P -волна ( первичная волна или волна давления ) — это один из двух основных типов упругих объемных волн , называемых в сейсмологии сейсмическими волнами . Р-волны распространяются быстрее, чем другие сейсмические волны, и, следовательно, являются первым сигналом о землетрясении, достигающим любого пораженного места или сейсмографа . P-волны могут передаваться через газы, жидкости или твердые тела.
Название P-волна может обозначать либо волну давления (поскольку она образуется в результате чередующихся сжатий и разрежений ), либо первичную волну (поскольку она имеет высокую скорость и, следовательно, является первой волной, регистрируемой сейсмографом). [1] Название S-волна представляет собой другой режим распространения сейсмических волн, обозначая вторичную или поперечную волну, обычно более разрушительную волну, чем первичная волна.
Первичные и вторичные волны — это объемные волны, которые распространяются внутри Земли. Движение и поведение P- и S-волн на Земле отслеживаются с целью исследования внутренней структуры Земли . Неравномерность скорости в зависимости от глубины указывает на изменения фазы или состава. Различия во времени прихода волн, возникающих в результате сейсмического события, такого как землетрясение, в результате того, что волны идут по разным путям, позволяют составить карту внутренней структуры Земли. [3] [4]
Почти вся доступная информация о структуре недр Земли получена из наблюдений за временем прохождения, отражений , преломлений и фазовых переходов сейсмических объемных волн или нормальных мод . Р-волны проходят через жидкие слои недр Земли , и все же они слегка преломляются, когда проходят через переход между полутвердой мантией и жидким внешним ядром . В результате между 103° и 142° [5] от очага землетрясения возникает « зона тени » Р-волн, где начальные Р-волны не регистрируются сейсмометрами. Напротив, S-волны не распространяются через жидкости.
Заблаговременное предупреждение о землетрясении возможно путем обнаружения неразрушающих первичных волн, которые проходят через земную кору быстрее, чем разрушительные вторичные волны и волны Рэлея .
Степень предупреждения зависит от задержки между приходом волны P и других разрушительных волн, обычно от порядка секунд до примерно 60–90 секунд для глубоких, отдаленных и сильных землетрясений, таких как землетрясение Тохоку 2011 года . Эффективность предупреждения зависит от точного обнаружения волн P и подавления вибраций грунта, вызванных местной деятельностью (например, грузовиками или строительством). Системы раннего предупреждения о землетрясениях могут быть автоматизированы, чтобы обеспечить немедленные действия по обеспечению безопасности, такие как выдача предупреждений, остановка лифтов на ближайших этажах и отключение коммунальных услуг.
В изотропных и однородных твердых телах Р-волна распространяется прямолинейно в продольном направлении ; таким образом, частицы в твердом теле колеблются вдоль оси распространения (направления движения) волновой энергии. Скорость P-волн в такой среде определяется выражением
В типичных ситуациях внутри Земли плотность ρ обычно меняется гораздо меньше, чем K или µ , поэтому скорость в основном «контролируется» этими двумя параметрами.
Модули упругости Модуль продольной волны , , определяется так, что и тем самым
Типичные значения скорости продольных волн при землетрясениях находятся в диапазоне от 5 до 8 км/с. Точная скорость варьируется в зависимости от области недр Земли: от менее 6 км/с в земной коре до 13,5 км/с в нижней мантии и 11 км/с во внутреннем ядре. [6]
Геолог Фрэнсис Бёрч обнаружил взаимосвязь между скоростью P-волн и плотностью материала, в котором движутся волны:
Анализ сейсмических волн представляет собой прямой метод с высоким разрешением для изучения внутреннего строения Земли...
Сейсмология – это изучение прохождения упругих волн через Землю. Это, пожалуй, самый мощный метод изучения структуры недр Земли, особенно коры и мантии.