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Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Strukturen im äußeren Erdkern zu untersuchen und Rückschlüsse auf die sich daraus ergebenden Konsequenzen für geodynamische Modellvorstellungen zu ziehen. Die Untersuchung der Kernphasenkaustik B mit Hilfe einer kumulierten Amplituden-Entfernungskurve ist Gegenstand des ersten Teils. Dazu werden die absoluten Amplituden der PKP-Phasen im Entfernungsbereich von 142 &#176; bis 147 &#176; bestimmt und mit den Amplituden synthetischer Seismogramme verglichen. Als Datenmaterial dienen die Breitbandregistrierungen des Deutschen Seismologischen Re-gionalnetzes (GRSN 1 ) und des Arrays Gräfenberg (GRF). Die verwendeten Wellen-formen werden im WWSSN-SP-Frequenzbereich gefiltert. Als Datenbasis dienen vier Tiefherdbeben der Subduktionszone der Neuen Hebriden (Vanuatu Island) und vier Nuklearexplosionen, die auf dem Mururoa und Fangataufa Atoll im Südpazifik stattgefunden haben. Beide Regionen befinden sich vom Regionalnetz aus gesehen in einer Epizentraldistanz von ungefähr 145 &#176;. Die Verwendung eines homogen instrumentierten Netzes von Detektoren und die Anwendung von Stations- und Magnitudenkorrekturen verringern den Hauptteil der Streuung bei den Amplitudenwerten. Dies gilt auch im Vergleich zu Untersuchungen von langperiodischen Amplituden im Bereich der Kernphasenkaustik (Häge, 1981). Ein weiterer Grund für die geringe Streuung ist die ausschließliche Verwendung von Ereignissen mit kurzer impulsiver Herdzeitfunktion. Erst die geringe Streuung der Amplitudenwerte ermöglicht eine Interpretation der Daten. Die theoretischen Amplitudenkurven der untersuchten Erdmodelle zeigen im Bereich der Kaustik B einen gleichartigen Kurvenverlauf. Bei allen Berechnungen wird ein einheitliches Modell für die Güte der P- und S-Wellen verwendet, das sich aus den Q-Werten der Modelle CIT112 und PREM 2 zusammensetzt. Die mit diesem Q-Modell berechneten Amplituden liegen in geringem Maße oberhalb der gemessenen Amplituden. Dies braucht nicht berücksichtigt zu werden, da die kumulierte Amplituden-Entfernungskurve anhand der Lage des Maximums auf der Entfernungsachse ausgewertet wird. Folglich wird darauf verzichtet, ein alternatives Q-Modell zu entwickeln.<br /> Hinsichtlich der Lage des Kaustikmaximums lassen sich die untersuchten Erdmodelle in zwei Kategorien einteilen. Eine Gruppe besteht aus den Modellen IASP91 und 1066B, deren Maxima bei 144.6 &#176; und 144.7 &#176; liegen. Zur zweiten Gruppe von Modellen zählen AK135, PREM und SP6 mit den Maxima bei 145.1 &#176; und 145.2 &#176; (SP6). Die gemessene Amplitudenkurve hat ihr Maximum bei 145 &#176;. Alle Entfernungsangaben beziehen sich auf eine Herdtiefe von 200 km. Die Kaustikentfernung für einen Oberflächenherd ist jeweils um 0.454 &#176; größer als die angegeben Werte. Damit liegen die Maxima der Modelle AK135 und PREM nur 0.1 &#176; neben dem der gemessenen kumulierten Amplitudenkurve. Daher wird auf die Erstellung eines eigenen Modells verzichtet, da dieses eine unwesentlich verbesserte Amplitudenkurve aufweisen würde. Das Ergebnis der Untersuchung ist die Erstellung einer gemessenen kumulierten Amplituden-Entfernungskurve für die Kaustik B. Die Kurve legt die Position der Kaustik B für kurzperiodische Daten auf &#177; 0.15 &#176; fest und bestimmt damit, welche Erdmodelle für die Beschreibung der Amplituden im Entfernungsbereich der Kaustik B besonders geeignet sind. Die Erdmodelle AK135 und PREM, ergänzt durch ein einheitliches Q-Modell, geben den Verlauf der Amplituden am besten wieder. Da die Amplitudenkurven beider Modelle nahe beieinander liegen, sind sie als gleichwertig zu bezeichnen.<br /> Im zweiten Teil der Arbeit wird die Struktur der Übergangszone in den inneren Erdkern anhand des spektralen Abklingens der Phase PKP(BC)diff am Punkt C der Laufzeitkurve untersucht. Der physikalische Prozeß der Beugung ist für die starke Abnahme der Amplituden dieser Phase verantwortlich. Die Diffraktion beeinflußt das Abklingverhalten verschiedener Frequenzanteile des seismischen Signals auf unterschiedliche Weise. Eine Deutung des Verhaltens erfordert die Berechnung von Abklingspektren. Dabei wird die Abschwächung des PKP(BC)diff Signals für acht Frequenzen zwischen 6.4 s und 1.25 Hz ermittelt und als Spektrum dargestellt. Die Form des Abklingspektrums ist charakteristisch für die Beschaffenheit der Geschwindigkeitsstruktur direkt oberhalb der Grenze zum inneren Erdkern (GIK). Die Beben, deren Kernphasen im Regionalnetz als diffraktierte Kernphasen BCdiff registriert werden, liegen in einem Entfernungsbereich jenseits von 150 &#176;. In dieser Distanz befinden sich die Erdbebenherde der Tonga-Fidschi-Subduktionszone, deren