Seismische Wellen - Wellenformen - Ausbreitung
Raumwellen: Primärwellen
(P-Wellen) Primär-Wellen schwingen in die gleiche Richtung, in der sich die ganze Welle ausbreitet - aus der Tiefe der Erdkruste in Richtung der Erdoberfläche. Das bedeutet der Boden wird gestaucht (Kompression) und gedehnt (Dilatation). Sie breiten sich im Erdinneren, in festen Körpern, Flüssigkeiten wie Wasser oder in Gasen aus. Wie bei Schallwellen werden die Teilchen im Boden geschoben und gezogen. Während manche Tiere die
P-Wellen auch hören,
spüren Menschen nur die Erschütterungen. P-Wellen besitzen die höchste Ausbreitungsgeschwindigkeit, die zwischen 6 km/s und 14 km/s betragen kann. Sie erreichen daher als erste einen bestimmten Erdbebendetektor (daher der Name Primärwelle oder P-Welle). In der Erdkruste liegt die Geschwindigkeit der P-Wellen zwischen 5000 bis 7000 m/s (zum Vergleich: Schallgeschwindigkeit in Luft ca. 340 m/s, in Granit ca. 5000 m/s, in Wasser ca. 1500 m/s) und über 8000 m/s in Erdmantel und -kern.
Raumwellen: Sekundärwellen
(S-Wellen) Auch die Sekundär-
Wellen (auch Scherwellen genannt) bewegen sich aus dem Erdinneren zur Oberfläche nach oben. Aber sie schwingen quer zur Ausbreitungsrichtung und bewegen den Boden dementsprechend seitwärts. Sie laufen langsamer als P-Wellen und sind die zweiten Wellen, die bei einem Erdbeben an der Oberfläche eintreffen. S-Wellen können sich nur in festen Materialien ausbreiten, also nicht in Flüssigkeiten wie Wasser. Die S-Wellen (Sekundärwellen) sind transversale Scherwellen, die sich mit Geschwindigkeiten von 3,5 km/s bis 7,4 km/s ausbreiten können und daher den obigen Erdbebendetektor erst nach den P-Wellen erreichen. Sie können nur Festkörper durchdringen (also z.B. den flüssigen äußeren Erdkern nicht). Damit ergeben sich für die S-Wellen Geschwindigkeiten von 3000–4000 m/s in der Erdkruste und etwa 4500 m/s im Erdmantel.
Zwei Arten der seismischen Wellen entstehen erst an der Oberfläche: die Love-Wellen und die Rayleigh-Wellen. Die Love-Wellen wurden nach dem britischen Mathematiker A.E.H. Love benannt, der als erster ein Modell für die Ausbreitung dieser Wellen aufstellte. Sie sind die schnellsten Oberflächenwellen, mit rund 2000–4400 m/s, aber langsamer als die S-Wellen. Sie schütteln den Boden seitwärts durch. Bei den Love-Wellen tritt noch eine Scherbewegung parallel zur Erdoberfläche hinzu. Da ihre Ausschläge oft sehr groß sind, richten sie durch horizontale Scherungen des Untergrundes starke Schäden, zum Beispiel an Gebäuden, an.
Die zweite Art von Oberflächenwellen sind die Rayleigh-Wellen, benannt nach Lord Rayleigh, der diese Wellen mathematisch voraussagte. Sie breiten sich entlang der Erdoberfläche in Ellipsen aus. Dabei bewegt die Welle den Boden in der Richtung, in der sie sich ausbreitet, sowohl hinauf und herunter als auch hin und her. Die meisten Erschütterungen, die bei einem Erdbeben gespürt werden, sind in der Regel Rayleigh-Wellen, deren Amplituden viel größer als die der übrigen Wellenarten werden können. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit beträgt, abhängig vor allem von der Wellenlänge, etwa 2000–4000 m/s.
Die Frequenzen der Erdbebenwellen liegen im Bereich zwischen 0,1 Hz und 30 Hz.
Aus der Verzögerung, in der die P- und S-Wellen an einer Erdbebenwarte eintreffen, lässt sich deren Entfernung zum Erdbebenherd errechnen. Greift man auf die Aufzeichnungen von mindestens vier Messstationen zurück, kann man sowohl die geographische Länge und Breite als auch die Herdtiefe durch einfache Triangulation bestimmen. An den Grenzen zwischen der Erdkruste, dem Erdmantel und dem äußeren bzw. inneren Erdkern werden die seismischen Wellen gebrochen und reflektiert. Deshalb gibt es für die P-Wellen eine Schattenzone von 105° - 142° auf der gegenüberliegenden Seite der Erde. P-Wellen mit Distanzen über 142° haben verzögerte Ankunftszeiten weil ihre Geschwindigkeit an der Kern - Mantelgrenze stark abfällt.
Auch die S-Wellen bewegen sich auf gekrümmten Pfaden durch die Erde. Ihre Geschwindigkeit steigt im Erdmantel mit der Tiefe an. Weil die Erde einen flüssigen äußeren Kern besitzt erscheinen bei Distanzen über 105° keine S-Wellen mehr.
( Schattenzone 105° - 180° )Bildquellen: wikipedia.org
