Geophysik Dynamische Erde 1 ETHZ
Wichtiges zu Geophxsik in der Vorlesung Dynamische Erde an der ETH
Wichtiges zu Geophxsik in der Vorlesung Dynamische Erde an der ETH
Wärmefluss
Der Wärmefluss gibt die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit (der Erdoberfläche) geflossene Wärme an.
Gravimeter
Instrument zur Bestimmung der Schwerebeschleunigung
Wärme
kinetische Energie von Atomen und Molekülen
Temperatur
willkürlich skaliertes Mass für diese Art von Energie
Berechnung des Nichtdipolfeldes
Totalfeld – Dipolfeld – Aussenfeld = Nichtdipolfeld
Langsame Änderung des Erdmagnetfelds
(Fachwort)
Säkularvariationen
Verteilung des Erdmagnetfelds
1% Aussenfeld
99% Innenfeld
- ≈94% des Innenfeldes kann einem Dipolfeld zugeschrieben werden
- Die restlichen ≈5% des Innenfelds entstehen aus entsteht aus elektrischen Strömen nahe der Kern-Mantel-Grenze
Innert wie vielen Jahren wechselt das Dipolfeld seine Richtung und wie oft?
Innert 4000-5000 Jahren, 1-5 mal pro Millionen Jahre
Sonnenwind
Strom elektrisch geladener Teilchen ("Plasma" von Protonen und Elektronen) aus der Sonne
Wie wird das Dipolfeld in der Erde erzeugt?
Das Dipolfeld wird im flüssigen Erdkern erzeugt. Das Material des Erdkerns besteht hauptsächlich aus flüssigem Eisen, mit einem geringen Anteil Nickel (und vielleicht auch Schwefel), und ist ein guter elektrischer Leiter.
Materiebewegungen im Kern (Rotation, Konvektion) führen nach dem Dynamo-Prinzip zur Entstehung des ‘selbst- erregenden Dipolfeldes’, welches an der Erdoberfläche etwa 94% des
gesamten Feldes entspricht.
Häufigste ferromagnetsche Mineralien
Magnetit, Titan-oxidmineralien und Hämatit
Remanente Magnetisierungsarten (zurückgebliebene Magnetisierung)
Magnetit, Titan-oxidmineralien und Hämatit
-DRM (Detritische Remanente Magnetisierung)
-CRM (Chemische Remanente Magnetisierung)
-TRM (Thermische Remanente Magnetisierung)
-pDRM (post-Depositions-Remanente Magnetisierung)
DRM
Detritische Remanente Magnetisierung
Grösstenteils aus der Erosion von Gesteinen auf den Kontinenten, und enthalten daher auch magnetisierte ferromagnetische Körner. Während der Ablagerung von Sedimenten werden die ferromagnetischen parallel zum herrschenden Erdmagnetfeld ausgerichtet. Nach der Verfestigung des Sediments bleibt die remanente Magnetisierung permanenterhalten.
CRM
Chemische Remanente Magnetisierung
Diagenese und Verwitterung können ferromagnetische Mineralien umwandeln. Z.B. Magnetit zu Hämatit oxidieren. Die Richtung ist parallel zur bei der Umwandlung herrschenden Feldrichtung.
TRM
Thermische Remanente Magnetisierung
Lava kühlt ab, Auskristallisierung ab ~1000°C, paramagnetisch. Bei unterschreiten des Curie-Punktes (578– 675°C) entstehen die starken magnetischen Eigenschaften der ferromagnetischen Mineralien. Dann richten sich die einzelnen ferromagnetischen Körner nach dem Erdmagnetfeld. Bei einer weiteren Abkühlung wird die erworbene TRM "eingefroren".
-sehr hohe Stabilität
pDRM
post-Depositions-Remanente Magnetisierung
Magnetische Partikel in wassergefüllten Poren von Sedimenten werden bei Kompaktion und Diagenese permanent „eingefroren“.
Paläomagnetismus
Befasst sich mit der Geschichte des Erdmagnetfeldes in der geologischen Vergangenheit. Die Evidenz dafür stammt aus der remanenten Magnetisierung von Gesteinen, welche magnetische Mineralien enthalten. Die Hauptmerkmale des Paläomagnetismus sind scheinbare Polwanderung und Polaritätsumkehrungen.
