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www.geophysik.uni-muenchen.de -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 1 Seismologie - Erdbeben Was sind die Aufgaben eines Erdbebendienstes? Wie kann.

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2 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 1 Seismologie - Erdbeben Was sind die Aufgaben eines Erdbebendienstes? 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 Literatur: Mussett und Khan, Kapitel 5 Shearer, Kapitel 9

3 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 2 Coole www sites Bayerischer Erdbebendienst - NEIC (United States Geological Survey) earthquake.usgs.gov/regional/neic GFZ Potsdam - geofon.gfz-potsdam.de EMSC (Event info) - ORFEUS (continuous data) - globalquakemodel.org -> seismic risk

4 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 3 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 D gilt:

5 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 4 Wadati Diagramm t s -t p tptp slope... nach kurzer Rechnung …

6 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 5 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 Wie können wir Epizentrum und Tiefe bestimmen?

7 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 6 Epizentrum und Herdtiefe Depth Receiver 1 Receiver 2 Receiver 3 Epicenter

8 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 7 Lokalisierung mit Wahrscheinlichkeiten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion einer Erdbebenlokalisierung. Rot – hohe Wahrscheinlichkeit, blau – geringe Wahrscheinlichkeit

9 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 8 Magnitude – Richter Skala Maximalamplituden als Funktion des Abstands für Beben in Kalifornien Die Amplituden nehmen systematisch ab mit der Distanz von der Quelle.

10 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 9 Richter Skala - Definition Definition:: Ein Beben – aufgezeichnet mit einem Wood-Anderson Seismometer in einer Distanz von 100km erzeugt eine Amplitude von 1mm bei einer Magnitude M L =3.

11 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 10 Richter Skala Grafische Bestimmung der Magnitude

12 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 11 Magnituden Skalen - allgemein 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

13 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 12 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

14 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 13 Magnitudensättigung

15 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 14 Was ist ein Erdbeben?

16 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 15 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?

17 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 16 Dislokationsquelle Double Couple (Scherbruch)

18 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 17 Velocity seismograms-M6.5 point source Displacement (static near-field effects) Velocity

19 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 18 Momententensor M ij Kräftepaare

20 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 19 Kompression - Dekompresson

21 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 20 Beachballs und Momententensoren explosion - implosion vertical strike slip fault vertical dip slip fault 45° dip thrust fault compensated linear vector dipoles

22 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 21 Abstrahlcharakteristika von Punktquellen P – blue S - red P – blue S - red

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 Scherdislokation – Bestimmung von Herdmechanismen P Polarisationen in verschiedenen Richtungen werden zur Abschätzung der Lage der Verwerfungsfläche herangezogen

25 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 24 Beachballs - Himalaya

26 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 25 Beachballs - global

27 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 26 Beispiele für Herdmechanismen Seda Yolsal-Çevikbilen and Tuncay Tayma (2012)

28 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 27 Schwarmbeben – Bad Reichenhall

29 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 28 Erdbebenstatistik Gutenberg-Richter Gesetz Omori Gesetz Baths Gesetz

30 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 29 Gutenberg – Richter Gesetz

31 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 30 Schwarmbeben – Omoris Law Omori Gesetz: K Amplitude, n(t) Event rate, c Zeitverzögerung, p Exponent Baths Gesetz: Größtes Nachbeben ca. 1Magnitude geringer als Hauptbeben

32 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 31 Was sind Schwarmbeben? Beispiel: Vogtland

33 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 32 Regen 2002 Erdbeben 2002 Magnituden Herdkoordinaten Beginn des Hochwassers Zeitliche Korrelation Erdbeben und Regen

34 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 33 Seismizität - Schwarmbeben

35 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 34 Verwerfung – Fault scarps

36 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 35 Fault scarps California

37 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 36 Fault scarps California

38 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 37 Fault scarps Taiwan

39 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 38 Punktquelle – finite (große) Quellen The actual slip process is described by superposition of equivalent forces acting in space and time.

40 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 39 Statische Deformation – GPS Messungen

41 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 40 Finite Quellen aus Seismogramm Information

42 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 41 Das seismische Moment

43 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 42 Das seismische Moment M 0 und Magnitude M w

44 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 43 Seismic moment Intraplattenbeben: Größerer Spannungsabfall Interplattenbeben: Geringerer Spannungsabfall Warum?

45 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 44 Seismische Energie 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)

46 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 45 Mercalli Intensität 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.

47 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 46 Shakemap

48 -> Studium -> VorlesungenSeismology - Slide 47 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 über die Distanzen der 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 Mercalli Skala beschreibt die Auswirkungen eines Erdbebens auf Strukturen (Gebäude) 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 über die Distanzen der 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 Mercalli Skala beschreibt die Auswirkungen eines Erdbebens auf Strukturen (Gebäude)


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