Breitbandaufzeichnungen verwendet werden. Die Auswertung unkorrigierter Wellenformen ergibt Abklingspektren, die mit plausiblen Erdmodellen nicht in Einklang zu bringen sind. Aus diesem Grund werden die Daten einer spektralen Stationskorrektur unterzogen, die eigens zu diesem Zweck ermittelt wird. Am Beginn der Auswertung steht eine Prüfung bekannter Erdmodelle mit unterschiedlichen Geschwindigkeitsstrukturen oberhalb der GIK. Zu den untersuchten Modellen zählen PREM, IASP91, AK135Q, PREM2, SP6, OICM2 und eine Variante des PREM. Die Untersuchung ergibt, daß Modelle, die einen verringerten Gradienten oberhalb der GIK aufweisen, eine bessere Übereinstimmung mit den gemessenen Daten zeigen als Modelle ohne diese Übergangszone. Zur Verifikation dieser These wird ein Erdmodell, das keinen verringerten Gradienten oberhalb der GIK besitzt (PREM), durch eine Reihe unterschiedlicher Geschwindigkeitsverläufe in diesem Bereich ergänzt und deren synthetische Seismogramme berechnet. Das Resultat der Untersuchung sind zwei Varianten des PREM, deren Frequenzanalyse eine gute Übereinstimmung mit den Daten zeigt. Das Abklingspektrum des Erdmodells PD47, das in einer 380 km mächtigen Schicht einen negativen Gradienten besitzt, zeigt eine große Ähnlichkeit mit den gemessenen Spektren. Dennoch kann es nicht als realistisches Modell angesehen werden, da der Punkt C in einer zu großen Entfernung liegt. Darüber hinaus müßte die zu kurze Differenzlaufzeit zwischen PKP(AB) und PKP(DF) beziehungsweise PKIKP durch eine größere Änderung der Geschwindigkeitsstruktur im inneren Kern kompensiert werden. Es wird deshalb das Modell PD27a favorisiert, das diese Nachteile nicht aufweist. PD27a besitzt eine Schicht konstanter Geschwindigkeit oberhalb der GIK mit einer Mächtigkeit von 150 km. Die Art des Geschwindigkeitsverlaufs steht im Einklang mit der geodynamischen Modellvorstellung, nach der eine Anreicherung leichter Elemente oberhalb der GIK vorliegt, die als Ursache für die Konvektion im äußeren Erdkern anzusehen ist. / In this thesis the structure of the outer core is investigated with PKP core phases. The knowledge of the physical properties of the earth&prime;s deep interior in this region is important for the understanding of geodynamical processes like the convective flow in the liquid outer core and the differential rotation of the earth&prime;s inner core.<br /> The first part of this thesis describes the investigation of the PKP caustic point B near 145 &#176;. For this purpose a cumulative amplitude distance curve is determined and compared with theoretical amplitude distance curves of different standard earth models. The data are broadband seismograms of the German Regional Seismic Network (GRSN) and the Gräfenberg Array (GRF). In order to measure the absolute amplitudes of the PKP phases, a WWSSN-SP filter is applied to the seismograms. The source regions are located in the South Pacific near Vanuatu Island (4 earthquakes) and on the French atolls Mururoa and Fangataufa (4 explosions). The advantage of a standardized network of seismic stations and the usage of station and magnitude corrections is a reduction of the scatter of the amplitude data. There is even less scatter than in studies with long period amplitude data (Häge, 1981). Another reason for the reduced scattering is the use of events with an impulsive source time function. Only the low scattering of the amplitude values makes it possible to interpret the data. More scattering of the data would have prevented an interpretation. The theoretical amplitude curves are similar in the caustic B distance range. The Q depth distribution for P and S waves used for calculating the synthetic seismograms is a combination of the values of the models CIT112 and PREM. The amplitudes determined with the help of this kind of model are slightly higher than the actually measured amplitudes. However, this needs not be taken into account because the interpretation is based on the position of the caustic peak. Therefore I rejected the computation of an improved Q model.<br /> Regarding the position of the caustic point there are two categories of earth models. The first group consists of the models IASP91 and 1066B with their maxima at 144.6 &#176; and 144.7 &#176; respectively. AK135, PREM and SP6 belong to a second group of models with caustic peaks at 145.1 &#176; and 145.2 &#176; (SP6). The measured curve has its maximum at 145 &#176;. All distances refer to a source depth of 200 km. For a surface focus the increase in distance is 0.454 &#176;. Therefore the peaks of the models AK135 and PREM are only 0.1 &#176; beside the maximum of the measured amplitude curve. The main result of this investigation is the amplitude distance curve in the vicinity of the cusp B. The curve determines the position of this point with an accuracy of &#177; 0.15 &#176; and points to earth models which would be good for modeling the amplitudes in the distance range of the PKP caustic B. The synthetic seismograms calculated for AK135 and PREM together with a standardized Q model fit the measured amplitude curve equally well.