Seismische Wellen

Vielleicht hörst Du es häufiger in den Nachrichten, vielleicht hast Du es aber auch schon selbst einmal miterlebt – ein Erdbeben. Möglicherweise bist Du dann auch neugierig geworden und hast Dich über Erdbeben und die Seismologie informiert. 

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Inhaltsangabe

    Dabei bist Du sicherlich auf seismische Wellen gestoßen. Aber was sind seismische Wellen, wie entstehen sie und welche Arten gibt es?

    Seismische Wellen

    Seismische Wellen sind energetische Wellen im Erdinnern, die aus ruckartigen, plötzlichen Bewegungen im Erdinnern resultieren. Bei den Bewegungen handelt es sich meistens um den Bruch von Gesteinen in der Lithosphäre. Mit seismischen Wellen geht meistens ein Erdbeben einher.

    Seismische Wellen Seismologie Schema StudySmarterAbb.1: Arten von Seismischen Wellen in der Übersicht. Quelle: United States Geological Survey

    Seismische Wellen – einfach erklärt

    Seismische Wellen gehen immer mit einem Erdbeben einher und können schwere Folgen für Mensch und Umwelt haben.

    Seismische Wellen – Definition

    Seismische Wellen sind energetische, elastische Wellen, die aus ruckartigen Bewegungen im Erdinnern resultieren.

    Zu solchen ruckartigen Bewegungen gehören zum Beispiel plattentektonische Prozesse.

    Die Wellen breiten sich nach allen Seiten um den Erdbebenherd aus. Die Fortpflanzungsrichtung einer Erdbebenwelle beschreibt eben die Richtung, die sich die Welle vom Erdbebenherd aus ausbreitet.

    Seismische Wellen können unterschiedlich stark und schnell sein. Man unterscheidet zwischen zwei beziehungsweise vier verschiedenen Arten von seismischen Wellen.

    Unter Erdbeben versteht man die Erschütterung des Untergrundes.

    Der Erdbebenherd ist dabei das Zentrum und der Ursprung des Erdbebens im Erdinnern.

    Du möchtest noch mehr zum Thema Erdbeben wissen? Dann schau Dir unsere Erklärung zu diesem Naturphänomen an.

    Seismische Wellen – Entstehung

    Seismische Wellen entstehen überwiegend im Erdinnern durch plattentektonische Prozesse, aber auch durch Explosionen, wie bei Vulkanausbrüchen.

    Durch Plattentektonik – also dem Bewegen von kontinentalen und ozeanischen Platten – und der Mantelkonvektion kommt es zum Auseinander- oder Zueinanderdriften von Platten.

    Mantelkonvektion beschreibt einen Prozess im Erdinnern, bei dem Wärme übertragen wird. Diese Wärme wird durch Magmaströme vom Erdkern in den oberen Erdmantel transportiert.

    Bei einem Zusammenstoß von zwei Platten verhaken sich diese miteinander, dabei wird Druck aufgebaut. Durch die weiteren plattentektonische Aktivität enthaken sich die beiden Platten nach einer Zeit wieder. Der davor entstandene Druck braut sich dann in Form von seismischen Wellen ab.

    Die seismischen Wellen verlaufen dann gleichmäßig um den Erdbebenherd. Das Resultat von seismischen Wellen, die sich bis an die Erdoberfläche bewegen, sind spürbare Erdbeben.

    Du möchtest mehr über Mantelkonvektion oder Plattentektonik erfahren oder Dein Wissen ein wenig auffrischen? Schau Dir auf jeden Fall die Erklärungen dazu an.

    Seismische Wellen – Ausbreitung

    Nimmt man an, dass die Erde ein homogener – also einheitlicher – Körper wäre, so würden sich seismische Wellen gleichmäßig im Erdinnern ausbreiten können. Der Erdkörper setzt sich jedoch aus verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen zusammen. Außerdem sind manche Schichten des Erdkörpers flüssig und andere fest. Daher können sich Wellen nicht mit gleichmäßiger Geschwindigkeit ausbreiten.

    Durch diese uneinheitliche Zusammensetzung der Erde kommt es zur Brechung und Reflexion der Wellen und die Ausbreitung verläuft eher gekrümmt.

