Зубец P

Землетрясения
Часть серии по
Типы Форшок Афтершок Слепой толчок Дублет Межплитовый Внутрипластина Megathrust Удаленно запускается Медленный Подводная лодка Суперсдвиг Цунами Рой землетрясений
Причины Движение неисправности Вулканизм Наведенная сейсмичность
Характеристики Эпицентр Гипоцентр Зона тени Сейсмические волны Зубец P S волна
Измерение Сейсмометр Шкалы сейсмической магнитуды Шкалы сейсмической интенсивности
Прогноз Координационный комитет по прогнозированию землетрясений Прогнозирование
Другие темы Расщепление поперечной волны Уравнение Адамса – Вильямсона Флинн – Энгдаль регионы Землетрясение Сейсмит Сейсмология
Портал наук о Земле Категория похожие темы
v т е

Плоская волна P

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

Р - волны ( первичная волна или волна давления ) является одним из двух основных типов упругих волн тела , называемые сейсмические волны в сейсмологии. P-волны распространяются быстрее, чем другие сейсмические волны, и, следовательно, являются первым сигналом землетрясения, поступающим в любое пораженное место или на сейсмограф . P-волны могут передаваться через газы, жидкости или твердые тела.

Номенклатура [ править ]

Название P-волна может означать либо волну давления (поскольку она формируется из 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.

Сейсмические волны на Земле [ править ]

Скорость сейсмических волн на Земле в зависимости от глубины. ^[2] Незначительная скорость поперечных волн во внешнем ядре возникает из-за того, что оно жидкое, в то время как во внутреннем твердом ядре скорость поперечных волн не равна нулю.

Первичные и вторичные волны - это объемные волны, которые перемещаются по Земле. Движение и поведение как продольных, так и поперечных волн на Земле отслеживаются, чтобы исследовать внутреннюю структуру Земли . Неравномерность скорости как функции глубины указывает на изменения фазы или состава. Различия во времени прихода волн, возникающих в результате сейсмического события, такого как землетрясение, в результате волн, идущих разными путями, позволяют картировать внутреннюю структуру Земли. ^[3]^[4]

Зона тени P-волны [ править ]

Зона тени P-волны (от USGS )

Почти вся доступная информация о структуре глубинных недр Земли получена из наблюдений за временем прохождения, отражениями , преломлениями и фазовыми переходами объемных сейсмических волн или нормальных мод . P-волны проходят через жидкие слои недр Земли , но они слегка преломляются, когда проходят через переход между полутвердой мантией и жидким внешним ядром . В результате между 103 ° и 142 ° ^[5] от очага землетрясения образуется « зона тени » P-волны , где исходные P-волны не регистрируются сейсмометрами. Напротив, S-волны не проходят через жидкости.

Как предупреждение о землетрясении [ править ]

Заблаговременное предупреждение о землетрясениях возможно благодаря обнаружению неразрушающих первичных волн, которые проходят через земную кору быстрее, чем разрушительные вторичные волны и волны Рэлея .

Количество заблаговременных предупреждений зависит от задержки между приходом P-волны и других разрушительных волн, обычно от нескольких секунд до примерно 60-90 секунд для глубоких, далеких, больших землетрясений, таких как землетрясение в Тохоку 2011 года . Эффективность заблаговременного предупреждения зависит от точного обнаружения P-волн и подавления вибраций грунта, вызванных местной деятельностью (например, грузовиками или строительством). Системы раннего предупреждения о землетрясениях можно автоматизировать, чтобы обеспечить немедленные меры безопасности, такие как выдача предупреждений, остановка лифтов на ближайших этажах и отключение коммунальных служб.

Распространение [ править ]

Скорость [ править ]

В изотропных и однородных твердых телах P-волна распространяется по прямой продольной линии ; таким образом, частицы в твердом теле колеблются вдоль оси распространения (направления движения) волновой энергии. Скорость продольных волн в такой среде определяется выражением

{\ Displaystyle v _ {\ mathrm {p}} \; = \; {\ sqrt {\ frac {\, K + {\ tfrac {4} {3}} \ mu \;} {\ rho}}} \; = \; {\ sqrt {\ frac {\, \ lambda +2 \ mu \;} {\ rho}}}}

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, по которому распространяется волна, и $λ$ - первый параметр Ламе .

