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P-Wellen und S-Wellen eines Erdbebens
AFB IIEin Erdbeben erzeugt zwei Sorten von Wellen, die sich durch das Erdinnere ausbreiten. P-Wellen („primär“) sind Längswellen und laufen im Gestein mit \(c_P = 6{,}0\ \mathrm{\frac{km}{s}}\). S-Wellen („sekundär“) sind Querwellen und laufen mit \(c_S = 3{,}5\ \mathrm{\frac{km}{s}}\). Beide starten gleichzeitig am Bebenherd. Eine Messstation zeichnet den in Material M1 dargestellten Verlauf auf.
M1Seismogramm einer Messstation
Zuerst treffen die schnelleren P-Wellen mit kleiner Amplitude ein, danach die langsameren, stärker ausschlagenden S-Wellen.
- Erklären Sie den Unterschied zwischen einer P-Welle und einer S-Welle anhand der Schwingungsrichtung der Gesteinsteilchen und begründen Sie damit, welche der beiden Wellen im Seismogramm zuerst eintrifft.
- Aus M1 lässt sich die Laufzeitdifferenz \(\Delta t = 35\ \mathrm{s}\) ablesen. Berechnen Sie daraus die Entfernung \(s\) der Messstation vom Bebenherd.
- S-Wellen werden hinter dem äußeren Erdkern nirgends mehr registriert, P-Wellen dagegen schon. Erklären Sie diesen Befund und geben Sie an, welche Aussage über den Aggregatzustand des äußeren Erdkerns sich daraus ergibt.
Hinweis zu Aufgabe a)
Zeichne dir für beide Wellenarten einen Pfeil für die Ausbreitungsrichtung und einen Pfeil für die Schwingungsrichtung eines Teilchens. Bei welcher Wellenart stehen die Pfeile parallel, bei welcher senkrecht?
Hinweis zu Aufgabe b)
Beide Wellen legen denselben Weg \(s\) zurück, brauchen aber unterschiedlich lange: \(t_S - t_P = \Delta t\) mit \(t_P = \dfrac{s}{c_P}\) und \(t_S = \dfrac{s}{c_S}\). Setze ein und löse nach \(s\) auf.Beim „Berechnen“ gehören Ansatz, Umformung und Ergebnis mit Einheit in die Lösung.
Hinweis zu Aufgabe c)
Eine Querwelle verformt das Material seitlich — dazu muss das Material einer Scherung Widerstand entgegensetzen. Welche Aggregatzustände können das, welche nicht?