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15. Erdbeben untersuchen 1 von 24 23 RAAbits Physik Mai 2011 II/A Foto: http://die-schote.tripod.com/ Bilder/erdbeben.jpg 9 auf der Richterskala – Erdbeben untersuchen Jens Mittag, Oxbüll „Ein Erdbeben der Stärke 9 auf der Richterskala ereignete sich 130 Kilometer östlich der japanischen Stadt Sendai.“ Einen Satz wie diesen haben Sie bestimmt in den letzten Wochen in den Nachrichten gehört. Aber können Sie erklären, was eine Stärke von 9 auf der Richterskala bedeutet? Und woher weiß man eigentlich, wo das Erdbeben stattgefunden hat, wenn es doch weit auf dem Meer und unter der Erdoberfläche geschehen ist? Lassen Sie sich überraschen. Fragestel- lungen wie diese kann man nämlich mit recht einfachen Mitteln beantworten. Zeigen Sie Ihren Schülern, dass man bei der Lösung von Problemen aus anderen Fachgebieten (hier der Naturgeografie) auf die Mathematik und Physik nicht verzichten kann. Der Beitrag im Überblick Klasse: 11 Dauer: 8 Stunden Ihr Plus: Berührungspunkte zum Fach Mathematik: Lineare Funktionen, Logarithmus, Trigonometrie, Rechenübungen, Kreise, Beweisen Ein leider immer aktuelles Thema Inhalt: Die Richterskala für die Stärke von Erdbeben; die Entfernung zum Epizentrum und der genaue Zeitpunkt des Erdbebens (Wadati-Diagramm) Primär- und Sekundärwelle Kompressions- und Schermodul Verlauf der Wellenfronten Brechungsgesetz und Totalreflexion Schichtmodell der Erde Veränderte Welt – lauft Jungs, lauft! Wellenfronten und Brechungsgesetz – zur Berechnung von Erdbeben braucht man seinen Verstand! www.netzwerk-lernen.de zur Vollversion

zur Vollversion - netzwerk-lernen.de · Epizentrum aufgezeichnet werden. Die maximale Amplitude A max muss in 'm gemessen und in die Gleichung eingesetzt werden. b) Berechnen Sie

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15. Erdbeben untersuchen 1 von 24

23 RAAbits Physik Mai 2011

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9 auf der Richterskala – Erdbeben untersuchen

Jens Mittag, Oxbüll

„Ein Erdbeben der Stärke 9 auf der Richterskala ereignete sich 130 Kilometer östlich der japanischen Stadt Sendai.“ Einen Satz wie diesen haben Sie bestimmt in den letzten Wochen in den Nachrichten gehört. Aber können Sie erklären, was eine Stärke von 9 auf der Richterskala bedeutet? Und woher weiß man eigentlich, wo das Erdbeben stattgefunden hat, wenn es doch weit auf dem Meer und unter der Erdoberfläche geschehen ist?

Lassen Sie sich überraschen. Fragestel-lungen wie diese kann man nämlich mit recht einfachen Mitteln beantworten. Zeigen Sie Ihren Schülern, dass man bei der Lösung von Problemen aus anderen Fachgebieten (hier der Naturgeografie) auf die Mathematik und Physik nicht verzichten kann.

Der Beitrag im Überblick

Klasse: 11

Dauer: 8 Stunden

Ihr Plus:

Berührungspunkte zum Fach Mathematik:

Lineare Funktionen, Logarithmus, Trigonometrie, Rechenübungen, Kreise, Beweisen

Ein leider immer aktuelles Thema

Inhalt:

• Die Richterskala für die Stärke von Erdbeben; die Entfernung zum Epizentrum und der genaue Zeitpunkt des Erdbebens (Wadati-Diagramm)

• Primär- und Sekundärwelle

• Kompressions- und Schermodul

• Verlauf der Wellenfronten

• Brechungsgesetz und Totalreflexion

• Schichtmodell der Erde

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Wellenfronten und Brechungsgesetz – zur Berechnung von Erdbeben braucht man seinen Verstand!

