зубец P

Представление распространения P-волны на двумерной сетке (эмпирическая форма) ^{[ нужны разъяснения ]}

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 пострадавшего места или на сейсмографе . P-волны могут передаваться через газы, жидкости или твердые тела.

Номенклатура

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, обозначающий вторичную или поперечную волну, обычно более разрушительную волну, чем первичная волна.

Сейсмические волны на Земле

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]

Зона тени P-волны

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 возникает « теневая зона » зубца P между 103° и 142°. ^[5] от очага землетрясения, где начальные Р-волны не регистрируются сейсмометрами. Напротив, S-волны не распространяются через жидкости.

Как предупреждение о землетрясении

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 в 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.

Распространение

Скорость

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 $v_{\mathrm {p} }\;=\;{\sqrt {\frac {\,K+{\tfrac {4}{3}}\mu \;}{\rho }}}\;=\;{\sqrt {\frac {\,\lambda +2\mu \;}{\rho }}}$ где $K$ — модуль объемного сжатия (модуль несжимаемости), $μ$ — модуль сдвига (модуль жесткости, иногда обозначаемый как $G$ и называемый также вторым параметром Ламе ), $ρ$ — плотность материала, через который распространяется волна, и $λ$ — первый параметр Ламе .

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 P-волны , $M$ , определяется так, что ${\textstyle \,M=K+{\tfrac {4}{3}}\mu \,}$ и тем самым $v_{\mathrm {p} }={\sqrt {\frac {\,M\;}{\rho }}}$

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]

Скорость в распространенных типах горных пород ^[7]
Тип камня	Скорость [м/с]	Скорость [фут/с]
Рыхлый песчаник	4,600–5,200	15,000–17,000
Объединенный песчаник	5,800	19,000
Сланец	1,800–4,900	6,000–16,000
Известняк	5,800–6,400	19,000–21,000
Доломит	6,400–7,300	21,000–24,000
Ангидрит	6,100	20,000
Гранит	5,800–6,100	19,000–20,000
Габбро	7,200	23,600

Геолог Фрэнсис Бёрч обнаружил взаимосвязь между скоростью P-волн и плотностью материала, в котором движутся волны: $v_{\mathrm {p} }=a({\bar {M}})+b\,\rho$ который позже стал известен как закон Берча . (Знак $a ()$ — это эмпирически табулированная функция, а $b$ — константа.)

См. также

Ссылки

^ Милсом, Дж. (2003). Полевая геофизика . Серия геологических полевых справочников. Том. 25. Джон Уайли и сыновья. п. 232. ИСБН 978-0-470-84347-5 . Проверено 25 февраля 2010 г.
^ Г. Р. Хелфрич и Б. Дж. Вуд (2002). «Мантия Земли» (PDF) . Природа . 412 (2 августа): 501–7. дои : 10.1038/35087500 . ПМИД 11484043 . S2CID 4304379 .
^ Рубинштейн, Джастин Л.; Шелли, доктор медицинских наук; Эллсуорт, WL (2009). «Невулканическое дрожание: окно в корни зон разломов» . В Клотинге, С.; Негенданк, Йорг (ред.). Новые рубежи в интегрированных науках о твердой Земле . Спрингер. п. 287 и далее . ISBN 978-90-481-2736-8 . Анализ сейсмических волн представляет собой прямой метод с высоким разрешением для изучения внутреннего строения Земли...
^ Фаулер, CMR (2005). «§4.1 Волны сквозь Землю» . Твердая земля: введение в глобальную геофизику (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 100. ИСБН 978-0-521-58409-8 . Сейсмология – это изучение прохождения упругих волн через Землю. Это, пожалуй, самый мощный метод изучения структуры недр Земли, особенно коры и мантии.
^ Лоури, Уильям. Основы геофизики . Издательство Кембриджского университета, 1997, с. 149.
^ Дзевонски, Адам М.; Андерсон, Дон Л. (1981). «Предварительная эталонная модель Земли». Физика Земли и недр планет . 25 (4): 297–356. Бибкод : 1981PEPI...25..297D . дои : 10.1016/0031-9201(81)90046-7 .
^ «Акустический каротаж» . Геофизика. США Агентство по охране окружающей среды . 12 декабря 2011 г. Проверено 3 февраля 2015 г.

«Фотословарь землетрясений» . Геологическая служба США» . Архивировано из оригинала 27 февраля 2009 года . Проверено 8 марта 2009 года .

Внешние ссылки

[John-1] Милсом, Дж. (2003). Полевая геофизика . Серия геологических полевых справочников. Том. 25. Джон Уайли и сыновья. п. 232. ИСБН 978-0-470-84347-5 . Проверено 25 февраля 2010 г.

[Helffrich-2] Г. Р. Хелфрич и Б. Дж. Вуд (2002). «Мантия Земли» (PDF) . Природа . 412 (2 августа): 501–7. дои : 10.1038/35087500 . ПМИД 11484043 . S2CID 4304379 .

[Negendank-3] Рубинштейн, Джастин Л.; Шелли, доктор медицинских наук; Эллсуорт, WL (2009). «Невулканическое дрожание: окно в корни зон разломов» . В Клотинге, С.; Негенданк, Йорг (ред.). Новые рубежи в интегрированных науках о твердой Земле . Спрингер. п. 287 и далее . ISBN 978-90-481-2736-8 . Анализ сейсмических волн представляет собой прямой метод с высоким разрешением для изучения внутреннего строения Земли...

[Fowler-4] Фаулер, CMR (2005). «§4.1 Волны сквозь Землю» . Твердая земля: введение в глобальную геофизику (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 100. ИСБН 978-0-521-58409-8 . Сейсмология – это изучение прохождения упругих волн через Землю. Это, пожалуй, самый мощный метод изучения структуры недр Земли, особенно коры и мантии.

[5] Лоури, Уильям. Основы геофизики . Издательство Кембриджского университета, 1997, с. 149.

[6] Дзевонски, Адам М.; Андерсон, Дон Л. (1981). «Предварительная эталонная модель Земли». Физика Земли и недр планет . 25 (4): 297–356. Бибкод : 1981PEPI...25..297D . дои : 10.1016/0031-9201(81)90046-7 .

[7] «Акустический каротаж» . Геофизика. США Агентство по охране окружающей среды . 12 декабря 2011 г. Проверено 3 февраля 2015 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]