Einführung in die Geophysik

Inhaltsverzeichnis

Inhalt

VORWORT ZUR DRITTEN AUFLAGE


VORWORT ZUR ZWEITEN AUFLAGE


VORWORT ZUR ERSTEN AUFLAGE


1 GRUNDSÄTZLICHES ZUR GEOPHYSIK, ZUR LAGE DER ERDE IM WELTALL, ZU IHRER STOFFLICHEN ZUSAMMENSETZUNG UND IHREM INNEREN AUFBAU


1.1 EINLEITUNG


1.2 WAS IST GEOPHYSIK?


1.3 ZUM GEBRAUCH VON FORMELN


1.4 DIE ERDE IM WELTALL


1.5 AUFBAU DER ERDE


1.6 AUFGABEN UND FRAGEN


AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


2 RADIOAKTIVER ZERFALL UND DAS ALTER VON GESTEINEN


2.1 ISOTOPE, RADIOAKTIVITÄT UND ZERFALLSPROZESSE


2.2 METHODEN DER PHYSIKALISCHEN ALTERSBESTIMMUNG


2.2.1 Zerfalls- und Akkumulationsuhren aus dem Häufigkeitsverhältnis von Eltern- und Tochterisotopen


2.2.1.1 Isochronen-Methode beim einfachen Zerfall


2.2.1.2 Isochronen-Methode beim verzweigten Zerfall


2.2.1.3 Zerfallsreihen


2.2.2 Datierung mit kosmischen Radionukliden


2.2.3 Datierung mit radioaktiven Ungleichgewichten


2.2.4 Akkumulationsuhren auf der Grundlage von Strahlenschädigungen


2.2.5 Datierung mit Jahresmarkierungen stabiler Isotope


2.3 AUFGABEN UND FRAGEN


AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


3 ERDBEBEN UND DIE STRUKTUR DER ERDE


3.1 SEISMISCHE WELLEN UND IHRE WECHSELWIRKUNG MIT DER MATERIE UND DEN INNEREN GRENZFLÄCHEN DER ERDE
3.1.1 Wellen im täglichen Leben

3.1.2 Elastizität


3.1.3 Elastische Wellen


3.1.4 Energie und Energiedichte einer seismischen Welle


3.1.5 Dämpfung seismischer Wellen


3.1.6 Reflexion und Brechung seismischer Wellen an Grenzflächen


3.1.7 Seismometer


3.2 AUSBREITUNG VON ERDBEBENWELLEN


3.2.1 Inversion von Laufzeitkurven zur Bestimmung einer radialen Geschwindigkeitsverteilung in der Erde


3.2.2 Bestimmung von Grenzflächen in der Erde aus der charakteristischen Antwortfunktion (receiver function) seismischer Stationen


3.2.3 Seismische Tomografie zur Abbildung innerer Strukturen der Erde


3.2.4 Bestimmung der Entfernung zum Epizentrum eines Erdbebens


3.2.5 Herdmechanismen von Erdbeben und deren geodynamische Deutung


3.2.6 Bestimmung der Stärke von Erdbeben


3.2.7 Überwachung des internationalen Kernwaffenteststopp-Abkommens
3.3 EIGENSCHWINGUNGEN VON ERDE UND SONNE