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15. Erdbeben untersuchen2 von 24

23 RAAbits Physik Mai 2011

II/AFachliche und didaktisch-methodische Hinweise

In diesem Beitrag untersuchen Ihre Schüler Erdbeben, und zwar mit mathematischen Mitteln. Später, im Physik-Studium, werden sie auch nur einen Teil ihrer Zeit im Labor verbringen, um Experimente durchzuführen. Den weitaus größeren Teil ihrer Zeit verwenden Physiker auf die Berechnung und Erklärung von Naturereignissen. Dieser Disziplin, der theoretischen Physik, ist die vorliegende Unterrichtseinheit zuzurechnen.

Die mathematischen Werkzeuge, die sie benötigen, haben die Schüler bereits in der Sekundarstufe 1 kennengelernt: lineare und trigonometrische Funktionen, Logarithmen, Kreise und die Technik des Beweisens. Hier setzen sie dieses Wissen ein, um Fragestel-lungen aus der Naturgeografie zu beantworten. Für das Fach Physik sind vor allem die Themen Wellen und Brechung von Bedeutung. Besonders zum Themengebiet Brechung gibt es einfache Demonstrationsexperimente, die Sie als Ergänzung der Einheit durchführen sollten.

Motivieren Sie das Thema anhand der Farbfolie (M 1). So wird deutlich, warum Erdbeben-forscher mithilfe von Messinstrumenten und der Mathematik um Erkenntnisse ringen, um Erdbeben vielleicht irgendwann einmal vorhersagen zu können. Führen Sie dann die Richterskala (M  2) ein. Mithilfe dieser Skala wird die Stärke von Erdbeben gemessen. Beispielsweise hatte das stärkste Erdbeben, das bisher registriert wurde, einen Wert von 9,5 auf der Richterskala (22.05.1960, vor der Küste Chiles). Die Definition der Richterskala beruht auf dem Ausschlag eines Seismografen in einer Entfernung von 100 km zum Epizentrum. Da man diese Entfernung aber zunächst nicht kennt, muss man in die Berechnung einen Korrekturfaktor einführen (M 3). Zur Bestimmung der Entfernung, in der ein Erdbeben stattgefunden hat, nutzt man aus, dass sich die Primär- und Sekundärwellen unterschiedlich schnell ausbreiten (M 4). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Wellen hängt von drei Größen des Erdmaterials ab, dem Kompressionsmodul, dem Schermodul und der Dichte. Lassen Sie die Schüler aus dem in M 4 abgebildeten Seismogramm die Entfernung vom Erdbebenherd zur Messstation bestimmen. In M 5 konstruieren die Schüler den Verlauf der Wellenfront. So können sie vorhersagen, wo man die Erschütterung als Nächstes spüren wird. Das Brechungsgesetz (M 6) spielt für die Ausbreitung von Wellen im Erdinnern eine große Rolle: An jeder Grenzschicht ändert sich die Geschwindigkeit sprungartig. Sie nimmt mit der Tiefe zu. Das Brechungsgesetz kann man ausnutzen, um den Verlauf der Primärwelle durch die Schichten der Erde zu konstruieren. So lässt sich die Größe des Erdkerns ermitteln (M 7).

Neben dem Epizentrum eines Erdbebens interessiert die Wissenschaftler aber auch der genaue Zeitpunkt, an dem das Beben stattgefunden hat. Die Schüler helfen dem Erdbeben-forscher Dr. Rüttel-Schüttel bei der Auswertung seiner Daten (M  8). Sie zeichnen nach einer schrittweisen Anleitung ein Wadati-Diagramm und berechnen so die Herdzeit des Bebens. Material M  9 schließlich geht auf die Unterscheidung zwischen Hypozentrum und Epizentrum ein: Das Hypozentrum bezeichnet den Ort, an dem das Beben tatsächlich stattgefunden hat. Es kann auch weit unterhalb der Erdoberfläche liegen. Das Epizentrum ist die Projektion des Hypozentrums auf die Erdoberfläche.

