Geologie & Erdprozesse: Plattentektonik, Vulkanismus, Seismologie

Geologie: Eine Zusammenfassung

Die Theorie der Plattentektonik

• Die Lithosphäre ist in Platten aufgeteilt, die sich auf der plastischen Asthenosphäre bewegen.

• 

  Konvektionsströme im Erdmantel:

  • Angetrieben durch die innere Wärme der Erde.

Arten von Plattengrenzen

• Konvergente Plattengrenzen: Hier wird Lithosphäre zerstört. Sie befinden sich typischerweise in Gebieten mit Tiefseegräben, wo eine Lithosphärenplatte unter eine andere abtaucht. Dieser Bereich wird daher auch Subduktionszone genannt. Die Gräben liegen im Übergangsbereich von kontinentaler zu ozeanischer Kruste oder in rein ozeanischen Gebieten. Konvergenz kann auch zwischen kontinentalen Platten stattfinden, wie bei der Kollision der indischen Platte mit Südasien.
• Divergente Plattengrenzen: Hier entsteht neue Lithosphäre. Sie sind typischerweise an mittelozeanischen Rücken zu finden, wo neue ozeanische Kruste gebildet wird. Mittelozeanische Rücken sind ausgedehnte Gebirgsketten, die oft ein zentrales Tal – einen Graben – aufweisen. Dessen Tiefe variiert zwischen 1800 und 2000 m, bei einer ungefähren Breite von 40 km, und ist von gestuften Wänden sowie Querbrüchen gekennzeichnet. Im Pazifik gibt es beispielsweise den schnell spreizenden Ostpazifischen Rücken, der kein ausgeprägtes Zentraltal besitzt.
• Konservative Plattengrenzen: Hier wird Lithosphäre weder geschaffen noch zerstört. Dazu gehören spezielle Verwerfungen, sogenannte Transformstörungen. Diese Verwerfungen verlaufen quer zu den mittelozeanischen Rücken; an ihnen gleitet eine Platte seitlich an einer anderen vorbei, ohne dass es zu Neubildung oder Zerstörung kommt.

Ozeanische Reliefs

Thema 2: Das Sonnensystem

Das Sonnensystem: Bildung und Aufbau

Theorien zum Ursprung des Sonnensystems

• Die Katastrophentheorie: Kollision zweier Sterne
  • Die Sonne hätte sich zuerst ohne umkreisende Planeten gebildet. Ein wandernder Stern im Weltall hätte die Sonne durch eine Kollision in kleine Stücke gerissen. Diese Stücke hätten sich dann verdichtet und die Planeten gebildet.
  • Abgelehnt, weil: Die Temperatur wäre zu hoch gewesen, um eine Kondensation der Materie zu ermöglichen.
• Die Gezeiten-Theorie:
  • Zwei Sterne wären einander nahegekommen. Durch die Wirkung ihrer Gravitationsfelder wären die Sterne verformt worden. Infolge dieser Deformation wären kleine Portionen herausgezogen worden, die sich zu Planeten entwickelten.
  • Abgelehnt, weil: Das Gravitationsfeld eines Sterns wäre nicht stark genug gewesen, um Stücke von der Sonne zu reißen, und die Temperatur wäre zu hoch gewesen, um eine Kondensation der Materie zu ermöglichen.
• Die Nebularhypothese:
  • Ausgangspunkt: Eine gigantische, interstellare Wolke aus Gasen und Staub, angereichert mit schweren Elementen, die aus früheren Sternengenerationen stammten.
  • Kondensation der Materie: Erwärmung des Wolkenkerns und Rotation.
  • Erhöhung der Drehzahl: Mit anschließender Abflachung.
  • Agglutination der Teilchen: Bildung eines zentralen Sterns: die Ur-Sonne (Beginn der thermonuklearen Reaktionen).
  • Zonierung des Staubs: Je nach Entfernung von der Sonne: Dichteste Elemente (z.B. Silikate, Eisen) konzentrieren sich in Sonnennähe (terrestrische Planeten), weniger dichte Elemente (Wasserstoff und Helium) in der äußeren Zone der Wolke (Gasriesen).

  Argumente für die Nebularhypothese:

  • Alle Himmelskörper im Sonnensystem haben dasselbe Alter (ca. 4,6 Milliarden Jahre).
  • Die Planetenbahnen sind nahezu kreisförmige Ellipsen (außer Merkur) und liegen alle nahezu in derselben Ebene.
  • Die Drehbewegung der Planeten (außer Venus und Uranus, die eine retrograde, also rückläufige, Bewegung haben) erfolgt im Gegenuhrzeigersinn.
  • Die Dichte der sonnennächsten Planeten ist höher als die der äußeren Planeten.

Geozentrisches Weltbild

• Die Erde war das Zentrum des Sonnensystems. Vorgeschlagen von Aristoteles und Ptolemäus.

Heliozentrisches Weltbild

• Die Sonne war das Zentrum des Sonnensystems. Vorgeschlagen von Kopernikus und Galileo Galilei.

Aufbau des Sonnensystems

• Ein Stern: die Sonne

• 

  Acht große Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.

• Zwergplaneten: Himmelskörper, die die Sonne umkreisen, eine annähernd runde Form haben, aber ihre Umlaufbahn nicht von anderen Himmelskörpern freigeräumt haben.
• Kleine Himmelskörper:
  • Asteroiden: Kleine Körper, die aufgrund des Gravitationsfeldes von Mars und Jupiter keinen Planeten bilden konnten und einen breiten Gürtel zwischen deren Bahnen einnehmen.
  • Kometen: Kugelförmige Körper mit exzentrischen Bahnen, bestehend aus: Kern (Gestein, gefrorene Gase und Wasser), Koma (lose feste Partikel – sichtbar in Sonnennähe) und Schweif (Gas, vom Sonnenwind weggetrieben).
  • Meteoroiden: Körper aus dem Weltraum, die die Planeten unseres Sonnensystems erreichen können.
• Meteore: Erreichen die Erdoberfläche nicht, bilden nur eine leuchtende Spur (Sternschnuppe). Erwärmen sich beim Eintritt in die Atmosphäre durch Reibung.
• Meteoriten: Erreichen den Boden. Widerstehen der Reibung beim Eintritt in die Atmosphäre. Bilden beim Aufprall Einschlagskrater. Typen:
  • Siderite (Eisenmeteoriten): Bestehen aus Eisen-Nickel-Legierungen.
  • Aerolithe (Steinmeteoriten): Bestehen aus Silikaten.
  • Siderolithe (Stein-Eisen-Meteoriten): Sind Hybridformen aus Metall und Gestein, bestehend aus Eisen-Nickel-Legierungen und Silikaten.

