Seismische Wellen: Primär-, Sekundär- und Oberflächenwellen

Nach dem Lesen dieses Artikels erfahren Sie mehr über seismische Primär-, Sekundär- und Oberflächenwellen.

Die Wellenbewegung ist eine bekannte Bewegung, die von uns beobachtet wird. Wenn ein Stein in ein Becken geworfen wird, wird die Wasseroberfläche gestört, wenn der Stein schlägt und die Wellen sich vom Störpunkt aus nach außen bewegen. Dieser Wellenzug wird durch Bewegung der Wasserpartikel in der Nähe der Wellen erzeugt.

Das Wasser fließt jedoch nicht wirklich in die Richtung, in die sich die Wellen bewegen. Beispielsweise wird ein auf der Oberfläche platzierter Kork auf und ab bewegt, bewegt sich jedoch nicht von seiner ursprünglichen Position. Die Störung wird kontinuierlich durch die kurzen Hin- und Herbewegungen der Wasserteilchen weitergeleitet, die den vorausfahrenden Teilchen Bewegung verleihen.

Auf diese Weise transportieren die Wasserwellen Energie von der zerbrochenen Oberfläche, auf die der Stein gefallen ist, zum Beckenrand, wo sie kräftig brechen. Erdbebenbewegungen sind ziemlich analog. Das Rütteln, das wir erfahren, ist die Vibration der elastischen Gesteine ​​durch die Energie in seismischen Wellen.

Wenn ein elastischer Körper, z. B. ein Stein, mit einem Schlag getroffen wird, werden zwei Arten von elastischen Wellen erzeugt, und diese Wellen wandern aus der Quelle heraus. Die erste Art von Welle ist in ihren physikalischen Eigenschaften genau dieselbe wie eine Schallwelle.

Die Schallwellen werden durch abwechselnde Kompressionen (Pushs) und Dehnungen (Pulls) auf die Luft übertragen. Da Flüssigkeiten und Gesteine ​​wie Gase komprimiert werden können, wandert dieselbe Art von Welle durch Gewässer wie Ozeane und Seen und durch die feste Erde.

Bei Erdbeben werden solche Wellen vom Störungsbruch mit gleicher Geschwindigkeit in alle Richtungen nach außen übertragen, wobei das Gestein, durch das sie sich bewegen, abwechselnd komprimiert und aufgeweitet wird. Die Gesteinspartikel bewegen sich in Ausbreitungsrichtung dieser Wellen vorwärts und rückwärts - dh die Partikel bewegen sich senkrecht zur Wellenfront.

Die Verschiebung vorwärts und rückwärts ist die Wellenamplitude. In der Seismologie wird diese Art von Welle als P-Welle oder Druckwelle oder Primärwelle oder Longitudinalwelle bezeichnet. Die P-Welle ist eine schnelle Körperwelle, die durch das Erdinnere wandert und zuerst an der Aufnahmestation ankommt.

Diese Welle kann durch Flüssigkeit oder Gas gehen; In festem Gestein hat es eine größere Geschwindigkeit in größerer Tiefe, wo die Gesteine ​​elastischer sind. Aus diesem Grund kann es schneller durch die Meeresbecken als durch die kontinentalen Massen reisen. Die Geschwindigkeit der P-Welle beträgt 5, 5 bis 13, 8 Kilometer pro Sekunde.

Im Gegensatz zu Luft, die komprimiert, aber nicht geschert werden kann, ermöglichen elastische Materialien die Ausbreitung einer zweiten Art von Welle, die das Material schert und verdreht. Wenn diese Welle durch ein Erdbeben erzeugt wird, spricht man von einer S-Welle oder Sekundärwelle oder Scherwelle oder Transversalwelle. Das Verhalten des Gesteins während des Durchgangs der S-Welle unterscheidet sich stark von seinem Verhalten beim Durchtritt der P-Wellen.

Dies liegt daran, dass die S-Wellen eher Scherung als Kompression erfordern und die S-Wellen die Teilchen des Gesteins quer zur Ausbreitungsrichtung bewegen. Aufgrund der S-Welle können sich die Gesteinsbewegungen in einer vertikalen oder horizontalen Ebene befinden, und diese Wellen ähneln den Querbewegungen in Lichtwellen.

Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase widerstehen einer Volumenänderung, wenn sie zusammengedrückt werden, und federn zurück, sobald die Kraft entfernt wird. Daher können P-Wellen, die Kompressionswellen sind, durch all diese Materialien wandern.

Umgekehrt, S-Wellen schütteln die Partikel im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung. Im Gegensatz zu P-Wellen, die das Volumen des dazwischenliegenden Materials durch abwechselndes Komprimieren und Erweitern zeitweilig verändern, verändern S-Wellen vorübergehend die Form des Materials, das sie überträgt.

Da Flüssigkeiten (Gase und Flüssigkeiten) nicht elastisch auf Formänderungen reagieren, übertragen sie keine S-Wellen. Dieser scharfe Kontrast in den Eigenschaften der P- und S-Wellen kann verwendet werden, um das Vorhandensein von Flüssigkeitszonen tief in der Erde festzustellen.

Die S-Welle ist eine langsamere Körperwelle als die P-Welle. Durch das Innere der Erde reisen, ist es die zweite, die an der Aufnahmestation ankommt. Diese Welle hat eine Geschwindigkeit von 3, 2 bis 7, 3 Kilometer pro Sekunde. (Die kombinierte Wirkung von P- und S-Wellen, die bei Erdbeben auftreten, erzeugt solche Effekte, die im physischen Verhalten von Schall oder Licht fehlen.

Eine dritte Art von Welle, die durch Erdbeben gebildet wird, ist die L-Welle oder Langwelle oder Oberflächenwelle. Diese Wellen sind komplexe, wellige Wellen, die sich entlang der Erdoberfläche ausbreiten. Während sich Oberflächenwellen am Boden ausbreiten, bewirken sie, dass sich der Boden und alles, was darauf ruht, bewegt, ähnlich wie der Ozean anschwillt und ein Schiff wirft.

Zusätzlich zu ihren Auf- und Abbewegungen. Oberflächenwellen haben auch eine seitliche Bewegung in einer horizontalen Ebene. Diese letztere Bewegung ist besonders schädlich für die Fundamente von Strukturen. Diese Welle kann genug Energie haben, um mehr als einmal um die Erde zu gehen. Die Geschwindigkeit der Oberflächenwelle beträgt 4 bis 4, 4 Kilometer pro Sekunde und variiert mit der Dichte des Gesteins.

Diagramm, das den Unterschied in den Ankunftszeiten der P-, S- und L-Wellen bei einem seismographischen B zeigt.

Geschwindigkeiten von P- und S-Wellen:

Die Geschwindigkeit der P-Wellen hängt sowohl vom Volumenmodul als auch vom Schubmodul des Gesteins ab. Dies liegt daran, dass P-Wellen sowohl Kompression des Mediums als auch Scherung beinhalten.

Die P-Wellengeschwindigkeit ist gegeben durch

Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten von P- und S-Wellen können verwendet werden, um den Fokus F eines Erdbebens zu lokalisieren. Da sich die S-Welle langsamer bewegt als die P-Welle, ist die Differenz der Ankunftszeiten zwischen den P- und S-Wellen proportional zu der Entfernung von der Station, in der das Erdbeben aufgetreten ist. Der Punkt, an dem die Vibrationen entstehen, ist der Fokus und der Punkt auf der Oberfläche direkt darüber ist das Epizentrum.