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Dieses populäre deutschsprachige Lehrbuch zur Geophysik führt Studierende und wissenschaftlich Interessierte mit seiner dritten, vollständig überarbeiteten Auflage auf einem mittleren Niveau in die Physik der Erde ein. Dabei geht es weit über eine rein phänomenologische Beschreibung hinaus und erläutert systematisch die physikalischen Grundlagen der beschriebenen Prozesse und Felder, die die Erde als Ganzes betreffen: ihre Position im Weltall; ihren inneren Aufbau; ihr Alter und das ihrer Gesteine; Erdbeben und deren Nutzung zur Erkundung der Struktur der Erde; ihre äußere Form, Gezeiten und isostatischen Ausgleichsprozesse; die Struktur des Erdmagnetfeldes, den das Erdmagnetfeld erzeugenden Geodynamo sowie die Wechselwirkung zwischen der Magnetosphäre der Erde und dem Plasmastrom des Sonnenwinds; das Temperaturfeld der Erde und Wärmetransportprozesse in Kern, Mantel und Kruste der Erde und deren Bedeutung für den Antrieb des Geodynamos und der Plattentektonik.

 

 

Aus dem Inhalt:

1 Grundsätzliches zur Geophysik, zur Lage der Erde im Weltall, zu ihrer stofflichen Zusammensetzung und ihrem inneren Aufbau 1 / 1.1 Einleitung 2 / 1.2 Was ist Geophysik? 3 / 1.3 Zum Gebrauch von Formeln 11 / 1.4 Die Erde im Weltall 14 / 1.5 Aufbau der Erde 26 / 1.6 Aufgaben und Fragen 32 / Ausgewählte Lehrbücher und Nachschlagewerke zur Vertiefung 32 / / 2 Radioaktiver Zerfall und das Alter von Gesteinen 33 / 2.1 Isotope, Radioaktivität und Zerfallsprozesse 36 / 2.2 Methoden der physikalischen Altersbestimmung 40 / 2.2.1 Zerfalls- und Akkumulationsuhren aus dem Häufigkeitsverhältnis von Eltern- und Tochterisotopen 41 / 2.2.1.1 Isochronen-Methode beim einfachen Zerfall 41 / 2.2.1.2 Isochronen-Methode beim verzweigten Zerfall 42 / 2.2.1.3 Zerfallsreihen 44 / 2.2.2 Datierung mit kosmischen Radionukliden 47 / 2.2.3 Datierung mit radioaktiven Ungleichgewichten 49 / 2.2.4 Akkumulationsuhren auf der Grundlage von Strahlenschädigungen 51 / 2.2.5 Datierung mit Jahresmarkierungen stabiler Isotope 52 / 2.3 Aufgaben und Fragen 54 / Ausgewählte Lehrbücher und Nachschlagewerke zur Vertiefung 56 / / 3 Erdbeben und die Struktur der Erde 57 / 3.1 Seismische Wellen und ihre Wechselwirkung mit der Materie und den inneren Grenzflächen der Erde 65 / 3.1.1 Wellen im täglichen Leben 65 / 3.1.2 Elastizität 66 / 3.1.3 Elastische Wellen 68 / 3.1.4 Energie und Energiedichte einer seismischen Welle 74 / 3.1.5 Dämpfung seismischer Wellen 74 / 3.1.6 Reflexion und Brechung seismischer Wellen an Grenzflächen 75 / 3.1.7 Seismometer 78 / 3.2 Ausbreitung von Erdbebenwellen 81 / 3.2.1 Inversion von Laufzeitkurven zur Bestimmung einer radialen Geschwindigkeitsverteilung in der Erde 85 / 3.2.2 Bestimmung von Grenzflächen in der Erde aus der charakteristischen Antwortfunktion (receiverfunction) seismischer Stationen 85 / 3.2.3 Seismische Tomografie zur Abbildung