Akkretion und Differenzierung der Erde

Abfolge der Ereignisse:

• Die Erde entstand durch die Akkretion von Partikeln aus dem Urnebel, die unter dem Einfluss der Gravitation kollidierten. Während der Akkretion stieg die Temperatur der Erde stetig an.
• Die Energie aus den Einschlägen der Planetesimale wurde in Wärme umgewandelt, die sich im Protoplaneten ansammelte. Diese Energie konnte nicht vollständig in den Weltraum abgeführt werden, da der Protoplanet kontinuierlich mit Planetesimalen kollidierte, die ihn bedeckten und ihre Aufprallenergie ebenfalls in Wärmeenergie umwandelten.
• Mit zunehmender Größe des Protoplaneten stieg auch der Druck, dem die Materialien ausgesetzt waren (Kompression). Der Druck auf das Material, der mit der schrittweisen Zunahme der Tiefe einherging, erhöhte die Temperatur der Materialzusammensetzung des Protoplaneten zusätzlich.
• Die Temperatur erreichte den Schmelzpunkt von Silikaten, Eisen und Nickel, die den Protoplaneten Erde bildeten. Dann begann die Differenzierung, d.h. die Trennung der Bestandteile der Erde.
• Die dichteren Materialien, Eisen und Nickel, wanderten, angetrieben durch Dichteunterschiede, in Richtung des Erdmittelpunkts, wo sie den Kern bildeten. Materialien mittlerer Dichte, wie Silikate mit Eisen und Nickel, besetzten die mittlere Zone der Erde und bildeten den Mantel. Schließlich erreichten die Silikate, die etwas weniger dicht waren, ihre Erstarrungstemperatur und bildeten die primitive Kruste (spröde und brüchig). Der Kern, der durch hohe Temperaturen und die Erzeugung von Wärme gekennzeichnet ist, blieb bis heute flüssig.
• Die Schmelze der Erdmaterialien führte zur Differenzierung der Erde und zur Bildung von drei großen lithologischen Zonen: Kruste, Mantel und Kern.

Die Kruste war der erste Teil der Erde, der sich aufgrund ihrer Nähe zu den niedrigen Temperaturen des Weltraums verfestigte. Da noch keine Atmosphäre vorhanden war, wurde sie weiterhin von unzähligen Meteoriten bombardiert. Deren Einschläge auf der dünnen, neugebildeten Oberfläche führten zu vulkanischer Aktivität, die große Mengen an Lava und Wasserdampf freisetzte. Die Kondensation des freigesetzten Wasserdampfes führte zu den ersten Regenfällen des Planeten, wodurch die Bildung der primitiven Ozeane begann. Gleichzeitig begann sich die primitive Atmosphäre zu bilden, und die ersten Lebensformen entstanden in den primitiven Ozeanen.

Manifestationen geologischer Aktivität

Geologisch betrachtet sind Erde und Venus geologisch aktive Planeten, während Merkur und Mars geologisch inaktiv sind. Ein Planet gilt als geologisch aktiv, wenn er in der Vergangenheit oder jüngsten Gegenwart Erdbeben, Vulkanausbrüche oder tektonische Bewegungen aufweist. Ein Planet ist geologisch inaktiv, wenn er über einen sehr langen Zeitraum keine aktiven geologischen Phänomene wie Erdbeben, Vulkanismus oder tektonische Bewegungen gezeigt hat. Tektonische Bewegungen sind maßgeblich für die Existenz und das Alter des Meeresbodens (weniger als 200 Millionen Jahre) verantwortlich. Die Tiefen der Ozeane sind das Ergebnis eines Gleichgewichts zwischen Gräben und Subduktionszonen. An Rissen bildet sich der Meeresboden durch vulkanische Spalten, was zu einer Vergrößerung der ozeanischen Platte führt, die daher "gezwungen" wird, abzutauchen, um eine konstante Erdoberfläche zu erhalten. Jede Form geologischer Aktivität erfordert eine treibende Kraft, die von inneren und äußeren Quellen des Planeten stammt.

Modifizierende Agentien

Hinweis:

• Auf der Erde ist Wasser der wichtigste Faktor bei der Erneuerung der Kruste, da sein Kreislauf (Wasserkreislauf) von der Sonne angetrieben wird.
• Um Daten über die ersten 700 Millionen Jahre zu erhalten, die durch Erosion (auf Erde und Venus) gelöscht wurden, bezieht man sich auf geologisch "tote" Planeten.

Das Erde-Mond-System

Der Mond ist der natürliche Satellit der Erde (ein Himmelskörper, der einen Planeten umkreist). Seine Abmessungen sind im Vergleich zur Erde gering (etwa ein Viertel des Erddurchmessers). Es wird vermutet, dass seine Bildung mit der Kollision eines kleineren Körpers mit der frühen Erde zusammenhängt. Der Mond hat aufgrund seiner geringen Masse und Schwerkraft keine Atmosphäre und kein flüssiges Wasser, weshalb seine Oberfläche unverändert ist. Aufgrund seiner Inaktivität scheint der Mond einen Großteil seiner ursprünglichen Merkmale bewahrt zu haben. Aus diesem Grund können wir durch das Studium des Mondes die Geschichte der Erde besser verstehen. Der Erdtrabant bewahrt Spuren von Ereignissen vor der Bildung unserer Kontinente und dient als Archiv dessen, wie die Erde in dieser Zeit ausgesehen haben könnte. Mond und Erde interagieren miteinander und beeinflussen ihre Bewegung im Raum. Die Länge des Erdtages wird durch die Anwesenheit des Mondes bestimmt, und Veränderungen in der Position des Mondes zur Erde verursachen Veränderungen in der Tageslänge und den Mondmonaten. Zwischen Erde und Mond besteht eine starke gravitative Kopplung, weshalb sie von einigen Wissenschaftlern als Doppelplanet betrachtet werden. Die Veränderung der vom Mond auf die Erde ausgeübten Gravitationskraft bestimmt die Variation der Ozeane (Gezeiten). Die Anziehungskraft zwischen Erde und Mond führt zu einer Abnahme der Rotationsgeschwindigkeit der Erde, was zu einer Zunahme der Tageslänge auf der Erde führt. Der Erdentag verlängert sich um 0,0018 Sekunden pro Jahrhundert.

Da der Mond denselben Ursprung wie sein Hauptplanet hat und fast zur gleichen Zeit entstand, folgt er dem Tempo der Ereignisse. Die folgende Tabelle zeigt die Abfolge der Ereignisse, die bei der Entstehung und Entwicklung des Mondes stattfanden:

Der Mond hat, ähnlich der Erde, zwei Arten von geomorphologischen Formationen: Hochländer (oft als "Kontinente" bezeichnet) und Maria (oft als "Meere" bezeichnet). Die Namen dieser Mondformationen rühren von ihrer Ähnlichkeit mit irdischen Merkmalen her.

Der Mond weist aufgrund des Mangels an Atmosphäre und flüssigem Wasser keine Erosion auf. Dennoch kann es zu einer Zersplitterung der Gesteine durch große Temperaturschwankungen kommen. Der Mond hat tägliche Temperaturschwankungen, die von -180 °C bis +120 °C reichen können. Diese Temperaturschwankungen können zu Gesteinsbrüchen führen, ähnlich wie bei einem Glas, das aus einem heißen Ofen auf eine kalte Oberfläche gestellt wird. Die durch thermische Fragmentierung erzeugten Fragmente können an den Mondhängen abrutschen, was neben Meteoriteneinschlägen und deren Auswirkungen die einzige Form der Oberflächenveränderung auf dem Mond darstellt.

Das Fehlen geomorphologischer Veränderungen auf dem Mond ermöglicht es ihm, die Eigenschaften seiner Entstehungszeit zu bewahren. Die Erde hingegen verändert sich durch Erosion, Vulkanismus und tektonische Bewegungen ständig, sodass wir die Merkmale der frühen Erde nicht direkt beobachten können. Da der Mond zeitgleich mit der Erde entstand und sich kaum verändert hat, liefert er uns wichtige Daten über die frühe Erde. Eine große Hilfe beim Verständnis der Zusammensetzung und Morphologie des Mondes war die Möglichkeit, Mondmaterial durch bemannte Missionen zu sammeln.

