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Lexikon der Geowissenschaften: Oberflächenwellen

Oberflächenwellen, 1) Geophsyik: Grenzflächenwellen, die sich entlang der Erdoberfläche mit Geschwindigkeiten von etwa 2,5 bis 4,5 km/s ausbreiten. Die fundamentalen Typen von Oberflächenwellen sind Rayleigh-Wellen und Love-Wellen. Ihre Amplituden nehmen mit zunehmender Entfernung von der Oberfläche schnell ab, die effektive Eindringtiefe beträgt etwa 1/3 der Wellenlänge. Das bedeutet, daß sich die Energie von Oberflächenwellen im wesentlichen nur auf zwei Dimensionen verteilt, weswegen sie wesentlich langsamer mit der Herdentfernung r abnimmt (˜r-1) als die von Raumwellen (˜r-2) (geometrische Dämpfung). Oberflächenwellen weisen in langperiodischen Seismogrammen von Flachbeben die größten Amplituden auf. Sie treffen deutlich später als P- und S-Wellen ein ( Abb. 1). Wegen ihrer größeren Eindringtiefe werden langperiodische Oberfächenwellen mehr von tiefer gelegenen Schichten beeinflußt als die mit kürzerer Periode. Oberflächenwellen zeigen normale Dispersion, d.h. ihre Geschwindigkeit nimmt mit der Wellenlänge zu. Wegen der Dispersion muß man bei Oberflächenwellen zwischen der Phasengeschwindigkeit und Gruppengeschwindigkeit unterscheiden. Oberflächenwellen in Seismogrammen von Fernbeben bestehen unter Umständen aus sehr vielen Schwingungen, wobei wegen der Geschwindigkeitszunahme mit der Tiefe die langwelligen früher als die kurzwelligen Anteile eintreffen. Die Dispersion von Oberflächenwellen enthält Informationen über die Struktur des Untergrundes. Die Dispersionsanalyse liefert als Ergebnis eine Dispersionskurve, die die Phasen- oder Gruppengeschwindigkeiten als Funktion der Periode wiedergibt ( Abb. 2). Dispersionskurven bilden die Grundlage für die Inversion von Oberflächenwellen, deren Ergebnis im wesentlichen ein tiefenabhängiges Modell der S-Wellengeschwindigkeiten ergibt. Niedriggeschwindigkeitszonen, wie z.B. die Grenze zwischen Lithosphäre und Asthenosphäre lassen sich mit dieser Methode nachweisen. Durch geschickte Wahl der seismischen Quellen und der seismischen Stationen kann man regionalspezifische Modelle erstellen und die seismische Anisotropie im oberen Erdmantel untersuchen. Im Periodenbereich zwischen 100 und 150 s eignen sich Oberflächenwellen zur Bestimmung des seismischen Moments und des Herdmechanismus von starken Erdbeben. 2) Ozeanographie: Wellen, die an der Oberfläche eines Mediums geführt werden, z.B. Seegang an der Meeresoberfläche.


Oberflächenwellen 1: langperiodisches WWSSN-Seismogramm (2.12.1996, 22:51:54 UT + Sekunden, GRSN Station BFO, Herdentfernung=9500 km, Mw=6,7 Erdbeben in Japan). Oberflächenwellen 1:

Oberflächenwellen 2: Vergleich von Dispersionskurven der Gruppengeschwindigkeit für Rayleigh-Wellen, die über tektonisch unterschiedliche Strukturen gelaufen sind. Oberflächenwellen 2:
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