Сообщение на тему сейсмические волны кратко
Обновлено: 20.05.2024
СЕЙСМИ́ЧЕСКИЕ ВО́ЛНЫ, вызванные землетрясениями или взрывами упругие волны, распространяющиеся в теле Земли. Обусловлены упругими силами, возникающими в твёрдой среде вследствие её деформации: деформации сжатия – растяжения приводят к возникновению продольных С. в. (Р-волн), деформации сдвига – к возникновению поперечных С. в. (S-волн). Скорость последних примерно в 1,7 раза меньше скорости Р-волн. Поэтому Р-волны первыми регистрируются на сейсмических станциях ; их называют первичными С. в., а S-волны – вторичными. В жидкой среде (напр., в жидком ядре Земли) могут распространяться только Р-волны. Скорость Р-волн изменяется от ок. 4 км/с в верхней толще Земли до ок. 11 км/с в её центре. Волны Р и S являются объёмными. Вдоль поверхности Земли распространяются также поверхностные С. в. (волны Рэлея, Лява волны ), возникающие за счёт интерференции объёмных волн. Амплитуда поверхностных С. в. затухает с глубиной. Их осн. энергия распространяется в верхнем слое Земли толщиной порядка длины волны, причём лишь в двух измерениях. Поэтому они затухают с расстоянием медленнее, чем объёмные, и преобладают на сейсмограммах, зарегистрированных на больших расстояниях от источника. Скорости поверхностных С. в. зависят от частоты и всегда меньше скоростей объёмных С. в. Периоды поверхностных С. в. – от единиц до сотен секунд, макс. амплитуда соответствует периоду ок. 20 с.
Сейсмическими волнами называют волны, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений или каких-либо мощных взрывов. Так как Земля в основном твердая, то в ней одновременно могут возникать два вида волн — продольные и поперечные. Скорость этих волн неодинакова: продольные волны распространяются быстрее поперечных. Например, на глубине 500 км скорость поперечных сейсмических волн v⊥≈ 5 км/с, а скорость продольных волн v∥ ≈ 10 км/с.
Регистрацию и запись колебаний земной поверхности, вызванных сейсмическими волнами, осуществляют с помощью приборов, называемых сейсмографами. Основной частью сейсмографа является маятник, начинающий колебаться при каждом появлении сейсмических волн. В простейших конструкциях прибора маятник соединяют с пишущим устройством, вычерчивающим график колебаний на специальной ленте.
Распространяясь от очага землетрясения, первыми на регистрирующую (сейсмическую) станцию приходят продольные волны, спустя некоторое время — поперечные. Зная скорость распространения волн в земной коре и время запаздывания поперечной волны, можно определить расстояние R до эпицентра землетрясения. Чтобы узнать, где именно он находится, используют данные, полученные на нескольких сейсмических станциях. Допустим, что расстояние от эпицентра землетрясения до станции S1 равно R1, до станции S2 — R2, а до станции S3 — R3. Тогда, начертив на карте вокруг станций окружности соответствующих радиусов и найдя точку их пересечения, мы узнаем, где именно находится источник сейсмических волн (точка А на рисунке 46).
Ежегодно на земном шаре регистрируют сотни тысяч землетрясений. Подавляющее большинство из них относится к слабым, однако время от времени наблюдаются и такие, которые нарушают целостность грунта, разрушают здания и ведут к человеческим жертвам.
Интенсивность землетрясений характеризуют с помощью 12-балльной шкалы (табл. 4).
Например, Ашхабадское землетрясение в 1948 г. оценивается в 9—10 баллов, а Ташкентское 1966 г. — в 8 баллов. Во время подобных катастроф гибнет огромное число людей. При Спитакском землетрясении в Армении (1988 г.) погибло несколько десятков тысяч человек, а во время Тайшаньского землетрясения в Китае (1976 г.) число человеческих жертв достигло нескольких сотен тысяч!
Противостоять разрушительным последствиям сильных землетрясений можно лишь путем строительства сейсмостойких зданий. Однако подобное строительство является достаточно дорогим и, кроме того, не всегда известно, где именно следует строить подобные дома. Предсказание землетрясений — сложнейшая задача. Решением этой проблемы занимаются специальные национальные службы и научно-исследовательские институты.