Thema 3: Die Erde – Ein Planet zum Schützen

Die Oberfläche der Erde

• Kontinente:

  • Kratone (Stabile geologische Gebiete):
    • Schilde – Kerne aus magmatischen und metamorphen Gesteinen, ca. 600 Millionen Jahre alt.
    • Plattformen – Später entstandene Gesteinsformationen, die ihre ursprüngliche horizontale Position beibehalten haben.

  • Gebirgszüge:

    • Alte Gebirge
    • Aktive Gebirge

  • Kontinentale Ränder

• Ozeane:

  • Tiefseeebenen
  • Ozeangräben (Konvergente Zonen)
  • Mittelozeanische Rücken
  • Riftzonen (Divergente Zonen)

Menschliche Eingriffe in die Umwelt

• Wasser:

  Quellen der Wasserverschmutzung:

  • Abwasser
  • Ölverschmutzungen
  • Industrie (Saurer Regen)
  • Landwirtschaft (Pestizide und Herbizide)

  ETA: Einrichtung zur Trinkwasseraufbereitung

  Hier wird Wasser für die Bevölkerung von Organismen und Chemikalien gereinigt, bevor es verteilt wird.

  Kläranlage: Einrichtung zur Technischen Aufbereitung von Restwasser

  Hier wird Wasser behandelt, um seine Qualität zu verbessern, sodass es weniger umweltschädlich eingeleitet werden kann, aber nicht unbedingt Trinkwasserqualität erreicht.

  Maßnahmen zur Wassereinsparung:

  • Flaschen im Spülkasten der Toilette (zur Reduzierung des Spülvolumens)
  • Duschen statt Baden
  • Kochwasser zum Gießen verwenden
  • Wasserhahn beim Zähneputzen und Rasieren schließen
  • Wasserhähne schließen, Leckagen vermeiden
  • Effiziente Armaturen verwenden
  • Kleidung/Geschirr nur bei voller Maschine waschen
  • Intelligente Zisternen nutzen

• Boden:

  Quellen der Bodenverschmutzung:

  • Abholzung
  • Intensive Landwirtschaft
  • Überweidung
  • Industrie (Saurer Regen)
  • Bebauung (Bodenversiegelung, was zu Überschwemmungen führen kann)

• Fossile Brennstoffe

  Was sind sie?: Fossile Brennstoffe entstehen über Jahrmillionen aus der Ansammlung organischer Materie. Bei ihrer Verbrennung wird Energie erzeugt. Beispiele: Öl (aus tierischen Organismen), Kohle (aus pflanzlichen Organismen) und Erdgas.

  Nachteile fossiler Brennstoffe:

  • Sie sind endlich (nicht erneuerbar).
  • Bei der Verbrennung freigesetzte Gase (Treibhausgase) schädigen die Umwelt und verursachen: Sauren Regen, Treibhauseffekt.

• Geologische Ressourcen

  • Was sind sie?: Geologische Ressourcen sind natürliche Vorkommen in der Erdkruste, die aufgrund ihrer Konzentration an einem bestimmten Ort zum Nutzen des Menschen abgebaut und verwendet werden können.
  • Erneuerbare Ressourcen: Werden von der Natur mit einer Geschwindigkeit erzeugt, die gleich oder höher ist als die Verbrauchsrate. Beispiele: Erdwärme, Meeresenergie, Wasser...
  • Nicht erneuerbare Ressourcen: Werden von der Natur wesentlich langsamer erzeugt, als sie vom Menschen verbraucht werden. Sie sind daher begrenzte Ressourcen, die irgendwann erschöpft sein werden. Die meisten geologischen Ressourcen sind nicht erneuerbar, mit Ausnahme von Wasser und der inneren Erdwärme. Beispiele: Öl, Kohle, Wolframit...

Energieressourcen

• Grundlegend und unverzichtbar für die verschiedenen menschlichen Aktivitäten.
• Die Entwicklung von Industriegesellschaften und Technologie hat den Energieverbrauch exponentiell ansteigen lassen.
• Der größte Teil der heute von Gesellschaften verbrauchten Energie stammt aus fossilen Brennstoffen.

Fossile Brennstoffe

• Kohle, Erdöl und Erdgas sind nicht erneuerbare Energiequellen und nähern sich schnell der Erschöpfung.
• Die in ihnen enthaltene Energie ist in chemischen Bindungen organischer Verbindungen gespeichert, die über lange Zeiträume komplexen Transformationen unterlagen.
• Kohle wird hauptsächlich in Kraftwerken zur Energiegewinnung genutzt. Erdöl und Erdgas werden als Energieträger verwendet. Öl hat auch zahlreiche industrielle Anwendungen.
• Das Verbrennen fossiler Brennstoffe (FB) verursacht verschiedene Umweltprobleme:
  • Freisetzung von Schwefeldioxid in die Atmosphäre, das in Kombination mit atmosphärischem Wasserdampf H2SO4 (Schwefelsäure) bildet, die als saurer Regen ausfällt. Saurer Regen senkt den pH-Wert von Böden und Gewässern, was zum Absterben von Organismen und einem Ungleichgewicht der Ökosysteme führt.
  • Auch werden große Mengen CO2 in die Atmosphäre freigesetzt. Der Anstieg des atmosphärischen CO2 trägt zum Anstieg der Treibhausgase und damit zur globalen Erwärmung des Planeten bei.
  • Der Abbau in Bergwerken und die Gewinnung aus Ölquellen können Boden und Wasser verunreinigen.

Kernenergie

• Die Produktion von Kernenergie basiert auf der kontrollierten Kernspaltung von Uran in Kernreaktoren.
• Diese Reaktion setzt große Mengen an Energie in Form von Wärme frei. Diese Wärme wird zur Verdampfung von Wasser genutzt, das wiederum zur Stromerzeugung dient.

• Nachteile:

  • Unfallgefahr, Austritt von Strahlung.
  • Produktion von radioaktiven Abfällen, die ernsthafte Probleme bei der Behandlung und Lagerung darstellen.
  • Thermische Verschmutzung von Gewässern.
  • Gefahr von Terroranschlägen.

Geothermie

• Die innere Wärme der Erde ist eine Energiequelle, die lokal konzentriert genutzt werden kann.
• Wenn sich eine Magmaquelle relativ nahe an der Erdoberfläche befindet, erhitzt sie Flüssigkeiten, meist Wasser, das sich in porösem Gestein oder in Spalten befindet.
• Heißes Wasser kann zur Energiegewinnung genutzt werden.
• Geothermische Energie ist sauber und erneuerbar, solange ihre Quelle über längere Zeiträume (eine Magmakammer kann Millionen von Jahren zum Abkühlen brauchen) erhalten bleibt.
• Allerdings ist es eine Energieform, die nur an Standorten mit bestimmten geologischen Merkmalen genutzt werden kann.
• In Portugal gibt es auf den Azoren eine Produktion von Geothermie mit hoher Enthalpie.

Alternative Energien

• Erneuerbare Energien sind noch nicht ausgeschöpft und stellen die wichtigste umweltfreundlichere Alternative zu fossilen Brennstoffen dar.
• Die Entwicklung von Technologien zur Steigerung der Effizienz bei der Nutzung dieser Energiequellen könnte die Lösung für die Energieprobleme der Zukunft sein.
• Neben der Geothermie sind folgende erneuerbare Energiequellen zu berücksichtigen: Solarenergie, Windenergie, Wasserkraft, Wellenenergie, Biomasse und Biogas.

