Wettbewerb: Thema:
(   ) Schüler experimentieren (bis 14 Jahre)
(X) Jugend forscht (ab 14 Jahre) 
Messung und Auswertung der Seismogramme von Fernbeben

Idee    Durchführung
Seit Anfang des Jahres 1999 läuft im Keller des PKG kontinuierlich ein sehr empfindliches professionelles Seismometer ("Lacoste-Vertikal-Seismometer") der Universität Köln, mit dem alle Erdbeben  stärker ca. 6m   weltweit und ca. 5m im Umkreis von 2000-3000km gemessen werden können. Die analogen (elektrischen) Signale des Seismometers werden z.Zt. von einer kleinen Elektronik digitalisiert und mit einem Pascal-Delphi-Programm aufgezeichnet. Sie können gespeichert und ausgedruckt werden.

Folgende Verbesserungen und Erweiterungen wären für eine sinnvolle Beschäftigung mit den Seismogrammen erwünscht:

1.) Verbesserung der Zeitmessung: Die Zeitmessung erfolgt momentan durch die interne PC-Uhr, die für exakte Messungen zu ungenau arbeitet. Es soll daher die Möglichkeit geschaffen werden, die Zeitzeichensignale des Senders DCF77 zu empfangen und damit in regelmäßigen Abständen (etwa alle 10 Minuten) die PC-Uhr zu stellen. Elektronik und Programmierung hierzu sind recht weit fortgeschritten.

2.) Verbesserung der Möglichkeit der Zeitbestimmungen mit Hilfe des Programms und der Identifikation der Phasen des Seismogramms: Entscheidend für die Interpretation von Seismogrammen ist die exakte Zeitbestimmung von "Einsätzen" im Seismogramm, das sind die Zeiten, zu denen bestimmte Wellen vom Zentrum des Bebens eintreffen. Je nachdem, welcher Art diese Wellen sind und welchen Weg sie durch das Erdinnere genommen haben, kommen sie zu unterschiedlichen Zeiten beim Beobachter an. Die Zeiten können dann mit dem Standardmodell des Erdinneren (IASP91) verglichen werde. Ein (DOS-) Programm zu IASP91("ttime") liegt vor.

3.) Verbesserte Möglichkeiten der (vergrößerten und verkleinerten) Darstellung von Teilen des Seismogramms.

4.)  Verbesserte Möglichkeiten der Dokumentation der Seismogramme: Die Daten aller größeren (>5M) Beben weltweit werden vom USGS (US Geological Survey) gesammelt und sind über das Internet zu empfangen. Mit einer verbesserter Dokumentation der bei uns empfangenen Erdbeben kann man die Empfindlichkeit des Seismometers für unterschiedliche Entfernungen des Bebenzentrums testen.
 

Theoretische Voraussetzungen
Grundlegende Kenntnisse über Erdbeben, das Erdinnere und die Ausbreitung und Interpretation von Erdbebenwellen. Physik dazu: Mechanische Wellen, z.B. Metzler Kap. 3, Weiterführend: Walter Kertz, Einführung in die Geophysik I, S.30 ff. Es gibt viele populäre Darstellungen über Erdbeben, in der PGK-Bibliothek vorhanden z.B.

Für das Verständnis der Elektronik:

E-Lehre & Elektronik im Umfang der SI, z.B. Kuhn, Physik I, S. 222 - 275,  Grundlagen der Elektronik bis Operationsverstärker, Analog-Digitalwandler, CMOS: Analogschalter, Lit.: Elektronik-Kurs PKG, Datenblätter TTL, CMOS, MAX187 (A/D-Wandler), Tietze-Schenk: Halbleiterschaltungstechnik; Don Lancaster, CMOS-Kochbuch.

Für die Programmierung:

Pascal- und Delphi-Grundkenntnisse, Software Delphi 1,3 & 5 ist vorhanden, Programmierung der PC-Ports unter Windows: B. Kainka, H.-J. Berndt, PC-Schnittstellen unter Windows, Buch und CdRom vorhanden.
 

Praktische Voraussetzungen
Aufbau elektronischer Schaltungen auf der Steckplatine, PC-Bedienung (DOS- und Windows-Oberfläche)