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www.geophysik.uni-muenchen.de -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 1 Seismologie - Erdbeben -Wie kann man die Herdzeit eines Erdbebens bestimmen?

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2 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 1 Seismologie - Erdbeben -Wie kann man die Herdzeit eines Erdbebens bestimmen? -Wie das Epizentrum und die Tiefe eines Erdbebens? -Wie kann man die Stärke eines Erdbebens abschätzen (Richter Skala)? -Wie kann man die durch Erdbeben verursachten Schäden kategorisieren (seismische Intensität, Mercalli Skala)? -Erdbebenvorhersage, Erdbebengefährdung -Wie kann man die Herdzeit eines Erdbebens bestimmen? -Wie das Epizentrum und die Tiefe eines Erdbebens? -Wie kann man die Stärke eines Erdbebens abschätzen (Richter Skala)? -Wie kann man die durch Erdbeben verursachten Schäden kategorisieren (seismische Intensität, Mercalli Skala)? -Erdbebenvorhersage, Erdbebengefährdung

3 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 2 Gardasee Beben 2004

4 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 3 Gardasee Beben 2004

5 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 4 Epizentrum

6 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 5 NEIC

7 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 6

8 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 7 Seismograms

9 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 8 Earthquakes in Germany M>3 Erdbeben in Bayern ? Bereich Marktredwitz Bad Reichenhall

10 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 9 Seismische Stationen in Bayern Früher: ISDN Verbindung mit Stationen alle 20Min. Heute: DSL permanent online Früher: ISDN Verbindung mit Stationen alle 20Min. Heute: DSL permanent online

11 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 10 Erdbeben nahe Marktredwitz,

12 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 11 Schwarmbeben – Omoris Law Baths law: Größtes Nachbeben ca. 1Magnitude geringer als Hauptbeben

13 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 12

14 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 13 Was sind Schwarmbeben? Beispiel: Vogtland

15 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 14 Schwarmbeben Beispiel: Bad Reichenhall

16 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 15 Schwarmbeben Beispiel: Bad Reichenhall

17 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide die Regenfälle, die im August zum Hochwasser führten, hatten ihren Höhepunkt am Tag Seismizität Hochstaufen

18 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 17 Regen 2002 Erdbeben 2002 Magnituden Herdkoordinaten Beginn des Hochwassers Zeitliche Korrelation

19 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 18 Was beobachten wir? - Ankunftszeiten von P und S Wellen an verschiedenen Stationen Was wollen wir wissen? - Herdzeit des Erdbebens - Epizentrum und Tiefe Was beobachten wir? - Ankunftszeiten von P und S Wellen an verschiedenen Stationen Was wollen wir wissen? - Herdzeit des Erdbebens - Epizentrum und Tiefe Erdbebenlokalisierung Wir nehmen an das Erdbeben passiert zur Zeit t 0 und wir kennen die seismischen Eigenschaften des (homogenen) Mediums v p (Wellen) and v S (Wellen). Für eine Station mit der Distanz gilt:

20 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 19 Wadati Diagramm t s -t p tptp slope... nach kurzer Rechnung …

21 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 20 Erdbebenlokalisierung Mit der Steigung v p /v s -1 des Diagrams können wir v p /v s bestimmen. Damit ergibt sich für die Herdzeit: Und die Entfernung des Erdbebens von der Station i mit P Ankunftszeit t Pi Wir können wir Epizentrum und Tiefe bestimmen?

22 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 21 Epizentrum und Herdtiefe Depth Receiver 1 Receiver 2 Receiver 3 Epicenter

23 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 22 Verwerfungen – Herdmechanismen Die Grundtypen der Verwerfungen und die entsprechenden Herdmechanismen. Die dunklen Regionen entsprechen Kompressionen.

24 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 23 Verwerfung

25 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 24 Fault scarps California

26 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 25 Fault scarps California

27 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 26 Fault scarps Taiwan

28 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 27 Dislokationsquelle Double Couple (Scherbruch)

29 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 28 Momententensor Kräftepaare

30 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 29 Velocity seismograms-M6.5 point source Displacement (static near-field effects) Velocity

31 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 30 Abstrahlcharakteristika von Punktquellen P – blue S - red P – blue S - red

32 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 31 Scherdislokation – Bestimmung von Herdmechanismen P Polarisationen in verschiedenen Richtungen werden zur Abschätzung der Lage der Verwerfungsfläche herangezogen

33 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 32 Beachballs und Momententensoren explosion - implosion vertical strike slip fault vertical dip slip fault 45° dip thrust fault compensated linear vector dipoles

34 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 33 Beachballs - Himalaya

35 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 34 Beachballs - global

36 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 35 Elastic rebound (Reid, 1910) Wir wollen die beobachtete Verschiebung an der Oberfläche mit der Stärke (Magnitude) eines Bebens in Zusammenhang bringen! Wie können wir die Stärke quantifizieren?

