Сейсмические волны

Изучение внутренних областей Земли с помощью сейсмических волн

Термин «сейсмология» означает изучение землетрясений, но он же означает и изучение внутренних областей Земли с помощью сейсмических волн, которые могут распространяться прямо через тело планеты. Значительная часть полученных сведений определяется тем, сколько времени затрачивают волны, проходя различные расстояния.

 

Сейсмические волны могут возникнуть при любом возмущении грунта

Сейсмические волны могут возникнуть при любом возмущении грунта, но только землетрясения и ядерные взрывы представляют собой достаточно крупные источники, или очаги, таких волн, чтобы эти волны можно было уловить на противоположной стороне Земли. Возникающие волны относятся, как показано, к четырем типам. Их можно разделить на объемные и поверхностные: объемные волны проходят внутри Земли, а поверхностные волны-только близ поверхности.

В свою очередь объемные волны делятся на два вида. Продольные волны, или Р-волны9-это просто звуковые волны, распространяющиеся внутри Земли; частицы вещества, через которое проходят эти волны, колеблются взад и вперед в направлении движения волны . При прохождении поперечных волн, или S-волн, частицы колеблются перпендикулярно направлению распространения волны.

Волна-это распространение некоторой деформации в том или ином веществе

Волна-это распространение некоторой деформации в том или ином веществе. Если в каком-либо небольшом объеме упругой среды каким-то образом происходит изменение формы или объема, т.е. если происходит деформация вещества, заключенного в этом объеме, то развивается напряжение, которое стремится вернуть вещество к невозмущенному состоянию. Отношение величины этого напряжения к величине деформации называется модулем упругости материала. Скорость распространения упругой волны возрастает с повышением этого модуля, но убывает с увеличением плотности материала.

Материал можно деформировать по-разному, поэтому любое вещество характеризуется более чем одним модулем упругости и более чем одной скоростью распространения волн. Выражения для скоростей двух сейсмических объемных волн имеют следующий вид:
.Четыре типа сейсмических волн:

1. а-продольная волна. Частицы колеблются вдоль направления распространения волн;
2.  б-поперечная волна. Частицы движутся в перпендикулярном направлении;
3.  в-волна Рэлея. Колебания частиц имеют более сложный характер, но у поверхности каждая частица описывает эллипс с обратным движением в его верхней части;
4. г-волна Лява. Движение частиц — поперечное и горизонтальное. Как в волнах Рэлея, так и в волнах Лява движение частиц затухает с увеличением глубины от поверхности.

необходимого, чтобы сжать материал до меньшего объема; ц-модуль упругости второго рода, или модуль сдвига, определяющий величину напряжения, необходимого, чтобы изменить форму тела, состоящего из данного материала. Анализ  показывает, что продольные волны и сжимают вещество, и изменяют его форму, и поэтомуVpзависит от К и от \i. С другой стороны, поперечные волны только изменяют форму вещества.
Анализ  формул  показывает, что Vp всегда больше, чем Vs, поэтому Р-волны какого-либо землетрясения всегда приходят к сейсмографам регистрирующей сейсмической станции раньше, чем S-волны. Еще до того, как стала известна природа этих волн, их приход называли первичной (primary) и вторичной (secondary) волной (отсюда и обозначения: Р- и S-волны). Однако их можно считать волнами сжатия (pressure) и волнами сдвига (shear). Второй вывод из анализа формул состоит в том, что поперечные волны не могут распространяться в таком веществе (например, в жидкости), которое не может сопротивляться изменению формы и, следовательно, не обладает жесткостью (т. е. ц = 0). Этот вывод имеет важное значение, так как мы используем его для доказательства, что часть земного ядра находится в жидком состоянии.

Другие два типа волн называются поверхностными волнами

Другие два типа волн, показанные , называются поверхностными волнами, так как они могут возникнуть только тогда, когда имеется какая-то поверхность; обычно это поверхность Земли. При удалении от поверхности амплитуда таких волн резко уменьшается. По этой причине, а также потому, что они распространяются медленнее, чем Р- и 3-волны, поверхностные волны играли небольшую роль на ранней стадии развития сейсмологии. .