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

Модули упругости Р-волны модуль упругости , , определяется так , что и тем самым ${\ displaystyle M}$ ${\ Displaystyle \, М = К + {\ tfrac {4} {3}} \ му \,}$

{\ displaystyle 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 меняется в зависимости от области внутри Земли: от менее 6 км / с в земной коре до 13,5 км / с в нижней мантии и 11 км / с по внутреннему ядру. ^[6]

Скорость в обычных типах горных пород ^[7]
Рок Тип	Скорость [м / с]	Скорость [фут / с]
Неконсолидированный песчаник	4 600–5 200	15 000–17 000
Плотный 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 Берч обнаружил связь между скоростью P-волн и плотностью материала, в котором они распространяются:

{\ Displaystyle v _ {\ mathrm {p}} = a (\, {\ bar {M}} \,) + b \, \ rho}

который позже стал известен как закон Берча . (Символ $a$ () - это эмпирически табулированная функция, а $b$ - константа.)

См. Также [ править ]

Система предупреждения о землетрясениях
Волны ягненка
Волна любви
S волна
Поверхностная волна

Ссылки [ править ]

^ Milsom, J. (2003). Полевая геофизика . Серия полевых геологических путеводителей. 25 . Джон Вили и сыновья. п. 232. ISBN. 978-0-470-84347-5. Проверено 25 февраля 2010 .
^ GR Helffrich & BJ Wood (2002). «Мантия Земли» (PDF) . Природа . 412 (2 августа): 501–7. DOI : 10.1038 / 35087500 . PMID 11484043 . S2CID 4304379 .
Перейти ↑ Justin L Rubinstein, DR Shelly & WL Ellsworth (2009). «Невулканический тремор: окно в корни зон разломов» . В С. Клотинг, Йорг Негенданк (ред.). Новые рубежи в интегрированных науках о твердой Земле . Springer. п. 287 сл . ISBN 978-90-481-2736-8. Анализ сейсмических волн предоставляет прямые средства с высоким разрешением для изучения внутренней структуры Земли ...
^ CMR Fowler (2005). «§4.1 Волны сквозь Землю» . Твердая Земля: введение в глобальную геофизику (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 100. ISBN 978-0-521-58409-8. Сейсмология - это исследование 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, стр. 149.
^ Дзевонски, Адам М .; Андерсон, Дон Л. (1981). «Предварительная эталонная модель Земли». Физика Земли и планетных недр . 25 (4): 297–356. Bibcode : 1981PEPI ... 25..297D . DOI : 10.1016 / 0031-9201 (81) 90046-7 .
^ «Акустический каротаж» . Геофизика. США Агентство по охране окружающей среды . 2011-12-12 . Проверено 3 февраля 2015 .

«Фото-глоссарий землетрясений» . US Geological Survey» . Архивировано из оригинального 27 февраля 2009 года . Проверено March +8, 2 009 .

Внешние ссылки [ править ]

Анимация зубца P
Калькулятор скорости продольной волны
Каталог Purdue анимированных иллюстраций сейсмических волн
Анимация Джеффри С. Баркера, иллюстрирующая простые концепции распространения волн.
Байесовские сети для классификации магнитуды землетрясений в системе раннего предупреждения

[John-1] Milsom, J. (2003). Полевая геофизика . Серия полевых геологических путеводителей. 25 . Джон Вили и сыновья. п. 232. ISBN. 978-0-470-84347-5. Проверено 25 февраля 2010 .

[Helffrich-2] GR Helffrich & BJ Wood (2002). «Мантия Земли» (PDF) . Природа . 412 (2 августа): 501–7. DOI : 10.1038 / 35087500 . PMID 11484043 . S2CID 4304379 .

[Negendank-3] Перейти ↑ Justin L Rubinstein, DR Shelly & WL Ellsworth (2009). «Невулканический тремор: окно в корни зон разломов» . В С. Клотинг, Йорг Негенданк (ред.). Новые рубежи в интегрированных науках о твердой Земле . Springer. п. 287 сл . ISBN 978-90-481-2736-8. Анализ сейсмических волн предоставляет прямые средства с высоким разрешением для изучения внутренней структуры Земли ...

[Fowler-4] CMR Fowler (2005). «§4.1 Волны сквозь Землю» . Твердая Земля: введение в глобальную геофизику (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 100. ISBN 978-0-521-58409-8. Сейсмология - это исследование 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, стр. 149.

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

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