37 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 36 Equivalent Forces: concepts The actual slip process is described by superposition of equivalent forces acting in space and time.

38 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 37 Statische Deformation - Rotation

39 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 38 Co-seismische Deformation Simulierte DeformationBeobachtete Deformation Source Kim Olsen, UCSB

40 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 39 Source kinematics Slip rate as a function of various fault conditions (Landers earthquake) Source: K Olsen, UCSB Slip rate as a function of various fault conditions (Landers earthquake) Source: K Olsen, UCSB

41 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 40 Source kinematics

42 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 41 Source directivity When a finite fault ruptures with velocity v r, the time pulse is a boxcar with duration T R = L(1/v r -cos( /v))

43 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 42 Source directivity The energy radiation becomes strongly anisotropic (Doppler effect). In the direction of rupture propagation the energy arrives within a short time window.

44 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 43 Seismic moment

45 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 44 Seismic moment

46 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 45 Seismic moment There are differences in the scaling of large and small earthquakes

47 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 46 Seismic energy (Examples) Richter TNT for Seismic Example Magnitude Energy Yield (approximate) ounces Breaking a rock on a lab table pounds Large Blast at a Construction Site pounds ton Large Quarry or Mine Blast tons tons tons 4.0 1,000 tons Small Nuclear Weapon 4.5 5,100 tons Average Tornado (total energy) ,000 tons ,000 tons Little Skull Mtn., NV Quake, million tons Double Spring Flat, NV Quake, million tons Northridge, CA Quake, million tons Hyogo-Ken Nanbu, Japan Quake, 1995; Largest Thermonuclear Weapon million tons Landers, CA Quake, billion tons San Francisco, CA Quake, billion tons Anchorage, AK Quake, billion tons Chilean Quake, trillion tons (San-Andreas type fault circling Earth) trillion tons (Fault Earth in half through center, OR Earth's daily receipt of solar energy) Richter TNT for Seismic Example Magnitude Energy Yield (approximate) ounces Breaking a rock on a lab table pounds Large Blast at a Construction Site pounds ton Large Quarry or Mine Blast tons tons tons 4.0 1,000 tons Small Nuclear Weapon 4.5 5,100 tons Average Tornado (total energy) ,000 tons ,000 tons Little Skull Mtn., NV Quake, million tons Double Spring Flat, NV Quake, million tons Northridge, CA Quake, million tons Hyogo-Ken Nanbu, Japan Quake, 1995; Largest Thermonuclear Weapon million tons Landers, CA Quake, billion tons San Francisco, CA Quake, billion tons Anchorage, AK Quake, billion tons Chilean Quake, trillion tons (San-Andreas type fault circling Earth) trillion tons (Fault Earth in half through center, OR Earth's daily receipt of solar energy)

48 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 47 Magnitude - Richter Maximalamplituden als Funktion des Abstands für Beben in Kalifornien Die Amplituden nehmen systematisch ab mit der Distanz von der Quelle.

49 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 48 Richter Skala Definition:: Ein Beben – aufgezeichnet mit einem Wood-Anderson Seismometer in einer Distanz von 100km erzeugt eine Amplitude von 1mm und hat die Magnitude M L =3.

