Physik 3 Flashcards
1
Q
Was zeigt die Rotverschiebung im Licht eines Sterns an?
A
Stern strebt von Erde weg
2
Q
Welcher physikalische Effekt bewirkt die Blau- bzw. Rotverschiebung im Sternenlicht?
A
Doppler-Effekt
3
Q
Aus welchen Daten eines Trabanten eines Zentralgestirns kann nach dem dritten keplerschen Gesetz seine Masse bestimmt werden?
A
Große halbachse und Umlaufperiode
4
Q
Wie groß ist der prozentuale Anteil der sichtbaren Masse an der gesamten Masse (bzw. Energie ) im Universum?
A
5%
5
Q
Alpha-Strahlung besteht aus
A
Positiv geladenen Heliumkernen
6
Q
Die Halbwertszeit einer Zerfallsreaktion ist
A
Umgekehrt proportional zur Zerfallskonstante
7
Q
In welcher Einheit wird elastische Spannung angegeben?
A
Pascal
8
Q
Welche Gesteinseigenschaft bestimmt die Laufzeit seismischer Wellen?
A
Seismische Geschwindigkeit
9
Q
Wie viele unabhängige Komponenten besitzt der Elastizitätstensor maximal?
A
21
10
Q
Was ergibt der quotient aus Wellenlänge und Periode einer Welle?
A
Geschwindigkeit
11
Q
Eine um den Faktor zehn kleinere Amplitude entspricht einer Dämpfung von
A
-20db
12
Q
Die Steigung einer Laufzeitkurve von Erdbebenwellen ist gleich
A
Dem Strahlparameter für die sphärische Schichtung
13
Q
Verglichen mit einem Erbeben der Magnitude 5 ist ein Erbeben der Magnitude 7 ungefähr
A
Tausend mal so energiereich
14
Q
Die Herdzeit eines Erdbebens erhält man aus
A
Der Auftragung der Differenz der S- und P- Wellen-Laufzeiten gegen die P-Wellen-Laufzeiten
15
Q
Das Gravitationspotenzial einer Punktmasse variiert
A
Mit dem Kehrwert des Abstands
16
Q
Das Gravitationspotenzial innerhalb der Erde variiert
A
Linear mit dem Radius
17
Q
Das Gravitationspotenzial auf und oberhalb der Erde variiert
A
Mit dem Kehrwert des Radiusquadrats
18
Q
Die Zentrifugalbeschleunigung an den Polen ist
A
Null
19
Q
Die Coriolis-Beschleunigung beruht auf
A
Der Ablenkung eines auf der Erde bewegten Körpers nach Recht bzw. Links auf der Nord- bzw. Südhalbkugel
20
Q
Die Normalschwere ist
A
Auf dem Niveauellipsoid senkrecht stehende Komponente der Schwerebeschleunigung
21
Q
Eine Schwereanomalie ist die Differenz zwischen Schwere am Messpunkt und
A
Normalschwere am gleichen Punkt
22
Q
Die Freiluftanomalie am Messpunkt ist die Differenz aus der Normalschwere ( nach Anbringen der Driftkorrektur)
A
Vermindert um die Freiluftreduktion
23
Q
Die Bouguer-Anomalie am Messpunkt berechnet sich aus der Freiluftanomalie durch Anbringen der
A
Geländereduktion, Bouguer-reduktion und (falls erforderlich) atmosphärischen Reduktion
24
Q
In der Freiluftanomalie ergeben Gebirge ohne Wurzeln
A
Positive Anomalien
25
Eine Isostatische Anomalie ist
Die Differenz zwischen der Bouguer-Anomalie und einer isostatisch ausgeglichenen Struktur
26
Nahe dem magnetischen Äquator ist die Inklination
Doppelt so groß wie die magnetische Breite
27
Was besagen die Antidynamo-Theoreme?
Ein achsensymmetrisches Magnetfeld kann nicht durch einen homogenen Dynamo erzeugt werden.
Ein toroidales Magnetfeld kann nicht durch einen homogenen Dynamo erzeugt werden.
Ein Poloidales Magnetfeld kann nicht durch einen homogenen Dynamo erzeugt werden.
Ohne radiale Komponente kann die Strömung eines elektrischen Leiters in einer Kugel kein Magnetfeld erzeugen
28
Partikel des Sonnenwinds benötigen auf ihrem Weg zur Erde im Mittel ca.
21 Stunden
29
Die Kugelfunktionsanalyse des Erdmagnetfelds
Erlaubt die Aufteilung in äußeren und inneren Quellen
30
Diamagnetismus (k<0) ist eine Eigenschaft
- gilt für alle Stoffe in einem äußeren Magnetfeld
- Ursache sind kreisende Elektronen um den Atonern -> Strom im H-Feld
- äußeren Feld entgegengesetzt
- verschwindend klein
k= -10^-5 => k<0
Quarz,Graphit,Gips,Calcit,Steinsalz
31
Die paramagnetische Suszeptibilität
Fällt mit der Temperatur
32
Die ferromagnetische Suszeptibilität
Fällt mit der Temperatur für Temperaturen oberhalb der paramagnetischen Curie-temperatur
Wird durch Wechselwirkung zwischen Ionen verursacht
33
Ferrimagnetismus
k>>0
- kein äußeres erregerfeld nötig
- spontane, parallele Ausrichtung von mag. Dipolmomenten in mikroskopisch kleinen Bereichen im Kristallgitter (Weiss`schen Bezirke)
Eisen, Nickel und Cobalt
ferrimagnetisch (Magnetit)
anti- ferrimagnetisch (Hämatit)
Zusatzwissen:
Ist die wichtigste Ursache von remanenter Magnetisierung ; Verschwindet oberhalb der ferrimagnetischen Neel-Temperatur
34
Der isentrope Temperaturverlauf in der Erde ergibt sich mit Hilfe des Grüneisen-Parameters (und der Dichte), weil dieser
Thermische und elastische Eigenschaften verknüpft
35
Die radiale Variation der Dichte in der Erde ergibt sich (neben der Dichte)aus der Geschwindigkeit der
P- und S- Wellen
36
Der Anteil der der radiogenen Wärmeproduktion an der Wärmeverlustrate der Erde beträgt
40%
37
Im äußeren Erdkern ist die Corioliskraft
Größer als die Träheitskraft
38
Im Erdmantel ist die Rayleigh-Zahl
Überkritisch
39
Der kritische Winkel (der Totalreflexion) an der Granze zweier Medien mit P- und S- Wellengeschwindigkeitn alpha und beta ist gleich
alpha1/alpha2
40
1. Keplersche Gesetz
- Die Planetenbahnen sind Ellipsen mit der Sonne in einem der Brennpunkte.
- Energieerhaltung für einen die Sonne umkreisenden Planeten unter dem Einfluss der Anziehungskraft, die mit dem Kehrwert des Abstandsquasrats variiert.
41
2. Keplersche Gesetz
- Die Planetenbahn überstreicht in gleichen Zeitintervallen gleiche Flächen der Ellipse.
- beschreibt die Planetenbewegung entlang seiner Umlaufbahn aus der Impulserhaltung: Hieraus folgt, dass die Anziehungskraft eine Zentralkraft ist.
42
3. Keplersche Gesetz
Das Verhältnis aus dem Quadrat der Umlaufzeit T eines - Planeten und der dritten Potenz seiner großen Halbachse a ist für alle Planeten eine Konstante: T^2/a^3= const.
- ergibt sich aus dem Kräftegleichgewicht zwischen der Anziehung des Planeten durch die Sonne und der Zentrifugalkraft aufgrund seiner Bahngeschwindigkeit.
43
Wo ist die Erde fest und wo flüssig?
Kruste (fest)
Mantel (fest, zähfüssig)
Äußerer Kern (flüssig)
Innerer Kern (fest)
44
Der Vektor der Schwerebeschleunigung ....
steht Senkrecht auf dem Geoid
45
Welche der beiden Kurven zeigt eine magnetische Messung?
Y-Achse= Feldstärke
X-Achse= Position
Die magnetische Welle hat einen positiven und negativen Ausschlag (Extrema) in der Kurve in direkter Folge.
46
Wo ist die geringste Stelle der Inklination im Erdmagnetfeld?
Äquator
47
Welches Gestein hat die größte mag. Suszeptibilität?
Basalt
Zusatzwissen:
Dolomit hätte am Wenigsten
48
Zweisischtfall: Geschwindigkeit in der Tiefe v1
- Reflektierte Welle
| - Kopfwelle
49
Erdbeben hat Epizentrum bei 0°. Wo P-Wellen Schattenzentrum?
100°-142°
50
Welches ist die größte Wärmequelle der Erde?
Zerfall radioaktiver Elemente
51
Der advektive Wärmefluss skaliert linear mit der:
Temperatur (T)
52
Nabla- Oberator
Der Nabla- Operator ist ein Symbol, das in der Vektor- und Tensoranalysis benutzt wird, um kontextabhängig einen der drei Differenzialoperatoren Gradient, Divergenz oder Rotation zu notieren.
53
Wie groß ist der Radius der Erde? Wie heiß ist es im Zentrum?
Erdradius= 6371km
Radius (Äquator)= 6378km
Radius (Pol)= 6357km
T(Erdkern)= ~4500-4900°C
54
Ermittlung der Erdkerntemperatur?
- Radioaktive Zerfälle
- Kristallisation
- Schmelztemperatur Eisen-Nickel-Gemisch
55
Beschreiben Sie die großräumige Unterteilung der Erde. Was ist der Grund für diese Unterteilung?
Kern:
Innerer fester Eisen-Nickel-Kern (Beimengungen leichterer Elemente Schwefel, Sauerstoff....) mit Phasengrenze zu äußeren flüssigem Kern.
Mantel:
Unterer und oberer Erdmantel mit Phasengrenzen (fest-fest) von Peridotit (ultramarfisch, aluminiumarm, relativ eisen- und magnesiumreich, 40% Olivin)
```
Kruste:
Oberste 5km (ozeanisch) bis 80km (kontinental) mächtig. im Mittel basaltisch (marines) und granitisch (kontinantales) Gestein
```
=> Grund für Unterteilung: Dichteseperation der Elemente, Umwandlung durch Druck
56
Mächtigkeiten der Erde
```
Erdkruste: 5-80km
Oberer Mantel: bis 670km
Unterer Mantel: 670-2891km
Äußerer Kern: 2891-5150km
Innerer Kern: 5150-6371km
```
57
Was ist die Lithosphäre?
Definition Lithosphäre:
Besteht aus dem obersten Teil des oberen Erdmantels (lithosphärischer Mantel) und der Kruste. Sie stellt die feste Platte der Plattentektonik dar.
58
Was ist die Asthenosphäre?
Bereich des oberen Mantels unterhalb der Lithosphäre, der duktilverformbar und partiell aufgeschmolzen ist. Auf ihr schwimmen die starren Lithosphärenplatten, da sie zu 1%-10% aufgeschmolzen ist. Chemisch nicht vom oberen Mantel verschieden.
59
Warum verschwinden seismische Scherwellen (S- Wellen) im äußeren Erdkern?
Der äußere Erdkern ist flüssig und hat keine Scherfestigkeit/Scherwiderstand (sehr kleiner/kein Schermodul)
v= Wurzel(my/p)
```
my= Schermodul
p= Dichte
```
60
Subduktion
Rückführung der ozeanischen Lithosphäre (ozeanische Platte) in den Erdmantel an kontinentalen Plattenrändern oder Inselbögen
61
Ozeanbodenspreizung
Entstehung neuen Ozeanbodens durch Auseinanderdriften ozeanischer Kruste an divergierenden Plattengrenzen (Mittelozeanische Rücken)
62
Plattenkollision:
Zusammenschieben/Aufschieben von konvergierenden Platten an Kontinentalrändern mit Gebiergsbildung
63
Mantelkonvektion
Konvektiver und advektiver Wärmetransport im Erdmantel durch Festkörper-Kriechprozess
64
Erklären Sie das grundliegende Prinzip, das allen radiometrischen Methoden zugrunde liegt.
Welcher physikalische Prozess wird ausgenutzt?
Zerfallsprozess von radioaktiven Isotopen in stabiele
65
Erklären Sie das grundliegende Prinzip, das allen radiometrischen Methoden zugrunde liegt.
Welche Annahmen werden vorausgesetzt?
Konstante Zerfallsrate, geschlossenes System
66
Erklären Sie das grundliegende Prinzip, das allen radiometrischen Methoden zugrunde liegt.
Was wird gemessen und wie sind die Messgrößen verknüft? Wie ergibt sich daraus das Alter eines Gesteins?
Es wird die Konzentration von Elternisotopen und die der Tochterisotope gemessen.
Zerfallsgesetz: dP= -LamdaPdt
dD= LamdaPdt
Das Alter ergibt sich durch Auflösen der Zerfallsgleichung nach der Zeit t
67
Allgemein gelten für radioaktive Zerfallsprozesse die Zerfallsgleichungen:
dP= -LamdaPdt und dD= LamdaPdt
Was sagen diese Gleichungen aus?
Innerhalb des Intervalls [dt] nimmt die Konzentration des Elternisotops [P] mit der Rate [Lamda] (mit der Einheit pro Zeit) um den Betrag [dP] ab. Im Intervall [dt] bildet sich mit der Rate [Lamda] aus P der Anteil dD des Tochterisotops
68
Allgemein gelten für radioaktive Zerfallsprozesse die Zerfallsgleichungen:
dP= -LamdaPdt und dD= LamdaPdt
Wie würde die zweite Formel aussehen, wenn von der Anfangskonzentration Do>0 des Tochterisotops ausgehen?
dD= Do+LamdaPdt
69
Es lässt sich für die Konzentration P(t) in Abhängigkeit einer Anfangskonzentration Po herleiten:
P(t)= Po* e^(-Lamda t)
Was bedeutet das?
Die Anfangskonzentration von P nimmt exponentiell mit der Zeit und der Rate ab.
70
Was beschreibt das Geoid der Erde?
Das Geoid berücksichtigt alle Schwerefeldanomalien durch Masseverteilung (Mantelkonvektion-> Plumes= Dellen im Geoid) und definiert eine Oberfläche gleichen Schwerepotenzials (Äquipotentialfläche). Die Schwerebeschleunigung steht demnach senkrecht auf dem Geoid. Gleicht dem mittleren Meeresspiegel (fortgesetzt unter den Kontinenten). Effekte, die auf das Gravitationspotenzial wirken, überlagern sich.
71
Was beschreibt das Referenzellipsoid?
- beschreibt die Form der Erde in guter Näherung
| - beschreibt ein Rotationsellipsoid mit der gleichen Masse wie die Erde
72
Aus welchen Gründen ist die Schwerebeschleunigung lokal unterschiedlich?
- Erde keine homogene Kugel
- Dichteanomalien im Erdmantel
- Form der Erde ist ein Rotationellipsoid
- Einfluss anderer Himmelskörper (Mond, Sonne) und anderer Massen wie Gebirge (Topographie)
- Durch Rotation gibt es Gradienten von den Polen (größere Schwerebeschleunigung, da keine Zentrifugalkraft) zum Äquator (kleinere Schwerebeschleunigung, max. Einfluss von Fz)
73
Gravimetrische Messung in der Geophysik + Bespiele
- kann verwendet werden wenn Dichte im Untergrung des Zielobjektes anders ist als in der Umgebeung
- Messung der relativen Schwereänderung -> rückschluss auf Dichteanomalien
Beispiele:
1) Umwelt- und Hydrgeophysik
2) Erkundung von Erzlagerstätten
3) Strukturerkundung
4) Vorerkundung Tiefengeothermie, Kohlenwasserstoff- Exploration
74
Was bedeutet Isostasie?
Hydrostatischer Gleichgewichtszustand (Schwimmgleichgewicht) der Erdkruste/Lithossphäre im Mantel. Ausgleich von Massenabweichungen der Lithosphäre durch Kompensationsmassen.
75
Welche Typen von Anomalien gibt es und wie sind die definiert?
Der Mantel ist dichter als die Kruste, wenn also eine höhere Krustendicke für mehr Masse in der Lithospähre sorgt, muss ein Teil des darunter liegenden dichteren Mantels durch weniger dichtes Krustenmaterial erstzt werden (Aiys Hypothese), oder die Krustendichte muss mit höherer Topographie immer weiter abnehmen (Pratts Hypothese).
76
Was kennzeichnet ein isostatisch ausgeglichendes Gebirge im Gegensatz zu einem nicht ausgeglichenen?
Wenn ein Teil der Lithosphäre dünner wird, z.B. durch Abtragung von Gebirgen oder durch das Abschmelzen eines dicken Eisschildes, befindet sich die Lithosphäre dort nicht mehr im Schwimmgleichgewicht und liegt auf, bis das Gleichgewicht wieder erreicht ist (und ungekehrt für eine dicker werdene Kruste).
