Σεισμολογία: 9 γεγονότα που πρέπει να γνωρίζετε

Τι είναι η σεισμολογία;

Η σεισμολογία είναι η μελέτη των σεισμών, των καταστροφών, των αιτιών και της πρόβλεψής τους. Οδηγεί περαιτέρω σε λεπτομερή μελέτη όσον αφορά τη δομή της γης και την απεικόνιση. Καθώς είναι αδύνατο να κοιτάξεις απευθείας στη γη. Έτσι χρησιμοποιείται έμμεση μέθοδος για να γνωρίζουμε για τον πλανήτη γη και τι συμβαίνει στο βάθος. Στη σεισμολογία, τα σεισμικά κύματα μεταφέρουν πλήθος πληροφοριών όταν φτάσουν στην επιφάνεια της γης. Η μηχανική φύση των σεισμικών κυμάτων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μέσο μέσω του οποίου ταξιδεύει. Έτσι, οι φυσικές ιδιότητες του μέσου μπορούν να εξαχθούν. Επί τόπου Οι φυσικές ιδιότητες είναι εξαιρετικά σημαντικές όπως η θερμοκρασία και η πίεση επηρεάζει σοβαρά αυτές τις έμμεσες μετρήσεις.

Ποιοι είναι οι σεισμολόγοι;

Σεισμολόγος

Εκείνοι που ερευνούν μελέτες σεισμολογίας που σχετίζονται με τους σεισμούς είναι «Σεισμολόγος". Μπορεί να συσχετιστεί με την πρόβλεψη σεισμού, την κατανόηση της δομής της γης χρησιμοποιώντας σεισμόγραμμα, την εύρεση της πηγής σεισμού (Epicenter και Hypocentre), την ανάπτυξη μοντέλων τεχνητής γης από τη φυσική των σεισμικών κυμάτων για να μιμηθεί την πραγματική γη όσο το δυνατόν περισσότερο. Περιλαμβάνει επίσης τη μελέτη παλαιότερων σεισμών για την κατανόηση του μηχανισμού σεισμών και για το σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης εάν επικείμενος άλλος σεισμός.

Σεισμόμετρο

Ένα όργανο χρησιμοποιείται για κινήσεις εδάφους, όπως προκαλούνται από σεισμούς, ηφαιστειακές εκρήξεις και εκρήξεις.

Γιατί συμβαίνει σεισμός;

Το λιθοσφαιρικό τμήμα της γης υπόκειται από το Asthenosphere. Η αστενόσφαιρα, σε γεωλογική κλίμακα, σέρνεται δηλαδή κινείται πολύ αργά παρά το ότι είναι συμπαγής (το εσωτερικό της Γης θεωρείται ελαστικό στερεό όπως φαίνεται από τα σεισμικά κύματα). Η λιθοσφαιρική πλάκα που κάθεται πάνω της κινείται σε αντάλλαγμα. Καθώς τα όρια της πλάκας είναι κλειδωμένα το ένα με το άλλο, η κινούμενη πλάκα τα αναγκάζει συνεχώς να κινούνται. Ένα στάδιο επιτυγχάνεται όταν η πλάκα υποβάλλεται σε κίνηση ξεπερνώντας την τριβή μεταξύ τους, απελευθερώνοντας την αποθηκευμένη πίεση. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται Σεισμός. Ως εκ τούτου, η ενέργεια απελευθερώνεται με τη μορφή σεισμικών κυμάτων και καταγράφεται στα σεισμόμετρα.

Τι είναι τα σεισμικά κύματα;

Ο σεισμός ή οποιαδήποτε δόνηση που συμβαίνει μέσα στη γη δρα ως πηγή ενέργειας. Η ενέργεια ταξιδεύει σε ολόκληρη τη γη με τη μορφή κυμάτων. Αυτά τα μηχανικά κύματα ονομάζονται σεισμικά κύματα. Συμπεριφέρονται διαφορετικά σε διάφορα μέρη της γης και ως εκ τούτου θεωρείται η χαρακτηριστική ιδιότητα του μέσου μέσω του οποίου ταξιδεύει. Κάθε φορά που συμβαίνει σεισμός, εκπέμπει κύματα με περίοδο που κυμαίνεται από το ένα δέκατο του δευτερολέπτου έως αρκετά λεπτά. Μέσα σε αυτήν την περίοδο (ή συχνότητα) τα βράχια εύρους συμπεριφέρονται σαν ελαστικά στερεά. Καθώς τα ελαστικά στερεά επιτρέπουν ποικιλία κυμάτων, καθιστώντας έτσι την κίνηση του εδάφους αρκετά περίπλοκη μετά την εκδήλωση.