    Brechung bedeutet in dem Fall, dass die Welle nicht gerade verläuft, sondern abgelenkt wird. Das kannst Du Dir zum Beispiel wie einen Stock, den Du durchbrichst, vorstellen.

    Unter Reflexion versteht man, dass die Welle reflektiert wird, also wieder zurückgestrahlt wird.

    Du interessierst Dich für die Brechung und Reflexion von Wellen? Dann schau doch mal bei den Erklärungen dazu im Bereich der Physik vorbei.

    Das Material beziehungsweise die Eigenschaften des Materials, durch das seismische Wellen sich bewegen, beeinflusst also die Ausbreitungsgeschwindigkeit.

    Durch diese verschiedenen Geschwindigkeiten der Wellen lassen sich so Rückschlüsse auf den Aufbau der Erde ziehen.

    Erdbebenwellen – Arten

    Im Allgemeinen unterscheidet man bei seismischen Wellen zwischen Raumwellen, die sich im Erdinnern ausbreiten, und Oberflächenwellen. Letztere breiten sich, wie der Name schon vermuten lässt, an der Erdoberfläche aus.

    Raum- und Oberflächen werden jeweils in zwei verschiedene Arten eingeteilt.

    Raumwellen – P- und S-Wellen

    Raumwellen sind Wellen, die sich vom Erdbebenherd aus bis hin zur Erdoberfläche ausbreiten.

    Man unterscheidet bei Raumwellen zwischen P-Wellen und S-Wellen.

    P-Wellen

    P-Wellen breiten sich parallel zur Fortpflanzungsrichtung der seismischen Welle aus. Sie werden auch Primärwellen genannt.

    P-Wellen geben bei einem Erdbeben als Erstes ein Signal an eine Messstation ab, weshalb sie auch Primärwellen genannt werden. Bei der Ausbreitung der Wellen kommt es zuerst zur Kompression und danach zur Extension der Wellen.

    Unter Kompression versteht man, dass ein Körper durch Druck zusammendrückt wird.

    Die Extension beschreibt das Gegenteil – eine Dehnung aufgrund von einer Belastung durch Zug.

    Die Bewegung einer P-Welle kannst Du Dir wie eine Ziehharmonika oder ein Akkordeon vorstellen.


    P-Wellen breiten sich mit einer Geschwindigkeit von 5 km/s aus.

    Wenn Du mit dem Auto 100 km/h fährst, entsprechen das etwa 0,027 km/s. P-Wellen sind also sehr schnell.

    S-Wellen

    Unter S-Wellen versteht man die Wellen, die unmittelbar nach den P-Wellen folgen. Sie breiten sich senkrecht gegenüber der Fortpflanzungsrichtung der Welle aus.

    S-Wellen – oder auch Transversalwellen beziehungsweise Scherwellen – werden als zweite Wellenart von einer Messstation gemessen und werden deshalb Sekundärwellen genannt. Dabei kommt es zu einer wellenförmigen Fortbewegung durch das Erdinnere.

    Die Fortbewegung einer S-Welle kannst Du Dir wie eine Achterbahn, die hoch- und runterfährt, vorstellen.

    S-Wellen treten nur in festen Medien auf. Das bedeutet, dass die Welle nicht durch den flüssigen Teil des Erdmantels fließen kann. Dieses Wissen war ein Meilenstein zur Erforschung des Aufbaus der Erde, da man dadurch herausfand, dass ein Teil des Kerns fest sein muss.

    Oberflächenwellen

    Oberflächenwellen breiten sich, wie der Name schon vermuten lässt, an der Oberfläche der Erde aus. Man kann Oberflächenwellen mit Wellen auf dem Meer vergleichen, da beide Formen eine freie Oberfläche benötigen, um sich ausbreiten zu können.

    Man unterscheidet bei Oberflächenwellen zwischen Love- und Rayleigh-Wellen.

    Oberflächenwellen folgen auf die S-Wellen und richten vergleichsweise höheren Schaden an, als Raumwellen, da sie direkt an der Erdoberfläche ansetzen. Deshalb sind Oberflächenwellen auch die Form von seismischen Wellen, die man an der Erdoberfläche spüren kann.

