WEBVTT 00:00.000 --> 00:01.580 Im frühen 20. 00:01.820 --> 00:05.540 Jahrhundert wollten Seismologen mehr über die innere Struktur der Erde 00:05.540 --> 00:09.920 herausfinden und hielten dazu die Ankunftszeiten seismischer Wellen 00:09.920 --> 00:12.240 auf einem sogenannten Laufzeitdiagramm fest. 00:13.280 --> 00:16.820 Zunächst wurden die Ankunftszeiten der verschiedenen Wellentypen mit 00:16.820 --> 00:17.800 Seismometern gemessen. 00:18.540 --> 00:22.440 Die Zeit der Wellenankunft nach dem Erdbeben trugen die Forscher dann 00:22.440 --> 00:26.380 auf der vertikalen Achse ein und die Entfernung zum Erdbeben auf der 00:26.380 --> 00:27.000 horizontalen. 00:28.160 --> 00:32.000 Zuerst sahen sie nur eine Punktwolke auf dem Diagramm. 00:32.140 --> 00:36.560 Je mehr Erdbeben sie aber einzeichneten, desto mehr kristallisierten 00:36.560 --> 00:39.200 sich nach und nach einzelne Linien heraus. 00:40.440 --> 00:43.420 Woher kam dieser Zusammenhang zwischen den Ankunftszeiten der 00:43.420 --> 00:45.660 einzelnen Erdbebenwellen und ihrer Entfernung? 00:53.240 --> 00:55.120 Hallo und herzlich willkommen! 00:55.660 --> 00:58.060 In diesem Video klären wir folgende Fragestellungen. 00:58.060 --> 01:02.200 Wie ist die Erde im Inneren aufgebaut und woher kennen wir eigentlich 01:02.200 --> 01:03.020 diesen Aufbau? 01:03.660 --> 01:07.260 Kann man die Erde im übertragenen Sinne seismologisch aufschneiden und 01:07.260 --> 01:08.260 in sich hineinschauen? 01:09.120 --> 01:11.320 Die Seismologen des frühen 20. 01:11.760 --> 01:14.800 Jahrhunderts vermuteten bereits, dass die Kurven ihres 01:14.800 --> 01:19.080 Laufzeitdiagramms auf den Aufbau der Erde zurückzuführen sein müssten. 01:19.980 --> 01:24.020 Außerdem stimmten die Diagramme für alle Seismometer weltweit in etwa 01:24.020 --> 01:28.240 überein, woraus sich ein ähnliches Bild der Tiefe überall auf der Erde 01:28.240 --> 01:28.760 ergab. 01:29.700 --> 01:33.860 Aus dem Laufzeitdiagramm berechneten die Wissenschaftler nun, wie sich 01:33.860 --> 01:37.260 die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der seismischen Wellen mit der Tiefe 01:37.260 --> 01:41.460 änderten und wie damit die beobachtete Form der Kurven zustande kam. 01:42.440 --> 01:46.040 Für die P-Wellen ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit hier über der 01:46.040 --> 01:49.940 Tiefe mit einer schwarzen Linie, für die S-Wellen mit einer grauen 01:49.940 --> 01:50.560 dargestellt. 01:50.560 --> 01:54.220 Die Wissenschaftler sahen, dass die Änderung der seismischen 01:54.220 --> 01:58.040 Geschwindigkeiten der P- und S-Wellen in bestimmten Tiefen besonders 01:58.040 --> 01:59.100 signifikant ist. 01:59.820 --> 02:03.840 Aus dieser Beobachtung zogen die Seismologen den Schluss, dass in 02:03.840 --> 02:07.480 diesen Tiefen eine Änderung der Materialzusammensetzung der Erde 02:07.480 --> 02:11.460 vorliegen müsste, dass die Erde also aus unterschiedlichen 02:11.460 --> 02:15.800 konzentrischen Schichten aufgebaut ist, in denen sich Erdbebenwellen 02:15.800 --> 02:17.540 unterschiedlich schnell ausbreiten. 