Entfernungsmessungen, Erdbeben und Seismografie

Eine besondere Methode der Entfernungsbestimmung ist auch die Radio-Astronomie. In diesem Artikel soll auf eine ganz bestimmte, geodätische Anwendung eingegangen werden, mit deren Hilfe die so genannte Kontinentaldrift nachgewiesen und auch quantitativ gemessen wird. Es war der deutsche Meteorologe und Polarwissenschaftler Alfred Lothar Wegener (1880 – 1930), der mit seiner Theorie der Kontinentalverschiebung die Grundlagen der modernen Plattentektonik schuf. Zu seinen Lebzeiten erntete er dafür übrigens nur Spott und Häme von den eitlen, neidischen Wissenschaftler-Kollegen. Da die Kontinente mit Geschwindigkeiten von nur wenigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern pro Jahr über den Planeten “schwimmen”, war Wegeners Theorie verständlicherweise auch nicht für jeden sofort plausibel. Heute sind wir in der Lage, beispielsweise mit Hilfe von Fundamentalstationen die Positionen bestimmter Landmarken auf den Kontinenten präzise immer wieder neu mit genauen Entfernungsmessungen zu bestimmen, sodass dadurch eine “Überwachung” und ein “Monitoring” der tatsächlichen Kontinentalbewegungen möglich ist.

Mit den weltweiten Fundamental- und Satellitenstationen wird ein hochpräziser, geodätischer Koordinatenrahmen auf der Erdoberfläche verankert. Auf diese Weise wird auch die Beziehung zwischen terrestrischen und himmelsastronomischen (zölestischen) Koordinaten hergestellt. Daher darf man eine Fundamentalstation durchaus mit einer Sternwarte vergleichen. In der Hauptsache werden hier Laser- und Radiomessungen zu Satelliten, GLONASS, GPS und VLBI durchgeführt, wobei die Fundamentalstationen mit ihren Radioteleskopen ganz gezielt auf einen geologisch besonders stabilen Untergrund (anstehendes Tiefengestein) gegründet werden müssen. Ein extremes Gegenbeispiel wäre eine Fundamentalstation auf einem “fließenden” Gletscher. In diesem Fall könnte man die Kontinent- und Gletscherbewegungen nicht genau trennen.
entfernungsmessung

Kontinentaldrift auf den Millimeter genau

Mit dem Erreichen einer solchen Genauigkeit in der Entfernungsmessung können außer den Bewegungen der einzelnen Erdplatten auch andere kleine und langsame Bewegungen nachgewiesen und quantitativ gemessen werden, so z. B. die Erdnutation, die Bewegungen der Pole oder auch langwellige Bewegungen durch die Erdgezeiten.

Die wichtigste Fundamentalstation in Europa steht im Bayerischen Wald nahe dem kleinen Ort Wettzell, das ist ein Ortsteil von Bad Kötzting. Der Betreiber sind das BKG (Bundesamt für Kartografie und Geodäsie in Frankfurt am Main) und die FESG (Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie der TU München).  Mehr Informationen über diese Fundamentalstation unter http://www.fs.wettzell.de/. Weitere wichtige Stationen gibt es z. B. noch in Süditalien und am Schwarzen Meer, in den USA und Chile, in Südafrika und in Ostasien. Man ist bestrebt, noch bestehende Lücken in diesem weltumspannenden Netzwerk in Australien, Afrika und Südasien zu schließen.

Weitere Sonderformen der Entfernungsmessung

Seismologische Stationen registrieren weltweit Erschütterungen des Erdkörpers, die sich als Schallwellen durch das Gestein im gesamten Erdinneren fortsetzen. Die prominentesten Ursachen für seismische Wellen sind natürlich die Erdbeben, es kommen aber Steinbruchsprengungen, Meteoriteneinschläge oder Atomwaffentests dafür in Frage. Um nun den Ursprungsort beispielsweise eines Erdbebens (Hypozentrum) zu lokalisieren, muss an möglichst vielen seismologischen Stationen eine Entfernungsmessung vorgenommen werden. Die so resultierenden Kreise um die jeweiligen Stationsorte schneiden sich dann im Idealfall in einem Punkt, dem Epizentrum des Bebens, das ist die Projektion des Erdbebenherdes an die Erdoberfläche. Außerdem finden Sie unter http://www.dievermessung.de/ sehr informative Informationen zur Entfernungsmessung.

Entfernungsbestimmung des Epizentrums mit einem Seismogramm

Da ein Erdbeben viele verschiedene Wellentypen auslöst, die alle mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Gesteine laufen, tritt das physikalische Phänomen der Dispersion auf. Das bedeutet, dass der zeitliche Unterschied zweier Wellenphasen um so größer ist, je weiter das Beben entfernt ist. Unter der Voraussetzung, dass man ein sehr gut passendes Erdmodell bei seinen Berechnungen verwendet, können auf dieser Basis die Entfernungsbestimmungen und damit die Lokalisationen relativ präzise durchgeführt werden. Öffentliche Seismogramme gibt es unter geophysics.zmaw.