innerer Strukturen der Erde 89 / 3.2.4 Bestimmung der Entfernung zum Epizentrum eines Erdbebens 94 / 3.2.5 Herdmechanismen von Erdbeben und deren geodynamische Deutung 98 / 3.2.6 Bestimmung der Stärke von Erdbeben 102 / 3.2.7 Überwachung des internationalen Kernwaffenteststopp-Abkommens 115 / 3.3 Eigenschwingungen von Erde und Sonne 118 / 3.3.1 Kugelfunktionsanalyse 120 / 3.3.2 Eigenschwingungen der Erde 123 / 3.3.3 Helio- und Astroseismologie 133 / 3.3.3.1 Globale Helioseismologie: Analyse solarer Eigenschwingungen 137 / 3.3.3.2 Lokale Helioseismologie: Laufzeitkurven und Ringdiagramme 139 / 3.4 Aufgaben und Fragen 141 / Ausgewählte Lehrbücher und Nachschlagewerke zur Vertiefung 142 / / 4 Schwerefeld und Figur der Erde 143 / 4.1 Gravitation, Erdumdrehung und Gezeiten 148 / 4.1.1 Gravitationspotenzial 149 / 4.1.2 Erdumdrehung 151 / 4.1.3 Gezeiten 153 / 4.1.4 Änderungen von Erdumdrehung und Erdumlauf um die Sonne 157 / 4.1.5 Coriolis- und Eötvös-Beschleunigung 164 / 4.2 Schwerepotenzial und Geoid 165 / 4.2.1 Lösung der Laplace-Gleichung für das Gravitationspotenzial und Entwicklung nach Kugelfunktionen 166 / 4.2.2 Entwicklung des Geoids nach Kugelfunktionen 170 / 4.3 Schwereanomalien, Schwerereduktionen und Isostasie 176 / 4.3.1 Korrektur und Reduktion von Messwerten der Schwerebeschleunigung 176 / 4.3.1.1 Korrektur zeitlicher Variationen: Instrumentengang und Gezeiten 177 / 4.3.1.2 Die Breitenabhängigkeit der Normalschwere Yo 177 / 4.3.1.3 Höhenreduktionen: Freiluftreduktion ögF und Geländereduktion ögT 177 / 4.3.1.4 Bouguer-Reduktion ÖgB und atmosphärische Reduktion ögA 182 / 4.3.2 Globale und regionale Schwereanomalien 184 / 4.3.3 Isostasie und geodynamische Aspekte 187 / 4.4 Aufgaben und Fragen 194 / Ausgewählte Lehrbücher und Nachschlagewerke zur Vertiefung 195 / / 5 Magnetfeld und Magnetosphäre der Erde 197 / 5.1 Komponenten und Struktur des Erdmagnetfelds 205 / 5.2 Quellendes Erdmagnetfelds 212 / 5.2.1 DerGeodynamo 213 / 5.2.2 Die Magnetosphäre der Erde 221 / 5.2.3 Das elektrische Feld der Erde 231 / 5.3 Innere und äußere Quellen des Erdmagnetfelds 232 / 5.3.1 Entwicklung des Erdmagnetfelds nach Kugelfunktionen 233 / 5.3.2 Aktuelle Modelle des erdmagnetischen Hauptfelds und magnetische Anomalien 235 / 5.4 Magnetische Eigenschaften von Gesteinen 243 / 5.4.1 Induzierte Magnetisierung 243 / 5.4.2 Diamagnetismus 245 / 5.4.3 Paramagnetismus 245 / 5.4.4 Ferro- und Ferrimagnetismus 245 / 5.4.5 Remanente Magnetisierung 248 / 5.5 Gesteinsmagnetismus 248 / 5.5.1 Magnetisierung von Gesteinen 248 / 5.6 Paläomagnetik: Polwanderung und Feldumkehr 252 / 5.6.1 Methoden der Paläomagnetik 253 / 5.6.2 Polwanderkurven 255 / 5.7 Aufgaben und Fragen 255 / Ausgewählte Lehrbücher und Nachschlagewerkezur Vertiefung 257 / / 6 Wärme und Temperaturfeld der Erde 259 / 6.1 Wärmetransport in derErde 261 / 6.1.1 Thermodynamische Grundlagen 261 / 6.1.2 Grundlagen des Wärmetransports