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Plattentektonik

Das Alter des Ozeanbodensfarbcodiert dargestellt: •Wieso?•Muster?

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1.Schon 1596 vermutete der niederländische Karthograph Abraham Ortelius in seinem Werk Thesaurus Geographicus, dass Amerika von Afrika und Europa durch Fluten und Erdbeben hinweggerissen worden sei.

2. Diese Trennung eröffnet sich jedem sofort, wenn er die drei Kontinente auf einer Karte genau betrachtet.

3. Schon 1858 zeichnete der Geograph Antonio Snider-Pellegrinidiese beiden Karten.

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Auch die Spuren von Gletschern sind nur dann gut erklärbar, wenn man eine andere Konfiguration der Kontinente annimmt.

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4. 1912 machte sich schließlich Alfred Lothar Wegener in der wissenschaftlichen Gemeinschaft lächerlich, als er diesen Gedanken in zwei Publikationen wieder aufgriff und als Kontinentaldrift bezeichnete. Die Entstehung der Kontinente und OzeaneEr war damals 32 Jahre alt – und 35 Jahre nach seinem Tod glaubte man ihm.

Den Ursprung sah er vor 200 Millionen Jahren – da soll Pangäa zerfallen sein.

Alfred Lothar Wegener (1880-1930), gestorben auf einer meteorologischen Expedition im Grönland.

1915

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Wegeners Belege waren:• Hervorstechende

entsprechende geologische Strukturen

• Pflanzenversteinerungen und

• Fossilien von Tieren, deren Verbreitungsgebiet auf den heute getrennten Kontinenten zusammenhingen.

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Wegeners Belege waren:• Hervorstechende entsprechende geologische

Strukturen• Pflanzenversteinerungen und• Fossilien von Tieren, deren Verbreitungsgebiet auf

den heute getrennten Kontinenten zusammenhingen.

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Was Wegener nur ahnen konnte:

Eine Rückrechnung der Pollage mittels Isotopendatierung.

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STÜTZENDE BEOBACHTUNGEN

1855 veröffentlichte der U.S. NAVY Lieutenant Matthew Maury eine bathymetrische Karte des Atlantik, in dem er die ersten Anzeichen auf Unterwassergebirge „Middle Ground“ freigab.Beim Verlegen des ersten Unterwasser-Telefonkabels konnte dies bestätigt werden.

Im II. Weltkrieg konnten dann viel präzisere Karten mit dem Echolot erstellt werden.

Beweise

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STÜTZENDE BEOBACHTUNGEN

HESS – später sogar ein Admiral – war es im zweiten Weltkrieg im Stillen Ozean so langweilig, dass er mit dem Echolot dienstfremde Aktivitäten durchführte …wenn er nicht gerade in den Marianas, Leyte, Linguayan, und Iwo Jima kämpfte

Beweise

seafloor spreading

Hess wunderte sich, warum auf dem Meeresgrund so wenige Ablagerungen lagen, wenn die Ozeane doch 4 Milliarden Jahre alt sein sollten – aber auf dem Himalaya, über 8.500 m über dem Meeresspiegel hatte man marine Fossilien gefunden!

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STÜTZENDE BEOBACHTUNGEN

HESS veröffentlichte 1962 seine Theorie des

Beweise

seafloor spreading

1962 Hess was appointed by President John F. Kennedy to the prestigious position of Chairman of the Space Science Board of the National Academy of Sciences

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Patrick M. S. Blackett am Imperial College, Stanley Keith Runcorn in Cambridge und Edward Bullard am National Physical Laboratory in England studierten den Magnetismus von Gestein im Rahmen der Erforschung des irdischen Magnetfelds.

Dabei entdeckten Sie, dass zwar alle möglichen Gesteine magnetisiert waren (weil sie beim Erstarren das vorliegende Magnetfeld quasi einfroren) aber unterschiedlichste Richtungen dokumentierten.

Magnetische Beweise  Nobelpreis in Physik, 1948

                               

Patrick Maynard Stuart Blackett

1897 – 1974

U.K.