Ein Glossar am Ende des Beitrags geht auf die wichtigsten Fachbegriffe ein. Mit diesem können die Schüler das notwendige physikalische Wissen auffrischen oder sich aneignen. In dem Abschnitt Erläuterungen und Lösungen finden Sie gegebenenfalls einen Hinweis auf das Glossar. Eine Übersicht über die mathematischen Themen und Fertigkeiten, die auf einem einzelnen Arbeitsblatt von Bedeutung sind, finden Sie in dem Abschnitt Material-

übersicht.

Der vorliegende Beitrag eignet sich für den fachübergreifenden Unterricht (Erdkunde) und zeigt, dass fachübergreifender Unterricht gewinnbringend sein kann. Erst die Verknüpfung von Mathematik und Physik ermöglicht es, die gestellten Fragen aus der Naturgeografie zu beantworten.

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23 RAAbits Physik Mai 2011

II/AMaterialübersicht

Material Thema Checkliste

M 1 Erdbeben, Tsunami und Reaktorkatastrophe in Japan

Das Thema Erdbeben untersuchen motivieren

M 2 Die Richterskala – was verbirgt sich dahinter?

Logarithmus zur Basis 10; Graph der Logarithmus-funktion; Richterskala

Taschenrechner

M 3 Ausschläge weit weg – die Entfernung durch einen Korrekturfaktor berücksichtigen

Logarithmus zur Basis 10; Amplitude

Taschenrechner

M 4 Erdbebenwellen laufen um die Wette – Kompressions- und Schermodul sagen wie

Gleichungen aufstellen, umstellen und lösen; Kompres-sions- und Schermodul; Entfernung vom Epizentrum

Taschenrechner

M 5 Wo spürt man die Erschütterung als Nächstes? – Den Verlauf der Wellenfront konstruieren

Zirkel und Geodreieck benutzen; trigonometrische Berechnungen; den Verlauf der Wellenfronten konstruieren

Zirkel, Geodreieck, Bleistift, Taschenrechner

M 6 Was passiert an einer Grenzschicht? – Das Brechungs-gesetz beweisen

Rechnen im rechtwinkligen Dreieck; Beweisen; Brechungsgesetz

M 7 Der Weg durch die Erde – Schichtmodell, Brechungs-gesetz und Totalreflexion

Winkel zeichnen; Rechnen mit den trigonometrischen Relationen; Schichtmodell; Brechungsgesetz; Total-reflexion; Größe des Erdkerns

Geodreieck, spitzer Bleistift, einzelnes Blatt Papier, Klebestift

Taschenrechner

M 8 Wie spät war es, als die Erde zu beben begann? – Ein Wadati-Diagramm erstellen

Lineare Funktionen einsetzen; den Zeitpunkt bestimmen, zu dem die Erde gebebt hat

Taschenrechner, Lineal, Bleistift

M 9 So finden Sie das Epizentrum – genau konstruieren

Kreise und Kugeln; das Epizentrum bestimmen

Lineal, Bleistift, farbige Stifte

Dauer

Pro Materialseite sollten Sie in etwa eine Unterrichtsstunde einplanen.

Minimalplan

Die Materialseiten lassen sich in drei voneinander unabhängige Einheiten einteilen. Setzen Sie diejenige Einheit ein, die am besten zu Ihrer Unterrichtssituation passt.

Einheit 1: M 2 + M 3

Einheit 2: M 4 + M 8 + M 9

Einheit 3: M 5 + M 6 + M 7

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II/AM 2 Die Richterskala – was verbirgt sich dahinter?

“The magnitude of any shock is taken as the logarithm of the

maximum trace amplitude, expressed in microns, with which

the standard […] seismometer would register that shock at an

epicentral distance of 100 kilometers.”

Mit dieser Anleitung führte Charles Richter 1935 die nach ihm benannte Richterskala ein, um die Stärke von Erdbeben zu messen. Frei übersetzt lautet dieser Satz: Die Stärke eines

Erdbebens ist der Logarithmus (zur Basis 10) der maximalen

Amplitude, gemessen in Mikrometer, die ein Standard-

seismometer in einer Entfernung von 100 km zum Epizentrum

aufzeichnen würde.