in der Erde 266 / 6J.2.1 Erhaltung von Masse 266 / 6.1.2.2 Erhaltung von Energie 267 / 6.1.3 Diethermische Struktur der Erde 269 / / / 6.2 Thermische Energiebilanz der Erde 272 / 6.2.1 Wärmequellen 272 / 6.2.1.1 Äußere Quellen 272 / 6.2.1.2 Innere Quellen 275 / 6.2.2 Wärmesenken 280 / 6.2.3 Wärmebilanz der Erde 281 / 6.3 Wärmespeicherung, Wärmeproduktion und Wärmetransport in der Erde 281 / 6.3.1 Wärmespeicherung 283 / 6.3.1.1 Wärmekapazität 283 / 6.3.1.2 LatenteWärme 287 / 6.3.1.3 Volumenbezogenethermische Kapazität 289 / 6.3.2 Radiogene Wärmeproduktion 290 / 6.3.3 Wärmeleitung und Wärmediffusion 292 / 6.3.3.1 Wärmeleitfähigkeit 292 / 6.3.3.2 Strahlungs-Wärmeleitfähigkeit 297 / 6.3.3.3 Variation der effektiven Gesteins-Wärmeleitfähigkeit mitder Temperatur 300 / 6.3.3.4 Thermische Diffusivität 302 / 6.4 Der thermische Zustand von Erdkern und Erdmantel 303 / 6.4.1 Konvektion im äußeren Erdkern 304 / 6.4.2 Konvektion im Erdmantel 309 / 6.5 Der thermische Zustand der Erdkruste 314 / 6.5.1 Globale Variation des terrestrischen Wärmestroms 314 / 6.5.2 Verteilung radioaktiver Quellen mit der Tiefe 317 / 6.5.3 Paläoklima 318 / 6.5.4 Auskühlung ozeanischer Lithosphäre 328 / 6.5.5 Wärmeadvektion als Maß für Strömung 336 / 6.5.5.1 Bestimmung vertikaler Fließraten mit Peclet-Zahl-Analysenvon Temperaturprofilen 336 / 6.5.5.2 Dimensionsanalyse thermischer Systeme 338 / 6.5.5.3 Freie Konvektion in porösem Gestein 339 / 6.6 Aufgaben und Fragen 342 / Ausgewählte Lehrbücher und Nachschlagewerke zur Vertiefung 342 / / 7 Anhang 343 / 7.1 Geologische Zeittafeln und Periodensystem der Elemente 344 / 7.2 Allgemeine Bezugsdaten, Umrechnungsfaktoren undNaturkonstanten 355 / 7.3 Vorsicht bei großen Zahlen: Abkürzung, Präfixe und Namen für Vielfache und Bruchteile von Zehn in verschiedenen Sprachen 356 / 7.4 Einige Rechenregeln für Vektoren und Tensoren 358 / 7.5 Die Fehlerfunktion 365 / 7.6 Legendre-Transformation 366 / 7.7 Seismische Intensitätsskala EMS-98 367 / 7.8 Antwortfunktion eines Seismometers 367 / 7.9 Erzeugung eines zum mittleren Magnetfeld parallelen, turbulenten Magnetfelds (a-Effekt) 368 / 7.10 Gleichungen der Hydrodynamik 368 / 7.10.1 Die eulersche Bewegungsgleichung einer idealen Flüssigkeit 368 / 7.10.2 Die Navier-Stokes-Gleichung der Strömung einer zähen Flüssigkeit 369 / 7.10.3 Stokes-Strömung 373 / 7.10.4 Oberbeck-Boussinesq-Näherung 374 / 7.11 Gleichungender Hydrothermik 375 / 7.11.1 Energietransport in zähen Fluiden 375 / 7.11.2 Beheizung oder Kühlung eines homogenen Halbraums vonoben 378 / 7.11.3 Einsetzen freier Konvektion-lineare Stabilitätsanalyse 380 / 7.11.4 Wassertiefe über einer isostatisch ausgeglichenen, von oben gekühlten Lithosphärenplatte endlicher Dicke 382 / / / 8 Antworten zu den Fragen und Lösungen der Aufgaben 383 / / Serviceteil / Liste der verwendeten Symbole und Schreibweisen 398 / Zitierte Literatur 405 / Stichwortverzeichnis 415