8.3: Сейсмічні хвилі
- Page ID
- 35934
Точка на розломі всередині земної кори, де починається розрив і відбувається найбільше прослизання, називається вогнищем землетрусу. Інша його назва - гіпоцентр. Точка на земній поверхні безпосередньо над вогнищем - епіцентр. Епіцентр не там, де зародився землетрус. Землетруси зароджуються всередині землі. Епіцентр - це точка на поверхні землі безпосередньо над тим, де виникло землетрус.
Коли відбувається землетрус, частина енергії, яку він виділяє, перетворюється на тепло всередині землі. Частина енергії витрачається на розрив і постійне деформування гірських порід і мінералів уздовж розлому. Решта енергія, яка становить більшу частину енергії, випромінюється з вогнища землетрусу у вигляді сейсмічних хвиль.
Сейсмічні хвилі діляться на дві загальні категорії: тілесні хвилі, які подорожують по надрах землі, і поверхневі хвилі, які рухаються тільки біля земної поверхні.
ТІЛЕСНІ ХВИЛІ
Існує два типи тілесних хвиль: P-хвилі і S-хвилі. P у P-хвиль означає первинний, оскільки це найшвидші сейсмічні хвилі і першими виявляються після землетрусу. P-хвилі подорожують по земних надрах у багато разів швидше, ніж швидкість реактивного літака, займаючи лише кілька хвилин, щоб подорожувати землею.
P-хвилі - це переважно компресійні хвилі. Коли P-хвиля проходить, матеріал стискає в тому ж напрямку хвиля рухається, а потім поширюється назад до початкової товщини, як тільки хвиля пройшла. Швидкість, з якою P-хвилі рухаються по матеріалу, визначається:
- жорсткість - наскільки сильно матеріал чинить опір зігнутому вбік і здатний випрямитися після того, як сила зсуву пройшла - чим жорсткіший матеріал, тим швидше P-хвилі
- стисливість - наскільки матеріал можна стиснути в менший об'єм, а потім відновити свій попередній об'єм після того, як сила стиснення пройде; чим більш стисливий матеріал, тим швидше P-хвилі
- щільність—скільки маси містить матеріал в одиниці об'єму; чим більша щільність матеріалу, тим повільніше P-хвилі
Анімації нижче показують P-хвилі, що виступають через площину (ліворуч) та з точкового джерела (праворуч). Вони з Wikipedia.org/Wiki/P-wave завантажені в листопаді 2006 року Крістоф Данг Нгок Чан.
P-хвилі подорожують через рідини та гази, а також через тверді речовини. Хоча рідини і гази мають нульову жорсткість, вони мають стисливість, що дозволяє їм передавати P-хвилі. Звукові хвилі - це P-хвилі, що рухаються по повітрю.
Оскільки земна мантія стає більш жорсткою і стисливою, оскільки глибина нижче астеносфери збільшується, P-хвилі рухаються швидше, коли вони заглиблюються в мантію. Щільність мантії також збільшується з глибиною нижче астеносфери. Більш висока щільність знижує швидкість сейсмічних хвиль. Однак ефекти підвищеної жорсткості і стисливості в глибокій мантії набагато більше, ніж ефект підвищеної щільності.
| P-хвилі рухаються через матеріали з жорсткістю та/або стисливістю та щільністю | |
|---|---|
| більша жорсткість | швидші P-хвилі |
| більша стисливість | швидші P-хвилі |
| більша щільність | повільніші P-хвилі |
S у S-хвиль означає вторинні, оскільки вони є другою найшвидшою сейсмічною хвилею та другим типом, який слід виявити після землетрусу. Хоча S-хвилі повільніші, ніж P-хвилі, вони все ще подорожують швидко, понад половину швидкості P-хвиль, рухаючись зі швидкістю тисячі кілометрів на годину через земну кору та мантію.
S-хвилі - це зсувні хвилі (хоча це не те, що означає S). Вони рухаються шляхом згинання або деформування матеріалу вбік (зсув) від напрямку руху хвилі, а потім повертаючись до початкової форми, як тільки хвиля проходить. Швидкість, з якою S-хвилі рухаються по матеріалу, визначається тільки:
- жорсткість - наскільки сильно матеріал чинить опір зігнутому вбік і здатний випрямитися після того, як сила зсуву пройшла - чим жорсткіший матеріал, тим швидше S-хвилі
- щільність - скільки маси містить матеріал в одиниці об'єму - чим більша щільність матеріалу, тим повільніше S-хвилі
Наведені нижче анімації показують S-хвилі, що виступають через площину (ліворуч) та з точкового джерела (праворуч). Вони з Wikipedia.org/Wiki/S-Wave завантажені в листопаді 2006 року Крістоф Данг Нгок Чан.
S-хвилі можуть переміщатися тільки через тверді тіла, оскільки жорсткість мають тільки тверді речовини. S-хвилі не можуть подорожувати через рідини або гази.
Оскільки земна мантія стає більш жорсткою, оскільки її глибина нижче астеносфери збільшується, S-хвилі рухаються швидше, коли вони заглиблюються в мантію. Щільність мантії також збільшується на більшій глибині, що має ефект зменшення швидкості сейсмічних хвиль, але збільшення жорсткості набагато більше, ніж збільшення щільності, тому S-хвилі прискорюються, коли вони заглиблюються в мантії, незважаючи на підвищену щільність.
| S-хвилі подорожують по матеріалах з жорсткістю і щільністю | |
|---|---|
| більша жорсткість | швидші S-хвилі |
| більша щільність | повільніші S-хвилі |
ПОВЕРХНЕВІ ХВИЛІ
Існує два типи поверхневих хвиль, хвилі Релея та хвилі Любові. Релейські хвилі названі на честь лорда Релі (John Strutt), англійського аристократа, який у своїй роботі як вчений і математик розробив детальний математичний облік типу поверхневої хвилі, названого на його честь. Релеївські хвилі віддаляються комбінованим впливом P- і S-хвиль на земну поверхню. Релеївські хвилі іноді називають хвилями кочення. У хвиль Релея поверхня землі піднімається вгору і опускається в гребенях і жолобах, схожих на хвилі на поверхні води. Люди, які перебувають на відкритому повітрі під час великого землетрусу, зазвичай бачать хвилі Релея, що рухаються по поверхні землі, і можуть відчувати, як земля піднімається і падає, коли хвилі проходять під ними.
Любовні хвилі, які іноді називають L-хвилями, названі на честь Августа Лава, англійського математика і фізика, який вперше змоделював їх математично. Любовні хвилі передбачають зсув поверхні вбік, а потім повернення до початкової форми, коли кожна хвиля проходить.
Всі поверхневі хвилі рухаються повільніше, ніж хвилі тіла, а хвилі Релея повільніші, ніж хвилі Любові.
РЕФЛЕКСІЯ ПИТАННЯ
- Яку майстерність допомагає вам розвивати цей вміст?
- Які ключові теми висвітлюються в цьому контенті?
- Як зміст цього розділу може допомогти вам продемонструвати майстерність певної майстерності?
- Які питання у вас щодо цього вмісту?