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Oberflächenwelle

Oberflächenwellen. Oben: Rayleigh, unten: Love. Quelle: MWegner

Oberflächenwellen sind seismische Wellen, die sich anders als die Raumwellen (P- und S-Wellen) an der Erdoberfläche ausbreiten. Je nach Partikelbewegung wird zwischen Love-Wellen und Rayleigh-Wellen unterschieden.  Oberflächenwellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie an der Oberfläche geführt laufen und dass deren (oft große) Amplituden mit der Tiefe exponentiell abnehmen.

In der Seismik (Exploration) sind Oberflächenwellen (ground roll) Störwellen (noise) und werden durch geeignete Maßnahmen bei der Datenerfassung und dem Prozessing bekämpft.

In der Seismologie (Erdbebenkunde) sind die Oberflächen in der Regel die Wellen, die zu Gebäudeschäden und zu Zerstörungen führen. Da sie sich wesentlich langsamer ausbreiten als Raumwellen, besteht eine Chance für eine Frühwarung und es bleiben einige Minuten Zeit z. B. für automatische Abschaltungen oder/ und die Mobilisierung von Rettungskräften.

Welleneigenschaften

Oberflächenwellen sind dispersiv, ihre Ausbreitungsgeschwindigkeiten sind also frequenzabhängig. Diese Frequenzabhängigkeit wird durch Dispersionskurven beschrieben in denen die Geschwindigkeit oder Langsamkeit gegen die Frequenz dargestellt ist. Die Wellen haben dabei Resonanzerscheinungen (Moden), so dass bei einer Beschreibung des Wellenfeldes eine Zerlegung in diese Moden (Modalanalyse) notwendig wird.

Die Dispersion führt dazu, dass sich in ihnen die Energie mit einer anderen (kleineren) Geschwindigkeit (Gruppengeschwindigkeit) ausbreitet als die Wellenphase (Phasengeschwindigkeit). Diese Geschwindigkeiten haben demnach auch unterschiedliche Dispersionskurven. Die Dispersionkurven der Gruppengeschwindigkeit haben oft charakteristische Minima (Airy-Phasen), die zu großen (oft zerstörerischen) Amplituden führen.

Bedeutung in der Geothermie

In de Geothermie spielen Oberflächenwellen sowohl in der Seismik (Exploration) als auch in der Seismologie (Erdbebenkunde) eine Rolle.

Literatur

Stankiewicz, J., Bauer, K., Ryberg, T.: Lithology classification from seismic tomography: additional constraints from surface waves. In: Journal of African Earth Sciences Nummer 58 (2010), S. 547-552, dx.doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2010.05.01 

Dresen L, Rüter H.:
Seismic Coal Exploration – Part B: In-Seam Seismics, Handbook of Geophysical Exploration.
Pergamon Press

Weblink

http://de.wikipedia.org/wiki/Oberflächenwellenseismik