Die Physiker unter der Erde

Erdbeben sind nicht nur ein beängstigendes Phänomen in Südostasien, sondern können auch für uns eine Rolle spielen. Vor ein paar Tagen war das auch bei uns im Schwarzwald spürbar (Erdbeben der Stärke  4,1 mit Epizentrum bei Hechingen).

Als erste Schulklasse nach einer zweijährigen Corona-Unterbrechung durfte nun der Physik-LK von Herrn Ortmann des Kepler Gymnasiums eine Führung im Black Forest Observatory (BFO)  im Heubachtal (Schiltach/Wolfach) genießen.

 

Beim BFO handelt es sich um eine kooperative Forschungseinrichtung für seismische Aktivitäten des KIT Karlruhe und der Universität Stuttgart mit internationaler Bedeutung.

Zuerst wurden wir von Herrn Forbriger vom KIT in die Grundlagen der Seismologie eingeführt. Dabei hat er uns auch erklärt, wie ein Seismometer funktioniert und, dass bei einem Seismometer sich die Masse durch die Massenträgheit nicht bewegt, sondern der Rest des Seismometers relativ zur Masse.

Anschließend wurden wir über die verschiedenen Störfaktoren für die Messungen informiert:

Jeder Schritt verformt den Boden messbar und erzeugt eine Schwingung im Boden, eine erhöhte Temperatur sorgt für eine Ausdehnung der Messinstrumente und führt so zu verfälschten Ergebnissen, Windräder in der Umgebung sorgen Zurück im Laborgebäude bringt Herr Forbriger dem Kurs das verheerende Tōhoku-Erdbeben nahe.Zurück im Laborgebäude bringt Herr Forbriger dem Kurs das verheerende Tōhoku-Erdbeben nahe.Zurück im Laborgebäude bringt Herr Forbriger dem Kurs das verheerende Tōhoku-Erdbeben nahe.Zurück im Laborgebäude bringt Herr Forbriger dem Kurs das verheerende Tōhoku-Erdbeben nahe.für Schwingungen im Boden und sogar eine Änderung des Erdmagnetfeldes kann eine Störung hervorrufen.

Um einige dieser Störungen zu eliminieren, bzw. zu minimieren, wurde das Observatium neben einem ehemaligen Bergwerksstollen errichtet, wobei die Messinstrumente rund 750 Meter tief im Stollen liegen und zusätzlich mit zwei Druckschleusen geschützt werden. Der Standort der Instrumente wurde so gewählt, weil in dem Stollen eine nahezu konstante Temperatur herrscht und weil der Stollen in Granit liegt, der sich nicht so leicht durch äußere Einflüsse verformt wie zum Beispiel Sandstein.

Beeindruckt hatte uns vor allem, wie wichtig Schwingungen und Wellen in der Erde sind und wie präzise die Messungen sein müssen. Denn unser heutiges Wissen über das Innere der Erde ist das Resultat der komplexen Auswertung seismischer Daten.

In Verbindung mit vielen anderen Messstationen auf der Welt kann heute genau bestimmt werden, wo das Epizentrum eines Erdbebens ist oder wenn gerade Kim Jong Un in Nordkorea wieder „heimlich“ einen Atomwaffentest stattfinden lässt.

Nachdem uns im Laborgebäude neben dem Stollen einige Seismometer, die außer Betrieb waren, gezeigt und erklärt worden sind, haben wir uns – eingeteilt in zwei Gruppen, eine unter der Leitung von Herrn Widmer-Schnidrig von der Uni Stuttgart, die andere unter der Führung von Herrn Forbriger - ausgerüstet mit Helmen und Lampen – auf den Weg in den Stollen gemacht, wo wir auch an einem Versuchsaufbau mit einem Seismometer vorbeikamen, der sich noch außerhalb des sensiblen, von Druckschleusen geschützten, Bereichs befand. An dieser Stelle der Führung sprangen wir gleichzeitig in die Luft und  erzeugten beim Aufkommen auf dem Boden selbst ein kleines "Erdbeben" welches wir dann in den Messdaten des Seismographen deutlich erkennen konnten.

Nach der Führung durch den Stollen sind wir wieder zurück ins Laborgebäude, wo uns Herr Forbriger eine Präsentation mit den möglichen Schwingungen, die bei einem Erdbeben entstehen können, gezeigt hat. Dabei demonstrierte er auch, dass unterschiedliche Schwingungen unterschiedlich schnell abklingen. In derselben Präsentation hat uns Herr Forbriger auch noch mehrere akustische Aufbereitungen des Tōhoku-Erdbebens (Japan) vom 11. März 2011 mit der Stärke von 9,1 auf der Richterskala gezeigt. Dabei wurde uns erst bewusst, welche Wucht so ein Erdbeben hat und wie dieses selbst bei uns in Deutschland messbar war. Um die Schwingungen zu veranschaulichen wurden die Wellen in akustische Schwingungen umgewandelt und gaben uns gleich ein besseres Gefühl für die Thematik.

Erst am Abend nach 18 Uhr war unser Informationsdurst gestillt und wir machten uns auf die Heimreise.

Alles in allem hatten wir an diesem Tag viel Spaß und haben viel Praxiswissen erlangt, das uns hilft, die Theorie in der Schule besser zu verstehen.

(Verfasst vom Physik-LK Abi 2023)

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