stringtranslate.com

Зубец P

Плоскость зубца P
Представление распространения P-волны на двумерной сетке (эмпирическая форма) [ необходимо разъяснение ]

P - волна ( первичная волна или волна давления ) — один из двух основных типов упругих объёмных волн , называемых в сейсмологии сейсмическими волнами . P-волны распространяются быстрее других сейсмических волн и, следовательно, являются первым сигналом землетрясения, который достигает любого затронутого места или сейсмографа . P-волны могут передаваться через газы, жидкости или твёрдые тела.

Номенклатура

Название P-волна может означать либо волну давления (поскольку она образуется из чередующихся сжатий и разрежений ), либо первичную волну (поскольку она имеет высокую скорость и поэтому является первой волной, регистрируемой сейсмографом). [1] Название S-волна представляет другой режим распространения сейсмических волн, обозначая вторичную или сдвиговую волну, обычно более разрушительную волну, чем первичная волна.

Сейсмические волны в Земле

Скорость сейсмических волн в Земле в зависимости от глубины. [2] Незначительная скорость S-волн во внешнем ядре объясняется тем, что оно жидкое, тогда как в твердом внутреннем ядре скорость S-волн не равна нулю.

Первичные и вторичные волны — это объемные волны, которые распространяются внутри Земли. Движение и поведение как P-, так и S-волн в Земле отслеживаются для исследования внутренней структуры Земли . Разрывы скорости в зависимости от глубины указывают на изменения фазы или состава. Различия во времени прибытия волн, возникающих в сейсмическом событии, таком как землетрясение, в результате того, что волны идут по разным путям, позволяют картировать внутреннюю структуру Земли. [3] [4]

Зона тени P-волны

Зона тени P-волны (по данным USGS )

Почти вся имеющаяся информация о структуре глубоких недр Земли получена из наблюдений за временем пробега, отражениями , преломлениями и фазовыми переходами сейсмических объемных волн или нормальных мод . P-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 существует « зона тени » P-волны между 103° и 142° [5] от очага землетрясения, где начальные P-волны не регистрируются сейсмометрами. Напротив, S-волны не проходят через жидкости.

Как предупреждение о землетрясении

Заблаговременное предупреждение о землетрясениях возможно путем обнаружения неразрушающих первичных волн, которые распространяются в земной коре быстрее, чем разрушительные вторичные и волны Рэлея .

Объем предупреждения зависит от задержки между прибытием P-волны и других разрушительных волн, обычно порядка секунд до 60–90 секунд для глубоких, удаленных, крупных землетрясений, таких как землетрясение в Тохоку в 2011 году . Эффективность предупреждения зависит от точного обнаружения P-волн и игнорирования колебаний грунта , вызванных локальной активностью (например, грузовиками или строительством). Системы раннего оповещения о землетрясениях могут быть автоматизированы для обеспечения немедленных мер безопасности, таких как выдача оповещений, остановка лифтов на ближайших этажах и отключение коммунальных услуг.

Распространение

Скорость

В изотропных и однородных твердых телах P-волна распространяется по прямой линии в продольном направлении ; таким образом, частицы в твердом теле вибрируют вдоль оси распространения (направления движения) энергии волны. Скорость P-волн в такой среде определяется выражением, где K — объемный модуль упругости (модуль несжимаемости), μ — модуль сдвига (модуль жесткости, иногда обозначаемый как G и также называемый вторым параметром Ламе ), ρ — плотность материала, через который распространяется волна, а λ — первый параметр Ламе .

В типичных ситуациях внутри Земли плотность ρ обычно изменяется гораздо меньше, чем K или μ , поэтому скорость в основном «контролируется» этими двумя параметрами.

Модуль упругости P - волны определяется так, что и тем самым

Типичные значения скорости P-волны при землетрясениях находятся в диапазоне от 5 до 8 км/с. Точная скорость варьируется в зависимости от региона недр Земли, от менее 6 км/с в земной коре до 13,5 км/с в нижней мантии и 11 км/с через внутреннее ядро. [6]

Геолог Фрэнсис Бирч открыл связь между скоростью продольных волн и плотностью материала, в котором распространяются волны: позже эта связь стала известна как закон Бирча . (Символ a () представляет собой эмпирически табулированную функцию, а b — константу.)

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Milsom, J. (2003). Полевая геофизика. Серия геологических полевых справочников. Том 25. John Wiley and Sons. С. 232. ISBN 978-0-470-84347-5. Получено 25.02.2010 .
  2. ^ GR Helffrich & BJ Wood (2002). «Мантия Земли» (PDF) . Nature . 412 (2 августа): 501–7. doi :10.1038/35087500. PMID  11484043. S2CID  4304379.
  3. ^ Рубинштейн, Джастин Л.; Шелли, DR; Эллсворт, WL (2009). «Невулканический толчок: окно в корни зон разломов». В Cloetingh, S.; Negendank, Jorg (ред.). Новые рубежи в комплексных науках о твердой Земле . Springer. стр. 287 и далее . ISBN 978-90-481-2736-8. Анализ сейсмических волн обеспечивает прямое высокоразрешающее средство для изучения внутренней структуры Земли...
  4. ^ Фаулер, CMR (2005). "§4.1 Волны сквозь Землю". Твердая земля: введение в глобальную геофизику (2-е изд.). Cambridge University Press. стр. 100. ISBN 978-0-521-58409-8. Сейсмология — это изучение прохождения упругих волн через Землю. Это, пожалуй, самый мощный метод, доступный для изучения структуры недр Земли, особенно коры и мантии.
  5. ^ Лоури, Уильям. Основы геофизики . Cambridge University Press, 1997, стр. 149.
  6. ^ Дзиевонски, Адам М.; Андерсон, Дон Л. (1981). «Предварительная эталонная модель Земли». Физика Земли и недр планет . 25 (4): 297–356. Bibcode : 1981PEPI...25..297D. doi : 10.1016/0031-9201(81)90046-7.
  7. ^ "Акустический каротаж". Геофизика. Агентство по охране окружающей среды США . 2011-12-12 . Получено 2015-02-03 .

Внешние ссылки