Bodenschätze

• Dazu gehören zahlreiche Materialien, die vom Menschen genutzt werden und die sich sehr langsam durch eine Vielzahl geologischer Prozesse konzentriert haben.
• Bodenschätze lassen sich in metallische und nichtmetallische Ressourcen einteilen.

• Metallische Bodenschätze:

  • Chemische Elemente wie Eisen, Kupfer, Silber oder Gold sind in der Erdkruste verteilt und bilden Bestandteile verschiedener Materialien in unterschiedlichen Verbindungen mit anderen Elementen.
  • "Clarke-Wert": Die durchschnittliche Konzentration eines chemischen Elements in der Erdkruste. Er wird in Teilen pro Million (ppm) oder Gramm pro Tonne (g/t) ausgedrückt.
  • Eine Metalllagerstätte ist ein Ort, an dem ein chemisches Element in einer Konzentration über dem Clarke-Wert vorkommt.
  • Als Erz wird das nutzbare Material einer Lagerstätte bezeichnet, das von wirtschaftlichem Interesse ist. Das Gangart oder taubes Gestein ist das Material ohne wirtschaftlichen Wert, das zusammen mit dem Erz vorkommt.
  • Der Abraum wird in der Regel in Halden gelagert, die sich in der Nähe von oberflächennahen Bergbaugebieten befinden. Diese Halden verursachen visuelle Verschmutzung, erhöhen das Risiko von Erdrutschen und können toxische Stoffe enthalten, die Boden und Wasser verschmutzen.

• Nichtmetallische Bodenschätze:

  • Mineralische Ressourcen umfassen nichtmetallische Mineralien wie Kies, Sand und Gesteine.
  • Diese Materialien sind reichlich vorhanden, erreichen in der Regel keine hohen Preise (außer Edelsteine) und stammen aus lokalen Quellen.

Georisiken

Thema 4: Methoden zur Untersuchung des Erdinneren

Direkte Methoden:

• Beobachtung und Untersuchung direkt zugänglicher Materialien

  Verschiedene Techniken:

  • Beobachtung und Untersuchung der sichtbaren Oberfläche
  • Ausbeutung von Mineralvorkommen in Bergwerken und Ausgrabungen
  • Bohrungen
  • Magmen und Xenolithe
  • Tektonische Bewegungen und Erosion

• Beobachtung und Untersuchung der sichtbaren Oberfläche

  • Ermöglicht ein mehr oder weniger vollständiges Wissen über Gesteine und andere Materialien, die an der Oberfläche aufgeschlossen sind.
  • Z.B. in Tunneln, Straßenanschnitten.
  • Beschränkt auf einen sehr oberflächennahen Teil der Erde.

• Ausbeutung von Mineralvorkommen in Bergwerken und Ausgrabungen

  • Liefert direkte Daten bis zu einer Tiefe zwischen 3 und 4 km.

• Bohrungen

  • Einsatz geeigneter Bohrgeräte.
  • Ermöglichen die Entnahme von Bohrkernen, die Millionen von Jahren Erdgeschichte dokumentieren.

• Tiefbohrungen

  • Ultratiefbohrungen (> 1500 m).
  • Können durchgeführt werden in:
    • Kontinentaler Kruste (größte: Kola, 12.023 m)
    • Ozeanischer Kruste (größte: Costa Rica, 3.500 m)
  • Herausforderungen: Wirtschaftliche und technische (bei 300 °C beginnt der Bohrer zu versagen).

• Vulkane, Magmen und Xenolithe

  • Magma stammt aus Tiefen von etwa 100 km bis 200 km und steigt auf seinem Weg zur Oberfläche auf.
  • Auf dem Weg zur Oberfläche reißt das Magma Gesteinsfragmente aus dem Erdmantel und der Erdkruste mit – die Xenolithe oder Einschlüsse.

• Tektonische Bewegungen und Erosion

  • An konvergenten Plattengrenzen können Druckkräfte so intensive Verformungen der Erdkruste erzeugen, dass Teile des Meeresbodens auf Berggipfeln zu finden sind – z.B. im Massiv von Morais.
  • Erosion ermöglicht die Freilegung von Gesteinen, die Hunderte von Millionen Jahren alt und Tausende von Metern tief waren.

Indirekte Methoden:

• Planetologie und Astrogeologie
• Geophysikalische Methoden (Untersuchung der physikalischen Eigenschaften der Erde):
  • Seismologie
  • Gravimetrie
  • Dichte
  • Erdmagnetismus
  • Geothermie
  • Geobarischer Gradient
  • Geoelektrizität

• Planetologie und Astrogeologie

  • Verwendung derselben Techniken wie bei der Untersuchung des Sonnensystems.
  • Vergleichende Studie des Sonnensystems und unseres Planeten.
  • Vergleich von Meteoriten mit der Struktur unseres Planeten: Siderolithe – Mantel, Siderite – Kern.

• Seismologie:

  • Durch das Studium der Ausbreitung seismischer Wellen analysieren Geologen die Flugbahnen der Wellen, die reflektiert und gebrochen werden, wenn sie Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften durchqueren.

    Seismische Tomographie:

    • 

      Ermöglicht die Unterscheidung innerer Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen. Die heißesten Zonen werden durch eine Verzögerung der seismischen Wellen identifiziert, während die kältesten Zonen durch eine Beschleunigung gekennzeichnet sind.

• Gravimetrie:

  • Alle Körper auf der Erde unterliegen einer Anziehungskraft, der Schwerkraft.
  • Kann mit einem Gravimeter gemessen werden.
  • Die Schwerkraft ist: Geringer am Äquator, höher an den Polen (nimmt mit dem Breitengrad zu). Geringer in großen Höhen (nimmt mit der Höhe ab).
  • Gravimeter: Ein Gravimeter misst die Gravitationskraft. Es besteht aus einer Metallmasse, die an einer vollkommen elastischen Feder aufgehängt ist. Die Gravitationskraft wirkt auf die Masse, die wiederum einen Zug auf die Feder ausübt und diese dehnt.
  • Formel zur Berechnung der Gravitationskraft:

Wo: F = Gravitationskraft, G = Gravitationskonstante (im Labor bestimmt), M = Masse der Erde, m = Masse des Körpers, R = Radius der Erde.

• Die Erdoberfläche ist nicht regulär (Gebirge, Ebenen usw.). Der Äquatorialradius der Erde ist größer als der Polarradius (um ca. 21 km).
  • Konsequenz: Die Gravitationskraft variiert von Region zu Region.
• Es ist notwendig, Korrekturen für verschiedene Parameter (Breitengrad, Höhe, Topografie) vorzunehmen. Man würde erwarten, dass die Gravitationskraft auf der gesamten Landoberfläche gleich wäre.

• Schwereanomalien:

  • Positiv: Wenn die Dichte der Materialien höher ist als die des umgebenden Gesteins. Beispiel: Erzlagerstätte.
  • Negativ: Wenn die Dichte der Materialien geringer ist als die des umgebenden Gesteins. Beispiel: Salzdiapir.
• Ermöglicht die Bestimmung von dichterem oder weniger dichtem Material innerhalb der Kruste.
  • Steinsalz – weniger dicht – negative Anomalie – geringere Erdbeschleunigung.
  • Erzlagerstätten – dichter – positive Anomalie – höhere Erdbeschleunigung.

• Dichte:

  • Durchschnittliche Dichte des Planeten – 5,5 g/cm³
  • Durchschnittliche Dichte der Lithosphären-Gesteine – 2,8 g/cm³
  • Fazit: Die Dichte des Erdinneren ist viel höher als die Dichte der Gesteine in der Lithosphäre.