02:18.360 --> 02:21.880 Heute weiß man, dass die Erde einen Radius von fast 02:21.880 --> 02:23.760 sechseinhalbtausend Kilometern hat. 02:24.800 --> 02:28.440 Vergleicht man den Querschnitt der Erde mit dem einer aufgeschnittenen 02:28.440 --> 02:39.310 Orange, erkennt man, dass beide aus verschiedenen Schichten bestehen. 02:41.530 --> 02:46.510 Die Erdkruste entspricht dieser äußersten dünnen Schicht von weniger 02:46.510 --> 02:50.550 als einem Prozent des Radius, den ich hier mit dem Sparschäler 02:50.550 --> 02:51.490 abtragen kann. 02:57.560 --> 03:01.240 In der schematischen Abbildung des Erdkörpers erkennt man sie in 03:01.240 --> 03:01.600 braun. 03:02.300 --> 03:06.500 Unter den Ozeanen reicht sie bis in etwa zehn Kilometer und unter den 03:06.500 --> 03:09.420 Kontinenten im Mittel bis in 30 Kilometer Tiefe. 03:09.920 --> 03:13.760 Unter den Gebirgen der Erde kann die Kruste auf bis zu 60 Kilometer 03:13.760 --> 03:15.100 Mächtigkeit anwachsen. 03:16.340 --> 03:20.600 Die Erdkruste besteht aus festem Gestein und bildet den oberen Teil 03:20.600 --> 03:21.840 der Kontinentalplatten. 03:21.840 --> 03:25.900 Wegen der relativ geringen Mächtigkeit der Kruste sind die 03:25.900 --> 03:29.540 vorherrschenden Drücke und seismischen Geschwindigkeiten geringer als 03:29.540 --> 03:30.520 in tieferen Schichten. 03:31.960 --> 03:36.300 In der Erdkruste liegen die P-Wellengeschwindigkeiten zwischen 5,8 und 03:36.300 --> 03:41.520 6,5 Kilometer pro Sekunde, die der S-Wellen unter vier Kilometer pro 03:41.520 --> 03:41.900 Sekunde. 03:43.540 --> 03:48.840 Die eigentliche Orangenschale entspricht in ihrer Dicke etwa dem 03:48.840 --> 03:50.060 oberen Erdmantel. 03:50.060 --> 03:54.020 Er reicht bis in eine Tiefe von 400 bis 600 Kilometern. 03:54.620 --> 03:56.740 Das sind 5 bis 10 Prozent des Radius. 03:57.220 --> 03:59.740 In der Abbildung ist er in Rot dargestellt. 04:00.300 --> 04:03.540 Darunter folgt der untere Erdmantel im hellen Orange. 04:04.560 --> 04:07.920 Je tiefer man in die Erde eindringt, desto dichter sind die dort 04:07.920 --> 04:09.140 vorkommenden Gesteine. 04:09.660 --> 04:13.360 Das führt zu einem Anstieg der seismischen Geschwindigkeiten im oberen 04:13.360 --> 04:14.500 und unteren Erdmantel. 04:14.500 --> 04:18.740 P-Wellen erreichen Geschwindigkeiten von fast 14 Kilometern pro 04:18.740 --> 04:21.940 Sekunde, S-Wellen um die 7 Kilometer pro Sekunde. 04:22.680 --> 04:26.740 Die Grenze zwischen unterem Erdmantel und äußerem Erdkern liegt in 04:26.740 --> 04:29.000 etwa 2900 Kilometer Tiefe. 04:29.800 --> 04:33.100 Hier stimmt der Vergleich mit der Orange nicht mehr ganz und wir 04:33.100 --> 04:34.460 müssen uns andersweitig helfen. 04:35.160 --> 04:39.600 Der Radius des Erdkerns ist etwas mehr als halb so groß wie der der 04:39.600 --> 04:40.260 ganzen Erde. 04:40.260 --> 04:42.240 Im Bild ist er hellgelb zu sehen. 04:43.020 --> 04:45.980 Das entspricht etwa diesem Tischtennisball hier. 04:48.760 --> 04:54.760 Der innere Erdkern hat einen Radius von etwa 1200 Kilometern und steht 04:54.760 --> 04:59.320 in einem ähnlichen Verhältnis zur Gesamtgröße wie der innerste weiße 04:59.320 --> 05:00.400 Teil der Orange. 