PREM

Radiale Dichteverteilung der Erde nach dem PREM
Resultierener Verlauf der Fallbeschleunigung im Vergleich zu groben Näherungen durch konstante bzw. lineare Dichte
Seismische Geschwindigkeiten für P- und S-Wellen nach dem Referenzmodell PREM (dunkel- bzw. hellgrün) im Vergleich mit dem IASP91-Referenzmodell (schwarz bzw. grau).

PREM (Abk. für Preliminary Reference Earth Model) ist ein Referenzmodell für seismische Geschwindigkeiten, Dichte, Druck und weitere physikalische Parameter im Erdinneren. Es ist neben dem IASP91-Referenzmodell eines der am häufigsten benutzten Erdmodelle.

Grundlagen

Die Ausbreitung von Erdbebenwellen durch den Erdkörper ist abhängig von der Verteilung der seismischen Geschwindigkeiten im Erdinneren. Diese hängen wiederum von den elastischen Parametern ab, die mit Druck und Dichte variieren. Aus den Laufzeiten verschiedener seismischer Wellenzüge, die von einem Erdbebenherd zu unterschiedlich weit entfernten Messstationen laufen, kann auf die globale Änderung der Geschwindigkeiten mit der Tiefe zurückgeschlossen werden.

Unterschiedliche Wellenphasen laufen dabei auf verschiedenen Strahlwegen durch den Erdkörper und liefern daher Informationen aus verschiedenen Tiefen. Aus einer Vielzahl einzelner Messwerte kann der graduelle Verlauf der Geschwindigkeitskurve bestimmt werden.

PREM

Das Preliminary Reference Earth Model wurde 1981 von Adam M. Dziewonski und Don L. Anderson entwickelt. Es handelt sich dabei um ein 1D-Geschwindigkeitsmodell für die Erde. Die Radiusangaben beziehen sich auf den mittleren Erdradius von 6371 km.

Zur genaueren Bestimmung der Dichteänderung mit der Tiefe wurden neben Erdbebenwellen auch Eigenschwingungen der Erde berücksichtigt. Lokale Geschwindigkeitsänderungen durch kleinräumige Heterogenitäten wurden durch Mittelung über eine Vielzahl von Einzelmessungen eliminiert. Ein Vorteil gegenüber anderen Referenzmodellen ist außerdem die Einbeziehung von Anisotropie in den oberen ca. 200 km.

In der Abbildung werden die Geschwindigkeitskurven nach PREM (hell- und dunkelgrün) direkt mit denen des IASP91-Modells (grau und schwarz) verglichen. Markante Unterschiede liegen z. B. in den Tiefen seismischer Diskontinuitäten. So ist die Mohorovičić-Diskontinuität (Krusten-Mantel-Grenze) nach PREM 10 km flacher als in IASP91, während die Mächtigkeit der Mantelübergangszone (MTZ) nach PREM um ca. 20 km größer ist. Wie IASP91 berücksichtigt auch PREM lediglich die kontinentale Kruste. Für die wesentlich dünnere ozeanische Kruste besitzen beide keine Gültigkeit.

Ein deutlicher Unterschied zu IASP91 ist auch der sehr ausgeprägte Geschwindigkeitssprung innerhalb des oberen Mantels bei 220 km (Lehmann-Diskontinuität), die nach neueren Erdmodellen eher als Änderung des Gradienten, statt eines echten sprunghaften Anstiegs der Geschwindigkeit dargestellt wird.

Literatur

  • Stacey, F. D.: Physics of the Earth, Brookfield Press, Brisbane, Australien, 1992. (englisch)
  • Dziewonski, A. M. & Anderson, D. L.: Preliminary reference Earth model, Physics of the Earth and Planetary Interiors, Band 25, S. 297–356, 1981. (englisch) doi:10.1016/0031-9201(81)90046-7

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RadialDensityPREM.jpg
Autor/Urheber: AllenMcC., Lizenz: CC BY 3.0
Earth's radial density distribution according to the Preliminary Reference Earth Model (PREM).
Premiasp.png
Das PREM Referenz-Erdmodell (A. M. Dziewonski & D. L. Anderson, 1981). Die Linien zeigen die seismischen Geschwindigkeiten für S- und P-Wellen (hell- bzw. dunkelgrün) im Erdinneren im Vergleich mit dem jüngeren IASP91 Modell (dünne graue bzw. schwarze Linien).
EarthGravityPREM.svg
Autor/Urheber: Con-struct, Lizenz: CC BY-SA 3.0
Earth's Gravity according to the Preliminary Reference Earth Model (PREM). The acceleration has its maximum at 3480 km and a value of 10.68 m/s²

The other curves show:

  1. An approximated Earth, where the density decreases linearly from center to surface. In this model, the density at the center is the same as in the PREM, but the surface density is chosen in such a way that the mass of the resulting sphere equals the mass of the Earth.
  2. An idealized Earth with constant density (naturally, Earth's average density was used for this).