Victoria University Manchester, United Kingdom

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Gold Medaille der Royal Astronomical Society 1984

Dr. Stanley Keith Runcorn

1922 – 5.12.1995Lancashire, EnglandErmordet in San Diego auf dem Weg zu einem Vortrag

# Entdecker des Erd-Magnetfelds und# Beweis der Gültigkeit der Kontinentaldrift.

Magnetische Beweise

Es gab dafür nur 2 Erklärungen:a. Die Pole springenb. Die Kontinente bewegen sich

c. RICHTIG ist b.                                

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Allan Cox, Richard Doell, und Brent Dalrymple vom Amerikanischen Geologischen Dienst und Ian McDougall von der australischen Nationalen Universität fingen 1963 damit an, durch Messungen der Magnetrichtung von oberirdischen Lavaströmen und deren Altersbestimmung mit Hilfe von radioaktiven Methoden, einen quantitativen Zeitmaßstab der Umpolungen zu erstellen. Es war ein sorgfältiger und zeitaufwendiger Prozeß, aber 1966 hatten die Forscher einen Zeitmaßstab für die Umpolungen der vergangenen 3.5 Millionen Jahre ausgearbeitet.

Zugleich tauchten erste Bilder von Rift-Valleys auf.

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BeweiseMagnetisierte Gesteine am Meeresgrund1962 stellten die Geologen Lawrence Morley, Drummond Matthews und Fred Vine als erste die Theorie auf, dass die Streifen nicht wie bisher angenommen, unterschiedlich stark magnetisiert waren, sondern vielmehr Regionen unterschiedlicher magnetischer Polung darstellten.

Weniger absurd wurde die Theorie Wegeners1966, als es Vine und Matthews gelang, mithilfe der Isotopendatierung das Alter der seltsamen Meeresstreifen zu bestimmen. Es zeigte sich, dass der Meeresboden tatsächlicher immer jünger wurde, je näher er am mittelatlantischen Rücken lag

Neuere Untersuchungen von Restmagnetismus im Gestein und in magnetischen Anomalien auf dem Meeresboden haben gezeigt, dass das Magnetfeld der Erde in den letzten 100 Millionen Jahren seine Polarität mindestens 170-mal geändert hat.

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Beweise

Nebenstehende Karte des Meeresbodens westlich von Kalifornien zeigt anschaulichdie paarweisen Streifen.

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Beweise

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BeweiseTheorie und Praxis

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Die Magnetlinien reichen weit

über die Erde hinaus.

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Erzeugt wird das Magnetfeld durch die Bewegungen

magnetischer Teilchen im Erdinneren.

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• Der Mantel unter 2900 km Tiefe ist flüsig. In ihm spielen sich Turbulenzen ab, die im kleinen Bild anschaulich dargestellt sind.

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Das obere Bild zeigt die Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes im Jahr 1990 an der Grenze des Erdkerns, berechnet aus Beobachtungen an der Oberfläche und von Satelliten aus. Strukturen mit Ausdehnungen kleiner als 3000 km werden nicht gezeigt, da sie sich nicht aus den Daten berechnen lassen. Die Beiträge höherer Multipole sind an der Kerngrenze viel stärker als auf der Erdoberfläche. Das mittlere Bild zeigt das Magnetfeld eines Dynamomodells in voller Auflösung. Es enthält zahlreiche kleinräumige Strukturen. Dasselbe Magnetfeld ist im unteren Bild so geglättet, dass seine Auflösung der des Erdmagnetfeldes im oberen Bild entspricht. In ihrer prinzipiellen Struktur ähneln sich diese beiden Bilder stark.

Urheber: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 

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Der Nutzen des Magnetfeldes – es schützt vor tödlichenStrahlen

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Hier sieht man, wie magmatisches Ergussgestein in den Rift-Valleys austritt.

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• Im 20. Jahrhundert hat sich in einem langwierigen Prozess die Dynamotheorie zur Erklärung natürlicher Magnetfelder im Kosmos durchgesetzt. Im Inneren der Planeten gibt es fluide und elektrisch gut leitende Regionen. Bei der Erde und den anderen erdähnlichen Planeten ist es der flüssige Eisenkern, bei Jupiter und Saturn Wasserstoff in seiner metallischen Hochdruckform und im Inneren von Uranus und Neptun ein Gemisch aus Wasser, Ammoniak und anderen Komponenten, das bei hoher Temperatur und hohem Druck eine gute Ionenleitfähigkeit aufweist. Fließt ein solches Medium in einem bereits vorhandenen Magnetfeld, so werden durch elektromagnetische Induktion elektrische Ströme erzeugt. Wenn das mit diesen Strömen verbundene Magnetfeld gerade das zur Induktion benötigte Feld reproduziert, spricht man von einem selbsterhaltenden Dynamo. Angetrieben werden die Fließbewegungen durch Konvektion, also durch thermische oder chemische Dichteunterschiede in der Dynamoregion.