• Erdmagnetismus:

  • Die Erde hat ein Magnetfeld, das die natürliche Ausrichtung des Kompasses ermöglicht – die Magnetosphäre.
  • Die Linien des Magnetfeldes verlaufen durch den Planeten und erstrecken sich von einem magnetischen Pol zum anderen (Nord-Süd).
  • Dies sollte eine Standardgeometrie aufweisen (Minimalwert in Äquatornähe bis zu einem Maximalwert in Polnähe). Dies ist jedoch nicht der Fall, da die Heterogenität der Erdmaterialien diese Regelmäßigkeit stört.
  • Magnetische Anomalien, gemessen mit einem Magnetometer, sind ein guter Indikator für Metallablagerungen.
  • Ferromagnetische Mineralien (z.B. in Basalt) zeichnen die Orientierung des Erdmagnetfeldes auf. Dies geschieht nur, wenn die Temperatur unter den Curie-Punkt (Temperatur, oberhalb derer ein magnetisches Mineral seinen Magnetismus verliert) fällt.
  • Diese Methode findet Anwendung bei magmatischen Gesteinen.
  • Normale Polarität: Wenn das Gestein denselben Magnetismus wie das aktuelle Erdmagnetfeld aufweist. Der magnetische Nordpol fällt mit dem geografischen Nordpol zusammen.
  • Umgekehrte Polarität: Der magnetische Nordpol fällt mit dem geografischen Südpol zusammen.

• Geothermie:

  • Hauptwärmequelle – radioaktiver Zerfall von Elementen in Gesteinen (Uran, Kalium, Thorium).
  • Interne thermische Energiebilanz der Erdbildung.
  • Durch Messungen in Bergwerken und Bohrungen festgestellt: Die Temperatur nimmt mit der Tiefe zu.
  • Geothermischer Gradient: Die Rate des Temperaturanstiegs mit der Tiefe – Temperaturanstieg pro km Tiefe.
  • Generell gilt: Alle 33 oder 34 Meter Tiefe steigt die Temperatur um 1 °C.
  • Geothermischer Grad: Die Anzahl der Meter, die notwendig sind, um eine weitere Temperaturerhöhung von 1 °C zu erreichen.

  • Die Variation des geothermischen Gradienten erfolgt nicht einheitlich: Wäre dies der Fall, würde die Erde im Inneren Temperaturen von Tausenden von Grad erreichen, was die Schmelze aller Materialien verursachen würde. Es wird angenommen, dass die Variation des geothermischen Gradienten (

    ) mit der Tiefe abnimmt. Dies impliziert die Existenz verschiedener Materialtypen, aus denen die Erde besteht.

  • Die Wärmeabgabe an die Oberfläche wird als Wärmestrom bezeichnet.

  • Die Menge an Wärmeenergie, die pro Flächeneinheit und Zeiteinheit freigesetzt wird, ist der Wärmestrom:

• Geoelektrizität:

  • Geoelektrische Methoden gelten als gute indirekte Methode, da sie uns Informationen über das Erdinnere auf der Grundlage der elektrischen Eigenschaften von Gesteinen liefern. Durch das Einleiten von elektrischem Strom in den Boden wird die Leitfähigkeit/der Widerstand des Materials, d.h. die Fähigkeit des Stroms, sich durch das Gestein zu bewegen, gemessen. Ein Faktor, der die Leitfähigkeit von Materialien stark erhöht, ist das Vorhandensein von Wasser in den Schichten.

• Geobarischer Gradient:

  • Es ist ein konstanter Wert, wenn auch nicht so unregelmäßig wie der geothermische Gradient. Diese Inkonsistenz ergibt sich aus der Heterogenität der Zusammensetzung des Erdinneren, wie sie durch die von seismischen Daten gezeigten Dichteschwankungen nahegelegt wird.
  • Wenn der Graph des geobarischen Gradienten und des geothermischen Gradienten überlagert werden, haben sie nichts gemeinsam. Die einzige Gemeinsamkeit ist, dass Druck und Temperatur mit der Tiefe zunehmen.

Thema 5: Vulkanismus

Vulkanologie: Die Wissenschaft von Vulkanen und den damit verbundenen Phänomenen.

Vulkanismus: Eine konstante geologische Manifestation der Dynamik, die Planeten bildet und den zentralen Mechanismus unserer Evolution darstellt.

Vulkantypen:

• Primärer Vulkanismus
• Sekundärer Vulkanismus

Primärer Vulkanismus:

Er ist durch das Auftreten von Vulkanausbrüchen gekennzeichnet, bei denen vulkanisches Material in fester, flüssiger und gasförmiger Form aus dem Erdinneren an die Oberfläche gelangt.

Unterteilung:

• Zentralvulkanismus:

  • Vulkan: Eine Öffnung in der Erdoberfläche, die eine Verbindung zwischen dem Erdinneren und der Außenseite herstellt und große Mengen an Materie und Energie an die Oberfläche bringt.
  • Vulkankegel: Eine kegelförmige Erhebung, die sich aus der Anhäufung von Material bildet, das während einer oder mehrerer Eruptionen freigesetzt wurde.
  • Schlot: Ein Kanal innerhalb des Vulkans, der die Magmakammer mit der Oberfläche verbindet.
  • Vulkankrater: Eine trichterförmige Öffnung an der Spitze des Vulkankegels, in der sich der Schlot befindet.
  • Magmakammer: Nur wenige Kilometer unter der Oberfläche, wo sich Magma ansammelt.

Aufbau eines Vulkans:

• Unterschied zwischen Magma und Lava:

  • Lava: Vulkanisches Material, das aus dem Inneren eines Vulkans ausgestoßen wurde und entweder verfestigt ist oder noch flüssig (entgastes, geschmolzenes Magma).
  • Magma: Gesteinsmaterial tiefen Ursprungs, das im Wesentlichen aus geschmolzenem Gestein (Silikatschmelze) bei hohen Temperaturen und gelösten Gasen besteht.

Bildung von Calderen:

• Die Entleerung der gesamten oder eines Teils der Magmakammer destabilisiert den Vulkankegel (aufgrund mangelnder Unterstützung), was zu dessen Einsturz führt.
• Calderen haben einen Durchmesser von nicht weniger als 1,5 km.

Spaltenvulkanismus:

• Eruptionen treten entlang von Rissen in der Erdoberfläche auf.

Ausgeworfenes Material von Vulkanen:

• Während Vulkanausbrüchen werden verschiedene Produkttypen freigesetzt, darunter:

Tephra (Pyroklastika):

• Gase:

  • Unter den Gasen, die während eines Vulkanausbruchs freigesetzt werden, überwiegen: Wasserdampf (H2O), Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2), Stickstoff (N2), Salzsäure (HCl), Schwefelverbindungen (SOx).

• Glutwolken (Pyroklastische Ströme):

  • Bestehen aus Fragmenten verschiedener Größen (meist Asche) und Gasen bei hohen Temperaturen, die die Hänge der Vulkane hinunterrasen und alles auf ihrem Weg verkohlen.

• Lava:

  • Verschiedene Klassifikationen:

    • 

      Arten von Lava nach SiO2-Gehalt:

• Die Menge an Kieselsäure (SiO2) ist ein wichtiger Parameter für die Klassifizierung von Lava, die es ermöglicht, sie in basische, intermediäre oder saure Laven einzuteilen.