3.3.1 Kugelfunktionsanalyse


3.3.2 Eigenschwingungen der Erde


3.3.3 Helio- und Astroseismologie


3.3.3.1 Globale Helioseismologie: Analyse solarer Eigenschwingungen


3.3.3.2 Lokale Helioseismologie: Laufzeitkurven und Ringdiagramme


3.4 AUFGABEN UND FRAGEN


AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


4 SCHWEREFELD UND FIGUR DER ERDE


4.1 GRAVITATION, ERDUMDREHUNG UND GEZEITEN


4.1.1 Gravitationspotenzial
4.1.2 Erdumdrehung

4.1.3 Gezeiten


4.1.4 Änderungen von Erdumdrehung und Erdumlauf um die Sonne


4.1.5 Coriolis- und Eötvös-Beschleunigung


4.2 SCHWEREPOTENZIAL UND GEOID


4.2.1 Lösung der Laplace-Gleichung für das Gravitationspotenzial und Entwicklung nach Kugelfunktionen


4.2.2 Entwicklung des Geoids nach Kugelfunktionen


4.3 SCHWEREANOMALIEN, SCHWEREREDUKTIONEN UND ISOSTASIE


4.3.1 Korrektur und Reduktion von Messwerten der Schwerebeschleunigung


4.3.1.1 Korrektur zeitlicher Variationen: Instrumentengang und Gezeiten


4.3.1.2 Die Breitenabhängigkeit der Normalschwere γ0


4.3.1.3 Höhenreduktionen: Freiluftreduktion δgF und Geländereduktion δgT


4.3.1.4 Bouguer-Reduktion δgB und atmosphärische Reduktion δgA


4.3.2 Globale und regionale Schwereanomalien


4.3.3 Isostasie und geodynamische Aspekte


4.4 AUFGABEN UND FRAGEN


AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


5 MAGNETFELD UND MAGNETOSPHÄRE DER ERDE


5.1 KOMPONENTEN UND STRUKTUR DES ERDMAGNETFELDS


5.2 QUELLEN DES ERDMAGNETFELDS
5.2.1 Der Geodynamo

5.2.2 Die Magnetosphäre der Erde


5.2.3 Das elektrische Feld der Erde


5.3 ENTWICKLUNG DES ERDMAGNETFELDS NACH INNEREN UND ÄUßEREN QUELLEN


5.3.1 Entwicklung des Erdmagnetfelds nach Kugelfunktionen


5.3.2 Aktuelle Modelle des erdmagnetischen Hauptfelds und magnetische Anomalien


5.4 MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN VON GESTEINEN


5.4.1 Induzierte Magnetisierung


5.4.2 Diamagnetismus


5.4.3 Paramagnetismus


5.4.4 Ferro- und Ferrimagnetismus


5.4.5 Remanente Magnetisierung


5.5 GESTEINSMAGNETISMUS


5.5.1 Magnetisierung von Gesteinen


5.6 PALÄOMAGNETIK: POLWANDERUNG UND FELDUMKEHR


5.6.1 Methoden der Paläomagnetik


5.6.2 Polwanderkurven


5.7 AUFGABEN UND FRAGEN


AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


6 WÄRME UND TEMPERATURFELD DER ERDE


6.1 WÄRMETRANSPORT IN DER ERDE


6.1.1 Thermodynamische Grundlagen
6.1.2 Grundlagen des Wärmetransports in der Erde

6.1.2.1 Erhaltung von Masse


6.1.2.2 Erhaltung von Energie


6.1.3 Die thermische Struktur der Erde


6.2 THERMISCHE ENERGIEBILANZ DER ERDE


6.2.1 Wärmequellen


6.2.1.1 Äußere Quellen


6.2.1.2 Innere Quellen


6.2.2 Wärmesenken


6.2.3 Wärmebilanz der Erde


6.3 WÄRMESPEICHERUNG, WÄRMEPRODUKTION UND WÄRMETRANSPORT IN DER ERDE
6.3.1 Wärmespeicherung

6.3.1.1 Wärmekapazität


6.3.1.2 Latente Wärme


6.3.1.3 Volumenbezogene thermische Kapazität


6.3.2 Radiogene Wärmeproduktion


6.3.3 Wärmeleitung und Wärmediffusion


6.3.3.1 Wärmeleitfähigkeit


6.3.3.2 Strahlungs-Wärmeleitfähigkeit


6.3.3.3 Variation der effektiven Gesteins-Wärmeleitfähigkeit mit der Temperatur


6.3.3.4 Thermische Diffusivität


6.4 DER THERMISCHE ZUSTAND VON ERDKERN UND ERDMANTEL
6.4.1 Konvektion im äußeren Erdkern

6.4.2 Konvektion im Erdmantel


6.5 DER THERMISCHE ZUSTAND DER ERDKRUSTE


6.5.1 Globale Variation des terrestrischen Wärmestroms


6.5.2 Verteilung radioaktiver Quellen mit der Tiefe


6.5.3 Paläoklima


6.5.4 Auskühlung ozeanischer Lithosphäre


6.5.5 Wärmeadvektion als Maß für Strömung


6.5.5.1 Bestimmung vertikaler Fließraten mit Péclet-Zahl-Analysen von Temperaturprofilen


6.5.5.2 Dimensionsanalyse thermischer Systeme


6.5.5.3 Freie Konvektion in porösem Gestein


6.6 AUFGABEN UND FRAGEN


AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


7 ANHANG 338


7.1 GEOLOGISCHE ZEITTAFELN UND PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE


7.2 ALLGEMEINE BEZUGSDATEN, UMRECHNUNGSFAKTOREN UND NATURKONSTANTEN 7


7.3 VORSICHT BEI GROßEN ZAHLEN: ABKÜRZUNG, PRÄFIXE UND NAMEN FÜR VIELFACHE UND BRUCHTEILE VON ZEHN IN VERSCHIEDENEN SPRACHEN


