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Erdbebenwellen

 

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Die zerstörerische Kraft der Erdbebenwellen

An einem Ort, der von einem Erdbeben betroffen ist, treffen zwei Arten von seismischen Wellen ein: Raumwellen und Oberflächenwellen. (Loma Prieta, 1989)

Wenn sich Gestein bei einem → Erdbeben plötzlich verschiebt, breiten sich vom Ausgangspunkt der Verschiebung, dem → Erdbebenherd oder Hypozentrum, nach allen Seiten Bodenschwingungen aus. Diese werden als Erdbebenwellen oder seismische Wellen bezeichnet (von griechisch seismos = Erschütterung). Sie verlaufen konzentrisch über die ganze Erde. Im → Epizentrum, dem Punkt der senkrecht über dem Herd an der Oberfläche liegt, führen die Wellen zu heftigen Erschütterungen. An einem Ort, der von einem Erdbeben bedroht wird, treffen zwei Arten von seismischen Wellen ein: Raumwellen und Oberflächenwellen. Die zuerst ankommenden Wellen werden als Primärwellen oder P-Wellen bezeichnet. Danach folgen die Sekundärwellen oder S-Wellen. Beide Wellentypen durchlaufen den ganzen Globus und sind somit Raumwellen. Schließlich treffen die Oberflächenwellen ein, die in Rayleigh-Wellen und Love-Wellen unterteilt werden.

P-Wellen:

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Erdbebenwellen - P-Wellen

Die Bewegungsrichtung von P-Wellen.

P-Wellen verhalten sich in den Gesteinen wie Schallwellen in der Luft. Sie sind aber mit einer Fortpflanzungsgeschwindigkeit von etwa 5 km pro Sekunde wesentlich schneller als Schallwellen. P-Wellen breiten sich in fester Materie als periodische Verdichtung und Streckung der Materie aus und sind genauso wie Schallwellen so genannte Longitudinalwellen. Die Teilchen des Gesteins schwingen in Fortpflanzungsrichtung der Welle hin und her.

S-Wellen:

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Erdbebenwellen - S-Wellen

Die Bewegungsrichtung von S-Wellen.

Mit etwas weniger als die halbe Geschwindigkeit von P-Wellen breiten sich S-Wellen aus. Weil bei ihnen die Gesteine in einer senkrechten Ebene zur Fortpflanzungsrichtung schwingen und eine biegende oder scherende Bewegung durchlaufen, nennt man sie Transversal- oder Scherwellen. Sie ähneln den transversalen Bewegungen von Lichtwellen. Weder in Flüssigkeiten noch in Gasen können sie sich fortpflanzen, da in diesen keine Scherbewegung möglich ist.

Rayleigh-Wellen:

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Erdbebenwellen - Rayleigh-Wellen

Die Bewegungsrichtung von Rayleigh-Wellen.

Einige P- und S-Wellen gelangen an die Oberfläche und werden dort reflektiert. Es bilden sich Rayleigh-Wellen. Sie sind Oberflächenwellen und breiten sich entlang der Erdoberfläche aus. Für ihre Schwingungen benötigen sie eine freie Oberfläche, wie die Wellen auf dem Meer. Ihre Fortpflanzung erfolgt in Ellipsen auf einer vertikalen Ebene. Sie verursachen die meisten Schäden und sind nach dem Physiker John William Rayleigh (1842-1919) benannt.

Love-Wellen:

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Erdbebenwellen - Love-Wellen

Die Ausbreitung von Love-Wellen.

Die Teilchenbewegung der seismischen Oberflächenwellen, die nach dem englischen Physiker Augustus E. H. Love benannt sind, erfolgt auf einer horizontalen Fläche im rechten Winkel zur Fortbewegungsrichtung. Es findet keine vertikale Versetzung statt. Da sie oft über große Amplituden verfügen, ihre größten Ausschläge also sehr groß sind, richten sie durch horizontale Scherungen des Untergrundes starke Schäden an Gebäuden an.

Wellenbewegungen:

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Zerstörung durch Erdbebenwellen

Die Folgen der "rollenden Bewegungen".

Die zuerst an einem bestimmten Punkt der Oberfläche ankommenden P-Wellen erreichen diesen Punkt in einem steilen Winkel und rufen vertikale Bodenbewegungen hervor, die jedoch keine größeren Zerstörungen bewirken. Danach folgen die S-Wellen mit einem relativ heftigen seitlichen Rütteln des Bodens. Zeitgleich mit ihnen oder kurz danach treffen die Love-Wellen ein. Der Untergrund beginnt nun stärker, im rechten Winkel zur Wellenausbreitung, zu beben. Schließlich laufen die Rayleigh-Wellen ein und erzeugen dabei Bodenbewegungen sowohl in Längsrichtung als auch in der Vertikalen. Sie rufen bei großen Erdbeben die vielbeschriebene “rollende Bewegung“ des Untergrundes hervor. Die Abfolge der unterschiedlichen Oberflächenwellen bildet den wesentlichen und verheerenden Teil eines Erdbebens. Love- und Rayleigh-Wellen halten fünfmal länger an als P- und S-Wellen. Jedes Erdbeben lässt in seiner Intensität nach, je weiter es sich von seinem Ausgangspunkt, dem Erdbebenherd, entfernt. Durch die Reibung zwischen den sich bewegenden Gesteinspartikeln während eines Erdbebens wird ein Teil der Wellenenergie nach und nach in Wärme umgewandelt. Daher werden durch seismische Wellen ins Schwingen geratene Gesteinsmassen je nach Höhe der im Herd erzeugten Wellenenergie früher oder später zur Ruhe kommen.

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