Aufgabe 1: Rechnen Sie nach Richters Anleitung.

a) Ein Standardseismometer registriert in einer Entfernung von 100 km zum Epizentrum ein Erdbeben. Bestimmen Sie jeweils die Stärke des Erdbebens auf der Richterskala, wenn eine maximale Amplitude von 2 cm, 45 mm bzw. 0,33 m gemessen wird.

b) In das Koordinatensystem rechts sollen Sie einen Funktionsgraphen einzeichnen. Berechnen Sie dazu für die Amplituden von 1 mm bis 7 mm die zugehörigen Werte auf der

Richterskala und tragen Sie Ihre Wertepaare in das Koordinatensystem ein. Bestimmen Sie außerdem für die Amplituden 0,1 mm, 0,5 mm sowie 0,75 mm die Stärke auf der Richterskala, damit Sie den Verlauf des Graphen erkennen können.

Die Stärke eines Erdbebens auf der Richterskala wird mit ML bezeichnet (Magnitude Local). Diese Bezeichnung finden Sie auch an der y-Achse.

c) Überlegen Sie sich eine Funktionsgleichung für die gezeichnete Funktion.

d) Welche Amplitude gehört zu einem Erdbeben der Stärke 0? Geben Sie einen genauen Wert an.

Aufgabe 2: Das bisher stärkste aufgezeichnete Beben

a) Ohne Messinstrumente lassen sich Erdbeben ab einer Stärke von circa 2,9 auf der Richterskala spüren. Lesen Sie an Ihrem Graphen aus Aufgabe 1 die maximale Amplitude ab, die man bei dieser Stärke auf dem Ausdruck eines Standardseismografen in 100 km Entfernung vom Epizentrum finden würde.

b) Am 22.5.1960 ereignete sich vor der Küste Chiles ein Erdbeben, für das mit 9,5 der bisher höchste Wert eines Erdbebens auf der Richterskala angegeben wurde. Berechnen Sie die Höhe des maximalen Ausschlags, die man auf dem Ausdruck eines Standardseis-mografen in 100 km Entfernung vom Epizentrum hätte finden müssen.

Amax [mm]

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II/AM 3 Ausschläge weit weg – die Entfernung durch einen

Korrekturfaktor berücksichtigen

Bisher hat man keine Möglichkeiten, Erdbeben zuverlässig vorherzusagen. Deshalb ist es unwahrscheinlich, dass bei einem Erdbeben genau in einer Entfernung von 100 km zum Epizentrum eine Aufzeichnung stattfindet. Wie lässt sich die Stärke eines Bebens trotzdem auf der Richterskala angeben?

Um dieses Problem zu lösen, führte Richter einen Korrek-turfaktor k ein. Durch die Auswertung vieler Aufzeich-nungen fand er für den Korrekturfaktor eine Gleichung, die Sie links auf die Tafel geschrieben sehen.

Aufgabe 1: Der Korrekturfaktor

a) Berechnen Sie den Korrekturfaktor für Messstationen, die sich in 200 km, 300 km, 400 km, 500 km bzw. 600 km Entfernung vom Epizentrum befinden.

Rechts auf der Tafel sehen Sie eine zweite Gleichung. Mit dieser Gleichung können Sie die Stärke eines Erdbebens berechnen, wenn die Ausschläge in einer Entfernung zwischen 200 km und 600 km vom Epizentrum aufgezeichnet werden.

Die maximale Amplitude Amax muss in μm gemessen und in die Gleichung eingesetzt werden.

b) Berechnen Sie jeweils die Stärke eines Erdbebens, wenn in 200 km, 400 km bzw. 600 km Entfernung zum Epizentrum ein maximaler Ausschlag von 2 mm aufgezeichnet wird.