Исследование распространения сейсмических волн внутри Земли позволяет изучать глубинное строение нашей планеты. Простейшая схема подобных исследований состоит в следующем. В каком-либо месте внутрь грунта помещают заряд, после чего производят подземный взрыв. Распространяясь во все стороны от места взрыва, сейсмические волны достигают различных слоев внутри Земли. На границе каждого из них возникают отраженные волны. Эти волны возвращаются к поверхности Земли, где регистрируются на специальных сейсморазведочных станциях. Таким образом, например, было установлено, что недра Земли можно разделить на три основные области: земную кору, мантию и ядро. Измерения показали, что на глубине около 2800 км (на границе между мантией и ядром) скорость продольных волн скачком уменьшается с 13,6 до 8,1 км/с, а скорость поперечных волн — с 7,3 км/с до нуля. Непропускание ядром поперечных волн означает, что внешняя область ядра является не твердой, а жидкой.
Наряду с изучением строения земного шара сейсмическая разведка позволяет обнаруживать места, благоприятные для скопления нефти и газа.
1. Какие волны называют сейсмическими? 2. Скорость каких волн в твердых телах больше — продольных или поперечных? 3. Каким образом можно определить местонахождение эпицентра землетрясения? 4. Какие методы изучения Земли позволяют установить ее внутреннее строение? 5. Из чего следует, что внешнее ядро Земли является жидким?
СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ (а. seismic waves; н. seismische Welle; ф. ondes sismiques; и. onda sismica) — колебания, распространяющиеся в Земле от природных (землетрясений, извержений вулканов, обвалов в карстовых полостях, горных ударов и др.) или искусственных (взрывов, вибраторов, пневматических, газодинамических, электроискровых, гидравлических) источников. Частотный диапазон сейсмических волн от 0,0001 Гц до 100 Гц. Вблизи очагов сильных землетрясений сейсмические волны обладают разрушительной силой, на значительных расстояниях от источников их интенсивность уменьшается вследствие затухания. Для регистрации сейсмических волн используются сейсмографы.
В однородной изотропной идеально-упругой твёрдой среде вдали от границ раздела, в т.ч. вдали от поверхности Земли, могут распространяться сейсмические волн только двух типов: продольные (Р) и поперечные (S). Продольные сейсмические волны переносят изменения объёма (сжатия и растяжения) в среде. Движения частиц в них совершаются параллельно направлению распространения волны, а деформации представляют собой суперпозицию всестороннего сжатия (растяжения) и чистого сдвига. Поперечные сейсмические волн не образуют в среде объёмных изменений, движения частиц в них происходят перпендикулярно направлению распространения волны, а деформация является чистым сдвигом. Скорость продольных Vp и поперечных Vs волн определяется формулами:
Vp= (k + 4/3m)/r, Vs= m/r,
где к — модуль всестороннего сжатия,
m — модуль сдвига,
Скорость продольных волн примерно в 3 раз больше скорости поперечных волн. Волны Р и S распространяются из источника по объёму Земли (объёмные волны). Их амплитуда для однородной и изотропной среды убывает обратно пропорционально расстоянию от источника.
На границах раздела и других неоднородностях в Земле наблюдаются явления отражения, преломления и обмена типов сейсмических волн. Вблизи границ возникают и распространяются поверхностные волны Рэлея и Лява. Первые являются суперпозицией неоднородных продольных и поперечных сейсмических волн, вторые — только поперечных. Волны, Рэлея возникают в присутствии одной границы раздела (поверхности Земли), Лява — двух и более. В Земле скорость поверхностных волн меньше скорости поперечных волн и зависит от частоты. Амплитуда волн Рэлея и Лява убывает приблизительно обратно пропорционально корню квадратному из расстояния до источника.
Наблюдения на поверхности Земли за распространением сейсмических волн позволяют исследовать строение Земли. Сейсмические волны от искусственных невзрывных источников сейсмических колебаний и взрывов широко применяются при сейсмической разведке. Сейсмические волны используются для изучения, прогнозирования землетрясений и горных ударов.
