Arbeitsblatt: Erdbeben

Thema Erdbeben Erdbeben Weshalb bebt die Erde? Erdbeben sind Erschütterungen beziehungsweise Schwingungen des Untergrundes. Ein Erdbeben tritt dann auf, wenn Gesteine, die kontinuierlichen Deformationskräften ausgesetzt sind, an einer Störung plötzlich zerbrechen. Die beiden Krustenblöcke beiderseits der Störung verschieben sich ruckartig und verursachen dabei Bodenschwingungen. Dieses Verschieben von Gesteinsblöcken tritt am häufigsten an Plattengrenzen auf, in Bereichen der Erdkruste oder des Oberen Mantels, wo der grösste Teil der heutigen Deformationsvorgänge erfolgt. Man unterscheidet bei vertikalen Bewegungen Auf- und Abschiebungen, horizontale Bewegungen bezeichnet man als Horizontal- oder auch Blattverschiebungen. Diese Verschiebungen müssen nicht ruckartig, sondern können auch sehr langsam, kriechend, vor sich gehen. Die mit der Plattentektonik zu erklärenden Beben bezeichnet man als tektonische Beben. Sie machen den Grossteil der weltweit auftretenden Erdbeben aus und treten an den Randbereichen der tektonischen Platten auf. Tektonische Beben sind die häufigsten und stärksten: 90% aller Beben sind tektonisch bedingt. Vulkanische Beben stehen im Zusammenhang mit aktivem Vulkanismus. Einsturzbeben werden beispielsweise durch den Einsturz von Höhlen, oder als indizierte Beben in Bergbaugebieten durch Absenkungen ausgelöst. Auch durch unterirdische Atomwaffentests kommt es zu Erdbeben. Der Ort von dem Erdbeben ausgehen heisst Hypozentrum (Erdbebenherd). Das Hypozentrum befindet sich nie an der Erdoberfläche, sondern im Innern der Erdkruste. Die Stelle senkrecht darüber an der Erdoberfläche nennt man Epizentrum, hier sind die Auswirkungen des Bebens am grössten. Ausgelöst wird ein Beben durch angesammelte Spannungsenergie, welche plötzlich freigesetzt, d.h. in Schwingung umgesetzt wird. Wenn die Blöcke sich zur Zeit des Erdbebens also plötzlich verschieben, breiten sich vom Erdbebenherd Bodenschwingungen aus, elastische Wellen, die als Erdbebenwellen oder seismische Wellen bezeichnet werden. Seismograph und Seismogramm Das wichtigste Instrument zur Untersuchung der Erdbeben ist der Seismograph. Das Prinzip der herkömmlichen Seismographen ist einfach: Der Seismograph besteht aus einer Masse, die möglichst unempfindlich gegenüber Erschütterungen gelagert ist. An dieser Masse wir ein Schreibstift angebracht, der eine Papierrolle berührt, die nicht gefedert ist, und somit alle Bewegungen der Thema Erdbeben Erdkruste mitmacht. Bebt nun die Erde, bewegt sich die Papierrolle, aber der Stift verharrt in Ruhe. Dies führt nun zu graphischen Aufzeichnungen der Erschütterungen (seismischen Wellen) auf ein sogenanntes Seismogramm. Je nach Bauart eines Seismographen, kann entweder die horizontale oder die vertikale Verschiebung der Erde aufgezeichnet werden. Bei den heutigen Seismographen werden modernste elektronische Verfahren verwendet, um diese Bewegungen der Masse zu verstärken, bevor sie ebenfalls elektronisch aufgezeichnet werden. Bei einem Seismogramm ist vertikal die Amplitude der Schwingung aufgetragen und horizontal die Zeit. Die Amplitude (Ausschlag der Nadel) des Seismogramms ist ein Mass für die Stärke des Bebens. Seismische Wellen Stellt man irgendwo auf der Welt einen Seismographen auf, so wird er innerhalb weniger Stunden den Durchgang seismischer Wellen aufzeichnen. Die Wellen haben sich vom Bebenherd über die gesamte Erdkruste fortgepflanzt und den Seismograph in drei verschiedene Gruppen erreicht. Die zuerst ankommenden Wellen werden deshalb als Primärwellen oder PWellen (Kompressionswellen) bezeichnet. Als zweites folgen die Sekundärwellen oder S-Wellen (Scherwellen). Sowohl P- als auch S-Wellen durchlaufen als sogenannte Raumwellen das gesamte Innere der Erde. Die sich dreidimensional ausbreitenden P- und S-Wellen werden bei Erreichen der Erdoberfläche in Oberflächenwellen umgewandelt. S-Wellen breiten sich mit etwa der halben Geschwindigkeit der P-Wellen aus. Aus der Zeit Zeitdifferenz zwischen Eintreffen von P- und S-Wellen an einem bestimmten Ort kann dessen Entfernung zum Epizentrum berechnet werden. Seismologen verwenden zur Berechnung der ungefähren Entfernung zum Epizentrum sogenannten Laufzeitkurzen. Ist die Epizentralentfernung für drei oder mehr Messstationen bestimmt, so können die Seismologen das Epizentrum anhand einer einfachen geometrischen Konstruktion festlegen. Aufgabenstellung: Wir haben von 4 Messstationen die Laufzeitdifferenz der P- und S-Wellen und möchten nun das Epizentrum des Erdbebens ermitteln. Folgendermassen gehen wir vor: (1) Wir tragen die Laufzeitdifferenzen gemäss dem Beispiel von Station auf dem Zeitbalken auf. (2) Wir passen das Mass der Laufzeitdifferenz in die Laufzeitkurven ein. (3) Wir verlängern diese Strecke bis auf die x-Achse und können nun die Entfernung der Station zum Epizentrum auf der x-Achse ablesen. (4) Wir Konstruieren um jede Station einen Kreis. Der Radius entspricht jeweils der Entfernung, die wir soeben im Laufzeitdiagramm ermittelt haben (1000 km entsprechen 1 cm). Thema Erdbeben