  • Viskosität:

    • 

      Die Viskosität der Lava hängt von mehreren Faktoren ab:

      • Temperatur
      • Kieselsäuregehalt

• Lavatypen nach Viskosität:

• Arten der Lavaerstarrung:

  Flüssige Lava:

• Zähflüssige Lava:

• Eruptionsarten

  Explosive Eruptionen:

  • Hochviskose Laven.
  • Heftige Ausbrüche.
  • Bildung von Domen und Nadeln.
  • Steile Kegel durch hohe Akkumulation von Tephra.
  • Bildung von Glutwolken.

• Effusive Eruptionen:

  • Flüssige Lava.
  • Lavaströme.
  • Flache Schilde, gebildet durch Schichten erstarrter Lavaströme.
  • Die Lava breitet sich über große Flächen aus.

• Gemischte Eruptionen:

  • Wechsel von effusiven und explosiven Phasen (milde Gewalt).
  • Gemischte Kegel, die sich aus der Anhäufung von Lava, durchsetzt mit pyroklastischen Gesteinen, bilden.
  • Heftige Eruptionen, verursacht durch eindringendes Wasser in den Vulkan.

Restvulkanismus (Sekundärer Vulkanismus)

• Tritt auf, nachdem die Vulkanausbrüche beendet sind.
• Manifestiert sich in einer weniger spektakulären und gewalttätigen Form, einschließlich der Freisetzung von Gasen und/oder Wasser bei erhöhten Temperaturen.

  Erscheinungsformen des Restvulkanismus:

  • Fumarolen:

    • Aufsteigendes Wasser bei hohen Temperaturen führt zu Emissionen von Wasserdampf.
    • Es gibt keine Vermischung dieser Gewässer mit kühleren Grundwässern.
    • Je nach den vorherrschenden Gasen, die mit Wasserdampf gemischt sind, gibt es unterschiedliche Bezeichnungen: Sulfatare (Schwefel), Mofetten (Kohlendioxid).

  • Heiße Quellen:

    • Überhitztes Grundwasser, gemischt mit kühlerem Grundwasser, fließt an die Oberfläche bei Temperaturen unterhalb seines Siedepunktes.

  • Geysire:

    • Diskontinuierliche Emissionen von Wasser und Wasserdampf durch Risse.

Wirtschaftliche Nutzung des Restvulkanismus

• Unmittelbare Nutzung als Wärmequelle (Spa, Thermen, Gewächshäuser, Zubereitung von Speisen, ...).
• Umwandlung von Wärme in Strom.
  • Auf den Azoren wird der Wasserdampfdruck aufgefangen und zu einer zentralen Anlage geleitet, wo er Turbinen zur Stromerzeugung antreibt.

• Vulkanismus und Plattentektonik

  Verteilung der Vulkane:

  • 

• Tektonische Zonen und Vulkanismus:

• Hotspots:

  • Thermische Plumes: Säulen aus heißem Material, die aus dem Erdmantel aufsteigen und die Lithosphäre durchdringen. Dies führt zur Bildung einer Magmaquelle, die einen Vulkan an der Oberfläche speist. Der Hotspot bleibt stationär, während sich die Platte darüber bewegt.

• Umweltgefahren des Vulkanismus:

  • Vulkanismus ist einer der Faktoren, die das Klima der Erde beeinflussen.
  • Vulkane emittieren jährlich rund 110 Millionen Tonnen CO2 in die Atmosphäre.
  • Es ist bekannt, dass: Vulkane Gase und Asche (insbesondere SO2) emittieren, die das Sonnenlicht blockieren, sauren Regen verursachen und den Treibhauseffekt verstärken können. Eruptionen beeinflussen das Klima über kurze Zeiträume, können aber auch langfristige Veränderungen bewirken. Daher sind Umweltschäden unvermeidlich.

• Persönliche Risiken des Vulkanismus:

  • In den vergangenen 300 Jahren haben etwa 27 Vulkanausbrüche zum Tod von schätzungsweise 250.000 Menschen geführt.
  • Es ist unmöglich, eine Eruption zu vermeiden, aber man kann ihren Zeitpunkt vorhersagen.
  • Die Vulkanologie hat Fortschritte gemacht, sodass wir heute wissen, wie viele aktive Vulkane es auf der Erde gibt und welche ein höheres Risiko für den Menschen darstellen.

  • Wie kann der Mensch persönliche Risiken bei Vulkanausbrüchen minimieren?

    Schritt 1 – Das Verhalten eines Vulkans studieren:

    • Aktiv
    • Erloschen
    • Ruhend

  • Schritt 2 – Überwachung:

    • Nachweis der Verformung des Vulkankegels.
    • Registrierung der seismischen Aktivität.
    • Temperaturschwankungen im Bereich des sekundären Vulkanismus.
    • Variationen der Bodentemperatur.
    • Sammlung und Analyse von Gasen.
    • Nachweis der Variation der Gravitationskraft (Schwereanomalie).

  • Schritt 3 – Erstellung von Risikokarten:

    • Erstellung von Karten, die das zukünftige Verhalten des Vulkans auf der Grundlage historischer Daten vergangener Eruptionen und geologischer Studien der Umgebung des Berges vorhersagen können.

  • Schritt 4 – Prävention:

    • Sensibilisierung und Aufklärung der gefährdeten Bevölkerung (Bewohner der in der Risikokarte ausgewiesenen Gebiete).

• Zusammenfassung:

  • Die Vorhersage von Vulkanausbrüchen kann Schäden, insbesondere den Verlust von Menschenleben, minimieren.
  • Es ist wichtig zu wissen, ob der Vulkan aktiv, ruhend oder erloschen ist.
  • Heute ist es durch den Einsatz vieler verschiedener Technologien möglich, einen Vulkanausbruch vorherzusagen und Risikokarten für gefährdete Gebiete zu erstellen.

Thema 6: Seismologie

Erdbeben: Scharfe und kurzlebige Bewegungen der Erdkruste, die aus Erschütterungen im Erdinneren resultieren.

• Mikroseismen: Erdbeben geringer Intensität, die für unsere Sinne unbemerkt bleiben. Sie werden leicht von Seismographen aufgezeichnet.
• Makroseismen: Auch als starke Erdstöße bezeichnet, die hohe Intensität erreichen und zahlreiche Veränderungen und Katastrophen verursachen können. Makroseismen sind für Menschen spürbar.

Der Ursprung von Erdbeben:

• Derzeit liefern Seismologen – Wissenschaftler, die sich dem Studium von Erdbeben widmen – wissenschaftliche Erklärungen für diese Naturereignisse.

• 

  Im Erdinneren wirken Kräfte auf das Gestein. Wenn diese Kräfte die Bruchfestigkeit des Gesteins übersteigen, kommt es zu einem Bruch, wodurch eine Verwerfung entsteht. Die Bewegung entlang dieser Verwerfung verursacht Erdbeben.

• 

  Arten von Verwerfungen:

Aufschiebungen (Reverse Faults):

• Druckkräfte.
• Gesteinsblock steigt auf.
• Konvergente Plattengrenzen.

Abschiebungen (Normal Faults):

• Zugkräfte.
• Gesteinsblock sinkt ab.
• Divergente Plattengrenzen.

Blattverschiebungen (Strike-Slip Faults):

• Scherkräfte.
• Die Blöcke gleiten horizontal aneinander vorbei.
• Tangentiale Plattengrenzen.