Сейсмические волны – это волны энергии, которые путешествуют по Земле или другим упругим телам в результате процесса, производящего низкочастотную акустическую энергию (землетрясение, взрыв и т. д.). Сейсмические волны – это волны энергии, которые путешествуют по Земле или другим упругим телам в результате процесса, производящего низкочастотную акустическую энергию (землетрясение, взрыв и т. д.).
Их изучают при помощи сейсмографа, геофона, гидрофона или акселерометра. Их изучают при помощи сейсмографа, геофона, гидрофона или акселерометра.
Скорость волн. Скорость распространения волн зависит от плотности и упругости среды. Скорость имеет тенденцию к росту по мере углубления, в земной коре она составляет 2—8 км/с, а при углублении до мантии — 13 км/с.
Землетрясения. Землетрясения создают разные типы сейсмических волн с разной скоростью. Волна фиксируется на ряде сейсмологических станций, и по разнице во времени учёные вычисляют эпицентр. В геофизике преломление или отражение сейсмических волн используется для изучения глубин Земли, искусственные волны используются для исследования подземных структур.
Типы сейсмических волн. Есть два главных типа: объёмные волны и поверхностные волны. Кроме описанных ниже есть и другие, менее значимые типы волн, которые вряд ли можно встретить на Земле, но они имеют важное значение в астросейсмологии.
Объёмные волны Они проходят через недра Земли. Путь волн преломляется различной плотностью и жёсткостью подземных пород.
P-волны P-волны (первичные волны) — продольные, или компрессионные волны. Обычно их скорость в два раза быстрее S-волн, проходить они могут через любые материалы. В воздухе они принимают форму звуковых волн, и, соответственно, их скорость становится равной скорости звука. Стандартная скорость P-волн — 330 м/с в воздухе, 1 450 м/с в воде и 5 000 м/с в граните.
S-волны S-волны (вторичные волны) — поперечные волны. Они показывают, что земля смещается перпендикулярно к направлению распространения. В случае горизонтально поляризованных S-волн земля движется то в одну сторону, то в другую попеременно. Волны этого типа могут действовать только в твёрдых телах.
Поверхностные волны Поверхностные волны несколько похожи на волны воды, но в отличие от них они путешествуют по земной поверхности. Их обычная скорость значительно ниже скорости волн тела. Из-за своей низкой частоты, времени действия и большой амплитуды они являются самыми разрушительными изо всех типов сейсмических волн. Они бывают двух типов: волны Рэлея и волны Лява.
P- и S-волны в мантии и ядре Когда происходит землетрясение, сейсмографы вблизи эпицентра записывают S- и P-волны. Но на больших расстояниях обнаружить высокие частоты первой S-волны невозможно. Поскольку поперечные волны не могут проходить через жидкости, на основании этого явления Ричард Диксон Олдхэм выдвинул предположение, что Земля имеет жидкое внешнее ядро. По этому виду исследования в дальнейшем было выдвинуто предположение, что у Луны твёрдое ядро, но недавние геодезические исследования показывают, что оно ещё расплавлено.
Использование P- и S- волн для локации землетрясения В случае локальных или близлежащих землетрясений разница прибытия P- и S- волн может использоваться для обнаружения дистанции от события. В случае глобальных землетрясений четыре или более наблюдательных станций, синхронизированных по времени, записывают время прибытия P-волн. На основе этих данных можно вычислить эпицентр в любой точке планеты. Для определения гипоцентра используется больший объем данных (десятки или сотни записей прибытия P-волн с сейсмических станций).
Самый простой способ узнать место землетрясения в радиусе 200 км — это высчитать разницу в прибытии P- и S- волн в секундах и умножить ее на 8. Но на телесейсмических дистанциях этот способ не подходит потому, что высока вероятность того, что сейсмические волны углубились до мантии Земли и преломились, изменив свою скорость. Самый простой способ узнать место землетрясения в радиусе 200 км — это высчитать разницу в прибытии P- и S- волн в секундах и умножить ее на 8. Но на телесейсмических дистанциях этот способ не подходит потому, что высока вероятность того, что сейсмические волны углубились до мантии Земли и преломились, изменив свою скорость.
Читайте также: