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2015 | OriginalPaper | Chapter

20. Erdbeben und Reibung

Author: Valentin L. Popov

Published in: Kontaktmechanik und Reibung

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Auch tektonische Dynamik kann als ein Teil der Tribologie angesehen werden. Die Erdkruste besteht aus tektonischen Platten, die sich aufgrund der Konvektion in dem oberen Mantel relativ zu einander langsam bewegen. Auf der Zeitskala von Millionen von Jahren bestimmen diese Bewegungen die Struktur der Erdoberfläche. Auf der kurzen Zeitskala sind sie Ursache für Erdbeben. Reibungsmodelle finden Anwendung sowohl zur Beschreibung der Dynamik einzelner Bruchstellen als auch zur Beschreibung der Erdkruste als ein granulares Medium. Modelle für Mechanismen von Erdbeben beruhen auf der grundlegenden Beobachtung, dass Erdbeben nicht als Ergebnis einer plötzlichen Bildung und Ausbreitung eines neuen Risses in der Erdkruste entstehen. Vielmehr finden sie infolge eines plötzlichen Gleitens entlang einer bereits existierenden Bruchzone statt. Das wird unter anderem dadurch bestätigt, dass die Spannungsabnahme infolge eines Erdbebens (einige MPa) viel kleiner als die Festigkeit der Gesteine ist. Erdbeben sind daher eher ein reibungsphysikalisches als ein bruchmechanisches Phänomen. Spätestens seit der Arbeit von Brace und Byerlee ist es allgemein anerkannt, dass Erdbeben als Stick-Slip-Instabilitäten zu verstehen sind.
Footnotes
1
Brace, W.F. and Byerlee, J.D. Stick slip as a mechanism for earthquakes. Science, 1966, v. 153, pp. 990–992.
 
2
Solche Erdbeben werden wir als „schwache Erdbeben“ bezeichnen.
 
3
B. Gutenberg and C.F. Richter, Seismicity of the Earth and Associated Phenomena, 2nd ed. (Princeton, N.J.: Princeton University Press, 1954), pages 17–19 („Frequency and energy of earthquakes“).
 
4
Ein einfaches Modellbeispiel für zustandsabhängige Reibung haben wir bereits im Abschn. 12.​6 im Zusammenhang mit Untersuchung von reiberregten Schwingungen diskutiert.
 
5
Dieterich, J.H. Modelling of rock friction: 1. Experimental results and constitutive equations. 1979, J. Geophys. Res., v. 84, pp. 2161–2168.
 
6
Ruina, A. I. Slip instability and state variable friction laws. J. Geopgys. Res., 1983, v. 88, 10359–10370.
 
7
Marone, C. Laboratory-derived friction laws and their application to seismic faulting. Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 1998, v. 26, pp. 643–696.
 
8
M.F. Linker and J.H. Dieterich. Effects of variable normal stress on rock friction: observations and constitutive equations.- J. Geophys. Res., 1992, v. 97, pp. 4923–4940.
 
9
E.M. Anderson. The dynamics of faulting. Edinburgh: Oliver & Boyd.
 
10
Eine Diskussion zu diesem Thema basierend auf experimentellen Daten über Erdbeben in California siehe: Thurber C. and Sessions R. Assessment of creep events as potential earthquake precursors: Application to the creeping section of the san andreas fault, California, Pure appl. geophys. (1998), v. 152, pp. 685–705.
 
11
Diese Annahme entspricht einer linearen Skalierung der Gleitlänge \({D_c}\) mit der Geschwindigkeit; was für granulare Medien typisch ist. (Siehe z. B. T. Hatano, Scaling of the critical slip distance in granular layers. Geophysical Research Letters, 2009, v. 36, L18304 doi: 10.1029/2009GL039665.)
 
Metadata
Title
Erdbeben und Reibung
Author
Valentin L. Popov
Copyright Year
2015
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-45975-1_20

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