Arbeitsblatt: Wie kann das Erdinnere untersucht werden

Wie kann das Erdinnere untersucht werden? Man unterscheidet zwischen zwei Arten mechanischer Wellen, die sich in ihrer Beziehung zwischen Ausbreitungsrichtung und Schwingungsrichtung unterscheiden: Wellen können sich eindimensional oder zweidimensional im Raum ausbreiten. Transversale Welle Bei der Transversalwelle sind die Ausbreitungsrichtung und Schwingungsrichtung senkrecht zueinander. Ausbreitungsrichtung Schwingungsrichtung Beispiele: Wasserwellen, Licht, Seilwellen Longitudinale Welle Bei der Longitudinalwelle sind die Ausbreitungsrichtung und die Schwingungsrichtung parallel zueinander. Ausbreitungsrichtung Schwingungsrichtung Longitudinalwellen sind Druckwellen. Die Teilchen des Mediums schwingen in Richtung der Ausbreitung um den Betrag der Amplitude hin und her und erzeugen verdichtete Bereiche mit hohem Druck und verdünnte Bereiche mit weniger Druck. Beispiele: Schallwellen, Stauwellen Vergleich der beiden Wellen Longitudinalwellen sind schneller als Transversalwellen. Zudem kann sich nur eine Longitudinalwelle in Flüssigkeiten und Gasen ausbreiten. Eine Transversalwelle kann dies nicht, da die Teilchen in diesen Medien nicht fest genug gekoppelt sind. Dimension der Ausbreitungsrichtung Wellen können sich eindimensional oder zweidimensional im Raum ausbreiten. Seismische Wellen Seismische Wellen werden mit verschiedenen Methoden künstlich erzeugt (Seismische Sprengungen, Vibroseis, Schlaghammer) Die Wellen breiten sich im Untergrund aus und werden an Grenzflächen reflektiert und gebrochen. Ein kleiner Teil des reflektierten Wellenfeldes gelangt zurück zur Erdoberfläche, seine Energie und der zeitliche Einsatz der Wellenbewegung wird dort mit Geophonen (Schwingungsmessgeräte) registriert. Mehrere Geophone werden in einer Linie von 10 bis zu 100 km ausgebracht. Je weiter der Messabstand ist, desto tiefer kann gemessen werden. Aus den aufgezeichneten Daten wird ein Seismogramm vor, aus dem sich dann feststellen lässt, in welcher Tiefe Schichtgrenzen sind. Primäre Wellen durchdringen den Erdkern, Bei Sekundärwellen (langsamer) wurde kein Durchlaufen durch den Erdkern registriert. Ablenkung deutet auf zunehmende Dichte im Erdinnern hin. Daraus ergibt sich ein Kernschatten. Aufgaben: 1. Welche Wellen sind eindimensional, welche zweidimensional? Beispiele: Wasserwellen am Strand, Wasserwellen bei Regentropfen, Licht, Erdbebenwellen, Seilwellen, Schallwellen, La Ola-Welle, Stauwellen 2. Ordne nun die oben genannten Wellen ein in Longitudinalwellen und Transversalwellen. 3. Erdbeben In deiner Nähe wird ein Erbeben registriert. Vom Epizentrum gehen Erdbebenwellen aus, und zwar beide Arten von Wellen. Die so genannten P-Wellen sind Longitudinalwellen und die S-Wellen sind Transversalwellen. Diese Wellen können sich über Hunderte von Kilometern ausbreiten. Welche Welle kommt zuerst bei dir an und warum? Schalenbau der Erde Lösungen Lösung 1 und 2 Eindimensional Longitudinalwelle: Schallwelle; Stauwelle; Erdbebenwelle Zweidimensional Transversalwelle: Seilwelle; Wasserwelle am Strand; Wasserwelle bei Regentropfen; Licht; La Ola-Welle; Erdbebenwelle Lösung 3 Die P-Wellen werden zuerst bei dir eintreffen. Longitudinalwellen sind schneller als Transversalwellen. Erst kurze Zeit später wird die S-Welle eintreffen. Das ist auch der Grund, warum Erdbeben in mehreren Wellen ankommen. Lösung 4 Aufbau der Erde Die äußere Schale der Erde ist die Erdkruste, die fest ist. Sie hat ein durchschnittliches spezifisches Gewicht von 2,7 g/ccm. Darunter liegt der Erdmantel. Sein Material ist zähplastisch. Da die Dichte der Erde rund 5,4 g/ccm hat, muss der Erdkern aus wesentlich schwererem Material sein als Erdkruste und Erdmantel. Die Tatsache, dass die Erde ein Magnetfeld besitzt, das nur durch bewegte Ladungen entstehen kann, muss der äußere Erdkern aus Eisen und Nickel bestehen und flüssig sein. Dass dieser flüssig ist beweist, dass S-Wellen oder Transversalwellen im Gegensatz zu P-Wellen bzw. Longitudinalwellen, die beispielsweise bei Erdbeben entstehen, vom äußeren Erdkern nicht durchgelassen werden. Der innere Erdkern muss aufgrund der Druckverhältnisse in dieser Tiefe fest sein.