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BeweiseBLACK SMOKER

Der erste 380° heiße Vulkan,Beobachtet aus dem Tieftauch-Boot Alvin 1979. Dieser Geothermische Schlot fördertmineralreiches Wasser, das von der eben erstarrten neuen ozeanischen Kruste erhitzt wird .

(Photo von Dudley Foster von der RISE expedition, USGS.)

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Beweise

Shinkai 6500, das derzeit beste Tieftauchgerät aus Japan

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Beweise

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BeweiseGrenzen alter Vereisungsgebiete ergeben keinen Sinn, wenn man die Kontinente in ihrer heutigen Lage ansieht…

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Beweise

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– Alle Beweise, die in den 50er und 60er Jahren gefunden wurden, brauchten nur noch richtig zusammengesetzt werden.

– Die Synthese begann 1965, als Tuzo Wilson statt der Kontinentaldrift den Begriff „Platte“ für einen zerbrochenen Teil der Kruste einführte.

– Jason Morgan bestimmte 1967 die Anzahl mit 12 (großen) und

– schon 2 Monate später stellte Xavier Le Pichon eine Karte mit den Plattengrenzen, dem Typ der Grenzen und ihren Bewegungsrichtungen vor.

– Seit den 60ern wurde die Theorie rigoros und unermüdlich getestet: Heute ist sie von fast allen Geologen anerkannt.

http://www.balzan.com/de/preistraeger/le_pichon.cfm

J. Tuzo Wilson (1908-1993)

http://www.ldeo.columbia.edu/vetlesen/recipients/2000/morgan_bio.html

http://www.ldeo.columbia.edu/

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– Mauna Loa, heutiges Hawaii entlarvte J.T. Wilson als Produkt eines Mantelplumes, der wie ein Schneidbrenner unter der Lithosphäre tobt, und immer wieder Vulkane erzeugt.

J. Tuzo Wilson (1908-1993)

http://collections.ic.gc.ca/heirloom_series/volume4/106-109.htm

http://www.science.ca/scientists/scientistprofile.php?pID=232

"I enjoy, and always have enjoyed, disturbing scientists."

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Hot spots

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UND DIE URSACHE???

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Herkunft der Wärme:(1) Abkühlung des Erdkerns (2) Radioaktivität im Mantel und der Kruste(3) Abkühlung des Mantels

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Magmainjektion: am Rift Valley drückt die Platten nach außen Gravitation: Durch die Sedimente, die mit der Zeit auf dem Ozeanboden abgelagert werden, beginnen sie zu sinken. Absinkende Platten: Die höhere Dichte der Kruste zwingt Platten sie zum Abtauchen, wobei sie den Rest nachziehen

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Verteilung von Erdbeben und VulkanismusBeweise

Erdbeben und Vulkanismus

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PLATTENTEKTONIK

http://www.univie.ac.at/geo_physisch/UE_PS/PS_GEOMORPH/home/inhalte/plattentektonik/plattentektonik.html

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Es lassen sich drei wesentliche Typen von Plattengrenzen unterscheiden:

•Konvergenzränder:Die Platten bewegen sich aufeinander zu. Dabei wird eine der beiden Platten unter die andere gedrückt und ihr Material im Erdinneren eingeschmolzen. Typische Beispiel: Himalaya; Alpen; Tiefseegräben.

                       

•Divergenzzonen:Die Ränder der Platten werden durch neu gebildetes Material auseinandergedrückt. Es entstehen langgezogene Grabenbrüche. Typisches Beispiel: Ostafrikanischer Graben

                       

•Horizontalverschiebungen:Zwei Platten gleiten in horizontaler Richtung aneinander vorbei. Typisches Beispiel: San Andreas Graben in Kalifornien

                       

Merke:

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Mit der Plattentektonik hängt der Vulkanismus eng zusammen.