    Love-Wellen

    Love-Wellen bewegen sich quer, also senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung.

    Die Bewegung einer Love-Welle kannst Du Dir wie die Bewegung einer Schlange auf dem Boden vorstellen.

    Rayleigh-Wellen

    Die Bewegungsform einer Rayleigh-Welle kannst Du Dir wie eine Ellipse vorstellen. Hierbei kommt es sowohl zur Kompression und Extension als auch zur wellenförmigen Bewegung. Es entsteht eine Art rollende Bewegung.

    Je größer die Strecke ist, die die Rayleigh-Welle von ihrem Startpunkt entfernt ist, desto weniger stark ist die Bewegung der Welle.

    Seismische Wellen – Messung

    Ein Seismograph ist das wichtigste Gerät für Seismologen und Seismologinnen. Das sind die Personen, die sich mit Seismologie beschäftigen. Mit dem Seismographen werden seismische Aktivitäten auf der Erde aufgenommen.

    Die Seismologie beschäftigt sich mit der Wissenschaft von Erdbeben.

    Personen, die in der Seismologie tätig sind, heißen Seismologen oder Seismologinnen.

    Eine Masse, die den Großteil des Seismographen ausmacht, hängt an einer Spiralfeder oder ist mit einem Scharnier befestigt.

    Durch die Dehnung und Kompression einer Feder werden seismische, vertikale Bewegungen wahrgenommen und mithilfe eines Seismogramms dargestellt.

    Ein Seismograph der mit einem Scharnier arbeitet, nimmt horizontale seismische Aktivitäten auf. Die Funktionsweise ist mit der einer Tür, die durch Wind bewegt wird, vergleichbar. Dabei ist der Wind mit der Bewegung der Erde zu vergleichen.

    Hier siehst Du die einen Seismographen zur Messung von vertikalen und horizontalen seismischen Bewegungen:

    Seismische Wellen Seismograph Messungen StudySmarterAbbildung 6: Seismograph

    Seismische Wellen – Das Wichtigste

    • Seismische Wellen sind energetische, elastische Wellen, die durch ruckartige Bewegungen im Erdinnern entstehen.
    • Es wird zwischen verschiedene Arten von seismischen Wellen unterschieden: Raum- und Oberflächenwellen.
    • Raumwellen unterscheidet man zwischen P- und S-Wellen.
    • Love- und Rayleigh-Wellen sind Oberflächenwellen.
    • Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von seismischen Wellen hängt von der Schicht, durch die die Welle fließt, ab.

    Nachweise

    1. Grotzinger; Jordan (2017). Allgemeine Geologie. Springer Verlag.
    2. Press; Siever (2003). Allgemeine Geologie. Spektrum Akademischer Verlag.
    3. spektrum.de: seismische Wellen. (14.06.2022).
    4. spektrum.de: Kompressionswellen. (14.06.2022).
    5. Abbildung 6: 59 optical electromagnetic seismograph (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/92/59_optical_electromagnetic_seismograph-1.jpg/1280px-59_optical_electromagnetic_seismograph-1.jpg) von Apple2000 (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Apple2000) unter der Lizenz CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en)
    Häufig gestellte Fragen zum Thema Seismische Wellen

    Was sind Sekundärwellen?

    Sekundärwellen sind seismische Wellen, die sich senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Welle ausbreiten.

    Was für Erdbebenwellen gibt es?

    Es gibt Raum- und Oberflächenwellen. Man unterscheidet zwischen P- und S-Wellen und zwischen Love- und Rayleigh-Wellen.

    Was sind P- und S-Wellen?

    P- und S-Wellen sind Raumwellen. 

    P-Wellen sind Primärwellen, sie breiten sich parallel zur Fortpflanzungsrichtung der Welle aus. 

    S-Wellen sind Sekundärwellen, die sich senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Welle ausbreiten.

    Wie entstehen seismische Wellen?

    Seismische Wellen entstehen durch ruckartige, explosionsartige Bewegungen, die zum Beispiel durch plattentektonische Prozesse entstehen.

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