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Tiefen der Erde: Wissen Sie, wie seismische Wellen Gestein durchdringen?
Die Erforschung seismischer Wellen geht auf die Entwicklung der Seismologie seit dem 19. Jahrhundert zurück, die unser Verständnis der inneren Struktur der Erde erweitert hat. Das Verhalten seismischer Wellen, insbesondere P- und S-Wellen, liefert tiefgreifende Einblicke in die Geschwindigkeitsstruktur der Erde. Unter Geschwindigkeitsstruktur versteht man die Geschwindigkeitsverteilung seismischer Wellen, die auf verschiedenen Ebenen innerhalb der Erde übertragen werden. Die Geschwindigkeitsänderungen spiegeln die Zusammensetzung, Dichte und den physikalischen Zustand unterirdischer Gesteine wider.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen variiert je nach Art und Zustand des Materials (fest, flüssig oder gasförmig), was wiederum den Weg der Wellen verändert.
Wie seismische Wellen funktionieren
Tatsächlich liefert das Verhalten von P- und S-Wellen Wissenschaftlern den Schlüssel zur Entschlüsselung der Geheimnisse des Erdinneren. P-Wellen können alle Materialien durchdringen, während S-Wellen nur Feststoffe durchdringen können. Wenn diese Wellen verschiedene Medien passieren, können uns Änderungen ihrer Geschwindigkeit wertvolle Informationen über das Erdinnere liefern.
Es wurde entdeckt, dass die Erde einen flüssigen Außenkern hat, was daran liegt, dass S-Wellen nicht eindringen können.
Schichtung der Geschwindigkeitsstruktur der Erde
Die innere Struktur der Erde kann in verschiedene Schichten unterteilt werden, von denen jede ihre eigenen einzigartigen seismischen Wellengeschwindigkeitseigenschaften aufweist. Die Geschwindigkeit seismischer Wellen ändert sich in jeder Schicht aufgrund von Temperatur-, Druck- und Materialunterschieden.
Erdkruste
Die Erdkruste ist unterschiedlich dick und wird hauptsächlich in kontinentale Kruste und ozeanische Kruste unterteilt. Die seismischen Wellengeschwindigkeiten dieser Krusten liegen je nach Dichte des Gesteins und seiner Zusammensetzung zwischen 6,0 und 7,0 km/s.
Oberer Mantel
Im oberen Erdmantel kann die P-Wellengeschwindigkeit 7,5 bis 8,5 km/s erreichen, die mit zunehmendem Druck zunimmt. Das Material dieser Schicht besteht hauptsächlich aus Peridotit, das durch verschiedene Phasenänderungen die Erhöhung der Wellengeschwindigkeit fördert.
Unterer Mantel
Die Geschwindigkeit des unteren Mantels ist höher und erreicht 10 bis 13 km/s, und die durch den Druck bedingte Zunahme der Gesteinsdichte führt dazu, dass sich seismische Wellen schneller bewegen.
Äußerer Kern und Kern
Der äußere Kern befindet sich in flüssigem Zustand, wodurch die Geschwindigkeit der P-Welle deutlich reduziert wird, während die S-Welle völlig undurchdringlich ist. Im Gegensatz dazu ist der innere Kern fest und kann Geschwindigkeiten von etwa 11 km/s erreichen, was eine Zunahme der inneren Dichte zeigt.
Die Anisotropie des inneren Kerns führt dazu, dass die Geschwindigkeit seismischer Wellen in verschiedene Richtungen variiert, da die Erdrotation die kristalline Anordnung des inneren Kerns beeinflusst.
Geschwindigkeitsstruktur von Planeten
Neben der Erde haben auch die Geschwindigkeitsstrukturen von Planeten wie Mond und Mars die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler auf sich gezogen. Von den Apollo-Missionen bis hin zu Mars-Rovern helfen uns die aus diesen Entdeckungen gewonnenen seismischen Daten, die innere Struktur dieser Himmelskörper zu verstehen.
Mond
Die Mondkruste besteht aus etwa 60 Kilometern Eiskruste und Silikatgestein mit P-Wellengeschwindigkeiten im Bereich von 5,1 bis 6,8 km/s. In den frühen Stadien der Monderkundung zeigten seismische Daten, dass es vier Haupttypen von Erdbeben gab Quelle.
Mars
Die seismische Forschung auf dem Mars stützt sich hauptsächlich auf die InSight-Mission. Die erhaltenen Daten enthüllten die Struktur der Marskruste. Die Geschwindigkeit der P-Wellen liegt zwischen 3,5 und 5 km/s und zeigt, dass die Geschwindigkeit mit zunehmender Tiefe zunimmt.
Anhand dieser Daten konnten Wissenschaftler Einblicke in die Struktur des Marsuntergrunds und insbesondere in die Rolle seines Mantels gewinnen.
Möglichkeiten für zukünftige Erkundungen
Mit der Weiterentwicklung der Technologie hoffen Wissenschaftler, die Erkennung seismischer Wellen in Zukunft auf andere Planeten und Monde auszudehnen, beispielsweise auf Saturns Enceladus, dessen innere Struktur weiter erforscht und bestätigt werden muss.
Seismische Wellen spielen eine wesentliche Rolle bei der Aufdeckung der inneren Struktur der Erde und anderer Planeten. Wie können Wissenschaftler dieses Wissen nutzen, um andere Geheimnisse im Universum weiter zu erforschen?