50 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 49 Richter Skala Grafische Bestimmung der Magnitude

51 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 50 Magnituden Skalen M seismische Magnitude A Amplitude T Periode f Korrektur für Distanz C s Korrektur für Standort C r Korrektur für Empfänger M L Local magnitude M b body-wave magnitude M s surface wave magnitude M w energy release M seismische Magnitude A Amplitude T Periode f Korrektur für Distanz C s Korrektur für Standort C r Korrektur für Empfänger M L Local magnitude M b body-wave magnitude M s surface wave magnitude M w energy release

52 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 51 Magnituden Skala – Richter und andere Local Magnitude M L M L = log A – log A 0 -log A 0 from tables or M L = log A R + 0.7R distance in km, A in mm Domain: R < 600km Surface wave magnitude M S M S = log(A /T)+1.66 logD T=18-22s, D= o, h < 50km Body wave magnitude M b M b = log(A /T)+Q(D,h) T= s Local Magnitude M L M L = log A – log A 0 -log A 0 from tables or M L = log A R + 0.7R distance in km, A in mm Domain: R < 600km Surface wave magnitude M S M S = log(A /T)+1.66 logD T=18-22s, D= o, h < 50km Body wave magnitude M b M b = log(A /T)+Q(D,h) T= s

53 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 52 Mercalli Intensity und Richter Magnitude MagnitudeIntensityDescription II. Not felt except by a very few under especially favorable conditions II - IIIII. Felt only by a few persons at rest, especially on upper floors of buildings. III. Felt quite noticeably by persons indoors, especially on upper floors of buildings. Many people do not recognize it as an earthquake. Standing motor cars may rock slightly. Vibrations similar to the passing of a truck. Duration estimated IV - VIV. Felt indoors by many, outdoors by few during the day. At night, some awakened. Dishes, windows, doors disturbed; walls make cracking sound. Sensation like heavy truck striking building. Standing motor cars rocked noticeably. V. Felt by nearly everyone; many awakened. Some dishes, windows broken. Unstable objects overturned. Pendulum clocks may stop VI - VIIVI. Felt by all, many frightened. Some heavy furniture moved; a few instances of fallen plaster. Damage slight. VII. Damage negligible in buildings of good design and construction; slight to moderate in well- built ordinary structures; considerable damage in poorly built or badly designed structures; some chimneys broken VII - IXVIII. Damage slight in specially designed structures; considerable damage in ordinary substantial buildings with partial collapse. Damage great in poorly built structures. Fall of chimneys, factory stacks, columns, monuments, walls. Heavy furniture overturned. IX. Damage considerable in specially designed structures; well-designed frame structures thrown out of plumb. Damage great in substantial buildings, with partial collapse. Buildings shifted off foundations. 7.0 and higher VIII or higherX. Some well-built wooden structures destroyed; most masonry and frame structures destroyed with foundations. Rails bent. XI. Few, if any (masonry) structures remain standing. Bridges destroyed. Rails bent greatly. XII. Damage total. Lines of sight and level are distorted. Objects thrown into the air.

54 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 53 Shakemap

55 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 54 Erdbebenstatistik Das Gutenberg Richter Gesetz Zahl der Erdbeben als Funktion des seismischen Moments für globale Daten. b-Wert in der Regel um 1

56 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 55 Zusammenfassung – Seismologie -Die Herdzeit von Erdbeben kann über die Differenzlaufzeit von P und S Wellen berechnte werden (Wadati Diagramm) -Das Epizentrum eines Bebens und dessen Tiefe kann graphisch ermittelt werden übder die Distanzen der the Seismometer von der Quelle -Die Magnitude eines Erdbebens wird über den Log der lokalen Veschiebung und einer Distanzkorrektur berechnet (Richter Skala) -Der Erdbebenherd wird charakterisiert über die Orientierung der Verwerfungsfläche und die Richtung der Verschiebung -Diese Information lässt sich aus den Polaritäten der P und S Wellen (Abstrahlcharakteristik) abschätzen -Die Häufigkeit von Erdbeben als Funktion der Magnitude ist durch das Gutenberg-Richter Gesetz beschrieben -Die Herdzeit von Erdbeben kann über die Differenzlaufzeit von P und S Wellen berechnte werden (Wadati Diagramm) -Das Epizentrum eines Bebens und dessen Tiefe kann graphisch ermittelt werden übder die Distanzen der the Seismometer von der Quelle -Die Magnitude eines Erdbebens wird über den Log der lokalen Veschiebung und einer Distanzkorrektur berechnet (Richter Skala) -Der Erdbebenherd wird charakterisiert über die Orientierung der Verwerfungsfläche und die Richtung der Verschiebung -Diese Information lässt sich aus den Polaritäten der P und S Wellen (Abstrahlcharakteristik) abschätzen -Die Häufigkeit von Erdbeben als Funktion der Magnitude ist durch das Gutenberg-Richter Gesetz beschrieben


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