Geosphäre und geologische Risiken

Geosphäre und Georisiken

Die Geosphäre

Die Geosphäre umfasst den Teil des Planeten, der aus festen Materialien besteht. Sie befasst sich mit den Phänomenen der inneren Dynamik der Erde, die sowohl die Erdoberfläche als auch den gesamten Planeten beeinflussen.

Struktur der Geosphäre

Die Struktur lässt sich nach physikalischer und chemischer Zusammensetzung unterscheiden:

• Chemische Zusammensetzung:
  • Kern: Hauptsächlich aus Eisen (Fe) und Nickel (Ni).
  • Mantel: Reich an Fe, Ca und Mg; unterteilt in unteren und oberen Mantel.
  • Kruste: Kontinentale Kruste (reich an Al, Na, K) und ozeanische Kruste (reich an Ca, Fe, Mg).
• Physikalische Zusammensetzung:
  • Endosphäre (Kern): Besteht aus einem inneren (festen) und äußeren (flüssigen) Teil.
  • Mesosphäre: Entspricht dem unteren Mantel und einem Teil des oberen Mantels; verhält sich starr und stabil.
  • Asthenosphäre: Teil des oberen Mantels mit semiplastischem Verhalten.
  • Lithosphäre: Teil des oberen Erdmantels und die gesamte Kruste; unterteilt in Platten, die kollidieren, sich zerstören oder neu bilden.

Seismische Wellen

Man unterscheidet zwischen zwei Hauptarten:

• Tiefenwellen: Entstehen im Hypozentrum und breiten sich durch das Erdinnere aus. Sie sind nützlich für die Erforschung der internen Struktur.
  • Primärwellen (P): Schnellste Wellen, werden zuerst von Seismographen erkannt. Sie komprimieren und entspannen das Material in Ausbreitungsrichtung (Feder-Effekt).
  • Sekundärwellen (S): Langsamer; Teilchen bewegen sich senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Nur in festen Medien möglich.
• Oberflächenwellen: Entstehen durch die Wechselwirkung mit der Erdoberfläche am Epizentrum und verursachen die meisten Schäden.
  • Love-Wellen (L): Erzeugen eine horizontale Bewegung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.
  • Rayleigh-Wellen (R): Die langsamsten Wellen; sie beschreiben eine elliptische Bewegung in der vertikalen Ebene, ähnlich wie Wellen vor dem Brechen.

Seismogramme und Lokalisierung

Seismogramme dienen dazu, das Epizentrum, das Ausmaß und die Tiefe eines Bebens zu bestimmen.

• Epizentrum: Der Punkt auf der Erdoberfläche direkt über dem Fokus, wo die Intensität am größten ist.
• Hypozentrum: Der Ursprungsort des Bebens, meist eine Zone entlang einer Verwerfung.

Zur Lokalisierung werden Daten von mindestens drei seismischen Stationen benötigt. Die Verzögerung zwischen P- und S-Wellen bestimmt die Entfernung zum Epizentrum; der Schnittpunkt der Kreise aus drei Stationen markiert die exakte Position.

Interne geologische Prozesse: Vulkanismus

Vulkane sind direkter Ausdruck der geothermischen Energie. Sie entstehen an Plattengrenzen (insbesondere Subduktionszonen wie dem „Pazifischen Feuerring“) oder durch Hot-Spots und Frakturen in der Lithosphäre.

Aufbau eines Vulkans

• Krater: Öffnung, durch die Lava austritt (bei >1 km Durchmesser: Caldera).
• Vulkankegel: Hügel durch Materialanhäufung.
• Magmakammer: Speicherort des Magmas unter der Oberfläche.
• Kamin: Kanal zwischen Magmakammer und Krater.
• Eruptionssäule: Höhe der in die Luft geschleuderten Materialien.
• Parasitärkegel: Seitliche Kegel am Vulkan.

Vulkanische Risikofaktoren

Das Risiko setzt sich aus Exposition (Bevölkerungsdichte), Vulnerabilität (Anfälligkeit) und Gefährlichkeit (Art der Eruption) zusammen.

• Gase: Motor der Eruption; können zu Erstickung führen.
• Lavaströme: Besonders gefährlich bei hoher Viskosität (hoher Silica-Anteil).
• Pyroklastika: Durch Explosionen in die Luft geschleuderte Fragmente; können Dächer zum Einsturz bringen oder das Klima beeinflussen.
• Pyroklastische Ströme: Heiße Gas-Asche-Wolken, die mit hoher Geschwindigkeit die Hänge hinabfließen.
• Vulkanische Kuppeln: Entstehen bei extrem viskoser Lava; können durch plötzliche Explosionen gefährliche Ströme auslösen.
• Caldera-Bildung: Einsturz des Vulkandachs nach einer großen Eruption; kann Erdbeben und Tsunamis verursachen.