• Die Theorie des elastischen Rückpralls:

  Formuliert von H.F. Reid im Jahr 1911, versucht diese Theorie, den Ursprung von Erdbeben zu erklären. Nach dieser Theorie erfahren Gesteine eine elastische Verformung durch die Einwirkung von Kräften. Wenn Gesteine Kräften ausgesetzt sind, speichern sie Energie und verformen sich. Wenn die Kräfte jedoch nachlassen, kehren die Gesteine in ihre ursprüngliche Form zurück und setzen die gespeicherte Energie frei (Erdbeben). Wenn die Kräfte weiter wirken und die Elastizitätsgrenze des Materials überschreiten, kann es zu einem Bruch kommen, wodurch die freigesetzte Energie (Erdbeben) und eine sichtbare Verwerfung entstehen. Das Material kehrt nach der Verwerfungsbildung in seine ursprüngliche Form zurück und ist dann nicht mehr verformt.

Arten von Erdbeben:

• Natürliche Erdbeben:

  • Tektonische Erdbeben: Bewegung entlang von Verwerfungen.
  • Einsturzbeben: Ein Erdrutsch in einer Höhle oder ein unterirdischer Einsturz kann ein Mikroerdbeben verursachen.
  • Vulkanische Erdbeben: Der Druck innerhalb einer Magmakammer kann Erdbeben in vulkanischen Regionen auslösen.

• Künstliche Erdbeben:

  Jene, die vom Menschen verursacht werden. Sie lösen immer Mikroerdbeben aus. Beispiel: Explosionen in Steinbrüchen.

Seismizität in Portugal:

Portugal liegt in einer relativ instabilen Zone (ca. 200 km von der Grenze zur Afrikanischen Platte entfernt) und ist ein Land mit mittlerem Erdbebenrisiko.

• Gebiete mit dem höchsten Erdbebenrisiko:

  • Algarve.
  • Küstenzone südlich von Figueira da Foz, einschließlich des unteren Tejo-Tals.
  • Das Stadtgebiet von Lissabon.
  • Azoren: Zone des portugiesischen Hoheitsgebiets mit großer seismischer Aktivität aufgrund ihrer Lage an der Grenze der tektonischen Platten (Eurasische, Amerikanische und Afrikanische Platte), die einen Tripelpunkt mit Rift- und Transformstörungsgrenzen bildet.

• Folgen von Erdbeben:

  Je nach Intensität und Lage des Epizentrums können Erdbeben:

  • Veränderungen in der Topographie verursachen: Bodenrisse können sich öffnen, Flüsse können austrocknen, ihren Verlauf ändern oder ihre Wasserzusammensetzung verändern.
  • Lawinen und Erdrutsche verursachen, wenn sie in Gebirgsregionen auftreten (Schnee oder Gestein).
  • Tsunamis verursachen: Wenn sich das Epizentrum eines Erdbebens vor der Küste befindet, können sehr zerstörerische Flutwellen entstehen.

Seismische Wellen:

• Vor dem Hauptbeben: Vorbeben (warnend oder primär).
• Nach dem Hauptbeben: Nachbeben.

• Das Epizentrum ist der Punkt auf der Erdoberfläche, der senkrecht über dem Erdbebenherd liegt und am stärksten von den Auswirkungen betroffen ist.
• Das Hypozentrum oder der Fokus ist der Ursprungsort eines Erdbebens im Erdinneren und kann in unterschiedlichen Tiefen (oberflächlich, intermediär oder tief) liegen.

• Typen von Erdbebenwellen:

  Raumwellen:

  • P-Wellen (Primärwellen):

    • Die Partikel bewegen sich in Ausbreitungsrichtung der Welle (parallel zur Ausbreitungsrichtung).
    • Die Ausbreitung erfolgt durch eine Reihe von abwechselnden Verdichtungen und Verdünnungen, die nur das Volumen des Gesteins verändern.
    • Sie sind die ersten Wellen, die von Seismographen aufgezeichnet werden, und daher die schnellsten.
    • Breiten sich durch Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase aus; ihre Ausbreitung kann mit Schallwellen verglichen werden.
    • Ein Teil der durch P-Wellen übertragenen Energie kann in Form von Schallwellen in die Atmosphäre abgegeben werden, wodurch Lärm entsteht.
    • Auch bekannt als Longitudinalwellen, Kompressionswellen oder P-Wellen.

  • S-Wellen (Sekundärwellen):

    • Die Teilchen bewegen sich senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle und werden daher als Transversalwellen bezeichnet.
    • Sind langsamer als P-Wellen und treffen daher später als P-Wellen an Seismographenstationen ein. Aus diesem Grund werden sie Sekundär- oder S-Wellen genannt.
    • Verändern nur die Form des Materials.
    • Breiten sich nur in festen Medien aus.

• Oberflächenwellen:

  • Love-Wellen (L-Wellen):

    • Love-Wellen beinhalten eine seitliche Bewegung der Teilchen, was zu Interferenzen mit S-Wellen führt.
    • Die Teilchen schwingen horizontal, sodass die Schwingungsrichtung im rechten Winkel zur Ausbreitungsrichtung steht.
    • Bewegen sich nur an der Oberfläche in festen Medien.
    • Sind die verheerendsten.

  • Rayleigh-Wellen (R-Wellen):

    • R-Wellen verursachen eine Verschiebung der Bodenteilchen, ähnlich den Wellen auf schwerer See, entlang einer elliptischen Bahn in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.
    • Sind die langsamsten Wellen.
    • Sie bewegen sich an der Oberfläche in flüssigen und festen Medien der Erde.

P-Wellen

¬

S-Wellen

®

L-Wellen

®

R-Wellen

¬

• Erkennung von Erdbeben:

  • Seismograph zur Erfassung der vertikalen Komponente.
  • Seismograph zur Erfassung der horizontalen Komponente (Nord-Süd; Ost-West).

• Seismogramm:

• Messung von Erdbeben:

  Modifizierte Mercalli-Skala:

  Misst die Intensität des Bebens basierend auf Beschreibungen von Menschen. Diese Berichte dienen dazu, die isoseismalen Linien zu erstellen.

  • Grad I – Menschen spüren nichts.
  • Grad II – Die Schwingungen werden von Menschen in den oberen Stockwerken von Gebäuden gespürt.
  • Grad III – Lampen schwingen, die Erschütterung ist vergleichbar mit der eines kleinen Lastwagens.
  • Grad IV – Geschirr, Besteck und Fenster vibrieren, die Erschütterung ist vergleichbar mit der eines 15-Tonnen-Lastwagens.
  • Grad V – Schlafende Menschen wachen auf, Geschirr und Fenster zerbrechen.
  
  
  • Grad VI – Schornsteine fallen, Möbel bewegen sich.
  • Grad VII – Mauern und Gebäude mit schwacher Struktur stürzen ein.
  • Grad VIII – Allgemeiner Alarm, Zerstörung schwacher Gebäude.
  • Grad IX – Panik, Gebäudefundamente betroffen, Leitungen geborsten, Risse im Boden.
  • Grad X – Große Zerstörung, Schienen verbiegen sich, Brücken stürzen ein, Boden stark betroffen.
  • Grad XI – Wenige Strukturen widerstehen, große Risse im Boden.
  • Grad XII – Totale Zerstörung der Landschaft.

• Richter-Skala:

  • Misst die Magnitude eines Bebens.
  • Normalerweise wird angenommen, dass diese Skala von 0 bis 10 reicht, obwohl sie korrekt als offener Bereich (d.h. unbegrenzt) definiert ist.
  • Quantitativer Maßstab, da er die freigesetzte Energiemenge misst.

