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Emergenzwinkel (Seismologie)

Seismische Signale (Seismik, Seismologie) werden an einem Messpunkt oft in 3 Komponenten registriert (1 vertikal, 2 horizontal). Aus den Amplituden dieser 3 Registrierungen läßt sich trigonometrisch berechnen, mit welchem Winkel die seismische Welle von unten auf die Erdoberfläche getroffen ist. Dieser Winkel ist der Emergenzwinkel oder Auftauchwinkel.

Dieser Winkel enthällt wesentliche Informationen über die Geschwindigkeitsverteilung seismischer Wellen im Untergrund (Bendorf'scher Satz).

Der aus den Komponenten der Schwingung berechnete Winkel ist allerdings nicht dieser (wahre) Emergenzwinkel sondern zunächst ein sog. scheinbarer Emergenzwinkel. Dies kommt daher, dass die Welle an der Erdoberfläche reflektiert wird und sich am Messpunkt einfallende und reflektierte Welle überlagern. Ist die einfallende Welle eine Longitudinalwelle (P-Welle) und der Reflexionskoeffizient 1, so ist im akustischen Fall (keine S-Wellen) der scheinbare Emergenzwinkel immer 90°, da die Vertikalkomponente doppelt so groß ist wie die der einfallenden Welle, die Horizontalkomponente aber Null, da die Horizontalkomponenten von einfallender und reflektierter Welle umgekehrtes Vorzeichen haben. Im elastischen Fall (P-Wellen und S-Wellen) hängt der scheinbare Emergenzwinkel vom vp/vs -Verhältnis ab.

In jedem Fall ist der Emergenzwinkel wesentlich größer als es sich aus der direkten Verbindung der Quelle mit dem Empfänger ergeben würde, denn die geologische Schichtung des Untergrundes ist in der Regel so, dass langsamere Schichten schnellere überlagern. Dies gilt insbesondere für eine oberflächennahe Verwitterungsschicht. Dadurch steilen sich die Wellen oberflächennah auf und kommen scheinbar steiler von unten.

Bedeutung für die Geothermie

Traditionell hat die Bestimmung der Emergenzwinkel bei der Ortung von Bebenherden eine Rolle gespielt, insbesondere bei der Bestimmung der Herdtiefe. Dies ist heute nicht mehr der Fall.

Eien größere Bedeutung hat der Emergenzwinkel bei der Beurteilung möglicher Schadenswirkung auf Gebäude. Er bestimmt mit. welche Komponenten der Registrierung eine größere Bedeutung haben.  Der Winkel kann auch eine Bedeutung haben im Zusammenhang mit der Mikrozonierung.

Literatur

Prey, ‎A., E. Tams, Einführung in die Geophysik ‎NA Schriftleitung der "Naturwissenschaften" - 2013 - ‎Science.