Ένας άλλος τρόπος αναπαράστασης της κίνησης εδάφους είναι από την άποψη των Κανονικών λειτουργιών. Μετά από ένα μεγάλο σεισμό, η γη χτυπά σαν «κουδούνι». Η περίοδος κουδουνίσματος είναι αναγνωρίσιμη όταν είναι μεγάλη, δηλαδή μεγαλύτερη από 40 δευτερόλεπτα περίπου. Η χαμηλότερη συχνότητα έχει μια περίοδο περίπου μιας ώρας.

Πώς αναπτύχθηκε η θεωρία της σεισμολογίας;

Κάθε φορά που συμβαίνει σεισμός εκπέμπει κύματα πολλαπλής συχνότητας. Το εύρος συχνοτήτων ενδιαφέροντος επιτρέπει στα πετρώματα να συμπεριφέρονται ελαστικά. Η διάδοση του ηχητικά κύματα στα ελαστικά μέσα είναι μια αποδεδειγμένη επιστήμη και είναι πέρα ​​από το πεδίο της παρούσας συζήτησης. Η σεισμολογία κληρονόμησε αυτή την έννοια. Για τον μαθηματικό φορμαλισμό, τα μέσα θεωρούνται ομοιογενή και ισότροπα, επινοώντας έτσι τον όρο «απλά μέσα» στη Σεισμολογία μερικές φορές.

Το κύμα που εκπέμπεται από την πηγή σχηματίζει σφαιρικό κυματικό μέτωπο υπό την προϋπόθεση ότι η πηγή της διαταραχής είναι σημειακή πηγή (αρχή του Huygen). Ωστόσο, καθώς το κύμα ταξιδεύει σε μια σημαντική απόσταση, αποδεικνύεται ότι συμπεριφέρεται ως επίπεδο κύμα. Επομένως, η προσέγγιση επίπεδων κυμάτων χρησιμοποιείται για περαιτέρω θεωρητικούς υπολογισμούς. Για απλότητα, η εξέταση μιας διαδρομής ακτίνων είναι βολική και έχει επιτευχθεί καλός αριθμός θεωρητικών υπολογισμών χρησιμοποιώντας τη θεωρία ακτίνων.

Είναι η θεωρητική σεισμολογία αρκετή για να κατανοήσει τη γη;

Όχι. Η θεωρητική σεισμολογία απλώς μας βοηθά να απλοποιήσουμε τη διάδοση των κυμάτων μετατρέποντάς μας στη φυσική με καλά κινούμενους κανόνες. Ωστόσο, η παρατήρηση είναι πεμπτουσία. Καθώς η απλή προσέγγιση δεν μιμείται το εσωτερικό της γης. Τα σύνολα δεδομένων παρατήρησης λαμβάνονται από τα όργανα και στη συνέχεια ταιριάζουν με τα θεωρητικά σύνολα δεδομένων για τις παρόμοιες γεωλογικές συνθήκες. Οι εκτιμήσεις γίνονται στα θεωρητικά δεδομένα και στο υπόβαθρο της φυσικής, εκτός εάν ταιριάζει με τις παρατηρήσεις σε μεγάλο βαθμό. Αυτή η πράξη ελαχιστοποίησης του σφάλματος ονομάζεται βελτιστοποίηση. Αυτό το θέμα χρειάζεται περαιτέρω εξήγηση λεπτομερώς. Η απόκτηση της παραμέτρου του θεωρητικού μοντέλου από τα παρατηρούμενα δεδομένα ονομάζεται σεισμική αντιστροφή.

