Nachklausur WS 2011/2012

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1 Nachklausur WS 2011/ Welche Übergänge zwischen unterschiedlichen Schalen im seismologischen Erdmodell sind stofflicher, welche lediglich struktureller Natur (bei gleicher Stofflichkeit?) a) Kruste - oberer Mantel b) 410 und 670 km Diskontinuität c)oberer Mantel - unterer Mantel d) Unterer Mantel - äußerer Kern e)äußerer Kern - innerer Kern 2. Welche Materialparameter werden mit folgenden Methoden erkundet: Seismik; Elektromagnetik; Gravimetrie; Geothermik; Gleichstromgeoelektrik; Magnetik; Magnetotellurik; Georadar 3. Hier sehen sie die geoelektrischen Sondierungskurven zweier horizontal geschichteter Halbräume. a) Wie viele Schichten hat Halbraum 1, wie viele Halbraum 2? b) Welche spezifischen elektrischen Widerstände haben die folgenden Schichten: unterste Schicht des HR 2, oberste Schicht des HR1? c) Wie viele Elektroden benötigen sie bei einer geoelektrischen Tiefensondierung? d) Welche Aufgaben haben diese Elektroden? e) Wie erreichen sie unterschiedliche Eindringtiefen bei der geoelektrischen Tiefensondierung? g) Was ist im gegensatz dazu der elektrische Widerstand? h) Welche Größen bestimmen den spezififschen elektrischen Widerstand eines Gesteins nach dem Gesetz von Archie? 4.a) Welches einfache Referenzfeld wählt man, um das tatsächliche Erdmagnetfeld räumlich zu beschreiben? b) Welchem Abstandsgesetz folgt dieses einfache Referenzfeld? c) Welche komponente ist größer: die Radialkomponente im Abstand r zur Verlängerung der Dipolachse (1. Gaußsche Hauptlage) oder die Tangentialkomponente im Abstand r senkrecht zur Dipolachse (2. Gaußsche Hauptlage)?

2 d) Wie groß ist der Faktor zwischen 1. und 2. gaußscher Hauptlage? e) Wie nennt man die residualen Anteile des Erdmagnetfelds, welche die Abweichungen zum Referenzfeld ausmachen? f) Das oben erwähnte einfache referenzfeld hat ein Potential. Welchem Abstandsgesetz folgt das Potential und wie erhält man daraus das Feld? 5. Welche Größe ist bei der Messung des Erdmagnetfelds mit einem Protonenmagnetometer proportional zur Feldstärke, d.h. welche Grüße wird eigentlich messtechnisch erfasst? SS Gliedern Sie den Aufbau der Erde. Geben Sie kurz die charakteristischen Eigenschaften der einzelnen Bereiche und deren Tiefenerstreckung an. Wie alt ist die Erde? 2. In der Vorlesung wurde die eindimensionale elastische Wellengleichung hergeleitet. Notieren Sie diese Gleichung und beschreiben Sie die einzelnen Größen. Wie sieht der dabei auftretende Koeffizient aus für a) eine Kompressionswelle im Stab b) eine Kompressionswelle im Vollraum und c) eine Scherwelle im Vollraum. Welche Größe beschreibt der Koeffizient? 3. Wo entsteht das Magnetfeld der Erde? Wie nennt sich dessen Entstehungsprinzip? Welche Gestalt hat das statische Magnetfeld in erster Näherung in Erdnähe? Wo ist die Inklination 0, wo 90? (Achten Sie genau auf Ihre Wortwahl!) 4. Wie kommen die erdmagnetischen Streifenmuster entlang der mittelozeanischen Rücken zustande? 5. Welches sind die wichtigsten elektrischen Leitfähigkeitsmechanismen im Gestein? 6. Beschreiben Sie den Skineffekt elektromagnetischer Felder! Wieso bekommt man über ihn unterschiedliche Informationen aus unterschiedlichen Tiefen? Was ist die Skintiefe? 7. Welchem Abstandsgesetz gehorcht das Gravitationspotential außerhalb von Massen? Wie heißt das zugehörige Feld, wie lautet dessen Abstandsgesetz und durch welche mathematische Operation erhält man es aus dem Potential? 8. Was ist die so genannte Gleichgewichtsflut? Welche ungefähre Höhe hat sie auf der Erde in Bezug auf a) den Mond b) die Sonne? 9. Wie verhalten sich in die Erde eindringende Temperaturwellen? Beschreiben Sie die Phänomene! Welchen grundlegenden Charakter hat der Wärmeleitungsprozess? Nennen Sie Beispiele für Temperaturwellen! 10. Wodurch wird ein entscheidender Anteil des Wärmehaushalts der Erde fortwährend bereitgestellt? Nennen Sie die daran beteiligten Elemente! Wie hoch ist die Temperatur im Erdmittelpunkt?