05:01.820 --> 05:06.200 An der Kernmantelgrenze bricht die P-Wellengeschwindigkeit ein und die 05:06.200 --> 05:08.400 S -Wellengeschwindigkeit fällt sogar auf 0 ab. 05:08.400 --> 05:12.320 Denn der äußere Erdkern besteht aufgrund hoher Temperaturen 05:12.320 --> 05:15.980 hauptsächlich aus flüssigem Eisen, das bei einer Scherung keine 05:15.980 --> 05:19.620 Rückstellkräfte aufweist und deshalb keine Ausbreitung von Scherwellen 05:19.620 --> 05:20.220 zulässt. 05:20.720 --> 05:24.420 Innerhalb des äußeren Erdkerns steigt die P-Wellengeschwindigkeit bis 05:24.420 --> 05:26.860 zur Grenze des inneren Erdkerns wieder an. 05:28.360 --> 05:32.540 Im inneren Kern liegt aufgrund des hohen Drucks des Eisen wieder in 05:32.540 --> 05:36.700 seiner festen Phase vor, so dass sich hier neben P-Wellen auch wieder 05:36.700 --> 05:38.060 S -Wellen ausbreiten können. 05:39.000 --> 05:42.660 Die Geschwindigkeit beider Wellentypen bleibt dort konstant, für P 05:42.660 --> 05:46.280 -Wellen etwa 11 Kilometer pro Sekunde und für S-Wellen knapp 4 05:46.280 --> 05:47.460 Kilometer pro Sekunde. 05:48.400 --> 05:52.360 An den Grenzen dieser großen Schichten werden Erdbebenwellen bei ihrem 05:52.360 --> 05:54.720 Weg durch die Erde gebrochen und reflektiert. 05:55.640 --> 05:59.740 Jeder Punkt im Laufzeitdiagramm gehört zu einer Erdbebenwelle auf 05:59.740 --> 06:01.240 ihrem Weg durch die Erde hindurch. 06:01.240 --> 06:06.860 Jede Linie oder jeder Ast beschreibt eine Kombination aus Reflektionen 06:06.860 --> 06:10.640 und Brechungen an bestimmten Schichtgrenzen in der Erde und hat einen 06:10.640 --> 06:13.740 bestimmten Namen, hier zum Beispiel PKiKp. 06:15.020 --> 06:19.620 Die Welle PKiKp ist eine P-Welle, die vom Erdbeben erst durch den 06:19.620 --> 06:22.820 Erdmantel und dann durch den äußeren Erdkern läuft. 06:23.100 --> 06:24.660 Das K steht dabei für Kern. 06:24.660 --> 06:30.080 Die Welle wird dann am inneren Erdkern reflektiert, I wie Innen, und 06:30.080 --> 06:33.800 gelangt auf der anderen Seite der Erde wieder durch den äußeren 06:33.800 --> 06:37.460 Erdkern und Erdmantel zum aufzeichnenden Seismometer. 06:38.360 --> 06:42.400 Sie tritt in verschiedenen Entfernungsbereichen auf, die dann den Ast 06:42.400 --> 06:43.880 im Laufzeitdiagramm ergeben. 06:45.560 --> 06:49.080 Heute können Wissenschaftler den Aufbau der Erde noch besser bestimmen 06:49.080 --> 06:52.680 und dreidimensionale Strukturen tomografisch auflösen. 06:52.680 --> 06:57.420 Möglich machen das viele seismische Netzwerke, die verteilt über die 06:57.420 --> 07:00.820 Erde Wellen von großen und kleinen Erdbeben aufzeichnen. 07:01.580 --> 07:04.660 Ein Ergebnis einer solchen Berechnung mit vielen hundert 07:04.660 --> 07:08.160 Erdbebenaufzeichnungen weltweit ist zum Beispiel dieses Bild des 07:08.160 --> 07:08.920 Erdmantels. 07:09.640 --> 07:13.520 Sie sehen die Variation der S-Wellengeschwindigkeit im Erdmantel. 07:13.520 --> 07:17.540 Rot und gelbe Farben zeigen langsamere Geschwindigkeiten, blaue 07:17.540 --> 07:18.500 schnellere an. 07:19.340 --> 07:22.860 Die Erde ist zwar aus Schichten aufgebaut, dennoch gibt es darin 07:22.860 --> 07:27.180 heterogene Strukturen, die vom Schichtaufbau um einige Prozent 07:27.180 --> 07:27.820 abweichen. 