• Karte der isoseismalen Linien:

  • Entspricht der Darstellung isoseismaler Linien für ein Erdbeben in einer Region, in der das Erdbeben wahrgenommen wurde.
  • Eine isoseismale Linie ist eine gekrümmte Linie, die Regionen gleicher seismischer Intensität begrenzt.

• Erdbeben und Plattentektonik:

  Konvergente Zonen:

  • Zonen mit hoher Seismizität und Erdbeben größerer Magnitude.
  • Bei Konvergenz zwischen zwei Kontinentalplatten können sich Gebirgsketten bilden.
  • Bei Konvergenz zwischen ozeanischen und kontinentalen Platten bildet sich ein Ozeangraben, wo die ozeanische Platte (dichter) unter die kontinentale Platte subduziert wird.

• Divergente Zonen:

  • Erdbeben, die mit mittelozeanischen Rücken verbunden sind.
  • Befinden sich im Graben parallel zu Verwerfungen.
  • Erdbeben von geringerer Magnitude als in konvergenten Zonen.

• Konservative Grenzen:

  • Erdbeben, die mit Transformstörungen zusammenhängen.
  • Horizontale Bewegung der Platten in entgegengesetzte Richtungen.

• Interplatten- und Intraplatten-Erdbeben:

  Kurz gesagt, diese drei seismischen Regionen fallen mit den Grenzen zwischen verschiedenen tektonischen Platten zusammen und werden als Interplatten-Erdbeben betrachtet. Sie repräsentieren etwa 95 % aller aktuellen Erdbeben. Erdbeben, die innerhalb der Plattentektonik auftreten, machen 5 % der aktuellen Erdbeben aus und werden als Intraplatten-Erdbeben bezeichnet.

• Minimierung des seismischen Risikos:

  Prävention:

  • Geologische Studien des Landes: Der Bau von Gebäuden oder Infrastrukturen sollte nicht über aktiven Verwerfungen durchgeführt werden.
  • Erdbebensichere Gebäude: Gebäude müssen den antiseismischen Vorschriften entsprechen.
  • Ausbildung des Personals: Es müssen Evakuierungspläne erstellt werden.
  • Evakuierungspläne sollten der Bevölkerung allgemein bekannt sein, und Simulationen sollten durchgeführt werden.
  • Bildung: Die Menschen sollten die Notfallpläne kennen.

• Verhalten während eines Erdbebens:

  Vor dem Erdbeben:

  • Sichere Orte innerhalb und außerhalb des Hauses identifizieren.
  • Erwachsene im Haushalt sollten Kindern die Verhaltensregeln erklären.
  • Schränke, Gasflaschen und potenziell umstürzende Materialien sichern.
  • Bereithalten: Taschenlampe, Ersatzbatterien, Radio, Feuerlöscher, Verbandskasten, Konserven und Wasserflaschen.

  Während des Erdbebens:

  • Panik vermeiden.
  • Nicht zu den Ausgängen stürzen.
  • Treppen statt Aufzüge benutzen.
  • Weg von scharfen Gegenständen (z.B. Fenstern).
  • Sich unter einem Türrahmen, in einer Raumecke oder unter einem stabilen Tisch oder Bett schützen.
  • Im Freien: Abstand zu hohen oder isolierten Gebäuden halten.

  Nach dem Erdbeben:

  • Ruhig bleiben und Panik vermeiden.
  • Nicht zu den Ausgängen oder Treppen stürzen.
  • Keine Streichhölzer oder Feuerzeuge anzünden. Eine Taschenlampe verwenden.
  • Strom und Gas abstellen.
  • Wasser, Gas und Strom absperren, sobald es sicher ist.
  • Auf Brände prüfen; falls vorhanden, die Feuerwehr rufen.
  • Auf Verletzungen prüfen; falls vorhanden, Notrufe tätigen.
  • Haustiere freilassen.
  • Sich von Stränden und Flüssen entfernen wegen der Möglichkeit von Tsunamis.
  • Kinder und ältere Menschen beruhigen.
  • Nicht auf die Straßen gehen, um Schäden zu begutachten.

Thema 7: Struktur und Dynamik der Geosphäre

Interne Diskontinuitäten in der Geosphäre:

Schlussfolgerungen aus der Untersuchung seismischer Wellen:

• Wäre die Erde homogen, wären die seismischen Wellen an Seismographenstationen, die vom Epizentrum entfernt sind, in kürzerer Zeit als erwartet eingetroffen.
• Je größer der Abstand zum Epizentrum, desto größer ist die Differenz zwischen der Ankunftszeit der seismischen Wellen und der erwarteten Ankunftszeit.
• Je größer der Abstand zum Epizentrum, desto tiefer dringen die seismischen Wellen ein und desto größer ist ihre Geschwindigkeit. Daraus schließen wir, dass die Geschwindigkeit der seismischen Wellen mit der Tiefe zunimmt.
• S-Wellen breiten sich nicht in Medien mit Steifigkeit Null (flüssigen Medien) aus, während die Geschwindigkeit der P-Wellen abnimmt.
• Die Geschwindigkeit der Wellen nimmt mit zunehmender Dichte zu.
• Die Geschwindigkeit der Wellen nimmt mit der Tiefe zu, was bedeutet, dass die Steifigkeit mit der Tiefe stärker zunimmt als die Dichte.
• Seismische Wellen können während ihrer Reise verzerrt oder absorbiert werden, was die Existenz von Medien unterschiedlicher Zusammensetzung zeigt, d.h., die Erde ist heterogen.
• Es gibt Diskontinuitätsflächen, die sich durch eine Änderung des Wellenverhaltens zeigen.

Wichtige Diskontinuitäten:

• Gutenberg-Diskontinuität: Befindet sich in 2900 km Tiefe und trennt den unteren Erdmantel vom äußeren Kern. Sie ist durch das Verschwinden der S-Wellen und eine Verlangsamung der P-Wellen gekennzeichnet. Diese Diskontinuität erklärt die Existenz eines S-Wellen-Schattenbereichs.
• Lehmann-Diskontinuität: Befindet sich in 5150 km Tiefe und trennt den äußeren Kern (flüssig) vom inneren Kern (fest). Sie ist durch eine Zunahme der Scherwellengeschwindigkeiten gekennzeichnet, was auf eine Erhöhung der Steifigkeit hindeutet. Der innere Kern ist aufgrund des immensen Drucks fest, wobei der Temperaturfaktor in den Hintergrund tritt.

• Schattenzonen:

  • Bereich auf der Erdoberfläche in einem Abstand zwischen 11.500 und 15.900 km vom Epizentrum eines Erdbebens, in dem keine P- oder S-Wellen von Seismographenstationen empfangen werden.

• Terrestrische Modelle (Erdmodelle):

  Chemisches Modell (Gesteinszusammensetzung):

  • Kruste:

    • Kontinental (Granit)
    • Ozeanisch (Basalt)

  • Mantel:

    • Oberer Mantel (Peridotit)
    • Unterer Mantel (Peridotit)

  • Kern:

    • Äußerer Kern (flüssiges Eisen-Nickel)
    • Innerer Kern (festes Eisen-Nickel)

• Physikalisches Modell (Steifigkeit / Dichte):

  • Lithosphäre
  • Asthenosphäre
  • Mesosphäre
  • Endosphäre

Hinweis: Der Begriff "Bagacina" wird nur auf den Azoren verwendet.