Πώς να αποκτήσετε σύνολα δεδομένων παρατήρησης;

Στη σεισμολογία τοποθετούμε σεισμόμετρο στο έδαφος. Είναι ένα εξαιρετικά ευαίσθητο όργανο που μετρά τη χρονική εξάρτηση της μετατόπισης του εδάφους. Ωστόσο, δεν είναι τόσο άμεσο όσο φαίνεται. Η βασική αρχή βρίσκεται στην «αδράνεια». Η μάζα είναι προσαρτημένη στο ελατήριο κατακόρυφα και στεγάζεται σε δομή σαν κλουβί που διατηρείται στο έδαφος. Λόγω της δόνησης, αρχίζει η διαφορική κίνηση μεταξύ της κρεμαστής μάζας και του κλουβιού.

Αυτό με τη σειρά του σημαίνει την κίνηση που μπορεί περαιτέρω να ερμηνευθεί ποσοτικά. Το όργανο που χρησιμοποιείται ονομάζεται σεισμόμετρο. Αυτές τις μέρες υπάρχουν ψηφιακά σεισμόμετρα. Τα καταγεγραμμένα δεδομένα ονομάζονται σεισμογράφημα. Ένα τυπικό σεισμόγραμμα καταγράφει δονήσεις σε τρεις κατευθύνσεις. Ανατολικό-δυτικό, βορρά-νότο και κάθετο συστατικό είναι οι κατευθύνσεις της δόνησης.

Εικόνα1
Σεισμολογία: Σεισμογράφημα
Πιστωτική εικόνα: ανώνυμη, Seismogram, επισημαίνεται ως δημόσιος τομέας

Τύποι σεισμικών κυμάτων

Τα σεισμικά κύματα χωρίζονται γενικά σε

  1. Κύματα σώματος
  2. Επιφανειακό κύμα.

Κύμα σώματος

Το κύμα του σώματος προκύπτει λόγω της δύναμης του σώματος, αυτό είναι ένα πεδίο δύναμης όγκου που δίνεται από \\int \\int \\int f dv, όπου f είναι δύναμη ανά μονάδα όγκου που ενεργεί σε έναν απειροελάχιστο όγκο.

Τα κύματα του σώματος χωρίζονται περαιτέρω σε:

Κύρια κύματα / κύματα Ρ: Αυτά τα κύματα ταξιδεύουν με ελαστικές μετατοπίσεις στο μέσο. Ταξιδεύουν με συμπίεση και σπάνιες κινήσεις των σωματιδίων του ελαστικού μέσου προς την κατεύθυνση της διάδοσης κυμάτων. Αυτό το καθιστά διαμήκη στη φύση. Με αυτόν τον τρόπο τα σωματίδια του μέσου υφίστανται απλή αρμονική κίνηση και το σεισμικό κύμα μεταδίδεται ως ένα πολύπλοκο σύνολο κυμάτων. Αυτό βοηθά στην κατανόηση της συμπεριφοράς της σεισμολογίας στο κύμα καθώς μπορεί να ενταχθεί σε μαθηματικές διατυπώσεις.

Τα πρωτεύοντα κύματα είναι το ταχύτερο κύμα μέχρι στιγμής και φτάνουν πρώτα στην επιφάνεια της γης. Στο σεισμογράφημα, η πρώτη άφιξη είναι το κύμα P. Καθώς το σωματιδιακό μέσο δονείται προς την ίδια κατεύθυνση με τη διάδοση του κύματος, τα κύματα P εντοπίζονται κυρίως στην κατακόρυφη συνιστώσα του σεισμογράμματος. Η ταχύτητα του κύματος P δίνεται από \\sqrt{\\frac{\\lambda + 2\\mu }{\\rho }}. \\λάμδα και \\ mu είναι η ελαστική παράμετρος (που ονομάζεται παράμετρος Lame) που ελέγχει την ταχύτητα. \\rho είναι η πυκνότητα.