<br /> In the second part of this study the structure of the transition zone to the earth&prime;s inner core is investigated by using the spectral decay of the diffracted wave PKP(BC)diff at point C of the travel time curve. The physical process of diffraction is responsible for the strong reduction in amplitude of this wave. The influence of the diffraction on the seismic signal strongly depends on frequency. The interpretation of this phenomenon requires a calculation of decay spectra. In practice the attenuation of the PKP(BC)diff signal for eight frequencies between 6.4 s and 1.25 Hz are measured and visualized as a decay spectrum. The shape of a spectrum is characteristic of the velocity gradient above the inner core boundary (ICB). Those earthquakes whose core phases are recorded as diffracted core phases BCdiff lie beyond 150 &#176;. In this distance range there are the epicenters of the Tonga-Fiji slab. The broadband waveform data of the earthquakes in this region is used in this study. Decay spectra of waveform data which are not corrected for station site effects are incompatible with standard earth models. Therefore a spectral station correction is applied, which was especially determined for this purpose. The investigation starts with a review of a number of well-known earth models like PREM, IASP91, AK135Q, PREM2, SP6, OICM2 and a version of PREM. All these models have different velocity structures at the ICB. It is shown that models with a reduced velocity gradient above the ICB agree with the data rather than models without such a transition zone. For verification purposes a model without such a reduced gradient (PREM) is completed with different kinds of gradient zones to calculate synthetic seismograms. Two variants of the PREM correspond with the measured decay constants. The decay constants of model PD47 are very close to the measured ones. This model has a 380 km thick negative gradient above the ICB. Nevertheless it is not a realistic model because point C lies in a unrealistic great distance. As a result of the low velocity zone above the inner core there is a differential travel time between the PKP(AB) and the PKP(DF) phase (also PKIKP) which is too short. This would have to be compensated by a correction of the velocities in the inner core. Thus PD27a is the most suitable model which does not have the above mentioned disadvantages. PD27a has a 150 km thick layer of constant velocity above the ICB. This kind of velocity model is compatible with geodynamical theories according to which an enrichment of light elements above the ICB is present and powers the convection in the outer earth core by its buoyancy.

Les sismologues ont révélé l'existence d'une anisotropie sismique complexe dans la graine terrestre. Cette thèse, en deux parties, présente deux approches différentes pour, d'une part, expliquer l'existence de cette anisotropie avec des modèles de graine numérique et, d'autre part, étudier l'effet des transformations de phase sur cette anisotropie.Dans un premier temps, nous avons construit un outil de simulation de la propagation des rais sismiques à travers une graine numérique, afin d'étudier la possibilité de reproduire numériquement les données sismologiques et de contraindre la dynamique et la minéralogie de la graine. Nous concluons qu'aucune structure du fer cubique ne permet de développer une anisotropie sismique significative. Seule la structure hexagonale compacte permet de le faire. Parmi les modèles géodynamiques quadripolaires étudiés, la croissance équatoriale préférentielle est le processus dynamique qui présente le meilleur accord avec les observations de dépendance à la profondeur et d'anisotropie polaire. L'ajout d'une stratification chimique permet d'amplifier d'environ 40% l'anisotropie globale mais augmente la dispersion des résidus sismiques, ce qui n'est pas conforme aux observations de dépendance à la profondeur. Enfin, une croissance dendritique (texture de solidification) est peu compatible avec une anisotropie principale Nord-Sud. Il apparaît clairement qu'aucun de ces modèles géodynamiques ne permet d'obtenir une amplitude d'anisotropie suffisante en utilisant les propriétés élastiques publiées pour le fer dans la graine. A l'issue de ce travail, de nombreux autres processus dynamiques restent encore à étudier, tels que les