77
Isostatisches Gleichgewicht
Das flächennormierte Gewicht einer Lithosphärensäule ist lateral auf einer Ausgleichsfläche im Mantel überall gleich.
78
Korrekturen von Gravimetriemessungen
1) Driftkorrektur
2) Breitenkorrektur der Normalschwere
3) Freiluftkorrektur
4) Topographische (Gelände-) Reduktion
5) Bouger- Reduktion
79
Wie würde man bei einem Instrumentengang eines Gravimeters vorgehen, um zeitabhängige Veränderungen auszugleichen? Erklären Sie das Prinzip. Was sind die Hauptgründe für einen beobachtete zeitlichen Drift?
- Wiederholende Referenzmessungen an einem Bezugspunkt
- Aus zeitlicher Variation an Bezugspunkt eine Gangkurve erstellen
- Gemessene Daten mithilfe der Gangkurve korrigieren
Hauteinflüsse:
1) Temperatur
2) Alterung des Gerätes (Federelastizität verändert sich)
3) Gezeiten
80
Elektromagnetismus
1) E- und B- Felder hängen eng zusammen (Maxwell- Gleichung)
2) Magnetfelder können nicht nur von Permanentmagneten erzeugt werden, sondern auch daynamisch durch Strom -> Elektromagnete
3) Magnetische Wirbelfelder erzeugen umgekehrt auch elektrische Wirbelfelder
81
Elektromagnet
- Jede Spulenwindung erzeugt ein eigenes Wirbelfeld
- Insgesamt ergibt sich eine Gesamtmagnetisierung mit einem globalen Nord- und Südpol
- Elektromagneten können im Nahfeld sehr stark sein und lassen sich ein- und ausschalten
- Die größte Feldliniendichte (und damit Feldstärke) herrscht im Inneren einer Spule (Eisenkern)
82
Eigenschaften von Magnetfeldern
1) geschlossene Feldlinien
2) keine magnetische Ladung (wie beim Strom) sondern nur Dipole
3) Gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamig ziehen sich an
4) Eine Kompassnadel (magnetischer Dipol) stellt sich tangential zur Feldlinie ein
5) Magnetische Feldlinien schneiden sich nicht, d.h. die Kraftrichtung auf einen magnetischen Nordpol ist stets eindeutig definiert.
6) Höhere Feldliniendichte bedeutet stärkeres Magnetfeld.
83
Maxwell- Gleichung
d*B= 0 [2. Maxwell- Gleichung]
- Divergenz des B- Feldes ist Null
- Das B- Feld hat weder Feldquellen noch - senken. Es hat geschlossene Feldlinien, die niegendwo enden oder beginnen.
- magnetischer Monopol in der Natur nicht existiert
- Eine elektrische Ladung existiert als Monopol (sie ist entweder Quelle oder Senke), eine magnetische Ladung gibt es nicht.
84
Wie ist das Erdmagnetfeld gepolt?
Geomagnetischer Nordpol= mag. Südpol
| Geomagnetischer Südpol= mag. Nordpol
85
Welche Analogie beschreibt das Erdmagnetfeld annähernd?
- Homogen magnetisierte Kugel mit Dipol im Zentrum
- Gilt an der Erdoberfläche und beschreibt dort (zeitabhängig) etwa 90% des Magnetfeldes.
- Fiktiver Dipol liegt nicht genau im Erdzentrum und hat ungefähr eine Neigung von 10° zur Erdachse.
- Im Erdinneren wird mit zunehmender Tiefe das Modell des Dipols inakkurat, dort lässt sich das Feld eher durch einen Multipol beschreiben.
86
Erdmagnetfeld an Pol und Äquator
Das Feld ist am Pol doppelt so groß wie am Äquator
Dipolformel:
Geomagnetischer Äquator: TETA= 90° mag. Breite
Geomagnetischer Pol: TETA= 0° mag. Breite
87
Deklination
Abweichung der Kompassnadel (geomagnetisch Nord) von der geographischen Nordrichtung
88
Beta*
geomagnetische Breite
89
Lamda*
geomagnetische Länge
90
Beta
geographische Breite
91
Lamda
geographische Länge
92
Beta b
geographische Breite des geomag. Nordpols
93
Lamda b
geographische Länge des geomag. Nordpols
94
Geodynamo
- entspricht einem selbsterregten Dynamo im flüssigen äußeren Erdkern
- erzeugt ein Magnetfeld, dessen Ursache die Konvektionsströme im flüssigen, elektrisch leitfähigen äußeren Erdkern sind. Diese Ströme werden durch thermisch bzw. stofflich bedingte Dichtegradienten im flüssigen äußeren Kern verursacht und von der Erdrotation beeinflusst.