Scheinbare Polwanderung
Aus der gemessenen Magnetisierung wird die scheinbare geomagnetische Pollage VGP berechnet. Diese stimmt mit der ehemaligen Erdrotationsachse überein. Alle gleichaltrigen VGP für einen bestimmten Kontinent liegen nahe bei einander. Verbinden aller (zeitlich gestreuten) Pollagen eines Kontinentes liefert scheinbare Polwanderungskurve. Durch Überlagerung dieser Kurven von verschiedenen Kontinenten lassen sich die Plattenbewegungen rekonstruieren.
Van-Allen Gürtel
Strahlungsgürtel der Erde. Er ist ein Ring (Torus) energiereicher geladener Teilchen im Weltraum, die durch das Erdmagnetfeld eingefangen werden.
Magnetostratografie
Da Polaritätsumkehrung weltweit: Korrelation in gleich alten Gesteinen. Magnetisierung des Ozeanbodens, da unter Sedimenten eine relativ stark magnetisierende Schicht basaltischer Laven. Ergibt Streifenmuster parallel zu MOR
p-Wellen
Geschwindigkeit:
->schnellste Welle
Ausbreitungsrichtung: 3D
->Raumwelle
Schwingungsrichtung: parallel zur Wellenausbreittung
Eigenschaft: Kompressionswelle/Longitudinalwelle
s-Welle
Geschwindigkeit:
->2.schnellste Welle
Ausbreitungsrichtung: 3D
->Raumwelle
Schwingungsrichtung: senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
Eigenschaft: Schwerwelle/Transversalwelle
Kann sich nicht in Flüssigkeit fortbewegen
Love-Welle
Geschwindigkeit: gleich wie s-Welle
Ausbreitungsrichtung: Oberfläche 2D
->Oberflächenwelle
Eigenschaft: Schwerwelle/Transversalwelle
Kann sich nicht in Flüssigkeit fortbewegen
Rayleight-Welle
Geschwindigkeit:0.92
->langsamste Welle
Ausbreitungsrichtung: Oberfläche 2D
->Oberflächenwelle
Eigenschaft: Schwerwelle/Transversalwelle
Schattenzone
Es gelingen keine s-Wellen in den Erdkern
Erdellipsoid
Äquipotentialfläche für Schalenförmige homogene Erde
-Wegen Zentrifugalkraft am Äquator grösser als an Polen
Gravimetrie
Methoden, mit denen das lokale und regionale Schwerefeld der Erde vermessen wird.
Mohorovici-Diskontinuität (Moho)
Seismische Grenze zwischen Erdkruste und Erdmantel. Steigerung der p-Welle von 6.6km/s zu 8km/s.
Äquipotentialfläche
Fläche wo gleiches Potential herrscht. (gleiche potentielle Energie)
Tiefe der Moho
ozeanische Lithosphäre: 5-8km
normale kontinentale: Lithosphäre: ca. 30km
Gebirge: bis 70km (Krustenwurzel)
Geoidundulation
Abweichung zwischen Geoid und Referenzellipsoid
Schwereanomalie
Setzt sich zusammen aus gemessene Schwere – theoretische Schwere
Positive Schweanomalie
Massenüberschuss, gesteinsdichte im Untergrund ist höher
Negative Schwereanomalie
Massendefiziet, Gesteinsdichte im Untergrund ist kleiner
Bouger Schwereanomalie
Restbetrag nach folgenden Korrekturen:
Bouger-Platten-Korrektur , Frei-Luft-Korrektur, Breitenkorrektur, Topografische Korrektur
Conrad-Diskontinuität
Trennt die Granitische Oberkruste(Vp=6km/s) von der gabbroiden unterkruste (Vp=6,6km/s) , Tiefe: ca. 20km
Isostasie
Geologische Gleichgewichtszustand zwischen den Massen der Erdkruste und dem darunter befindenden Erdmantel
Prinzip der Isostasie
"Zusätzliche Masse an der Erdoberfläche wird durch fehlende Masse in der Tiefe kompensiert"
Atmosphäre
Um die Erde herum bis zur Erdoberfläche
Hydrosphäre
In Atmosphäre, auf (Seen) und in der Erde (Grundwasser)
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Lernkarten
Quellen des ozeanischen Wärmeflusses vom Erdinnern.