forces de Lorentz et la translation-convection thermique, processus bipolaire qui présente un fort intérêt pour la caractérisation de la composante hémisphérique de l'anisotropie sismique.Dans un deuxième temps, nous avons procédé à des expériences de transition de phase α-ε (fer cubique centré vers fer hexagonal compact) dans le fer pur. Nous avons simulé les textures résultantes à l'aide du mécanisme de Burgers. Nous avons confronté nos simulations aux résultats expérimentaux. Nous avons pu confirmer la validité du mécanisme de transformation de Burgers. Nous avons trouvé une forte sélection de variant sous l'effet de la contrainte non-hydrostatique dans le sens direct α→ε, produisant de fortes textures. Dans le sens inverse ε→α, on observe des textures finales très faibles, voire aléatoires. Appliqués avec prudence au cas de la graine terrestre, nos résultats indiquent que la transformation de phase du fer hexagonal à cubique ne peut pas expliquer la forte anisotropie observée. Nous avons aussi noté une mémoire de texture partielle, déjà documentée pour d'autres métaux de transition. Enfin, nous avons procédé à des tests préliminaires en cellule diamant en rotation. Les résultats de ces expériences de cisaillement ont également montré un très bon accord avec les simulations fondées sur le mécanisme de Burgers. En revanche, nous avons pu constater de grands écarts entre nos résultats expérimentaux et les simulations en cisaillement présentées dans la littérature [Levitas et al., 2010], notamment en termes de gradient de contraintes. / Seismologists revealed the existence of a complex seismic anisotropy in the Earth's inner core. In this thesis we took two different approaches in order to characterize the anisotropy: in a first part, we tried to explain this anisotropy using formation models of inner core and, in a second part, we considered the impact of eventual phase transitions on anisotropy.Firstly, we simulate the propagation of seismic rays through a numerically grown inner core, in order to measure the seismic anisotropy to compare with actual observations and to constrain the dynamics and mineralogy of the inner core. We conclude that no cubic structure of iron may produce a significant global anisotropy. Only the hexagonal compact phase of iron may produce a measurable signal. Considering a panel of quadripolar geodynamical models, we observe that simple preferential equatorial growth is the most consistent with seismological observations of a polar anisotropy and depth dependence of seismic residuals. Chemical stratification amplifies the global anisotropy by about 40%, but at the same time increases the scatter of residuals in a way that is poorly compatible with the observed depth dependence. Finally the addition of dendritic growth (solidification texture) prohibits the emergence of a first order North-South anisotropy. Independently of the geodynamical model it appears clearly that none of these geodynamical models the development of an anisotropy consistent with observations when using the published elastic properties of iron at inner core conditions. Following this work, several geodynamical models remain to be studied such as magnetic forcing (Lorentz forces). Models involving translation-thermal convection are of great interest as they may account for the hemispherical component of the seismic anisotropy.Secondly, we performed experiments on the α-ε (cubic centered to hexagonal compact iron) phase transition in pure iron. We compare our experimental texture results with our simulations of the transformation considering Burgers mechanism. We confirm here the Burgers atomic path as the mechanism activated during the α-ε transformation in iron. We find direct evidence of a strong variant selection controlled by non-hydrostatic stresses in the diamond anvil cell during the forward α→ε transformation, producing strong textures. The opposite will occur with the reverse ε→α phase transition where an almost complete randomization is to be expected. Our observations can be applied with some caution to the Earth's inner core and show that the strong seismic anisotropy in the inner core may not be explained by the occurrence of a hexagonal to cubic phase transition in the inner core. A limited texture memory effect was brought into light, already documented for other transition metals. At last, we performed a preliminary study on the effect of shear on the α-ε phase transition in pure iron using a rotational cell. Again the α-ε phase transformation in iron can be modelized by the Burgers mechanism. We find that simulations in the literature [Levitas et al., 2010] fail to reproduce our experimental results, particularly in terms of stress field.