- torodaler und poloidale Strömungen
- Magnet- und Strömungsfeld sowie Temperatur- und Strömungsfeld müssen gekoppelt werden -> Magnetohydrodynamik
95
Wann erhält ein Dynamo sein Magnetfeld von alleine aufrecht (Selbstregelnder Dynamo)?
- nicht rein totoidal
- Strömungsfeld durch Turbulenzen gestört (lokal)
- advektive/konvektive Term gegenüber dem diffusen überwiegen
- Reynolds-Zahl zw. 100-1000
- großes, leitfähiges und durchströmtes system
- inhomogenes Strömungsfeld
96
Paläomagnetismus
- remanente Magnetisierung von Gesteinen (bei Erstarrung oder Diagenese)
- ferrimagnetische Minerale -> Info über Richtung und Intensität des Erdmagnetfeldes in der geologischen Vergangenheit
- Datierung von Gesteinen (Magnetostrategraphie)
97
Erdmagnetfeld als Dipolfeld
- Im Erdmantel, wo das Erdmagnetfeld erzeugt wird, besteht es aus vielen verschiedenen Anteilen mit sehr komplexen, chaotischen Geometrien.
- Es gibt auch einen starken dipolartigen Anteil. Dieser klingt nach außen hin am langsamsten ab, deshalb können wir das Feld an der Erdoberfläche damit annähern.
- Weit entfernt von der Erde spielt das interplanetare Magnetfeld und der Sonnenwind eine große Rolle -> Dipol gestört
98
Verschiedene Nordpole
1) Geographischer Nordpol: Schnittpunkt der Drehachse der Erde mit der Erdoberfläche
2) Arktischer Magnetpol: Die gemessenen Magnetfeldlinien sind senkrecht zum Erdboden (Inklination= 90°)
3) Arktischer geomagnetischer Pol: theoretische Pole des Erdmagnetfeldes. Sie werden aus dem mittleren Verlauf der Feldlinien berechnet und entsprechen der fiktiven Dipolachse
4) Nordpol der Unzugänglichkeit: Am weitesten vom Land entfernter Punkt im Nordpolarmeer
99
Warum findet man auf der ozeanischen Kruste Streifenmuster unterschiedlicher magnetischer Polarität? Wo entstehen diese?
- An mittelozeanischen Rücken steigt flüssiges Gestein mit ferri- und ferromagnetischen Mineralen auf -> Bildung neuer Kruste
- Erhizung über Curie Temperatur-> verlieren die Minerale remanente Magnetisierung
(bei Abkühlung wieder remanent magnetisiert
- Nach vollständigem abkühlen bleibt die Ausrichtung erhalten
- Da Polung in der Erdgeschichte verschieden umgepolt wurde-> streifenförmige Muster (Wiederspiegelung der Polaritäten)
100
Magnetfeldkarte Deutschland
1) Kaiserstuhl (Baden Württemberg)
- vulkanischen Ursprung
- Tertiär
- Stratovulkan
2) Erzgebirge (Sachsen)
- variszischen Grundgebirges
- Paläozoikum (Kollision Gondwanna vs. Laurussia zu Pangea)
- metamorphe Fazies (Granit, Plutonite, Metallerze)
3) Harz (Niedersachsen)
- Ausläufer Mitteldeutschen Kristallinschwelle
- Plutonite, und Metamorphite
4) Eifel (NRW und Pfalz)
- junge Vulkane
- Bims und Basalt
- Tuffbecken
101
Was ist Seismologie? Wie breiten sich Wellen im Untergrund aus?
