Seismologi: 9 fakta, du bør vide

Hvad er seismologi?

Seismologi er studiet af jordskælv, dets ødelæggelser, årsager og forudsigelse. Det fører yderligere til en detaljeret undersøgelse med hensyn til jordstruktur og billeddannelse. Da det er umuligt at se direkte ind i jorden. Så indirekte metode bruges til at vide om planeten jorden og hvad der foregår i dybet. I seismologi bærer seismiske bølger et væld af informationer, når det når jordoverfladen. Seismiske bølger, der er mekaniske i naturen, afhænger i høj grad af det medium, som de bevæger sig igennem. Mediets fysiske egenskaber kan således udvindes. In situ fysiske egenskaber er uhyre vigtige som temperatur og tryk påvirker disse indirekte målinger alvorligt.

Hvem er seismologer?

seismolog

De, der undersøger jordskælvsrelaterede seismologistudier, er “seismolog“. Det kan være forbundet med jordskælvsprognoser, forståelse af jordstrukturen ved hjælp af seismogram, finde jordskælvskilden (Epicenter og Hypocentre), udvikle kunstige jordmodeller fra den seismiske bølgefysik for at efterligne den virkelige jord så vidt muligt. Det indebærer også at studere tidligere jordskælv for at forstå jordskælvsmekanismen og for system til tidlig varsling, hvis et andet jordskælv er nært forestående.

Seismometeret

Et instrument bruges til jordbevægelser, såsom forårsaget af jordskælv, vulkanudbrud og eksplosioner.

Hvorfor jordskælv sker?

Den litosfæriske del af jorden understreges af Asthenosfæren. Askenosfæren kryber i geologisk tidsskala, dvs. den bevæger sig meget langsomt på trods af at den er solid (Jordens indre anses for at være elastisk fast som det fremgår af seismiske bølger). Den litosfæriske plade, der sidder på den, gennemgår bevægelse til gengæld. Da pladegrænserne er låst i forhold til hinanden, tvinger den bevægelige plade dem konstant til at bevæge sig. Et trin nås, når pladen gennemgår bevægelse, der overvinder friktion mod hinanden, hvilket frigiver den lagrede spænding. Dette fænomen kaldes jordskælv. Derfor frigives energien i form af seismiske bølger og registreres på seismometre.

Hvad er seismiske bølger?

Jordskælv eller vibrationer, der opstår i jorden, fungerer som en energikilde. Energien rejser hele jorden i form af bølger. Disse mekaniske bølger kaldes seismiske bølger. De opfører sig forskelligt i forskellige dele af jorden og betragtes derfor som den karakteristiske egenskab ved mediet, gennem hvilket det bevæger sig. Når der sker jordskælv, udstråler det bølger med en periode, der spænder fra en tiendedel af et sekund til flere minutter. Inden for denne periode (eller frekvens) klipper opfører sig som elastiske faste stoffer. Da elastiske faste stoffer tillader forskellige bølger, hvilket gør jordbevægelsen ret kompleks efter begivenheden finder sted.

En anden måde at repræsentere jorden bevægelse er i form af normale tilstande. Efter en stor jordskælvshændelse ringer jorden som en 'klokke'. Perioden for ringning kan identificeres, når den er stor, dvs. mere end 40 sekunder eller deromkring. Den laveste frekvens har en periode på omkring en time.

Hvordan udviklede seismologisteorien sig?

Når et jordskælv sker, udsender det bølger med flere frekvenser. Frekvensområde af interesse gør det muligt for klipperne at opføre sig elastisk. Udbredelsen af lydbølger i elastiske medier er en gennemprøvet videnskab og er uden for rammerne af den nuværende diskussion. Seismologien arvede det koncept. For matematisk formalisme anses medier for at være homogene og isotrope, hvilket nogle gange opfinder begrebet 'simple medier' ​​i seismologi.

Bølgen, der udgår fra kilden, danner sfærisk bølgefront, forudsat at kilden til forstyrrelse er en punktkilde (Huygens princip). Men da bølgen bevæger sig til en betydelig afstand, viser den sig at opføre sig som en plan bølge. Planbølgetilnærmelse bruges således til yderligere teoretiske beregninger. For nemheds skyld er det praktisk at overveje en strålebane, og en god mængde teoretiske beregninger er blevet udført ved hjælp af stråleteori.