Überall dort woA Platten divergierenB Platten subduziert werdenC Hot spots von unten durch die Kruste glühen –

gibt es den Vulkanismus, bei dem Magma aus dem Erdinneren austritt.

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Bilder zum Vulkanismus:Lavafontäne am Pu‘u O‘o auf Hawaii©J.D. Griggs / USGS

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Bilder zum Vulkanismus: Aschenwolken und Aschenströme am Mount St. Helens, Kanada© USGS

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Bilder zum Vulkanismus:Smoker und Feuerspeier

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Bilder zum Vulkanismus:Dünnflüssige Pahoehoe-Lava, Hawaii©J.D. Griggs / USGS

©J.D. Griggs / USGS ©J.D. Griggs / USGS ©J.D. Griggs / USGS

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Bilder zum Vulkanismus:Lavaströme am Kilauea, Hawaii©USGS

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Bilder zum Vulkanismus:Strobmoli, Italien 1969 © B.Chouet / USGS

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Die Verteilung der Erdbeben auf der Erde

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Erdbeben¬ Begriffe (für das GLOSSAR)

Epizentrum: Punkt an der Erdoberfläche über dem →Hypozentrum. Das Epizentrum wird durch die geographischen Koordinatenvon Längengrad und Breitengrad angegeben.

Herdtiefe: Tiefe eines Erdbebens (in Kilometern) unter derErdoberfläche. Die Erdbebenherde liegen meist zwischen 5 km und 70 km Tiefe.

Herdzeit: Uhrzeit des Beginns eines Erdbebenprozesses in GreenwichMeantime (GMT = Weltzeit).

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Erdbeben

Intensität: Maß für die Schadenswirkung. In Europa werden oft die Skala • MSK 1964 (Medvedev, Sponheuer, Karnik) und die • EMS (European Macroseismic Scale) verwendet.

Beide haben 12 Stufen. Die Intensität hängt von der Entfernung zum Epizentrumund den örtlichen Untergrundbedingungen ab.

Magnitude: Gemessen in der Richter-Skala, einem logarithmischen Massfür die seismische Energie eines Erdbebens. Zur Bestimmung der Magnitude müssen die Bodenbewegungenals Seismogramme mit Seismometern gemessen werden.

Eine Erhöhung der Magnitude um eine Einheit entsprichteiner Vergrößerung der Bodenbewegung um den Faktor 10 undeiner Erhöhung der Energie auf etwa das 30fache.

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Mikrobeben: Erdbeben mit einer Magnitude unter 2.

P-Wellen: Am schnellsten laufende seismische Longitudinalwellen,die bei einem Erdbeben erzeugt werden. Sie breiten sich im Erdinneren aus.

Seismizität: Erdbebenaktivität einer Region, zeitliche Verteilung undStärke der Beben.

Seismogramm: Mit einem Seismometer erstellte Abbildung deszeitabhängigen Verlaufs der Bodenbewegung an einemStationspunkt während eines Erdbebens.

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Seismologie: Seismologie ist die Lehre von Erdbeben und der Entstehungund Ausbreitung  seismischer Wellen durch und über dieErde. Ein Seismologe ist ein Wissenschaftler, der Erdbeben undseismische Wellen untersucht.

Seismometer: Erdbebenmeßgerät, das die Bodenbewegungen erfasst. Das physikalische Prinzip eines Seismometers ist das einesPendels.

Störung: Geologische Trennfläche im Untergrund entlang derer sichGesteinspartien verschoben haben oder noch verschieben.

S-Wellen: Nach den P-Wellen zweitschnellste Art seismischer Wellen.S-Wellen heißen auch Transversal- oder Scherwellen.

Tektonik: Lehre vom Bau der Erdkruste und der Kräfte und Bewegung,die den Aufbau der Kruste verändern.

Erdbeben

Etc.: http://www.noezsv.at/wastun/erdbeben/fachwoerter.htm

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Der älteste Seismograph der Welt stammt aller Wahrscheinlichkeit nach aus China - er wurde um das Jahr 132 nach Christus von Zhang Heng, dem kaiserlichen Astronom der Han-Dynastie 1600 Jahre vor dem ersten europäischen erfunden.