1. Wärmeproduktion durch Radioaktivität
2. Mantelwärmefluss
3. Abkühlung der Lithosphäre und das Gefrieren der Asthenosphäre zu Lithosphäre
Folgen der Abkühlung der ozeanischen LIthospährenplatten
-Der Wärmefluss durch die ozeanische Kruste nimmt mit
zunehmendem Alter ab.
-Die Lithosphärenmächtigkeit nimmt mit zunehmendem Alter zu.
-Die ozeanische Tiefe nimmt mit zunehmendem Alter zu.
Konvektionsmodell der Erde
Keine Konvektions- „Kreise“, sondern Wärmetransport im Mantel durch vertikale Strömungen.
Woher kommt die Energie der Geothermie?
Sonnenenergie dringt nicht wirklich weit in Boden ein. Wärme in der Tiefe kommt aus dem Erdinnern
Untiefe Geothermie
Speichern von Energie im Boden
Tiefe Geothermie
Bisher noch nicht erfolgreich. 2 Typen. Basel und St. Gallen.
Lokalisierung des Erdbebens
Dreiecksmethode:
Tiefenverteilung der Erdbeben in den letzten 50 Jahren:
Flachbeben (0 km bis 70 km)
Mitteltiefe Erdbeben (70 km bis 300 km)
Tiefbeben (300 km bis 700 km)
85% -> an allen seismischen Zonen
12% -> an Subduktionszonen
3% -> an Subduktionszonen
Primär Effekte von Erdbeben
Verschiebungen an einem Bruch.
Aufschiebungen und Abschiebungen schräg oder nahezu parallel zur Vertikalen sowie dextrale oder sinistrale horizontale Verschiebungen sind möglich
Sekundär Effekte von Erdbeben
-Brände
-Erdrutsche
-Tsunami
Masstäbe zur Bestimmung der Grösse der Erdbeben
Intensität -> Modifizierte Mercalli Skala
Energie -> Magnituden Skala
Modifizierte Mercalli Skala
12-stufige Skala, welche das Ausmass der Sekundäreffekte des Erdbebens beschreibt.
Magnituden Skala
Beschreibt das Mass der Stärke des Erdbebens
Bis jetzt ist auch kein Erdbeben mit Magnitude 10 oder grösser registriert worden.
Sowohl nach oben als auch nach unten offen
Logarithmische Skala
Nimmt die Magnitude um den Faktor 1 zu. Um welchen Faktor nimmt die Energie steigt die Energie?
um den Faktor 101.5 (=31.6)
Wie sind die Erdbeben global verteilt?
zirkum- pazifischen Zone (75- 80%) (-> ring of fire)
der Mittelmeer- transasiatischen Zone (15- 20%)
MOR und Schwellen (3-7%).
Etwa 1% sind Beben innerhalb von Platten.
Arten von Brüchen im Herdgebiet
Wärmefluss
Der Wärmefluss gibt die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit (der Erdoberfläche) geflossene Wärme an.
Gravimeter
Instrument zur Bestimmung der Schwerebeschleunigung
Wärme
kinetische Energie von Atomen und Molekülen
Temperatur
willkürlich skaliertes Mass für diese Art von Energie
Berechnung des Nichtdipolfeldes
Totalfeld – Dipolfeld – Aussenfeld = Nichtdipolfeld
Langsame Änderung des Erdmagnetfelds
(Fachwort)
Säkularvariationen
Verteilung des Erdmagnetfelds
1% Aussenfeld
99% Innenfeld
- ≈94% des Innenfeldes kann einem Dipolfeld zugeschrieben werden
- Die restlichen ≈5% des Innenfelds entstehen aus entsteht aus elektrischen Strömen nahe der Kern-Mantel-Grenze
Innert wie vielen Jahren wechselt das Dipolfeld seine Richtung und wie oft?
