Seismiskie viļņi un to mērīšana. Seismiskie viļņi. Seismisko viļņu veidi Novērotais garenisko seismisko viļņu maksimālais ātrums

Ķīmija un ķīmiskā tehnoloģija

Raksti Zīmējumi Tabulas Par vietni Latviešu valoda

Seismiskie viļņi, izplatīšanās

     Seismisko viļņu izplatīšanās ātrumu un raksturu nosaka iežu īpašības. Izplatoties pa zemi, seismiskie viļņi savā ceļā sastopas ar iežiem ar dažādām elastīgām īpašībām, t.i. ar dažādu blīvumu. Dažāda blīvuma iežu slāņu saskarnēs notiek daļēja seismisko viļņu atstarošanās, un daļēji viļņi, laužoties, pāriet uz tiem esošajiem iežu slāņiem. Pēc tam tie tiek atspoguļoti no nākamā 

Seismisko viļņu izplatīšanās raksturs norāda uz vairāku sfērisku zonu klātbūtni zemeslodē (XV-4. att.). Zemes struktūru var nedaudz vienkāršot, kā parādīts attēlā. XV-5. Zem atmosfēras slāņa (/) aptuveni 100 km dziļumā atrodas zona (//) ar vidējo blīvumu 2,8. Pēc tam līdz 1000 km. (Ill) - ar blīvumu 3-4, līdz 3000 km - (IV) ar blīvumu 5-6 un, visbeidzot, līdz Zemes centram ir zonas V un VI ar blīvumu 9-I . Virzoties uz Zemes centru, spiediens palielinās šādi:  

     Seismiskie viļņi izplatās iežos ar ātrumu no 2 līdz 8 km/s – patiesi kosmiski ātrumi – atkarībā no iežu blīvuma, jo tas ir lielāks, jo lielāks ir viļņu izplatīšanās ātrums. 

Elastīgie viļņi uz Zemes. Elastīgo deformāciju izplatīšanās zemestrīču laikā ir viļņveida. Parasti tiek pētīti gareniskie P un šķērsvirziena ķermeņa viļņi, kā arī virsmas viļņi - Rayleigh viļņi R, kuros daļiņu svārstības notiek plaknē, kas ir perpendikulāra virsmai un iet cauri seismiskā stara virzienam, un šķērsvirziena Mīlestības viļņi L. 

Seismisko viļņu izplatīšanās raksturs norāda uz vairāku sfērisku zonu klātbūtni zemeslodē (XY-4. att.). Zemes struktūru var nedaudz vienkāršot 

Seismisko viļņu veidošanās un izplatīšanās augsnē. 

Seismiskās izpētes pamatā ir elastīgo vibrāciju izplatīšanās raksturlielumu izpēte zemes garozā. Elastīgās vibrācijas (vai, kā tās sauc arī, seismiskos viļņus) visbiežāk tiek radītas mākslīgi. 

Saskaņā ar iedibinātajiem jēdzieniem mūsu planēta sastāv no trim galvenajiem apvalkiem: garozas, apvalka un centrālās kodola. Robežas starp tām nosaka krasi lēcieni seismisko viļņu izplatīšanās ātrumā. 

Seismiskā metode ir visizplatītākā naftas un gāzes atradņu meklēšanas un izpētes metode. Tās pamatā ir sprādziena vai citos veidos ierosinātu seismisko viļņu izplatīšanās rakstura reģistrēšana un izpēte akmeņos. 20-30 m dziļās akās, kas izurbtas pētāmajā teritorijā, tiek ievietota sprāgstviela un tiek veikta sprādzienu sērija. Rezultātā radušās seismiskās vibrācijas jeb viļņi izplatās dziļi iežu masā, tiek atspoguļoti un laužas atkarībā no to blīvuma. Atstarotos un lauztos viļņus virza uz augšu un uztver jutīgi instrumenti (7. att.). Zinot attālumus no urbumiem, kuros tiek veikti sprādzieni, un seismisko viļņu izplatīšanās likumus, nosakiet iežu dziļumu, to struktūru un naftas un gāzes slazdu klātbūtni. 

Granīti un granodiorīti, acīmredzot, krasi dominē apjomā un biosfērā starp citiem masīvajiem iežiem. Šāds pārsvars gan redzams, tikai ņemot vērā ģeofizikas secinājumus, ka seismisko viļņu izplatīšanās ātrums atbilst to izplatīšanās ātrumam granītos, vienāda īpatnējā smaguma cietos ķermeņos. 

Seismiskās izpētes pamatā ir elastīgo viļņu izplatīšanās modeļu izmantošana zemes garozā, kas tajā mākslīgi izveidoti ar sprādzieniem seklās akās. Seismiskie viļņi izplatās virs zemes virsmas un tās dziļumos. Daļa šo viļņu enerģijas, sasnieguši blīvu iežu virsmu, no tās atspīd un atgriezīsies uz zemes virsmas (14. att. Atspoguļotie viļņi tiek fiksēti ar īpašiem instrumentiem, ko sauc par seismogrāfiem). par atstarotā viļņa pienākšanu seismogrāfam un attālumu no sprādziena vietas viņi spriež par iežu rašanās apstākļiem. 

XU-4. Garenisko seismisko viļņu izplatīšanās ātruma izmaiņas zemeslodē ar dziļumu. 

Seismiskā metode ir balstīta uz elastīgo viļņu izplatīšanās īpašībām zemes garozā. Elastīgos viļņus mākslīgi rada zemes garozā sprādzieni seklos akās. Seismisko viļņu kustības likumi, kas nāk no sprādziena vietas, ir līdzīgi skaņas viļņu kustības likumiem. Elastīgo viļņu izplatīšanās ātrums dažādos iežos ir atšķirīgs. Tā, piemēram, to ātrums mālos svārstās robežās no 1,8-2,1 kilometriem sekundē, kaļķakmenī 3,2-5,5, kvarcītos 4-7 kilometri sekundē. 

J. Vaits. Seismisko viļņu ierosme un izplatīšanās Per. no angļu valodas - M. Nedra, 1986. - 262 lpp. 

Garenisko seismisko viļņu izplatīšanās ātruma vidējās vērtības, kas noteiktas iepriekšminētajos Aizkaukāza zemienes un Kaspijas jūras baseina apgabalos, vienam un tam pašam veidojumam izrādījās vienādas. Šie ātrumi ir šādi  

Katrs sprādziens ir neliela mākslīga zemestrīce. Pētot tā viļņu izplatību, izmantojot seismiskos instrumentus, kas iepriekš novietoti gaidāmā sprādziena zonā, ir iespējams iegūt vērtīgu informāciju par rūdas ķermeņu rašanos noteiktā apgabalā. 

Dziļurbuma indukcijas seismiskais uztvērējs ir paredzēts, lai mākslīgi ierosinātas sprādziena radītās mehāniskās vibrācijas pārveidotu elektriskās vibrācijās, veicot urbumu seismiskos apsekojumus, lai noteiktu elastīgo viļņu vidējos ātrumus. Interpretējot seismiskos datus, ir nepieciešamas zināšanas par šiem ātrumiem. 

Mums neizdevās iekļūt ļoti tālu Zemes dzīlēs, bet, pamatojoties uz netiešiem datiem, mēs varam izveidot vispārēju priekšstatu par tās uzbūvi un sastāvu. Viena ideja par Zemes sastāvu ir balstīta uz visas planētas vidējā blīvuma (5,5 g/cm) salīdzināšanu ar vidējo iežu blīvumu uz tās virsmas (2,8 g/cm). No šī salīdzinājuma izriet, ka Zemes iekšienē ir jābūt lielākam blīvumam nekā uz virsmas. Papildu informācija par Zemes uzbūvi ir balstīta uz novērojumiem par seismisko viļņu izplatīšanos tajā, kas rodas zemestrīču rezultātā. No šādiem pētījumiem varam secināt, ka Zeme sastāv no četriem garozas slāņiem, mantijas, ārējā kodola un iekšējā kodola, kas būtiski atšķiras pēc īpašībām. Šie Zemes slāņi ir parādīti attēlā. 22.2. 

Impulsa ultraskaņas seismoskops (29. att.) paredzēts viļņu procesu pētīšanai seismisko struktūru modeļos, kā arī elastīgo viļņu izplatīšanās ātrumu noteikšanai mazos iežu paraugos. 

Tās obligātā sastāvdaļa ir seismisko signālu avoti, kas rada elastīgus viļņus. Šie viļņi, kas izplatās pa zemi, tiek atspoguļoti un laužas iekšējās fiziskajās robežās starp nogulumu slāņiem un pamatu virsmu, nesot informāciju par dziļā interjera struktūru. Mērot viļņu izplatīšanās laiku, to intensitāti un ieraksta raksturu, ar atbilstošu aparatūru ir iespējams izveidot diezgan precīzu priekšstatu par atstarojošo un refrakcijas horizontu uzvedību, kā arī izveidot kartes un diagrammas. , kas ir pamats urbšanas izpētes darbu veikšanai. 

Zemes garoza ir cietās Zemes augšējais slānis, un tā struktūra un ķīmiskais sastāvs atšķiras no pamatā esošajiem apvalkiem. Zemes garozas pamatni seismiski izseko Mohoroviča robeža, pie kuras seismisko viļņu izplatīšanās ātrums strauji palielinās līdz 8,0-8,2 km/s. 

Pēdējos gados īpaši izplatītas ir ģeofizikālās metodes, kuru pamatā ir iežu atšķirības to spējā izplatīties un atspoguļot sprādzienu laikā radušos elastīgos viļņus. Šīs metodes sauc par seismisko izpēti. 

Vēlāk parādījās T. Joši darbs, kurā atkarība Hi(t) tiek noteikta no eksperimentāliem datiem, pamatojoties uz Reilija virsmas seismisko viļņu izplatības un izkliedes rezultātu vispārinājumu. 

Elastīgā uzvedība ir Zemes vielas raksturīgākā reakcija uz mehāniskām ietekmēm plašā spriegumu, temperatūru un spēku darbības ilguma diapazonā. Garozas un mantijas iežu augstā elastība saspiešanas un bīdes laikā dinamiskā režīmā izpaužas seismisko viļņu izplatīšanā, bet ilgākas slodzes apstākļos - polu un plūdmaiņu Čandlera svārstībās. Cietvielu elastīgās īpašības pilnībā apraksta neatkarīgu elastīgo konstantu kopa, kuru skaitu nosaka anizotropijas pakāpe un izotropiem kristāliem vai agregātiem ir vienāds ar diviem. 

Ģeofiziķu iegūtie dati, pētot seismisko viļņu pāreju cauri zemeslodei zemestrīču vai mākslīgu sprādzienu laikā, liecina, ka zemeslodes iekšpuse ir neviendabīga un satur separācijas graudus. Dažādām neviendabīgām zemeslodes daļām tiek novēroti dažādi seismisko viļņu izplatīšanās ātrumi. Pamatojoties uz seismogrāfijas datiem, tika ierosināts, ka Zemes zarnās ir robežas. posms 100, 1200 un 2900 km dziļumā, acīmredzot, šajos dziļumos pamatā esošo iežu ķīmiskais sastāvs mainās radiālā virzienā. 

Seismiskās metodes plaši izmanto naftas un gāzes izpētē un izpētē. Izmantojot seismiskās metodes, zemes garozas biezumā tiek radīti mākslīgi elastīgi viļņi. Šādi viļņi tiek ierosināti ar sprādzieniem (7. att.) vai ar nesprādzienbīstamām ierīcēm - dinoseisos un vibroseis. Akmens daļiņas piedzīvo elastīgas vibrācijas un pārraida tās viena uz otru. Tā rezultātā rodas elastīgi vai seismiski viļņi. 

Viļņu impulsu analīze ir seismisko ierakstu izpētes metodes tālāka attīstība, īpaši gadījumos, kad tiek pētīta viļņu grupa kopumā. No iegūtajām seismogrammām tiek pilnībā analizēta seismisko viļņu forma no šādiem pētījumiem ir korelēt noteiktā stacijā novērotās viļņu īpašības ar atsevišķiem epicentrālajiem apgabaliem. Šie pētījumi ir balstīti uz eksperimentālu faktu par līdzīgu raksturlielumu esamību un zemestrīces mehānisma un viļņu izplatīšanās ceļu atkārtojamību jebkurā epicentrālajā reģionā. Novērošanas stacija, pamatojoties uz daudzu materiālu analīzi, ir noteikusi konkrētus viļņu raksturlielumus, no tiem var atrast aptuvenus epicentru izvietojumus, novērtēt avotu īpašības un to mehānismus no viļņu ceļiem. 

Idejas 6.5.1. sadaļā tieši attiecas uz katru novērojumu ģeofizikā. Praksē mēs nekad neveicam novērojumus tieši pie avota, bet kaut kādā attālumā ar vienas vai otras ierīces palīdzību. Apskatīsim filtrēšanas ietekmi uz seismisko viļņu izplatīšanās ceļu no avota (zemestrīce, sprādziens) līdz to ierakstīšanai. 

Amplitūdas korekcija ļauj pētīt dinamiskos raksturlielumus, t.i., īpašības, kas ietekmē amplitūdu, un fāzes korekcija ļauj izpētīt kinemātiskās īpašības (fāzes un grupas ātrumus). Nākamajās nodaļās jūs atradīsit daudzus šo vienādojumu lietojumus dažādu problēmu risināšanā. Šeit izdarītais secinājums attiecas uz seismisko viļņu izplatīšanos, bet pilnīgi līdzīgas attiecības un procedūras frekvenču traucējumu korekcijai tiek veiktas citos gadījumos. Tāpēc frekvences kropļojumu korekcija ir būtiska 

Jebkuru lielumu, ko var izteikt kā viena vai vairāku mainīgo funkciju, var pakļaut spektrālai analīzei ar Furjē metodi. Tomēr vairāku mainīgo gadījumā šādai analīzei ir praktiska nozīme, īpaši, ja neatkarīgais mainīgais ir laiks. Lielākā daļa svarīgāko Furjē analīzes pielietojumu seismoloģijā ir saistīti ar seismisko viļņu tipu analīzi. Kā redzējām, apstrādes apstākļi sensorajā apstrādē nav viegli. Metodes spēks un vājums vienlaikus slēpjas apstāklī, ka mēs novērojam visu ietekmju kopumu. Piemēram, mēs varam novērot izolētu spektra avotu. Signāla avotam un ceļam var būt tāda pati ietekme uz novēroto spektru. Tāpēc seismoloģiskā spektroskopija viļņu un to formu analīzes stadijā ievieš vislielāko iespējamo izkropļojumu. 

Dažos spektrālās analīzes lietojumos parasti tiek vienkāršots tas, ka pamatperiodus (frekvences) var noteikt pats problēmas raksturs, piemēram, seismisko viļņu analīzē atmosfēra. Šajā gadījumā galvenās periodu vērtības tiek noteiktas, pamatojoties uz gada temperatūras mērījumiem un dienas temperatūras izmaiņām. Šajā kategorijā ietilpst arī zemestrīču biežuma mērīšana. 

Klusā okeāna reģionā, kā mēs redzējām, ir izstrādāti tikai bazalta vulkāniskie ieži. Tas ir novērojumu fakts, kam kā tādam ir jābūt mūsu zinātnisko spriedumu pamatā. Taču, pievēršoties ģeoloģijas un ģeofizikas literatūrai, redzam, ka, lai izskaidrotu zem granīta esošo zemes čaulu lielo īpatnējo smagumu (par ko liecina seismisko viļņu izplatīšanās ātrums), nevis bazalta esamību, bet tiek pieņemts peridotīts vai eklogīts. Pievēršoties šo ideju primārajiem avotiem, redzam, ka tie daļēji ir tikai precīzi zinātniski novērojumi, un pārsvarā dominē spekulatīvas ģeogēnas idejas. Viņiem ir grūti atspoguļot ģeoloģiskos faktus. Bazalti gan izvirdumu veidā, gan plaisu izplūdes veidā ir virszemes vulkāniski, nevis dziļi plutoniski ieži. Bet peridotīti un eklogīti šajā aspektā nav ar to saistīti ieži. Peridotītus kā iežus, kas atbilst ģeoloģiskajam apvalkam zem granīta, jau pagājušā gadsimta beigās izvirzīja E. Suess. Viņš vadījās no A. Dobres priekšstatiem, ka meteorīti, būdami kādreizējo planētu (un zvaigžņu) fragmenti, var sniegt izpratni par ģeologam tieši nepieejamiem zemes iekšējiem dzīlēm. Pamatojoties uz pallazītu esamību, viņš pieņēma olivīna iežu un niķeļa dzelzs dominēšanu. Bazaltus dziļos sacietējumos vajadzētu sajaukt, pēc viņa idejām, ar peridotītu vai dunītu. 

Īpašu problēmu rada Rifas nogulumi, kuru klātbūtni ieplakas dienvidaustrumu daļā, tā sauktajā Rifas prograbēnā, tagad pieņem lielākā daļa pētnieku. Ņemiet vērā, ka seismisko viļņu izplatīšanās ātrumi domājamās Rifes laikmeta atradnēs ir tuvi pagraba ātrumiem. Pateicoties šai konverģencei, šie nogulumi, kas atrodas virs kristāliskā pagraba DDV dienvidaustrumos, var ievērojami izlīdzināt pagraba virsmas struktūras sarežģītību šajā zonā, kas jāņem vērā, aprakstot to. 

Dalira uzskatīja par ārkārtīgi interesantu problēmu, kas attiecas uz zemes garozas biezuma aprēķināšanu, kurā notiek zemas temperatūras (P-kvarca par augstas temperatūras a-kvarca) pārveidošanās procesi. Šī transformācija ir svarīga seismoloģijai, jo a-. Kvarcam ir raksturīgs ievērojami mazāks tilpuma samazinājums (gandrīz divas reizes) nekā P-kvarcam Deilijs aprēķināja dziļumu, kas atbilst bezdibenes temperatūrai 760 ° C, aptuveni vienāds ar 30 / sl, un tādējādi izskaidroja, kāpēc gareniskie viļņi zemes iekšienē. kas nāk no slāņa 30-45 km dziļumā, ir lielāks ātrums, salīdzinot ar parasto to izplatības ātrumu, dziļi guļoša granīta magma (sial) tika atklāta Centrāleiropas dzīlēs zem Alpiem ar seismisko pārrāvumu 4. . 

Seismiskās izpētes 26 kanālu stacijas modelis SS-26-51D ir paredzēts seismiskai izpētei, izmantojot atstaroto un refrakcijas viļņu metodes. Šīs metodes ļauj noteikt dažāda blīvuma ģeoloģisko slāņu dziļumus un trieciena leņķus, pētot mākslīgā sprādziena radīto elastīgo vibrāciju izplatīšanos tajos. Staciju var izmantot seismiskās mežizstrādes novērojumiem, bet inženierseismiskajā - blīvu veidojumu virsmas stāvokļa noteikšanai. 

Pirmkārt, ir nepieciešams izolēt ieplakas dienvidu pusi kā atsevišķu posmu, kas savukārt sadalāms atsevišķos blokos, katram blokam raksturojot savu unikālo tektoniku. Siles dienvidu puses rietumu daļai (Tamanas pussalā) ir raksturīgas diapiriskas krokas. Jāpiebilst, ka, pateicoties seismiskiem pētījumiem, izmantojot atstarotā viļņa metodi, tika identificētas dažas specifiskas diapirisko struktūru pazīmes. Foraminiferālie un vecāki nogulumi tajos nepiedalās. Tie ir salocīti maigās antiklinālās krokās, un jaunie nogulumi (Maikopian) veido caururbjošus serdes. Diapirisko kroku izplatības austrumu robeža ir Džiginskas struktūra, kur iet meridionālais reģionālais lūzums.     Vispārējās ķīmijas pamati, 3. sējums (1970) -- [

Seismiskais vilnis

Ķermeņa viļņi un virsmas viļņi

Seismiskie viļņi- enerģijas viļņi, kas pārvietojas pa zemi vai citiem elastīgiem ķermeņiem tāda procesa rezultātā, kas rada zemas frekvences akustisko enerģiju (zemestrīce, sprādziens utt.). Seismiskos viļņus pēta seismologi un ģeofiziķi. Tie tiek pētīti, izmantojot seismogrāfu, ģeofonu, hidrofonu vai akselerometru.

Viļņu izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no vides blīvuma un elastības. Ātrumam ir tendence pieaugt līdz ar dziļumu, zemes garozā tas ir 2-8 km/s, un, padziļinot līdz mantijai, tas ir 13 km/s.

Zemestrīces rada dažāda veida seismiskos viļņus dažādos ātrumos. Vilnis tiek fiksēts vairākās seismoloģiskajās stacijās, un, pamatojoties uz laika starpību, zinātnieki aprēķina epicentru. Ģeofizikā seismisko viļņu refrakciju jeb atstarošanu izmanto Zemes dzīļu pētīšanai, mākslīgos viļņus pazemes konstrukciju pētīšanai.

Seismisko viļņu veidi

Ir divi galvenie veidi: ķermeņa viļņi un virsmas viļņi. Papildus tiem, kas aprakstīti zemāk, ir arī citi, mazāk nozīmīgi viļņu veidi, kurus uz Zemes, visticamāk, neatradīs, taču tie ir svarīgi asteroseismoloģijā.

Ķermeņa viļņi

Viņi iet cauri Zemes zarnām. Viļņu ceļu lauž pazemes iežu dažādais blīvums un cietība.

P-viļņi

P-viļņi (primārie viļņi) ir garenvirziena vai kompresijas viļņi. Parasti to ātrums ir divreiz lielāks par S-viļņiem, un tie var iziet cauri jebkuram materiālam. Gaisā tie ir skaņas viļņu formā, un attiecīgi to ātrums kļūst vienāds ar skaņas ātrumu. P viļņu standarta ātrums ir 330 m/s gaisā, 1450 m/s ūdenī un 5000 m/s granītā.

S viļņi

S-viļņi (sekundārie viļņi) ir šķērsviļņi. Tie parāda, ka zeme pārvietojas perpendikulāri izplatīšanās virzienam. Horizontāli polarizētu S-viļņu gadījumā zeme virzās pārmaiņus vienā virzienā un tad otrā virzienā. Šāda veida viļņi var darboties tikai cietās daļiņās.

Virszemes viļņi

Virszemes viļņi ir nedaudz līdzīgi ūdens viļņiem, taču atšķirībā no tiem tie pārvietojas pa zemes virsmu. Viņu parastais ātrums ir ievērojami mazāks par ķermeņa viļņu ātrumu. Zemās frekvences, ilguma un lielās amplitūdas dēļ tie ir vispostošākie no visiem seismisko viļņu veidiem. Tie ir divu veidu: Rayleigh viļņi un mīlestības viļņi.

P- un S-viļņi apvalkā un kodolā

Kad notiek zemestrīce, seismogrāfi netālu no epicentra fiksē S un P viļņus. Bet lielos attālumos nav iespējams noteikt pirmā S viļņa augstas frekvences. Tā kā šķērsviļņi nevar pārvietoties pa šķidrumiem, pamatojoties uz šo parādību, Ričards Diksons Oldems izvirzīja hipotēzi, ka Zemei ir šķidrs ārējais kodols. Šāda veida pētījumi vēlāk liecināja, ka Mēnesim ir ciets kodols, taču jaunākie ģeodēziskie pētījumi liecina, ka tas joprojām ir izkusis.

P- un S-viļņu izmantošana zemestrīces atrašanās vietas noteikšanai

Vietējo vai tuvējo zemestrīču gadījumā P- un S-viļņu ierašanās atšķirību var izmantot, lai noteiktu attālumu no notikuma. Globālo zemestrīču gadījumā četras vai vairākas ar laiku sinhronizētas novērošanas stacijas reģistrē P-viļņu ierašanās laikus. Pamatojoties uz šiem datiem, jūs varat aprēķināt epicentru jebkurā planētas vietā. Lai noteiktu hipocentru, tiek izmantots lielāks datu apjoms (desmitiem vai simtiem ierakstu par P-viļņu ienākšanu no seismiskajām stacijām).

Vienkāršākais veids, kā noskaidrot zemestrīces vietu 200 km rādiusā, ir aprēķināt P- un S-viļņu ienākšanas starpību sekundēs un reizināt to ar 8. Bet teleseismiskajos attālumos šī metode nav piemērota, jo pastāv liela varbūtība, ka seismiskie viļņi padziļinājās līdz Zemes apvalkam un lauzās, mainot tā ātrumu.

Saites

Šis ir raksta projekts par

Seismiskie viļņi zemes garozā.

Elastīgi viļņi cietā vidē.

Seismiskie uztvērēji. Ierīces korpuss beidzas ar tērauda tapu, kas ir iesprausta zemē un nodrošina drošu akustisko kontaktu ar to.

Seismiskā uztvērēja diagramma.

Mēs esam pieraduši uzskatīt zemes virsmu par kaut ko cietu un nesatricināmu. Tomēr viļņi, ko sauc par seismiskiem, zemē nepārtraukti rodas un sabrūk. Runa ir ne tikai par katastrofālu zemes garozas satricināšanu zemestrīču laikā, pat zāles vibrācijas vējā rada viļņus – mikroseismus, kurus pamana un fiksē instrumenti.

Cietā vidē ir divu veidu izturība pret ārējām mehāniskām ietekmēm: izturība pret tilpuma izmaiņām un izturība pret bīdi, barotnes elementu formas maiņa. Tāpēc viendabīgā izotropā (ar vienādiem raksturlielumiem visos telpas punktos un visos virzienos tajā) var izplatīties divu veidu viļņi - atbilstoši vides elementa tilpuma izmaiņām un tā formas izmaiņām. Pirmā tipa viļņus sauc par garenvirziena viļņiem (vai nu saspiešanas, vai stiepes viļņiem) vai P- viļņi ( ppima) - zemestrīču un sprādzienu laikā tie ir pirmajā vietā. Otrā tipa viļņus, kas ierodas vēlāk, sauc par šķērsvirziena vai S- viļņi ( seconda). P-vilnis virzās ar ātrumu V p = √(λ+2μ)/ρ , un S-vilnis - ar ātrumu V s = √μ/ρ , Kur λ Un µ - elastīga konstanta vide, un lpp - tā blīvums. Maksimālais bīdes viļņu ātrums cietā vidē V s = 0,7 V lpp, kā arī šķidrumos un gāzēs S-vilnis vispār neizplatās.

Svārstības, kas saistītas ar S-viļņi var rasties divās savstarpēji perpendikulārās plaknēs. Tāpēc tos var iedalīt komponentos – piemēram, paralēli zemes virsmai un perpendikulāri tai. Tie pastāv atsevišķi un tiek attiecīgi saukti par plaknes polarizētiem. SH- Un SV- viļņi.

Divu veidu virsmas viļņi var izplatīties arī pa vides brīvo virsmu. Daži izspiež vidi vertikālajā plaknē, citi horizontālajā plaknē (viļņi ar vertikālu un horizontālu polarizāciju). Tipisks pirmā tipa viļņa piemērs ir Rayleigh vilnis, kas pārvietojas ar ātrumu C R ≈ 0,9 V s. Fenimora Kūpera romānos indiāņi jau iepriekš uzzina par jātnieku tuvošanos, pieliekot ausis pie zemes: viņi dzird precīzi Reilija vilni.

Šķērsvirziena, tīri bīdes Mīlestības vilnis var pārvietoties pa saskarni starp diviem cietiem medijiem - pustelpu un salīdzinoši plānu slāni. Un kad tas nokrīt uz tādas robežas S- vai P-vilnis, uzreiz parādās četri viļņi - divi atstaroti un divi lauzti, kas tiek apzīmēti kā PP, SS un tā tālāk. Ja atstarošanas vai refrakcijas laikā pie robežas viļņa veids mainās, to sauc par apmaiņu.

Laboratorijas apstākļos viļņus reģistrē, izmantojot pjezoelektriskos sensorus; laukā - ar seismiskiem uztvērējiem.

Elastīgs P- Un S-viļņus veiksmīgi izmanto zemestrīču analīzē, ģeofizikālajos pētījumos, derīgo izrakteņu (galvenokārt naftas un gāzes) meklējumos un cietvielu fizikā. Un nakts plēsējs, skorpions, pirms miljoniem gadu “iemācījās” medīt laupījumu ar viņu palīdzību.

Skatiet rakstu par šo pašu tēmu izdevumā.

Dobumi, iežu plīsumi utt.) vai mākslīgie (sprādzieni, vibratori, pneimatiskie, gāzes dinamiskie, elektriskās dzirksteles, hidrauliskie) avoti. Seismisko viļņu frekvenču diapazons ir no 0,0001 Hz līdz 100 Hz. Spēcīgu zemestrīču avotu tuvumā seismiskiem viļņiem ir iznīcinoša jauda ievērojamos attālumos no avotiem, to intensitāte samazinās vājināšanās dēļ. Seismogrāfus izmanto seismisko viļņu reģistrēšanai.

Ir divas seismisko viļņu grupas – ķermeņa un virsmas. Ieži, kas veido Zemi, ir elastīgi, tāpēc var deformēties un piedzīvot vibrācijas pēkšņas spiediena (slodzes) ietekmē. Ķermeņa viļņi izplatās klints tilpuma iekšpusē. Tie ir sadalīti divos veidos: gareniski un šķērsvirzienā. Turklāt tikai viļņi, ko sauc par garenvirziena viļņiem, iziet cauri šķidrajam, izkusušajam kodola materiālam, tie izraisa vides, caur kuru tie iet, saspiešanu un izplešanos, tāpat kā mums pazīstamie skaņas viļņi. To kustība atgādina tārpa kustību, saspiežoties un stiepjoties gar garenisko asi.
Cita veida - šķērsvirziena - viļņi neiziet cauri kausējumam, bet vājinās pie zemes kodola robežas. Šajos viļņos iežu daļiņas vibrē perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzieniem. Šādas vibrācijas var salīdzināt ar čūskas kustību, kas grozās pa virsmu kustības virzienā. Šķērsviļņi, sasniedzot virsmu, šūpo visu uz zemes no vienas puses uz otru un uz augšu un uz leju, izraisot vislielāko postījumu. Tieši tāpēc, ka cietās Zemes virsma ir robeža ar daudz mazāk blīvu vidi, gaisu, uz zemes virsmas tilpuma seismiskie viļņi var “staigāt apkārt” brīvāk, kas parasti notiek. To veicina arī virszemes augšņu īpašības.

Viendabīgā izotropā ideāli elastīgā cietā vidē tālu no saskarnēm, t.sk. tālu no Zemes virsmas var izplatīties tikai divu veidu seismiskie viļņi: garenvirziena (P) un šķērsvirziena (S). Gareniskie seismiskie viļņi nes vidē apjoma izmaiņas (saspiešanu un spriegumu). Daļiņu kustības tajās notiek paralēli viļņu izplatīšanās virzienam, un deformācijas ir vispusīgas saspiešanas (spriegojuma) un tīras bīdes superpozīcija. Šķērsvirziena seismiskie viļņi vidē neveido tilpuma izmaiņas, daļiņu kustības tajos notiek perpendikulāri viļņa izplatīšanās virzienam, un deformācija ir tīra bīde. Garenisko Vp un šķērsenisko Vs viļņu ātrumu nosaka pēc formulas:

Vp = (k + 4/3 m)/r, Vs = m/r,
kur k ir visaptverošas saspiešanas modulis,
m - bīdes modulis,
r - blīvums.
Garenvirziena viļņu ātrums ir aptuveni 3 reizes lielāks par šķērsviļņu ātrumu. P un S viļņi no avota izplatās visā Zemes tilpumā (ķermeņa viļņi). To amplitūda viendabīgai un izotropai videi samazinās apgriezti proporcionāli attālumam no avota.
Zemes saskarnēs un citās neviendabībās tiek novērotas seismisko viļņu veidu atstarošanas, refrakcijas un apmaiņas parādības. Blakus robežām rodas un izplatās virszemes Reilijas un Mīlestības viļņi. Pirmie ir nehomogēnu garenisko un šķērsenisko seismisko viļņu superpozīcija, otrie ir tikai šķērsvirziena. Rayleigh viļņi rodas vienas saskarnes (Zemes virsmas) klātbūtnē, Mīlestības viļņi - divi vai vairāk. Uz Zemes virsmas viļņu ātrums ir mazāks par šķērsviļņu ātrumu un ir atkarīgs no frekvences. Rayleigh un Love viļņu amplitūda samazinās aptuveni apgriezti proporcionāli kvadrātsaknei no attāluma līdz avotam.

Ļoti svarīgas ir dažādu seismisko viļņu grupu un veidu īpašības, īpaši to caurbraukšanas ātrums akmeņiem. To parasti mēra ar vairākiem kilometriem sekundē, un tāpēc dažādos attālumos no avota (hipocentrs un epicentrs) viļņu ierašanos jūt un reģistrē nevienlaicīgi. Šis īpašums ir pamats, lai noteiktu zemestrīces epicentra koordinātas no ierakstiem par viļņu pienākšanu attālās seismiskās stacijās. Tikpat svarīgas ir arī atsevišķu grupu un viļņu veidu ātruma atšķirības. Virsmas viļņi izplatās lēnāk nekā ķermeņa viļņi, un tāpēc novērošanas punktos nonāk vēlāk. Tilpuma viļņu grupā šķērsviļņi izplatās vidēji 1,75 reizes lēnāk nekā garenviļņi. Tas skaidri parāda, kāpēc cilvēki, kas nonāk spēcīgas zemestrīces epicentrālajā reģionā, bieži nonāk viļņu varā: tos stumj, šūpo, krata dažādos virzienos ar dažādu paātrinājumu. Aculiecinieki bieži “dzird” zemestrīci šī vārda tiešajā nozīmē. Gareniskie viļņi ir līdzīgi skaņas viļņiem. Pie noteiktas svārstību frekvences (dzirdamo viļņu diapazonā, tas ir, vairāk nekā 15 Hz), sasniedzot virsmu, tie kļūst par skaņas viļņiem. Ja atceramies, ka garenviļņi pārvietojas ātrāk, un šķērsviļņi bieži rada galvenos bojājumus, ir viegli saprast, kāpēc pirms zemestrīces ir dzirdama dārdoņa.

>>Fizika: seismiskie viļņi

Seismiskie viļņi sauc par viļņiem, kas izplatās Zemē no zemestrīču vai jebkādu spēcīgu sprādzienu avotiem. Tā kā Zeme lielākoties ir cieta, tajā vienlaikus var rasties divu veidu viļņi - garenvirziena un šķērsvirziena. Šo viļņu ātrums nav vienāds: gareniskie viļņi pārvietojas ātrāk nekā šķērsvirziena viļņi. Piemēram, 500 km dziļumā šķērsenisko seismisko viļņu ātrums ir ≈ 5 km/s, bet garenviļņu ātrums ir ≈ 10 km/s.

Seismisko viļņu izraisīto zemes virsmas vibrāciju reģistrācija un reģistrēšana tiek veikta, izmantojot instrumentus, ko sauc seismogrāfi. Seismogrāfa galvenā daļa ir svārsts, kas sāk svārstīties ikreiz, kad parādās seismiski viļņi. Vienkāršākajās ierīces konstrukcijās svārsts ir savienots ar rakstīšanas ierīci, kas uz speciālas lentes uzzīmē vibrāciju grafiku.

Izplatoties no zemestrīces avota, ierakstīšanas (seismiskajā) stacijā vispirms nonāk garenviļņi, bet pēc kāda laika - šķērsviļņi. Zinot viļņu izplatīšanās ātrumu zemes garozā un šķērsviļņa aizkaves laiku, iespējams noteikt attālumu R līdz zemestrīces epicentram. Lai noskaidrotu, kur tieši tā atrodas, viņi izmanto datus, kas iegūti vairākās seismiskajās stacijās. Pieņemsim, ka attālums no zemestrīces epicentra līdz stacijai S 1 ir vienāds ar R 1, līdz stacijai S 2 - R 2 un līdz stacijai S 3 - R 3. Tad kartē ap stacijām uzzīmējot atbilstošu rādiusu apļus un atrodot to krustošanās punktu, noskaidrosim, kur tieši atrodas seismisko viļņu avots (46.attēlā A punkts).

Katru gadu visā pasaulē tiek reģistrēti simtiem tūkstošu zemestrīču. Lielais vairums no tiem ir vāji, bet ik pa laikam ir arī tādi, kas pārkāpj augsnes viengabalainību, iznīcina ēkas un noved pie cilvēku upuriem.

Zemestrīču intensitāte tiek raksturota, izmantojot 12 ballu skalu (4. tabula).

Piemēram, Ašhabadas zemestrīce 1948. gadā novērtēta ar 9-10 ballēm, bet Taškentas zemestrīce 1966. gadā ir novērtēta ar 8 ballēm. Šādu katastrofu laikā iet bojā milzīgs skaits cilvēku. Spitakas zemestrīces laikā Armēnijā (1988) gāja bojā vairāki desmiti tūkstošu cilvēku, bet Taišaņas zemestrīces laikā Ķīnā (1976) cilvēku upuru skaits sasniedza vairākus simtus tūkstošus!

Spēcīgu zemestrīču postošo ietekmi var novērst, tikai būvējot pret zemestrīcēm izturīgas ēkas. Taču šāda būvniecība ir diezgan dārga un turklāt ne vienmēr ir zināms, kur tieši šādas mājas būtu jābūvē. Zemestrīču prognozēšana ir biedējošs uzdevums. Pie šīs problēmas risināšanas strādā īpaši valsts dienesti un pētniecības institūti.

Pētot seismisko viļņu izplatību Zemes iekšienē, mēs varam izpētīt mūsu planētas dziļo struktūru. Vienkāršākā šādu pētījumu shēma ir šāda. Kādā brīdī augsnē tiek ievietots lādiņš, pēc kura notiek pazemes sprādziens. Izplatoties visos virzienos no sprādziena vietas, seismiskie viļņi sasniedz dažādus slāņus Zemes iekšienē. Atspoguļoti viļņi rodas pie katra no tiem robežas. Šie viļņi atgriežas uz Zemes virsmas, kur tos fiksē īpašās seismiskās stacijās. Tā, piemēram, tika konstatēts, ka Zemes iekšpusi var iedalīt trīs galvenajos reģionos: garozā, apvalkā un kodolā. Mērījumi parādīja, ka aptuveni 2800 km dziļumā (uz robežas starp apvalku un serdi) garenviļņu ātrums strauji samazinās no 13,6 līdz 8,1 km/s, bet šķērsviļņu ātrums - no 7,3 km/s līdz nulle. Šķērsviļņu necaurlaidība ar kodolu nozīmē, ka serdes ārējais apgabals nav ciets, bet gan šķidrs.

Līdztekus zemeslodes struktūras izpētei seismiskā izpēte ļauj atklāt vietas, kas ir labvēlīgas naftas un gāzes uzkrāšanai.
Seismiskie pētījumi tiek veikti ne tikai uz Zemes, bet arī uz citiem debess ķermeņiem. Piemēram, 1969. gadā amerikāņu astronauti izvietoja seismiskās stacijas uz Mēness. Katru gadu šīs stacijas reģistrēja no 600 līdz 3000 vājām mēnesstrīcēm. Un 1976. gadā kosmosa kuģis Viking (ASV) uzstādīja seismogrāfu uz Marsa. Tomēr spēcīgu traucējumu dēļ nevarēja iegūt ticamus datus par Marsa seismiskumu.

1. Kādus viļņus sauc par seismiskiem? 2. Kuru viļņu ātrums cietās vielās ir lielāks – garenvirziena vai šķērsvirziena? 3. Kā jūs varat noteikt zemestrīces epicentra atrašanās vietu? 4. Kādas Zemes izpētes metodes ļauj noteikt tās iekšējo struktūru? 5. No kā izriet, ka Zemes ārējais kodols ir šķidrs?

S.V. Gromovs, N.A. Rodina, Fizika 8.kl

Iesnieguši lasītāji no interneta vietnēm

Fizikas uzdevumi un atbildes pa atzīmēm, kontroldarbu atbilžu lejupielāde, 8. klases fizikas stundu plānošana, tiešsaistes 8. klases fizikas stundas, mājas darbi un darbs

Nodarbības saturs nodarbību piezīmes atbalsta ietvarstundu prezentācijas paātrināšanas metodes interaktīvās tehnoloģijas Prakse uzdevumi un vingrinājumi pašpārbaudes darbnīcas, apmācības, gadījumi, uzdevumi mājasdarbi diskusijas jautājumi retoriski jautājumi no studentiem Ilustrācijas audio, video klipi un multivide fotogrāfijas, attēli, grafikas, tabulas, diagrammas, humors, anekdotes, joki, komiksi, līdzības, teicieni, krustvārdu mīklas, citāti Papildinājumi tēzes raksti triki zinātkārajiem bērnu gultiņas mācību grāmatas pamata un papildu terminu vārdnīca citi Mācību grāmatu un stundu pilnveidošanakļūdu labošana mācību grāmatā fragmenta atjaunināšana mācību grāmatā, inovācijas elementi stundā, novecojušo zināšanu aizstāšana ar jaunām Tikai skolotājiem ideālas nodarbības kalendārais plāns gadam; Integrētās nodarbības