Aufgabe 2: Das Beben in Chile 1960

Der bisher stärkste auf der Richterskala angegebene Wert für ein Erdbeben beträgt 9,5. Dieses Beben fand 1960 vor der Küste Chiles statt. Nehmen Sie an, die Messgeräte hätten einen Ausschlag über 100 m aufzeichnen können.

a) Wie weit hätte ein Standardseismometer in 200 km, 400 km bzw. 600 km Entfernung vom Epizentrum bei diesem Beben ausschlagen müssen?

b) Bestimmen Sie, in welchem Abstand zum Epizentrum das Erdbeben hätte registriert werden müssen, um es mit einem Ausschlag von 100 m bzw. 200 m aufzuzeichnen.

Aufgabe 3: Hat Herr Richter recht?

In demselben Artikel, in dem Charles Richter 1935 seine Erdbebenskala einführte, wird Folgendes behauptet:

Die registrierte maximale Amplitude eines Erdbebens hängt vom Abstand d zum Epizentrum

ab. Die Funktion, die diese Abhängigkeit beschreibt, hat die Form ( )max 3

1A d c

d= ⋅ mit einer

Konstanten c.

Zeigen Sie, dass aus den beiden Tafelgleichungen tatsächlich diese Funktionsvorschrift folgt.

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II/AM 5 Wo spürt man die Erschütterung als Nächstes? – Den Verlauf

der Wellenfront konstruieren

Unten sehen Sie eine Wellenfront abgebildet. Der graue Pfeil gibt Ihnen die Ausbreitungs-richtung an. Informieren Sie sich zunächst, was der Begriff Wellenfront bedeutet.

Mit Zirkel und Lineal können Sie herausfinden, wie sich eine Wellenfront ausbreiten wird. Wie gehen Sie dabei vor? Sehen Sie selbst!

Beispiel:

Nehmen Sie an, die Front breitet sich mit einer Geschwindigkeit von 2 cm/s aus. Das bedeutet, dass sich jeder Punkt der Wellenfront mit einer Geschwin-digkeit von 2 cm/s ausbreitet. Warten Sie eine Sekunde, so ist der Punkt am linken Ende der Front 2 cm weiter-gewandert. Er muss also irgendwo auf einem Kreis mit dem Radius 2 cm liegen, den Sie um den Punkt am linken Ende geschlagen haben. Da sich die Welle nach unten ausbreitet, brauchen Sie nicht den ganzen Kreis zu zeichnen. Es reicht der untere Halbkreis.

Aufgabe 1: Entdecken Sie die neue Wellenfront.

Dasselbe muss für alle Punkte der Front gelten. Zeichnen Sie also um jeden Punkt, der auf der Wellenfront im Bild oben markiert ist, einen Halbkreis nach unten mit dem Radius 2 cm. Sehen Sie nun, wie die neue Wellenfront verläuft?

Aufgabe 2: Die Welle wird langsamer.

Eine Wellenfront trifft unter einem Winkel von 37° auf eine Grenzfläche. An der Grenzfläche verlangsamt sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit von 4,5  cm/s auf 3 cm/s.

a) Übertragen Sie das Bild rechts in Ihr Heft. Die Wellenfront hat eine Länge von 6 cm, die Punkte auf der Wellenfront einen Abstand von 1 cm.

Konstruieren Sie nun die Wellenfront nach einer Sekunde. Dazu zeichnen Sie wieder Kreise um jeden Punkt. Nur haben die Kreise dieses Mal nicht denselben Radius. Diesen müssen Sie zuerst berechnen.

Betrachten Sie dazu den dritten Punkt von oben, an den die gestrichelte Linie gezeichnet ist. Diese Linie bildet mit der Wellenfront einen Winkel von 90°.

b) Berechnen Sie die Länge der gestrichelten Linie. Bestimmen Sie dann mit der Geschwin-digkeit v1, wie lange der Punkt auf der Wellenfront braucht, um diese Strecke zu durchlaufen. Es ist weniger als eine Sekunde. Den übrig gebliebenen Teil der Sekunde breitet sich die Front mit der Geschwindigkeit v2 aus. Wie weit kommt sie also noch unterhalb der Grenzfläche? Wenn Sie die beiden zurückgelegten Strecken zusammen-zählen, erhalten Sie den Radius.

c) Berechnen Sie für jeden markierten Punkt der Wellenfront den zugehörigen Radius und zeichnen Sie dann den Kreis ein. Markieren Sie die neue Wellenfront.

Aufgabe 3: Die Welle wird schneller.

Bearbeiten Sie Aufgabe 2 mit v2 = 6 cm/s.

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II/AM 7 Der Weg durch die Erde – Schichtmodell, Brechungsgesetz

und Totalreflexion

In der Abbildung oben sehen Sie ein Schichtmodell zum Aufbau der Erde. Die Erdkrümmung ist weggelassen. Am linken Rand ist die Tiefe unterhalb der Erdkruste gegeben und am rechten die durchschnittliche Geschwindigkeit für eine P-Welle in der Schicht.

Aufgabe 1: Finden Sie den Weg eines Erdbebens.

a) Wiederholen Sie das Brechungsgesetz und informieren Sie sich über das Phänomen der Totalreflexion.

b) In der Abbildung sehen Sie oben links eine Erdbebenwelle, die unter einem Winkel von 35° zum Lot auf die erste Grenze trifft. Benutzen Sie das Brechungsgesetz an den Schichtgrenzen, um den Weg der Erdbebenwelle durch die Erde zu finden. Konstruieren Sie zunächst den Weg bis zur rechten Bildgrenze. Kleben Sie anschließend ein Blatt Papier an die rechte Bildseite und ergänzen Sie darauf den Weg der Welle.

c) Berechnen Sie die Entfernung vom Startpunkt der Erdbebenwelle bis zu dem Punkt, wo sie das erste Mal wieder an die Erdoberfläche trifft.

Aufgabe 2: Erdbebenwellen verraten Ihnen die Größe des Erdkerns.

Die Abbildung rechts zeigt Ihnen in einem Modell den Aufbau der Erdkugel. Die Sekundärwellen eines Erdbebens können sich nicht in Flüssigkeiten ausbreiten und deshalb den äußeren flüssigen Kern auch nicht durchdringen. Bebt die Erde an einem Ort, so kann man auf der gegenüberliegenden Erdseite nur bis zu einem Winkel von 105° die Ankunft der Sekundärwellen registrieren.

a) Bestimmen Sie aus diesem Messergebnis und dem Erdradius den Radius des äußeren flüssigen Kerns. Nehmen Sie an, dass sich die Wellen geradlinig ausbreiten.

b) Berücksichtigen Sie, dass sich die Wellen nicht geradlinig ausbreiten, sondern wie Sie es in Aufgabe 1 gelernt haben. Kommen Sie zu einem größeren oder kleineren Wert für den Radius des flüssigen Kerns? Begründen Sie Ihre Antwort.

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II/AM 9 So finden Sie das Epizentrum – genau konstruieren

Bei einem Erdbeben unterscheidet man zwischen dem Hypozentrum und dem Epizentrum. Das Hypozentrum ist der Ort, an dem das Erdbeben tatsächlich stattfindet. Das Hypo- zentrum kann also auch weit unterhalb der Erdoberfläche liegen. Das Epizentrum hingegen liegt immer auf der Erdoberfläche. Es markiert den Entstehungsort des Erdbebens auf der Landkarte und ist die lotrechte Projektion des Hypozentrums auf die Erdoberfläche.

Aufgabe 1: Zeichnen Sie das Epi- und das Hypozentrum ein.

a) In der Abbildung oben links sehen Sie den Entstehungsort eines Erdbebens und einen Ausschnitt der Erdoberfläche, die über dem Hypozentrum liegt. Markieren Sie in der Abbildung das Epi- und das Hypozentrum und beschriften Sie beide.

b) Wissenschaftler haben berechnet, dass das Hypozentrum eines Bebens in einer Entfernung von 50 km zu einer Messstation liegt. In der Abbildung oben rechts sehen Sie die Messstation auf der Erdoberfläche liegen, die sich im Mittelpunkt einer Kugel mit dem Radius 50 km befindet. Markieren Sie im Bild die möglichen Orte von Hypo- und Epizentrum in verschiedenen Farben.

c) Inzwischen haben Wissenschaftler außer- dem berechnet, dass das Hypozentrum 30 km von einer zweiten Messstation entfernt liegt. In der Abbildung links sehen Sie die beiden Messstationen und jeweils eine Kugel um die Station. Die Radien dieser Kugeln betragen jeweils 50 km bzw. 30  km. Markieren Sie wiederum im Bild die möglichen Orte von Hypo- und Epizentrum in verschiedenen Farben.

Begründen Sie Ihre Antwort.

d) Überlegen Sie, wie die Wissenschaftler weiter vorgehen müssen, um das Epizentrum des Bebens zu finden.

Aufgabe 2: Finden Sie das Epizentrum.

Zeichnen Sie in ein Koordinatensystem die Punkte S1(0| 0), S2(-2| 4) und S3(4| 6). Diese Punkte repräsentieren Messstationen. Wissenschaftler haben berechnet, dass das Hypozentrum eines Erdbebens in einer Entfernung von 50 km zu S1, 45 km zu S2 und 40 km zu S3 liegt. Bestimmen Sie zeichnerisch das Epizentrum. Verwenden Sie den Maßstab 1 : 1 000 000.

Messstation

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II/AErläuterungen und Lösungen

Die grauen Kästchen kennzeichnen Tipps zum Einsatz.

M 2 Die Richterskala – was verbirgt sich dahinter?

Ein Seismometer ist ein Messinstrument, das Erschütterungen aufzeichnet. Die Begriffe Seismogramm und Amplitude können im Glossar nachgelesen werden.

Aufgabe 1: Rechnen Sie nach Richters Anleitung.

a) Die gegebene Amplitude muss zunächst in Mikrometer umgewandelt werden.

4 4L

4 4L

5 5L

2 cm 2 10 m M log(2 10 ) 4,3

45 mm 4,5 10 m M log(4,5 10 ) 4,653

0,33 m 3,3 10 m M log(3,3 10 ) 5,519

= ⋅ µ ⇒ = ⋅ =

= ⋅ µ ⇒ = ⋅ =

= ⋅ µ ⇒ = ⋅ =

b)

A[mm] A[μm] ML

0,1 100 2,00

0,5 500 2,70

0,75 750 2,88

1 1000 3,00

2 2000 3,30

3 3000 3,48

4 4000 3,60

5 5000 3,70

6 6000 3,78

7 7000 3,85

c) Ist x die Amplitude in mm, so heißt die Gleichung ( )3LM (x) log x 10 .= ⋅ Die Einheiten

im Argument des Logarithmus sind dabei weggelassen worden.

d) Gesucht ist die Nullstelle: ( )3 3 30 0 00 log x 10 x 10 1 x 10 0,001−

= ⋅ ⇔ ⋅ = ⇔ = =

Aufgabe 2: Das bisher stärkste aufgezeichnete Erdbeben

a) ( )3 2,9 32,9 log A(2,9) 10 A( 2,9) 10 10 0,79−= ⋅ ⇔ = ⋅ ≈

b) ( )3 9,5 3 69,5 log A(9,5) 10 A(9,5) 10 10 3,162 10−= ⋅ ⇔ = ⋅ ≈ ⋅

Das Ergebnis ist in mm angegeben. Man sollte sich die Mühe machen, dieses Ergebnis weiter anzuschauen. Rechnet man um, so erkennt man, dass die maximale Amplitude 3,162 km wäre. Natürlich wurde dieser Ausschlag tatsächlich nicht gemessen. Das Standardseismometer (Wood-Anderson-Seismometer), das Richter seiner Definition zugrunde gelegt hat, ist nicht für solch starke Erdbeben ausgelegt.

Amax [mm]

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