Er teoretisk seismologi nok til at forstå jorden?

Nej. Teoretisk seismologi hjælper os simpelthen med at forenkle bølgeforplantning ved at blive til fysik med veldrevne regler. Imidlertid er observation afgørende. Som simpel tilnærmelse efterligner ikke jordens indre. Observationsdatasæt fås fra instrumenterne, og derefter matches det med de teoretiske datasæt for de lignende geologiske forhold. Vurderinger foretages i de teoretiske data og baggrundsfysikken, medmindre den i høj grad svarer til observationerne. Denne handling for at minimere fejlen kaldes optimering. Dette emne kræver yderligere forklaring i detaljer. At opnå den teoretiske modelparameter fra de observerede data kaldes seismologisk inversion.

Hvordan får man observationsdatasæt?

I seismologi placerer vi seismometer på jorden. Det er et meget følsomt instrument, der måler tidsafhængigheden af ​​jordforskydning. Det er dog ikke så direkte, som det ser ud til. Grundprincippet ligger i 'inertien'. Massen er fastgjort til fjederen lodret og er anbragt i burlignende struktur, der holdes på jorden. På grund af vibrationen begynder den differentielle bevægelse mellem den hængende masse og buret.

Dette fornemmer igen bevægelsen, som yderligere kan fortolkes kvantitativt. Det anvendte instrument kaldes seismometer. Disse dage eksisterer digitale seismometre. De registrerede data kaldes seismogram. Et typisk seismogram registrerer vibrationer i tre retninger. Øst-vest, nord-syd og lodret komponent er vibrationsretningerne.

Figure1
Seismologi: Seismogram
Billedkredit: anonym, Seismogram, markeret som offentligt domæne

Typer af seismiske bølger

Seismiske bølger er stort set opdelt i

  1. Kropsbølger
  2. Overfladebølge.

Kropsbølge

Kropsbølge opstår på grund af kropskraft, dette er et volumenkraftfelt givet af \\int \\int \\int f dv, hvor f er kraft pr. volumenenhed, der virker på et uendeligt lille volumen.

Kropsbølger er yderligere opdelt i:

Primære bølger / P-bølger: Disse bølger bevæger sig ved elastiske forskydninger i mediet. De bevæger sig ved kompression og sjældenhed af partiklerne i det elastiske medium i retning af bølgeforplantning. Dette gør det langsgående i naturen. På denne måde gennemgår partiklerne i mediet simpel harmonisk bevægelse, og seismisk bølge transmitteres som et komplekst sæt bølgebevægelser. Dette hjælper med at forstå seismologiens adfærd bølgen, da den kan sættes i matematiske formuleringer.

Primære bølger er den hurtigste bølge hidtil og når først jordoverfladen. På seismogrammet er første ankomst P-bølgen. Da partikelmediet vibrerer i samme retning som bølgeudbredelsen, identificeres P-bølger for det meste på den vertikale komponent af seismogrammet. Hastigheden af ​​P-bølgen er givet ved \\sqrt{\\frac{\\lambda + 2\\mu }{\\rho }}. \\lambda , \\mu er den elastiske parameter (kaldet Lames parameter), der styrer hastigheden. \\rho er densiteten.

Onde kompression impuls 1d 30 petit
Billedkredit: Christophe Dang Ngoc Chan (cdang), Onde kompression impuls 1d 30 petitCC BY-SA 3.0

Sekundære bølger / S-bølge: Fra selve energikilden produceres en anden form for forstyrrelse, der forskyder partiklen i retningen vinkelret på bølgebevægelsen. Dette gør dem tværgående i naturen. Partiklernes tværgående bevægelse fører til forskydningsforvrængning i medium. Disse bølger er isovolumiske, hvilket betyder, at volumen af ​​en given enhed forbliver uændret under bølgeudbredelsen. Forskydningsbølgens hastighed er givet ved \\sqrt{\\frac{\\mu }{\\rho }} . Den eneste elastiske parameter, der styrer forskydningsbølgens hastighed, er forskydningsmodul.

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

Det øverste billede repræsenterer S-bølge, hvor partikelbevægelse er vinkelret på bølgeudbredelsen, mens det nederste billede er P-bølge, hvor partikelbevægelse er frem og tilbage i retning af bølgeudbredelse. En stor forskel mellem P- og S-bølgen er, at P-bølgen kan bevæge sig i alle medier såsom fast, væske og gas, mens forskydningsbølgen ikke kan bevæge sig i væske. Således ses S-bølgen i den ydre kerne af jorden ikke at være nogen steder. Kun P-bølge eksisterer.