07:28.360 --> 07:32.220 Diese Variationen der seismischen Geschwindigkeiten innerhalb der Erde 07:32.220 --> 07:35.500 werden vielfach durch Änderungen der Temperatur hervorgerufen. 07:36.160 --> 07:39.580 Die elastischen Parameter der Erde, welche die seismische 07:39.580 --> 07:42.960 Geschwindigkeit bestimmen, sind also temperaturabhängig. 07:43.520 --> 07:48.040 Höhere Temperaturen resultieren in langsameren, niedrigere in 07:48.040 --> 07:49.660 schnelleren Wellengeschwindigkeiten. 07:51.140 --> 07:55.760 Hohe Temperaturen im Erdkern resultieren aus radioaktiven Prozessen 07:55.760 --> 07:58.500 und vorhandener Restwärme der Erdentstehung. 07:59.140 --> 08:03.100 Sie führen dazu, dass Gesteinsmaterial im Mantel und äußeren Kern 08:03.100 --> 08:05.560 aufsteigt und in Bewegung gerät. 08:05.560 --> 08:10.120 Dabei entstehen unter anderem Konvektionszellen im Erdmantel, die 08:10.120 --> 08:14.100 Material an den Subduktionszonen in die Tiefe und an den 08:14.100 --> 08:17.760 mittelozeanischen Spreizungszentren wieder nach oben transportieren. 08:18.440 --> 08:22.560 Die Animation zeigt das Ergebnis einer Modellrechnung, das heißt ein 08:22.560 --> 08:26.160 mögliches Muster der Bewegung, die auf der heute bekannten 08:26.160 --> 08:29.840 Materialzusammensetzung und Temperaturverteilung in der Erde beruht. 08:30.620 --> 08:35.040 Rote Farben stehen dabei für warmes, aufsteigendes Material, blau 08:35.040 --> 08:37.140 -grüne Töne für kaltes, absinkendes. 08:38.520 --> 08:43.600 Die Bewegungen laufen dabei mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 cm pro 08:43.600 --> 08:44.140 Jahr ab. 08:44.500 --> 08:47.760 Das entspricht etwa der Größenordnung der Plattenbewegungen an der 08:47.760 --> 08:51.800 Erdoberfläche, die durch eben diese Konvektionszellen angetrieben 08:51.800 --> 08:52.100 wird. 08:53.180 --> 08:57.040 Ich habe Ihnen in diesem Video gezeigt, dass Wissenschaftler mithilfe 08:57.040 --> 09:00.920 von Laufzeitkurven berechnen können, dass die Erde in erster Näherung 09:00.920 --> 09:04.660 aus verschiedenen konzentrischen Schichten aufgebaut ist. 09:05.560 --> 09:08.160 Sie haben Charakteristika dieser Schichten kennengelernt. 09:08.520 --> 09:11.340 Die wichtigsten Eigenschaften fasse ich noch einmal zusammen. 09:12.440 --> 09:16.940 Die Erde besteht aus einer Erdkruste, die unter den Ozeanen dünner und 09:16.940 --> 09:18.660 unter Gebirgsketten mächtiger ist. 09:19.580 --> 09:23.500 Daran schließt sich der Erdmantel an, in dem Gesteinsmaterial 09:23.500 --> 09:23.860 konvektiert. 09:25.060 --> 09:29.560 Der Erdkern besteht tatsächlich aus Eisen mit einem äußeren, 09:29.720 --> 09:32.920 flüssigen, ebenso konvektierenden Bereich, in dem sich keine 09:32.920 --> 09:37.040 Scherwellen ausbreiten können, und einem inneren, festen Anteil. 09:38.180 --> 09:41.860 Möglich werden diese Erkenntnisse durch die Auswertung von seismischen 09:41.860 --> 09:46.060 Wellenankünften an Seismometern, die Erdbeben rund um die Erde 09:46.060 --> 09:46.920 aufzeichnen. 09:46.920 --> 09:51.380 Dreidimensionale Heterogenitäten innerhalb dieser Schichten können 09:51.380 --> 09:55.240 heute mit Hilfe von dichten Seismometernetzwerken global und lokal 09:55.240 --> 09:58.860 aufgelöst werden und erweitern stetig unser Bild der Erde.