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(1) Atombombenexplosion auf Mururoa, 5.9.1995, Magnitude 4,8

(2) Starkes Erdbeben bei den Nikobaren, 24.7.2005, Magnitude 7,3

(3) Erdbeben indischer Ozean ("Tsunami-Erdbeben"), 26.12.2004, Magnitude 9,3

Seismogramme

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ErdbebenRaumwellen

Diese Wellen breiten sich innerhalb von Körpern aus.

• P-WellenDie P- oder Primärwellen schwingen parallel zur Ausbreitungsrichtung (=Longitudinalwellen) und können sich in festen Körpern, Flüssigkeiten und Gasen ausbreiten. P-Wellen sind daher Verdichtungswellen wie etwa der Schall.

• S-WellenDie S-Wellen oder Sekundärwellen schwingen quer zur Ausbreitungsrichtung Sie sind Scherwellen oder Transversalwellen, die sich nicht in Gasen oder Flüssigkeiten ausbreiten. Daher kann man flüssige Bereiche im Erdinneren daran erkennen, dass dort keine S-Wellen laufen.

http://www.schulphysik.de/java/physlet/applets/welle01.htmlhttp://www.vs-c.de/vsengine/vlu/vsc/de/ph/14/ep/einfuehrung/wellen/grundlagen.vlu.html

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Oberflächenwellen

Sie entstehen dadurch, dass P- oder S-Wellen in die Erdoberfläche hinein gebrochen werden. Ähnlich den P- und S-Wellen können auch sie längs oder quer zurAusbreitungsrichtung schwingen. Ihre Amplitude nimmt mit der Tiefe ab. Die Amplitude der Oberflächenwellen nimmt zudem mit der Entfernung r nur um einen Faktor 1/r ab und nicht wie Raumwellen um den Faktor 1/r².

• Love-WellenDie Love-Wellen wurden nach einem Britischen Mathematiker gleichen Namensbenannt, der 1911 als erster ein mathematisches Modell für die Ausbreitung dieser Wellen aufstellte. Sie sind die schnellsten Oberflächenwellen, breiten sich aber langsamer als die S-Wellen aus. Die Bodenbewegung erfolgt in horizontaler Richtung, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

• Rayleigh-Wellen

bereits 1855 von Lord Rayleigh mathematisch vorausgesagte Wellenart, bei der der Boden in einer elliptischen Bewegung ähnlich wie Meereswellenrollt. Die meisten Erschütterungen, die bei einem Erdbeben gespürt werden, sind in der Regel Rayleigh-Wellen, die die größten Amplituden erreichen.

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http://www.kip.uni-heidelberg.de/ungeordnete_fk/rayleigh.mov

Love-Wellen

Rayleigh-Wellen

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Die Frequenzen der Erdbebenwellen liegen im Bereich zwischen 0,1 Hz und 30 Hz.

Merke:

Aufgrund der unterschiedlichen Fortpflanzungsgeschwindigkeiten von P- und S-Wellentreffen diese auch zu unterschiedlichen Zeiten an einer seismographischen Station ein. Aus dem Laufzeitunterschied kann auf die Entfernung des Epizentrums geschlossen werden.

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Für Atlanta gilt: t = 320 s. Damit ergibt sich eine Entfernung zum Epizentrum von ca. rAtlanta 2,98·103 km

Für St. Paul gilt:t = 230 s. Damit ergibt sich eine Entfernung zum Epizentrum von ca. rSt. Paul 2,14·103 km

Für Berkeley gilt:t = 92 s. Damit ergibt sich eine Entfernung zum Epizentrum von ca. rBerkeley 856 km

Triangulation der Laufzeitunterschiede:

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Konvergenz Horizontalverschiebung

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•Meteorologische Faktoren: •Temperaturschwankungen, die über thermische Spannungen den

Deformationszustand eines festen Körpers beeinflussen können.•Luftdruckschwankungen können den Erdkörper vertikal be- oder entlasten. •Niederschlagsbelastung: Im Boden einsickernder Niederschlag verändert ebenfalls vor allem die vertikale Belastung des Erdkörpers.

•Rotation der Erde: •Corioliskräfte und die Polflucht, die sich auf die Platten auswirken werden auch in Zusammenhang mit der Auslösung von Erdbeben gebracht.