- Erdbebenkunde (Lehre von Erstehung und Ausbreitung elastischer Wellen; Untersuchung der Struktur im Erdinneren)
- Erdbeben breiten sich als Bruchereignisse längs von Bruchflächen aus
- örtlich und zeitlich elastische Auslenkung
102
Wellentypen nach Bild zuordnen:
siehe Übung 9
103
P- Wellen
- Longitudinal-/Kompressions-/Primärwellen. Partikelbewegung entlang der Ausbreitungsrichtung, schnellere Raumwelle, in ideal elastischen Körpern ca. 1,7 mal schneller als S- Wellen
- Ausbreitung in Körper (fest, flüssig, gasförmig)
- Schall und elektromagnetische Wellen
104
S- Wellen
- Transversal-/Scher-/Sekundärwellen. Partikelbewegung otho. zu Raumwelle. Zerlegung in Polarisierungsrichung.
- Bewegung nicht in Flüssigkeiten oder Gasen
105
Unterschied Oberflächenwelle vs. Raumwelle
- Die Amplitude von Oberflächenwellen nimmt langsamer mit der Entfernung zur Quelle ab 1/r statt 1/r²
- Oberflächenwellen brauchen freie Oberflächen um sich auszubreiten
- Eindringtiefe von Oberflächenwellen steigt mit zunehmender Wellenlänge/abnehmender Frequenz
- Dispersion von Oberflächenwellen: Geschwindigkeit nimmt mit Wellenlänge zu
106
Was beschreibt die Wellenzahl einer harmonischen Welle und wie ist sie definiert?
Die Wellenzahl [k] hängt antiproportional mit der Wellenlänge [delta] zusammen und beschreibt die Anzahl der Schwingungen, die die Welle in einer Einheitslänge (1m) durchführt.
k= 1/delta * 1/m
Die Kreiswellenzahl wird analog zur Kreisfrequenz durch Normierung auf den Umfang des Einheitskreises definiert und auch häufig als Wellenzahl bezeichnet und mit dem gleichen Buchstaben benannt:
k= omega/delta= 2pi/delta * rad/m
107
Wellen: Zusammenhang Wellenperoide, Wellenfrequenz
Die Wellenzahl hat im Zeitbereich ihre Entsprechung in der Wellenfrequenz, die beschreibt, wie viele Schwingungen pro Sekunke verlaufen: f= 1/T *1/s= 1/T Hz
Entsprechend der Kreiswellenzahl wird die Frequenz in die Kreisfrequenz umgerechnet:
omega= 2pi/T= 2pi*f*rad/s
Die Frequenz hängt wiederrum antiproportional mit der Wellenperiode T zusammen, deren Entsprechung im Ortsbereich die Wellenlänge ist.
108
Welche Größe verknüpft die zeitlichen mit den räumlichen Wellen- Eigenschaften?
Die Verknüpfung beider Definitionsbereiche erfolgt über die Geschwindigkeit, die die Ausbreitung der welle in den Weg pro Zeit angibt:
v= delta/T = f*delta= omega/k *m/s
109
Welche elastischen Moduln gibt es, um die Beziehung von Spannung (stress) zu Verforming eines Körpers (strain) zu beschreiben?
- E-Modul
- Possionzahl/Querdehnungszahl
- Schermodul G
- Kompressionsmodul K
- Modul M
110
Hooke`sche Gesetz für Normalspannung. was ändert sich für Scherspannung?
Q= E*e [Pa] oder Q= M* e [Pa]
Normalspannung ist für Dehnung/Stauchung über E- Modul oder M-Modul linear verknüft
Qs= G* phi [Pa] Scher/-Schubspannung ist für elastische Materialien mit Scherung über Scher-/Schubmodul linear verknüft.
111
Welches elastisches Modul beschreibt die Verformung eines Körpers im freien Raum unter Normaldruckbelastung auf eine seiner Flächen? Welches eine Verformung unter hydrosstatischem druck?
siehe Übung 9
112
Aus welchen Messungen weiß man, dass der äußere Erdkern flüssig ist und der innere fest?
Schwerwellenausbreitung
113
Wie groß ist der Betrag Sonnengezeiten prozentual im Vergleich zu denErdgezeiten?
44,8%
114
Nipptiden treten auf bei?
Halbmond (Hauptachsen senkrecht)
115
Die isostatische Theorie nach Airy besagt, dass?
Gebirge eine Wurzel ausbilden, die in den dichteren Mantel eintaucht.
116
Die isostatische Theorie nach Prott besagt, dass?
Die Dichte der Gebirge proportional zu ihrer Höhe abnehmen.
117
Welche Reduktion von gravimetrischen Daten bildet den Einfluss der Dichte des Materials unter der Messstadion ab?