3 SS ) Welches sind die beiden wichtigsten seismischen Wellentypen und worin unterscheiden sie sich? 5P 2) Wie ist die lokale Magnitude nach Richter definiert? Welchen Zahlenwert erhält sie, wenn die auf 100 km Entfernung reduzierte Amplitude 1 mm und die Amplitude eines Standard-Bebens 1 µm ist? Wie viel mal stärker als das Standard-Beben ist dieses Erdbeben? Welche Magnitude bekommt ein Beben der Stärke eines Standard-Erdbebens zugeordnet? 10P 3) Was ist der Elastizitätsmodul? Welche physikalische Einheit besitzt er und warum ist er kleiner als der (unbenannte) Modul M? 5P 4) Nimmt die Scherwellengeschwindigkeit zu oder ab, wenn der Schermodul größer wird? Welche Rolle spielt dabei die Dichte? Argumentieren Sie! 10P 5) Wir nehmen ein horizontales Zweischicht-Modell seismischer Geschwindigkeiten an. Unter welchen Bedingungen entsteht eine refraktierte Welle, die entlang der Schichtgrenze läuft? 8 Welche Geschwindigkeit besitzt sie? 8P 6) In welchem Teil der Erde entsteht deren Magnetfeld? ( ) Kruste ( ) Mantel ( ) Astenosphäre ( ) äußerer Kern ( ) innerer Kern 2P 7) Nehmen wir an, es gäbe magnetische Pole. Wie verhält sich das magnetische Potential dieses Pols mit dem Abstand? Wie verhält sich das magnetische Feld B? Wie lautet die Beziehung zwischen Potential und Feld, wenn das Feld konservativ ist? 5P 8) Wie kann man das Erdmagnetfeld in erster Näherung beschreiben? Wie heißen die Anteile, die dadurch nicht erfasst werden? Sind diese zeitlich konstant? Wenn nein, welches sind die wichtigsten zeitlichen Änderungen, die ihren Ursprung im Erdinnern haben? Bei welcher Periode liegt etwa die Grenze zwischen internen und externen zeitlichen Magnetfeldvariationen? Welchen Einfluss mag die letzte Eiszeit auf die zeitliche Veränderung des Erdmagnetfelds gehabt haben? 15P 9) Beschreiben Sie das Prinzip eines selbst erhaltenden starren mechanischen Dynamos! Machen Sie Skizzen, wenn nötig. 10P 10) Wir nehmen rechtwinklige kartesische Koordinaten x, y,z an. In welche Richtung zeigt die induzierte Magnetisierung eines Körpers bei einem herrschenden äußeren Magnetfeld H = (Hx,0, 0)? Welche physikalische Größe verbindet die magnetische Feldstärke und die induzierte Magnetisierung? Was wird durch diese Größe grundsätzlich charakterisiert? Wie erkennt man die unterschiedlichen Arten des Magnetismus an ihr? 8P 11) Welche Gesteinseigenschaft kann mit Hilfe gravimetrischer Messungen abgeschätzt werden?

4 ( ) Dichte ( ) Suszeptibilität ( ) Dielektlizität 2P 12) Beschreiben Sie die Entstehung von Gezeiten auf der Erde. Nehmen Sie der Einfachheit halber ausschließlich den Einfluss des Mondes an. Wie viele Flutberge entstehen dabei? Spielt die Sonne auch eine Rolle bei der Gezeitenentstehung? Wenn ja, wie wirkt sie sich aus? 15P 13) Was ist die Schwere? Aus welchen Komponenten setzt sie sich zusammen? Ist sie größer am Pol oder am Äquator? Warum? 5P SS Die Geophysik wird in 2 TEILGEBIETE gegliedert. Nennen Sie diese und jeweils drei ihrer Arbeitsgebiete! 2. Erklären Sie den Begriff SEISMIZITÄT! 3. Was bilden BENIOFF-Zonen ab? 4. Der Seismologe nutzt Erdbebenwellen als Informationsquellen für die Schalenstruktur des Erdinneren. Wie werden die Messkurven bezeichnet die derartige Informationen enthalten? Nennen Sie ein Merkmal und eine Auswertungsgröße aus diesem Merkmal! 5. Was beinhaltet der Begriff SCHATTENZONE in der Seismologie und wodurch entsteht diese! 6. Was ist die Ursache für die Entstehung von TAUCHWELLEN? 7. Nennen Sie die beiden wichtigsten DRIFTKRÄFTE der Plattentektonik! 8. Erklären Sie den Begriff HOTSPOT! 9. Was versteht der Geophysiker unter 4D-MESSUNGEN? 10. Der Geophysiker unterscheidet zwischen natürlichen und künstlichen Feldern. Erklären Sie den geophysikalischen FELD-Begriff und nennen Sie je 2 Beispiele! 11. Welche STÖRKÖRPER-Eigenschaften beeinflussen geophysikalische Messgrößen? 12. Was beinhaltet das ÄQUIVALENZPRINZIP in der Geophysik? 13. Worin besteht der wesentliche Unterschied zwischen geophysikalische WELLEN- und POTENTIALVERFAHREN?

5 14. Was versteht man in der Geophysik unter ANOMALIE? 15. Erklären Sie die Messarten KARTIERUNG und SONDIERUNG! 16. Welche seismischen Wellenarten gibt es? Beschreiben Sie ihre POLARISATIONSART! 17. Was versteht der Seismiker unter dem DHI-Indikator? 18. Wozu dienen in der Gravimetrie und Magnetik SCHLEIFEN-Messungen? 19. Neben Strukturerkundung ist eine Hauptaufgabe der Geophysik auch die Überwachung. Mit welchen geophysikalischen Verfahren ist eine VERDICHTUNGSKONTROLLE möglich? Nennen Sie die Größenordnungen des messbaren Dichteeffekts! 20. Wodurch wird bei geophysikalischen Bohrlochmessungen ein SYNERGIE-Effekt erzeugt?