7.4 EINIGE RECHENREGELN FÜR VEKTOREN UND TENSOREN


7.5 DIE FEHLERFUNKTION


7.6 LEGENDRE-TRANSFORMATION


7.7 SEISMISCHE INTENSITÄTSSKALA EMS-98


7.8 ANTWORTFUNKTION EINES SEISMOMETERS


7.9 ERZEUGUNG EINES ZUM MITTLEREN MAGNETFELD PARALLELEN, TURBULENTEN MAGNETFELDS (Α-EFFEKT)


7.10 GLEICHUNGEN DER HYDRODYNAMIK


7.10.1 Die eulersche Bewegungsgleichung einer idealen Flüssigkeit


7.10.2 Die Navier-Stokes-Gleichung der Strömung einer zähen Flüssigkeit


7.10.3 Stokes-Strömung


7.10.4 Oberbeck-Boussinesq-Näherung


7.11 GLEICHUNGEN DER HYDROTHERMIK


7.11.1 Energietransport in zähen Fluiden


7.11.2 Beheizung oder Kühlung eines homogenen Halbraums von oben
7.11.3 Einsetzen freier Konvektion  lineare Stabilitätsanalyse

7.11.4 Wassertiefe über einer isostatisch ausgeglichenen, von oben gekühlten Lithosphärenplatte endlicher Dicke


8 ANTWORTEN ZU DEN FRAGEN UND LÖSUNGEN DER AUFGABEN


9 ZITIERTE LITERATUR


10 LISTE DER VERWENDETEN SYMBOLE UND SCHREIBWEISEN


11 STICHWORTVERZEICHNIS

Einführung in die Geophysik

Globale physikalische Felder und Prozesse in der Erde

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Beschreibung

Details

Einband

Gebundene Ausgabe

Erscheinungsdatum

20.02.2024

Verlag

Springer Berlin

Seitenzahl

421

Maße (L/B/H)

28,5/21,5/2,8 cm

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Einband

Gebundene Ausgabe

Erscheinungsdatum

20.02.2024

Verlag

Springer Berlin

Seitenzahl

421

Maße (L/B/H)

28,5/21,5/2,8 cm

Gewicht

1504 g

Auflage

3. Auflage

Sprache

Deutsch

ISBN

978-3-662-66163-5

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    1 GRUNDSÄTZLICHES ZUR GEOPHYSIK, ZUR LAGE DER ERDE IM WELTALL, ZU IHRER STOFFLICHEN ZUSAMMENSETZUNG UND IHREM INNEREN AUFBAU


    1.1 EINLEITUNG


    1.2 WAS IST GEOPHYSIK?


    1.3 ZUM GEBRAUCH VON FORMELN


    1.4 DIE ERDE IM WELTALL


    1.5 AUFBAU DER ERDE


    1.6 AUFGABEN UND FRAGEN


    AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


    2 RADIOAKTIVER ZERFALL UND DAS ALTER VON GESTEINEN


    2.1 ISOTOPE, RADIOAKTIVITÄT UND ZERFALLSPROZESSE


    2.2 METHODEN DER PHYSIKALISCHEN ALTERSBESTIMMUNG


    2.2.1 Zerfalls- und Akkumulationsuhren aus dem Häufigkeitsverhältnis von Eltern- und Tochterisotopen


    2.2.1.1 Isochronen-Methode beim einfachen Zerfall


    2.2.1.2 Isochronen-Methode beim verzweigten Zerfall


    2.2.1.3 Zerfallsreihen


    2.2.2 Datierung mit kosmischen Radionukliden


    2.2.3 Datierung mit radioaktiven Ungleichgewichten


    2.2.4 Akkumulationsuhren auf der Grundlage von Strahlenschädigungen


    2.2.5 Datierung mit Jahresmarkierungen stabiler Isotope


    2.3 AUFGABEN UND FRAGEN


    AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


    3 ERDBEBEN UND DIE STRUKTUR DER ERDE


    3.1 SEISMISCHE WELLEN UND IHRE WECHSELWIRKUNG MIT DER MATERIE UND DEN INNEREN GRENZFLÄCHEN DER ERDE
    3.1.1 Wellen im täglichen Leben