Onde ώθηση συμπίεσης 1d 30 petit
Πιστωτική εικόνα: Christophe Dang Ngoc Chan (cdang), Onde ώθηση συμπίεσης 1d 30 petitCC BY-SA 3.0

Δευτερεύοντα κύματα / κύμα S: Από την ίδια την πηγή ενέργειας, παράγεται ένα άλλο είδος διαταραχής που μετατοπίζει το σωματίδιο στην κατεύθυνση κάθετη προς την κυματική κίνηση. Αυτό τα κάνει εγκάρσια στη φύση. Η εγκάρσια κίνηση των σωματιδίων οδηγεί σε διατμητική παραμόρφωση στο μέσο. Αυτά τα κύματα είναι ισοογκομετρικά, σημαίνει ότι ο όγκος μιας δεδομένης μονάδας παραμένει αμετάβλητος κατά τη διάδοση του κύματος. Η ταχύτητα του διατμητικού κύματος δίνεται από το \\sqrt{\\frac{\\mu }{\\rho }} . Η μόνη ελαστική παράμετρος που ελέγχει την ταχύτητα του κύματος διάτμησης είναι ο συντελεστής διάτμησης.

s
Πιστωτική εικόνα: Christophe Dang Ngoc Chan (cdang), Onde cisaillement impulsion 1d 30 petitCC BY-SA 3.0

Η άνω εικόνα αντιπροσωπεύει το κύμα S όπου η κίνηση των σωματιδίων είναι κάθετη προς τη διάδοση των κυμάτων, ενώ η κάτω εικόνα είναι το κύμα Ρ όπου η κίνηση των σωματιδίων είναι εμπρός και πίσω στην κατεύθυνση της διάδοσης των κυμάτων. Μία σημαντική διαφορά μεταξύ του κύματος Ρ και του S είναι ότι το κύμα Ρ μπορεί να ταξιδέψει σε όλα τα μέσα όπως στερεό, υγρό και αέριο, ενώ το κύμα διάτμησης δεν μπορεί να ταξιδέψει σε ρευστό. Έτσι, στον εξωτερικό πυρήνα της γης, το κύμα S φαίνεται να είναι πουθενά. Υπάρχει μόνο P κύμα.

Επιφανειακά κύματα:

Τα επιφανειακά κύματα είναι η εκδήλωση των κυμάτων του σώματος. Είναι σαν κυματισμοί στο υδάτινο σώμα που σχηματίζονται όταν ρίχνονται πέτρες. Η προέλευσή τους θεωρείται ότι προέρχεται από την επιφανειακή δύναμη που αντιπροσωπεύεται από όπου f είναι η δύναμη που δρα ανά μονάδα επιφάνειας.

Τύποι επιφανειακών κυμάτων:

Τα επιφανειακά κύματα χωρίζονται περαιτέρω σε:

Κύμα Rayleigh:

Προκύπτει από την υπέρθεση του κύματος Ρ με το κατακόρυφο συστατικό του κύματος S, δηλαδή το κύμα SV. Καθώς τα P και SV είναι πολωμένα σε κάθετη κατεύθυνση το ένα με το άλλο. Η υπέρθεσή τους οδηγεί σε ελλειπτική πόλωση του κύματος Rayleigh.

Κύμα Rayleigh σε ομοιόμορφο μισό διάστημα: Σε ομοιόμορφο μισό διάστημα Τα κύματα Rayleigh δεν έχουν διασπορά στη φύση. Ωστόσο, στην πραγματικότητα το ίδιο το μέσο δεν είναι ομοιόμορφο με αποτέλεσμα τη διασπορά του κύματος Rayleigh.

Κύμα Rayleigh
Πιστωτική εικόνα: Μεταφορτωτές: WoodloperStarmenclockΚύμα Rayleigh, επισημαίνεται ως δημόσιος τομέας, περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με Wikimedia Commons

Τι είναι η διασπορά;

Η διασπορά αναφέρεται στην εξάρτηση συχνότητας της ταχύτητας. Αυτό σημαίνει ότι τα κύματα με διαφορετικές συχνότητες ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες. Καθώς τα σεισμικά κύματα που προέρχονται από την πηγή περιέχουν όλα τα στοιχεία συχνότητας που κυμαίνονται από 0.001 Hz έως 100 Hz.

