Allgemeine Geophysik

(8) Aufbau der Erde

Geophysik 138

Brechung seismischer Wellen

Seismische Wellen werden an der Grenze zwischen zwei Materialen mit (stark) unterschiedlichen Eigenschaften reflektiert und gebrochen (Refraktion). In Bereichen, in denen sich die Eigenschaften kontinuierlich ändern, findet außerdem kontinuierliche Brechung statt, dabei gilt (lokal) das bekannte Brechungsgesetz. Die Geschwindigkeit seismischer Wellen im Erdmantel nimmt z.B. mit zunehmender Tiefe zu, dadurch kommt es zu einer kontinuierlicher Brechung vom Lot. An der Kern-Mantel Grenze sinkt vp abrupt, steigt dann aber mit zunehmender Tiefe wieder an (Bildquelle, auch für die folgenden Folien: Press & Siever, „Allg. Geologie“).

Damit bieten sie ein gute Möglichkeit, Schichtgrenzen im Erdinneren zu untersuchen. PP Wellen werden an der Erdoberfläche reflektiert (links). PcP Wellen werden am Kern reflektiert. PKP Wellen durchlaufen den flüssigen äußeren Erdkern, PKIKP Wellen auch noch den festen inneren Erdkern.

Geophysik 139

P&S, 1994

P&S, 1994

Schattenzonen von P- und S-Wellen

S-Wellen (links) können sich im flüssigen äußeren Erdkern nicht ausbreiten, sie können daher nur in einer Herdentfernung von maximal 105° beobachtet werden. P-Wellen (rechts) können zwar in den Erdkern eindringen, wegen der starken Brechung an der Kern-Mantel-Grenze gibt es aber auch für sie eine Schattenzone zwischen 105° und 142° Grad. Eine PKIKP Welle, die die ganze Erde durchquert benötigt dafür ~ 20 Minuten.

Geophysik 140

P&S, 1994 P&S, 1994

Geschwindigkeitsprofile

Die Geschwindigkeits-änderungen der P- und S-Wellen in Abhängigkeit von der Tiefe spiegeln die Abfolge der Schichten im Erdinneren wider (links).

Im (festen) inneren Kern gibt es sogar wieder S-Wellen, da es an Grenz-flächen auch zur Um-wandlung von Wellen-typen kommen kann.

Rechts: Ausbreitungs-geschwindigkeit der S-Wellen in Abhängigkeit von der Tiefe für den oberen Mantel. In der partiell geschmolzenen Asthenosphäre gibt es einen Bereich mit relativ niedriger Ausbreitungs-geschwindigkeit.

Geophysik 141

P&S, 1994

P&S, 1994

Magmatische Gesteine

Klassifikation der magmatischen Gesteine nach ihrem Kieselsäuregehalt.

Die wichtigsten Magmatite (rechts oben). Kontinentale Kruste ist wesentlich mächtiger als ozeanische (rechts unten). Quelle: P & S, 1994.

Basalt Gabbro

Rhyolith Granit

Geophysik 142

Eruptionsformen

Je zähflüssiger das Magma, desto explosiver der Vulkanausbruch …

Geophysik 143

Eruptionsformen

Quelle: USGS

Geophysik 144

Mt. Peleé, 1902

Bis zum Morgen des 8. Mai 1902 war St. Pierre mit ~ 30 000 Einwohnern die größte Stadt von Martinique. Durch eine pyroklastische Wolke (links, Quelle: Heilprin) wurde sie vollständig zerstört (rechts oben, Quelle: Heilprin). Es gab zwei Überlebende, einer, Louis-Auguste Cyparis wurde aus einer Gefängniszelle geborgen und später „ausgestellt“ (links oben, Quelle: Circus World Museum)

Geophysik 145