•Gezeiten: •Die Gezeitendeformation des festen Erdkörpers, wie auch die unterschiedliche Belastung durch gezeitenbedingte Wasserstandsschwankungen der Ozeane gehören zu den Kräften von denen man eine erdbebenauslösende Wirkung erwarten kann. Die Hebung und die Senkung unter dem Einfluss der Gezeiten des Erdkörpers erreichen immerhin die Größenordnung von 50 cm.

Ursachen und Auslöser

Die Spannungen werden vor allem durch die Plattentektonik Verursacht.Der aktuelle Anlass kann jedoch unscheinbar sein:

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Erdbeben: aktuell

http://www.gfz-potsdam.de/geofon/seismon/globmon.html

http://www.earthquake.usgs.gov/recenteqsww/index.html

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PLATTENTEKTONIK Erdbeben

Date Location Deaths Magnitude Comments

January 23, 1556 China, Shansi 830,000 ~8  

December 26, 2004 Sumatra 283,106 9.0 Deaths from earthquake and tsunami.

July 27, 1976 China, Tangshan 255,000(official)

7.5 Estimated death toll as high as 655,000.

August 9, 1138 Syria, Aleppo 230,000    

May 22, 1927 China, near Xining 200,000 7.9 Large fractures.

December 22, 856+ Iran, Damghan 200,000    

December 16, 1920 China, Gansu 200,000 7.8 Major fractures, landslides.

March 23, 893+ Iran, Ardabil 150,000    

September 1, 1923 Japan, Kanto(Kwanto)

143,000 7.9 Great Tokyo fire.

October 5, 1948 USSR (Turkmenistan, Ashgabat)

110,000 7.3  

December 28, 1908 Italy, Messina 70,000 to 100,000 (estimated)

7.2 Deaths from earthquake and tsunami.

September, 1290 China, Chihli 100,000    

November, 1667 Caucasia, Shemakha 80,000    

November 18, 1727 Iran, Tabriz 77,000    

November 1, 1755 Portugal, Lisbon 70,000 8.7 Great tsunami.

December 25, 1932 China, Gansu 70,000 7.6  

May 31, 1970 Peru 66,000 7.9 $530,000,000 damage, great rock slide, floods.

1268 Asia Minor, Silicia 60,000    

January 11, 1693 Italy, Sicily 60,000    

May 30, 1935 Pakistan, Quetta 30,000 to 60,000 7.5 Quetta almost completely destroyed.

February 4, 1783 Italy, Calabria 50,000    

June 20, 1990 Iran 50,000 7.7 Landslides.

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Erdbeben

http://nisee.berkeley.edu/elibrary/browse/kozak

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Erdbeben

http://news.bbc.co.uk/1/hi/world/south_asia/4322624.stm

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Erdbeben

Aktuelles Seismogramm:http://www.seismo.uni-koeln.de/seismogramme/drum.htm

Zusatzstoff:http://www.seismo.uni-koeln.de/edu/index.htm

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Die Theorie der Plattentektonik ist nicht zuletzt ein wahrer Segen für wichtige Wirtschaftsbereiche wie Bergbau und Erdölförderung. Das Schürfen nach Öl und Erdgas zum Beispiel ist seit den 70iger Jahren durch die Entwicklung und fortgesetzte Verbesserung paleo-geographischer Landkarten erleichtert worden, die helfen können, prähistorische Lagerstätten zu finden.

http://www.univie.ac.at/geo_physisch/UE_PS/PS_GEOMORPH/home/inhalte/plattentektonik/plattentektonik.html

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Seismologie / Kernwaffenteststopp

Seismische Messstationen registrieren auch Erschütterungen durch vom Menschen verursachte Ereignisse, wie beispielsweise

Kernwaffentests.

So wurden unterirdische Atomwaffenversuche vornehmlich mit seismologischen Verfahren entdeckt, lokalisiert und identifiziert.

Obwohl nach Unterzeichnung des Kernwaffenteststoppvertrags im September 1996 gegenwärtig keine Atomwaffentests stattfinden, spielt die Seismologie bei der Überwachung der Einhaltung dieses Vertrags noch immer eine wichtige Rolle.

politische Bedeutung

Schnitt durch die Erde mit der Ausbreitung der seismischen Wellen nach einem Erdbeben(Modellrechnung).Quelle: BGR