Overfladebølger:

Overfladebølgerne er manifestationen af ​​kropsbølger. De er som krusninger på vandlegemet, der dannes, når sten kastes. Deres oprindelse anses for at være fra overfladekraft, der er repræsenteret af hvor f er kraftvirkende pr. Arealenhed.

Typer af overfladebølge:

Overfladebølger er yderligere opdelt i:

Rayleigh bølge:

Det stammer fra superposition af P-bølge med den lodrette komponent af S-bølge, dvs. SV-bølge. Da P og SV er polariseret i vinkelret retning i forhold til hinanden. Deres superposition fører til elliptisk polarisering af Rayleigh-bølgen.

Rayleigh-bølge i ensartet halv-plads: I ensartet halv-plads Rayleigh-bølger er ikke-spredende i naturen. Imidlertid er selve mediet i realiteten ikke-ensartet, hvilket resulterer i den dispersive natur af Rayleigh-bølgen.

Rayleigh bølger
Billedkredit: Uploadere: WoudloperStjerneklokkeRayleigh bølger, markeret som offentligt domæne, flere detaljer om Wikimedia Commons

Hvad er spredning?

Dispersion refererer til frekvensafhængigheden af ​​hastighed. Dette betyder, at bølger med forskellige frekvenser bevæger sig med forskellige hastigheder. Da seismiske bølger, der stammer fra kilden, indeholder hele frekvenskomponenten fra 0.001 Hz til 100 Hz.

Dette er et bredt frekvensområde, der bærer rigdom af information om strukturen fra overfladen til midten af ​​jorden. Da frekvensen er omvendt proportional med tidsperioden. En del af bølgen med lav frekvens vil have en høj periode og dermed større indtrængningsdybde og omvendt. Også bølger med højere tidsperiode vil være følsomme over for strukturen af ​​samme størrelse. Derfor, hvis vi er interesserede i at billeddanne den større struktur i jorden, bør vi vælge bølgeform med højere periode. Til tyndt lag skal billedbølger med lavere periode (højere frekvens) vælges.

Kærlighedsbølge:

Det er superpositionen af ​​vandret komponent af forskydningsbølger, dvs. SH. Det opstår under betingelsen, når forskydningsbølger sætter sig fast i et lag, hvis hastighed er større end den frie overflade (øverste overflade) og mindre end dem af semi-uendelig halv plads. I det tilfælde interfererer overlejrede SH-bølger, der blev reflekteret i en superkritisk vinkel, konstruktivt og danner kærlighedsbølger. Kærlighedsbølger bevæger sig vandret. De er mest destruktive.

Hvad er seismisk bølgedæmpning?

Mens transmissionen inden i jorden bliver seismisk bølge svækket på forskellige måder.

Geometrisk spredning:

Når bølgen spredes væk fra kilden, spredes kildenergien over et større overfladeareal, så mængden af ​​energi pr. Arealenhed fortsætter med at aftage. Det er universelt med alle slags bølger.

Dæmpes kropsbølger og overfladebølger ens?

Nej, i geometrisk spredning svækkes kropsbølgen, mens overfladebølger dæmpes som.

2. Anelastisk dæmpning:

I virkeligheden er jorden ikke perfekt elastisk til propagering af seismiske bølger. Den anelastiske komponent fører til en vis grad til absorption af seismiske bølger, dette kaldes som anelastisk dæmpning.

Spredende natur af seismiske bølger:

Kropsbølger er ikke-spredende i naturen. Mens overfladebølger er spredte under visse betingelser. Rayleigh-bølger, når de passerer gennem et homogent medium, er ikke-dispersive. Mens kærlighedsbølger i sig selv er spredte. Spredningen af ​​overfladebølger spiller en nøglerolle i forståelsen af ​​jordstrukturen. Bølger med højere periode (lavere frekvens) bevæger sig hurtigere og rejser dybere inde i jorden og omvendt. Dette gælder for normal spredning. Men i nogle tilfælde sker det modsatte. I denne bølger med kortere periode bevæger sig hurtigere og når sensoren inden langvarige bølger.

Læs også:

Efterlad en kommentar