Erdbeben und die Struktur der Erde - Einfuhrung in die Geophysik - page 80

Tab. 3.5 IASPEI-Namenskonvention (Storchak et al. 2011 ) für die ver-
schiedenen Phasen von Erdbebenwellen (siehe Abb. 3.15 )
Kürzel

r E ergibt sich der Zusammenhang zwischen ° und km :

180 km

r E :

ı D

Wellenart

(3.55)

Direkte P-Welle in der Erdkruste (5,8 km s 1
'

P g

6,8 km s 1 /

Entsprechend der Entfernung unterscheidet man den Bereich
der Nah- bis zu regionalen Beben mit Epizentraldistanzen
von 0 km km

Direkte S-Welle in der Erdkruste (3,2 km s 1
“

S g

3,9 km s 1 /

1400 km (bzw. Zentriwinkeln von 0°

°) in der Kruste vom Bereich jener Beben, die
den oberen Mantel durchlaufen (1400 km km 3300 km
bzw. 13°

ı 13 p Herdnah an der Erdoberfläche reflektierte P-Welle

s Herdnah an der Erdoberfläche reflektierte S-Welle

8,0 km s 1 / °). Fern- oder teleseismische Beben

mit Zentriwinkeln von 30° ı 180 ° durchlaufen den
unteren Erdmantel und Erdkern oder werden mehrfach im
oberen Mantel hin- und her reflektiert.
Abbildung 3.15 zeigt einige Laufwege und Abb. 3.20
die zugehörigen Laufzeitkurven. Wichtig ist die Wirkung
des äußeren Kerns mit einer niedrigeren Geschwindigkeit
als im darüber liegenden Erdmantel. Deshalb werden durch
den äußeren Kern laufende Wellen zum Lot hin gebrochen.
Dies verursacht die Schattenzone zwischen 103° und 105°
sowie 142° und 143° Epizentralentfernung. Auf der Grund-
lage beobachteter Erdbebenwellen, die die gesamte Erde
durchlaufen hatten, folgerte Richard Dixon Oldham (UK;
1858-1936) im Jahr 1906, dass die Erde einen Kern besitzt.
Und im Jahr 1914 bestimmte der deutsche Seismologe Beno
Gutenberg die Tiefe der Kern-Mantel-Grenze mit 2900 km
Tiefe (siehe Kasten 3.5 ) - beachtlich genau verglichen mit
dem aktuellenWert von 2885 km. Gutenberg sagte auch PcP-
und ScS-Reflexionen voraus. Zu dieser Zeit wurde auch das
Fehlen von S-Welleneinsätzen jenseits von 103°-105° Epi-
zentralentfernung beobachtet.
Die Tatsache, dass dennoch in der Schattenzone - wenn
auch schwache - PKiKP- und PKIKP-Einsätze beobachtet
wurden, führte 1936 zur Entdeckung des festen inneren Erd-
kerns durch die dänische Seismologin Inge Lehmann (siehe
Kasten 3.6 ) . In Abb. 3.15 sind diese Fakten zusammenge-
fasst. Je nach Einfallswinkel in den äußeren Kern und Aus-
trittswinkel aus diesem zurück in den Mantel werden einige
PKP-Strahlen in einemBrennpunkt bzw. einer Kaustik direkt
jenseits der Epizentraldistanz von D 142 °-143° gebün-
delt oder mehr oder weniger stark von dieser weggebrochen.
Letzteres führt zu einer starken Auffächerung dieser Strah-
len. Abbildung 3.22 zeigt je ein Beispiel für ein flaches und
tieferes Beben mit den Einsätzen der verschiedenen beob-
achteten Wellenzüge der Raum- und Oberflächenwellen.

ı 30 P n P-Welle im oberen Mantel ( '>

S n S-Welle im oberen Mantel ( “> 4,4 km s 1 /

m Reflexion an der Grenze Kruste-Mantel

P P-Welle im Erdmantel

S S-Welle im Erdmantel

P dif ,S dif An der Kern-Mantel-Grenze gebeugte Wellen

K P-Welle durch den äußeren Erdkern

I P-Welle durch den inneren Erdkern

J S-Welle durch den äußeren Erdkern

c Reflexion am äußeren Erdkern

i Reflexion am inneren Erdkern

L Langperiodische Oberflächenwelle

L, R, LR Rayleigh-Welle

Q, LQ, G Love-Welle

T Welle mit teilweiser akustischer Ausbreitung im

Meer

se Wellen nicht im gleichen Sinn gebeugt wie Lichtwellen,
die auf einen abschattenden Schirm treffen und in den hin-
ter diesem gelegenen Bereich hinein gebeugt werden. Aber
elastische Wellen zeigen ein ähnliches Verhalten: Durch die
Verschiebungen, die eine Wellenfront an einer Grenzfläche
verursacht, entstehen variable Spannungen an dieser Grenz-
fläche. Diese wirken sich auf das Material in der Nähe der
Grenzfläche aus und bewirken hierdurch Beugungseffekte
in der Randzone der Grenzfläche. Reflexionen am äuße-
ren Kern werden durch „c“ angezeigt (z. B. PcP, PcS). Mit
PKIKP wird ein Strahl bezeichnet, der durch den Mantel in
den äußeren Kern hinein und durch diesen hindurch wieder
zur Erdoberfläche läuft. Dagegen wird der mit PKiKP be-
zeichnete Strahl am inneren Kern reflektiert. Entsprechend
wird der Strahl PKP in den äußeren Kern hinein gebrochen
und tritt aus diesem wieder heraus. Dagegen verläuft der
Strahl PPP nur durch die Kruste und den Mantel und wur-
de dabei zwei Mal an der Erdoberfläche reflektiert (siehe
Abb. 3.15 ) .
Die Entfernung einer seismologischen Station vom Epi-
zentrum,

3.2.1 Inversion von Laufzeitkurven
zur Bestimmung einer radialen
Geschwindigkeitsverteilung
in der Erde

(epicentral distance) ,
wird entweder als km in Kilometern entlang der Erd-
oberfläche ausgedrückt oder als Zentriwinkel

ihre Epizentraldistanz

°zwischen
Erdmittelpunkt, Epizentrum und Station. Mit dem Erdradius

Der Geophysiker Emil Wiechert und der Mathematiker Gus-
tav Herglotz entwickelten in Göttingen im Jahr 1907 ein