Fale sejsmiczne: fale pierwotne, wtórne i powierzchniowe

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o falach sejsmicznych pierwotnych, wtórnych i powierzchniowych.

Ruch falowy to obserwowany przez nas ruch znany. Kiedy kamień wrzuca się do basenu, powierzchnia wody zostaje zakłócona tam, gdzie kamień uderza, a zmarszczki poruszają się na zewnątrz od miejsca zakłóceń. Ten ciąg fal jest wytwarzany przez ruch cząsteczek wody w pobliżu fal.

Woda jednak nie płynie tak naprawdę w kierunku, w którym poruszają się zmarszczki. Na przykład korek umieszczony na powierzchni będzie podnosił się i opadał, ale nie odsunie się od pierwotnej pozycji. Zakłócenia są przekazywane w sposób ciągły przez krótkie ruchy cząstek wody w przód iw tył, które nadają cząstkom ruch naprzód.

W ten sposób fale wody przenoszą energię ze złamanej powierzchni, gdzie kamień został zrzucony, do krawędzi basenu, gdzie zrywają się z siłą. Trzęsienia ziemi są dość analogiczne. Trzęsienie, jakiego doświadczamy, to wibracja elastycznych skał przez energię w falach sejsmicznych.

Kiedy ciało sprężyste, takie jak skała, zostaje uderzone przez uderzenie, powstają dwa rodzaje fal sprężystych i fale te wychodzą ze źródła. Pierwszy typ fali jest dokładnie taki sam pod względem właściwości fizycznych jak fala dźwiękowa.

Fale dźwiękowe są przesyłane przez naprzemienne uciśnięcia (wypychania) i rozszerzanie (ciągnięcia) w powietrzu. Ponieważ ciecze i skały, takie jak gazy, mogą być ściskane, ten sam rodzaj fali przemieszcza się przez ciała wodne, takie jak oceany i jeziora, i przez stałą ziemię.

W trzęsieniach ziemi fale tego typu są przenoszone na zewnątrz z jednakową prędkością we wszystkich kierunkach od pęknięcia uszkodzenia, naprzemiennie ściskając i rozszerzając kamień, przez który podróżują. Cząstki skały poruszają się do przodu i do tyłu w kierunku propagacji tych fal - tj. Cząstki poruszają się prostopadle do czoła fali.

Przesunięcie do przodu i do tyłu jest amplitudą fali. W sejsmologii ten typ fali nazywany jest falą P lub falą ciśnienia lub falą pierwotną lub falą podłużną. Fala P to szybka fala ciała, która przemieszcza się przez wnętrze ziemi i dociera najpierw do stacji nagrywającej.

Fala ta może przechodzić przez ciecz lub gaz; w litej skale ma większą prędkość na większej głębokości, gdzie skały są bardziej elastyczne. Z tego powodu może podróżować szybciej przez baseny oceaniczne niż przez kontynentalną. Prędkość fali P wynosi od 5, 5 do 13, 8 kilometrów na sekundę.

W przeciwieństwie do powietrza, które może być ściskane, ale nie ścinane, elastyczne materiały pozwalają na propagację drugiego rodzaju fali, która tnie i skręca materiał. Po wytworzeniu przez trzęsienie ziemi ta fala nazywana jest falą S lub falą wtórną lub falą ścinania lub falą poprzeczną. Zachowanie skały podczas przejścia fali S różni się znacznie od zachowania podczas przejścia fal P.

Dzieje się tak dlatego, że fale S obejmują raczej ścinanie niż ściskanie, a fale S przesuwają cząstki skały w kierunku poprzecznym do kierunku propagacji. Ze względu na falę S ruchy skały mogą być w płaszczyźnie pionowej lub poziomej, a fale te są podobne do ruchów poprzecznych fal świetlnych.

Ciała stałe, ciecze i gazy przeciwstawiają się zmianie objętości po ściśnięciu i sprężyście cofają się po usunięciu siły. W związku z tym fale P, które są falami kompresyjnymi, mogą przemieszczać się przez wszystkie te materiały.

Odwrotnie, Fale S wstrząsają cząstkami pod kątem prostym do kierunku ich ruchu. W przeciwieństwie do fal P, które tymczasowo zmieniają objętość interweniującego materiału, naprzemiennie go ściskając i rozszerzając, fale S tymczasowo zmieniają kształt materiału, który je transmituje.

Ponieważ płyny (gazy i ciecze) nie reagują elastycznie na zmiany kształtu, nie będą transmitować fal S. Ten ostry kontrast we właściwościach fal P i S może być wykorzystany do wykrycia obecności stref ciekłych głęboko w ziemi.

S-fala jest wolniejszą falą ciała niż fala P. Podróżując przez wnętrze ziemi, jest drugim, który przybył do stacji nagrywającej. Ta fala ma prędkość od 3, 2 do 7, 3 km na sekundę. (Połączone działanie fal P i S, które występują w trzęsieniach ziemi, wywołuje takie skutki, których nie ma w fizycznym zachowaniu dźwięku ani światła.

Trzeci rodzaj fali utworzonej przez trzęsienie ziemi jest falą L lub falą długich fal powierzchniowych. Fale te są złożonymi, falistymi falami, które poruszają się po powierzchni Ziemi. Gdy fale powierzchniowe poruszają się po ziemi, powodują ruch ziemi i cokolwiek spoczywającego na niej, tak jak ocean pęcznieje podrzucając statek.

Oprócz ich ruchu w górę iw dół. Fale powierzchniowe mają również ruch boczny w płaszczyźnie poziomej. Ten ostatni ruch jest szczególnie szkodliwy dla fundamentów konstrukcji. Fala ta może mieć wystarczająco dużo energii, aby przejść więcej niż raz wokół Ziemi. Prędkość fali powierzchniowej wynosi od 4 do 4, 4 km na sekundę w zależności od gęstości skały.

Diagram pokazujący różnicę w czasie przybycia fal P, S i L na sejsmografie B.

Prędkości fal P i S:

Prędkość fal P zależy zarówno od modułu sprężystości, jak i modułu sprężystości skały. Dzieje się tak dlatego, że fale P obejmują zarówno kompresję ośrodka, jak i ścinanie.

Prędkość fali P jest określona przez,

Różne prędkości fal P i S można wykorzystać do zlokalizowania ogniska F trzęsienia ziemi. Ponieważ fala S porusza się wolniej niż fala P, różnica czasów przybycia między falami P i S jest proporcjonalna do odległości od stacji, w której nastąpiło trzęsienie ziemi. Punktem, w którym powstają wibracje, jest ostrość, a punktem na powierzchni bezpośrednio nad nim jest epicentrum.