Innert 4000-5000 Jahren, 1-5 mal pro Millionen Jahre
Sonnenwind
Strom elektrisch geladener Teilchen ("Plasma" von Protonen und Elektronen) aus der Sonne
Wie wird das Dipolfeld in der Erde erzeugt?
Das Dipolfeld wird im flüssigen Erdkern erzeugt. Das Material des Erdkerns besteht hauptsächlich aus flüssigem Eisen, mit einem geringen Anteil Nickel (und vielleicht auch Schwefel), und ist ein guter elektrischer Leiter.
Materiebewegungen im Kern (Rotation, Konvektion) führen nach dem Dynamo-Prinzip zur Entstehung des ‘selbst- erregenden Dipolfeldes’, welches an der Erdoberfläche etwa 94% des
gesamten Feldes entspricht.
Häufigste ferromagnetsche Mineralien
Magnetit, Titan-oxidmineralien und Hämatit
Remanente Magnetisierungsarten (zurückgebliebene Magnetisierung)
Magnetit, Titan-oxidmineralien und Hämatit
-DRM (Detritische Remanente Magnetisierung)
-CRM (Chemische Remanente Magnetisierung)
-TRM (Thermische Remanente Magnetisierung)
-pDRM (post-Depositions-Remanente Magnetisierung)
DRM
Detritische Remanente Magnetisierung
Grösstenteils aus der Erosion von Gesteinen auf den Kontinenten, und enthalten daher auch magnetisierte ferromagnetische Körner. Während der Ablagerung von Sedimenten werden die ferromagnetischen parallel zum herrschenden Erdmagnetfeld ausgerichtet. Nach der Verfestigung des Sediments bleibt die remanente Magnetisierung permanenterhalten.
CRM
Chemische Remanente Magnetisierung
Diagenese und Verwitterung können ferromagnetische Mineralien umwandeln. Z.B. Magnetit zu Hämatit oxidieren. Die Richtung ist parallel zur bei der Umwandlung herrschenden Feldrichtung.
TRM
Thermische Remanente Magnetisierung
Lava kühlt ab, Auskristallisierung ab ~1000°C, paramagnetisch. Bei unterschreiten des Curie-Punktes (578– 675°C) entstehen die starken magnetischen Eigenschaften der ferromagnetischen Mineralien. Dann richten sich die einzelnen ferromagnetischen Körner nach dem Erdmagnetfeld. Bei einer weiteren Abkühlung wird die erworbene TRM "eingefroren".
-sehr hohe Stabilität
pDRM
post-Depositions-Remanente Magnetisierung
Magnetische Partikel in wassergefüllten Poren von Sedimenten werden bei Kompaktion und Diagenese permanent „eingefroren“.
Paläomagnetismus
Befasst sich mit der Geschichte des Erdmagnetfeldes in der geologischen Vergangenheit. Die Evidenz dafür stammt aus der remanenten Magnetisierung von Gesteinen, welche magnetische Mineralien enthalten. Die Hauptmerkmale des Paläomagnetismus sind scheinbare Polwanderung und Polaritätsumkehrungen.
Scheinbare Polwanderung
Aus der gemessenen Magnetisierung wird die scheinbare geomagnetische Pollage VGP berechnet. Diese stimmt mit der ehemaligen Erdrotationsachse überein. Alle gleichaltrigen VGP für einen bestimmten Kontinent liegen nahe bei einander. Verbinden aller (zeitlich gestreuten) Pollagen eines Kontinentes liefert scheinbare Polwanderungskurve. Durch Überlagerung dieser Kurven von verschiedenen Kontinenten lassen sich die Plattenbewegungen rekonstruieren.
Van-Allen Gürtel
Strahlungsgürtel der Erde. Er ist ein Ring (Torus) energiereicher geladener Teilchen im Weltraum, die durch das Erdmagnetfeld eingefangen werden.
Magnetostratografie
Da Polaritätsumkehrung weltweit: Korrelation in gleich alten Gesteinen. Magnetisierung des Ozeanbodens, da unter Sedimenten eine relativ stark magnetisierende Schicht basaltischer Laven. Ergibt Streifenmuster parallel zu MOR