Bouguer- Korrektur [Reduktion]
118
Springtide
bei Neumond und Vollmond
| ->Halbachsen parallel zueinander
119
Wie alt ist die Erde?
13,7Ga Urknall
| 4,6Ga Erdentstehung
120
Nach welchem Gesetz in Abhängigkeit des Abstandes r verläuft die Schwerebeschleunigung an und über der Erdoberfläche?
Gravitationsgesetz
121
Gravitationsbeschleunigung proportional zu
1/r^2
122
Unterschied zw. Epizentrum und Hyperzentrum? Wie werden sie ermittelt?
Epizentrum:
Projektion des Hypozentrums seines Erdbebens an die Erdoberfläche
Hypozentrum:
Punkt des Erdbebenherds in der korrekten Tiefe
Ermittlung:
Durch die zeitliche Differenz der Ankunftszeiten von P- und S- Wellen auf Seismogrammen von min. 3 verschiedenen Stationen lässt sich die Entfernng des Bebens zu den Stationen ermitteln. Die Hypzentraldistanz kann über das Wadati- Diagramm ermittelt werden. Die Tiefe des Bebens kann über Phythagoras als Näherung berechnet werden.
123
Was bedeutet NMO und wie ist die Formel?
,,Normel Moveout" ist die Differenz zwischen der ersten Aufzeichnung einer an der Schichtgrenze reflektierten Welle in einem Laufzeitdiagramm (To) und dem weiteren Verlauf der Reflektion (gebogen), abhängig von der Entfernung zur Quelle.
NMO= (x^2) / 2v1*To
124
Von welchen Größen hängen die P- und S- Wellengeschwindigkeiten sowie die Dichte in einem Gestein ab?
1) Mineralbestand, Verfestigkeitszustand
2) Porosität
3) Porenfüllung
4) Textur (nur P- und S- Wellengesch.), Anisotropie
5) Druck und Temperatur
125
Welche Information liefert die hHerdflächenlösung über ein Erdbeben, wie wird sie dargestellt?
- gibt Aufschluss über die Orientierung der Herdfläche
- über Verschiebung der Herdfläche
- über Hauptspannungsrichtungen
- über den Mechanismus der Verwerfung
=> Darstellung durch Beachballs
```
positiv= Kompression
negativ= Dehung
```
126
Wärmeleitung
Wärmeleitung/Konduktion/Diffusion:
Wärmediffusion in ruhenden Feststoffen/Fluiden infolge von Temperaturunterschieden; Transport von thermischer Energie, kein Transport von Teilchen.
Beispiel: Diffusion findet an den Granzen von äußeren Kern zum Mantel und vom Mantel zur Kruste statt, wo Wärme ohne Materialtransport als thermische Energie abgegeben wird.
127
Konvektion
Wärmeübertragung durch Transport von Teilchen, die thermische Energie mitführen (d.h. in nicht permeablen Festkörpern und im Vakuum kann es keine Konvektion geben); Strömungen von Teilchen; freie Konvektion möglich oberhalb des adiabatischen Gradienten (ca. 0,3mK/m).
Beispiel:
Mantelkonvektion, Konvektion im äußeren Kern: Durch Wärmezufuhr von der Kern-Mantel-Grenze nimmt die Dichte des Materials ab, dadurch steigt das Material auf und diese Wärme wird mit dem Fluss nach oben transportiert -> Plattentektonik
128
Advektion
Von außen erzwungener kontinuierlicher Wärmetransport durch Transport von Massen (erzwungene Konvektion). Spezialfall der Konvektion durch Druckunterschiede.
129
Grundprinziepien der geophysikalischen Arbeitsmethodik
1) Messung von physikalischen Feldern oder Signalen
2) Datenverarbeitung
3) Inversion dieser Daten
4) Interpretation der Daten und Inversionsergebnisse
130
Paramagnetismus
k>0
```
J parallel zu H
- durch unkompensierte Elektronenspins
- ohne äußere Magnetfeld eine statische Verteilung
- Ausrichtung parallel
- sehr schwach
k= 10^-14 bis 10^-5
```
Chlorit, Olivin und Pyroxen
131
Anti- ferromagnetismus
J= Ji+Jr= kH+Jr
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Ji= induzierte Magnetisierung
Jr= remanente Magnetisierung
```
