begeevnissen de as Eerdbevenvörlöpers betekent warrt un de een meten kann. Dan sünd ünnerscheedliche Beobachten, de in’t Vörfeld vun Eerdbeven wohrnahmen worrn sünd, as dat Ännern vun de seismischen Snelligkeiten, vun elektromagneetsche Egenschoppen vun de Stenen oder ok vun de Radonkunzentratschoon in’t Grundwater. Ünnersöken hebbt aver wiest, dat een sik op keen vun de Vörlöpers wohrhaftig verlaten kann. Butendem müss een ok veel Opwand drieven, wenn een all de Vörlöpers in’t Oog behollen wull, wat vun de Tiet as ok vun de Kösten her nich to maken is.

Kiek ok

• Eerdspektroskopie

Literatur

• Peter M. Shearer: Introduction to Seismology, Cambridge University Press, New York 1999, ISBN 978-0-521-66953-5 (engelsch)
• Thorne Lay & Terry C. Wallace: Modern Global Seismology, Academic Press, San Diego 1995, ISBN 978-0-12-732870-6 (engelsch)
• Hans Berckhemer: Grundlagen der Geophysik, Wissenschaftliche Buchgesellschaft 2002, ISBN 978-3-534-13696-4 (hoochdüütsch)
• Keiiti Aki & Paul G. Richards: Quantitative Seismology, Univ Science Books, 2. Oplaag, 2009, ISBN 978-1-891389-63-4 (engelsch)

Weblenken

Seismologie. Mehr Biller, Videos oder Audiodateien to’t Thema gifft dat bi Wikimedia Commons.