Αυτό είναι ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων που μεταφέρει πληθώρα πληροφοριών σχετικά με τη δομή από την επιφάνεια έως το κέντρο της γης. Καθώς η συχνότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη χρονική περίοδο. Μέρος του κύματος με χαμηλή συχνότητα θα έχει υψηλή περίοδο και ως εκ τούτου μεγαλύτερο βάθος διείσδυσης και αντίστροφα. Επίσης, το κύμα με υψηλότερη χρονική περίοδο θα είναι ευαίσθητο στη δομή του ίδιου μεγέθους. Ως εκ τούτου, εάν μας ενδιαφέρει να απεικονίσουμε τη μεγαλύτερη δομή μέσα στη γη, θα πρέπει να επιλέξουμε κυματομορφή με υψηλότερη περίοδο. Για λεπτή στρώση απεικονίζονται κύματα με χαμηλότερη περίοδο (υψηλότερη συχνότητα).

Κύμα αγάπης:

Είναι η υπέρθεση οριζόντιας συνιστώσας των κυμάτων διάτμησης δηλαδή SH. Εμφανίζεται υπό την προϋπόθεση ότι το διατμητικό κύμα κολλάει σε ένα στρώμα του οποίου η ταχύτητα είναι μεγαλύτερη από την ελεύθερη επιφάνεια (άνω επιφάνεια) και μικρότερη από εκείνες του ημι-άπειρου μισού χώρου. Σε αυτή την περίπτωση τα υπερτιθέμενα κύματα SH που αντανακλώνται σε υπερκρίσιμη γωνία παρεμβαίνουν εποικοδομητικά για να σχηματίσουν κύματα αγάπης. Τα κύματα αγάπης ταξιδεύουν οριζόντια. Είναι οι πιο καταστροφικές.

Διάδοση κυμάτων
Πιστοποίηση εικόνας: NicoguaroΚύμα αγάπηςCC-BY 4.0

Τι είναι η εξασθένηση των σεισμικών κυμάτων;

Ενώ η μετάδοση μέσα στη γη το σεισμικό κύμα εξασθενεί με διάφορους τρόπους.

Γεωμετρική διάδοση:

Καθώς το κύμα διαδίδεται μακριά από την πηγή η ενέργεια εξαπλώνεται σε μεγαλύτερη επιφάνεια, έτσι ώστε η ποσότητα ενέργειας ανά μονάδα επιφάνειας να συνεχίζει να μειώνεται. Είναι καθολικό με όλα τα είδη κυμάτων.

Το κύμα σώματος και το επιφανειακό κύμα εξασθενεί εξίσου;

Όχι, στη γεωμετρική εξάπλωση το κύμα σώματος εξασθενεί όσο τα επιφανειακά κύματα εξασθενούν ως.

2. Ανελαστική εξασθένηση:

Στην πραγματικότητα η γη δεν είναι απόλυτα ελαστική για τη διάδοση σεισμικών κυμάτων. Το ανελαστικό συστατικό οδηγεί στην απορρόφηση των σεισμικών κυμάτων σε κάποιο βαθμό, αυτό καλείται ως ανελαστική εξασθένηση.

Διασπαρτική φύση των σεισμικών κυμάτων:

Τα κύματα του σώματος δεν είναι διασπειρόμενα στη φύση. Ενώ τα επιφανειακά κύματα είναι διασπορά υπό συγκεκριμένη κατάσταση. Το κύμα Rayleigh όταν διέρχεται από ένα ομοιογενές μέσο δεν είναι διασπαρμένο. Ενώ τα κύματα αγάπης είναι εγγενώς διασπαρτικά. Η διασπορά των επιφανειακών κυμάτων παίζει βασικό ρόλο στην κατανόηση της γήινης δομής. Τα κύματα με υψηλότερη περίοδο (χαμηλότερη συχνότητα) ταξιδεύουν γρηγορότερα και ταξιδεύουν βαθύτερα μέσα στη γη και αντίστροφα. Αυτό ισχύει για την κανονική διασπορά. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις συμβαίνει το αντίθετο. Σε αυτό το κύμα με μικρότερη περίοδο ταξιδεύει γρηγορότερα και φτάνει στον αισθητήρα πριν από μεγάλα κύματα περιόδου.

Διαβάστε επίσης:

Αφήστε ένα σχόλιο