    3.1.2 Elastizität


    3.1.3 Elastische Wellen


    3.1.4 Energie und Energiedichte einer seismischen Welle


    3.1.5 Dämpfung seismischer Wellen


    3.1.6 Reflexion und Brechung seismischer Wellen an Grenzflächen


    3.1.7 Seismometer


    3.2 AUSBREITUNG VON ERDBEBENWELLEN


    3.2.1 Inversion von Laufzeitkurven zur Bestimmung einer radialen Geschwindigkeitsverteilung in der Erde


    3.2.2 Bestimmung von Grenzflächen in der Erde aus der charakteristischen Antwortfunktion (receiver function) seismischer Stationen


    3.2.3 Seismische Tomografie zur Abbildung innerer Strukturen der Erde


    3.2.4 Bestimmung der Entfernung zum Epizentrum eines Erdbebens


    3.2.5 Herdmechanismen von Erdbeben und deren geodynamische Deutung


    3.2.6 Bestimmung der Stärke von Erdbeben


    3.2.7 Überwachung des internationalen Kernwaffenteststopp-Abkommens
    3.3 EIGENSCHWINGUNGEN VON ERDE UND SONNE

    3.3.1 Kugelfunktionsanalyse


    3.3.2 Eigenschwingungen der Erde


    3.3.3 Helio- und Astroseismologie


    3.3.3.1 Globale Helioseismologie: Analyse solarer Eigenschwingungen


    3.3.3.2 Lokale Helioseismologie: Laufzeitkurven und Ringdiagramme


    3.4 AUFGABEN UND FRAGEN


    AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


    4 SCHWEREFELD UND FIGUR DER ERDE


    4.1 GRAVITATION, ERDUMDREHUNG UND GEZEITEN


    4.1.1 Gravitationspotenzial
    4.1.2 Erdumdrehung

    4.1.3 Gezeiten


    4.1.4 Änderungen von Erdumdrehung und Erdumlauf um die Sonne


    4.1.5 Coriolis- und Eötvös-Beschleunigung


    4.2 SCHWEREPOTENZIAL UND GEOID


    4.2.1 Lösung der Laplace-Gleichung für das Gravitationspotenzial und Entwicklung nach Kugelfunktionen


    4.2.2 Entwicklung des Geoids nach Kugelfunktionen


    4.3 SCHWEREANOMALIEN, SCHWEREREDUKTIONEN UND ISOSTASIE


    4.3.1 Korrektur und Reduktion von Messwerten der Schwerebeschleunigung


    4.3.1.1 Korrektur zeitlicher Variationen: Instrumentengang und Gezeiten


    4.3.1.2 Die Breitenabhängigkeit der Normalschwere γ0


    4.3.1.3 Höhenreduktionen: Freiluftreduktion δgF und Geländereduktion δgT


    4.3.1.4 Bouguer-Reduktion δgB und atmosphärische Reduktion δgA


    4.3.2 Globale und regionale Schwereanomalien


    4.3.3 Isostasie und geodynamische Aspekte


    4.4 AUFGABEN UND FRAGEN


    AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


    5 MAGNETFELD UND MAGNETOSPHÄRE DER ERDE


    5.1 KOMPONENTEN UND STRUKTUR DES ERDMAGNETFELDS


    5.2 QUELLEN DES ERDMAGNETFELDS
    5.2.1 Der Geodynamo

    5.2.2 Die Magnetosphäre der Erde


    5.2.3 Das elektrische Feld der Erde


    5.3 ENTWICKLUNG DES ERDMAGNETFELDS NACH INNEREN UND ÄUßEREN QUELLEN


    5.3.1 Entwicklung des Erdmagnetfelds nach Kugelfunktionen


    5.3.2 Aktuelle Modelle des erdmagnetischen Hauptfelds und magnetische Anomalien


    5.4 MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN VON GESTEINEN


    5.4.1 Induzierte Magnetisierung


    5.4.2 Diamagnetismus


    5.4.3 Paramagnetismus


    5.4.4 Ferro- und Ferrimagnetismus


    5.4.5 Remanente Magnetisierung


    5.5 GESTEINSMAGNETISMUS


    5.5.1 Magnetisierung von Gesteinen


    5.6 PALÄOMAGNETIK: POLWANDERUNG UND FELDUMKEHR


    5.6.1 Methoden der Paläomagnetik


    5.6.2 Polwanderkurven


    5.7 AUFGABEN UND FRAGEN


    AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


    6 WÄRME UND TEMPERATURFELD DER ERDE


    6.1 WÄRMETRANSPORT IN DER ERDE


    6.1.1 Thermodynamische Grundlagen
    6.1.2 Grundlagen des Wärmetransports in der Erde

    6.1.2.1 Erhaltung von Masse


    6.1.2.2 Erhaltung von Energie


    6.1.3 Die thermische Struktur der Erde


    6.2 THERMISCHE ENERGIEBILANZ DER ERDE


    6.2.1 Wärmequellen


    6.2.1.1 Äußere Quellen


    6.2.1.2 Innere Quellen


    6.2.2 Wärmesenken


    6.2.3 Wärmebilanz der Erde


    6.3 WÄRMESPEICHERUNG, WÄRMEPRODUKTION UND WÄRMETRANSPORT IN DER ERDE
    6.3.1 Wärmespeicherung

    6.3.1.1 Wärmekapazität


    6.3.1.2 Latente Wärme


    6.3.1.3 Volumenbezogene thermische Kapazität


    6.3.2 Radiogene Wärmeproduktion


    6.3.3 Wärmeleitung und Wärmediffusion


    6.3.3.1 Wärmeleitfähigkeit


    6.3.3.2 Strahlungs-Wärmeleitfähigkeit


    6.3.3.3 Variation der effektiven Gesteins-Wärmeleitfähigkeit mit der Temperatur


    6.3.3.4 Thermische Diffusivität


    6.4 DER THERMISCHE ZUSTAND VON ERDKERN UND ERDMANTEL
    6.4.1 Konvektion im äußeren Erdkern

    6.4.2 Konvektion im Erdmantel


    6.5 DER THERMISCHE ZUSTAND DER ERDKRUSTE


    6.5.1 Globale Variation des terrestrischen Wärmestroms


    6.5.2 Verteilung radioaktiver Quellen mit der Tiefe


    6.5.3 Paläoklima


    6.5.4 Auskühlung ozeanischer Lithosphäre


    6.5.5 Wärmeadvektion als Maß für Strömung


    6.5.5.1 Bestimmung vertikaler Fließraten mit Péclet-Zahl-Analysen von Temperaturprofilen


    6.5.5.2 Dimensionsanalyse thermischer Systeme


    6.5.5.3 Freie Konvektion in porösem Gestein


    6.6 AUFGABEN UND FRAGEN


    AUSGEWÄHLTE LEHRBÜCHER UND NACHSCHLAGEWERKE ZUR VERTIEFUNG


    7 ANHANG 338


    7.1 GEOLOGISCHE ZEITTAFELN UND PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE


    7.2 ALLGEMEINE BEZUGSDATEN, UMRECHNUNGSFAKTOREN UND NATURKONSTANTEN 7


    7.3 VORSICHT BEI GROßEN ZAHLEN: ABKÜRZUNG, PRÄFIXE UND NAMEN FÜR VIELFACHE UND BRUCHTEILE VON ZEHN IN VERSCHIEDENEN SPRACHEN


    7.4 EINIGE RECHENREGELN FÜR VEKTOREN UND TENSOREN


    7.5 DIE FEHLERFUNKTION


    7.6 LEGENDRE-TRANSFORMATION


    7.7 SEISMISCHE INTENSITÄTSSKALA EMS-98


    7.8 ANTWORTFUNKTION EINES SEISMOMETERS


    7.9 ERZEUGUNG EINES ZUM MITTLEREN MAGNETFELD PARALLELEN, TURBULENTEN MAGNETFELDS (Α-EFFEKT)


    7.10 GLEICHUNGEN DER HYDRODYNAMIK


    7.10.1 Die eulersche Bewegungsgleichung einer idealen Flüssigkeit


    7.10.2 Die Navier-Stokes-Gleichung der Strömung einer zähen Flüssigkeit


    7.10.3 Stokes-Strömung


    7.10.4 Oberbeck-Boussinesq-Näherung


    7.11 GLEICHUNGEN DER HYDROTHERMIK


    7.11.1 Energietransport in zähen Fluiden


    7.11.2 Beheizung oder Kühlung eines homogenen Halbraums von oben
    7.11.3 Einsetzen freier Konvektion  lineare Stabilitätsanalyse

    7.11.4 Wassertiefe über einer isostatisch ausgeglichenen, von oben gekühlten Lithosphärenplatte endlicher Dicke


    8 ANTWORTEN ZU DEN FRAGEN UND LÖSUNGEN DER AUFGABEN


    9 ZITIERTE LITERATUR


    10 LISTE DER VERWENDETEN SYMBOLE UND SCHREIBWEISEN


    11 STICHWORTVERZEICHNIS