Сейсмические волны.

Материя реагирует на воздействующие импульсы двумя видами упругих деформаций: изменением объема и изменением формы (рис. 138). В общем случае нарушение равновесия в упругом теле, вызванное ударом, взрывом и т. п., влечет за собой оба вида упругих деформаций.

Возникновение продольных и поперечных упругих колебаний. P - продольные волны в металлическом стержне, возникающие ри ударе молотком; S - поперечные волны, возникающие при колбаниях струны.

Эти деформации распространяются от места возникновения по упругой среде, образуя ряд последовательных положений фронта деформации, или волнового фронта. Установлено, что в случае распространения упругих деформаций имеет место именно волновой колебательный процесс, а два вида упругих деформаций, возникающих при нарушении равновесия в упругом теле, распространяются по нему, как два вида волн.  Элементарные изменения объема распространяются в земной коре в виде продольных волн, элементарные изменения формы — в виде поперечных волн. Продольные волны можно уподобить явлению, которое произойдет, если попеременно натягивать и ослаблять резиновую ленту. Частицы резины сначала перемещаются вперед, затем возвращаются и через ленту проходят сгущения и разрежения вещества резины, обусловленные прямолинейным поступательно-возвратным движением частиц. Поэтому продольные волны называют также волнами сгущения.

Поперечные волны можно сравнить с колебаниями струны, каждая частица которой испытывает поперечные колебания, перпендикулярные к направлению их распространения. Распространение этих волн связано с изменением формы тела за счет кручения и сдвига его частиц и эти колебания называют также волнами сдвига.

Скорость распространения поперечных волн почти в два раза меньше скорости продольных (точнее, в 1,7 раза). Поэтому чем дальше находится очаг землетрясения от наблюдателя, тем позднее дойдут до последнего поперечные волны по сравнению с продольными. Это имеет важное значение для установления местоположения эпицентров землетрясений. Скорости распространения продольных и поперечных волн на различных глубинах и в разных породах приведены в гл. III.

Помимо скорости распространения сейсмические волны характеризуются длиной волны, периодом колебаний и амплитудой. Длины волн при землетрясениях различны (от сотен метров до сотен километров), и их поведение подчинено тем же законам, которым подчиняются все волновые движения. Сейсмические волны преломляются и отражаются при переходе из одной среды в другую и затухают по мере удаления от источника, теряя энергию на преодоление внутреннего трения частиц среды. В результате преломления и отражения на границе двух сред могут возникать новые волны, сильно усложняющие общую картину сейсмических колебаний. Например, при падении продольной волны на поверхность раздела двух упругих сред с резко различными свойствами в точке падения появляются четыре волны: продельная отраженная, поперечная отраженная, продольная преломленная, поперечная преломленная.

Первыми достигают земной поверхности продольные волны в эпицентре землетрясения, где их воздействие направлено снизу вверх по вертикали и сила удара максимальна. На поверхности эти волны возбуждают третий вид сейсмических волн — поверхностные, или длиннопериодные волны. По характеру колебаний последние относятся к поперечным. Длина их велика и иногда достигает нескольких сотен километров. Скорость их распространения почти в два раза меньше   скорости  обычных поперечных волн: в твердых породах она не превышает 3,3—4,0 км/сек, а в рыхлых значительно меньше. Амплитуда поверхностных волн редко превышает несколько сантиметров. Поверхностные волны производят максимальные разрушения в плейстосейстовых областях землетрясений. Расходясь от эпицентра во все стороны, поверхностные волны могут обойти всю Землю. Тогда волны, идущие в противоположных направлениях, встречаются. Месте их встречи называют антиэпицентром. После столкновения поверхностные волны вновь расходятся по поверхности Земли.

Кроме перечисленных волн при землетрясениях возникают волны тяжести. Они проявляются в толщах рыхлых пород (песков, глин), обычно насыщенных водой. Механические свойства этих отложений резко отличаются от свойств твердых пород, залегающих на глубине. Частицы рыхлых пород, выведенные из положения равновесия сейсмическим толчком, возвращаются обратно не под воздействием упругих сил внутреннего сцепления, а под воздействием силы тяжести. Скорость волн тяжести в 1000 раз меньше скорости упругих колебаний и не превышает нескольких метров в секунду, а амплитуда может быть до десятков сантиметров. Волны тяжести вызывают видимые колебания почвы, а также нарушения и волнообразные изгибы земной поверхности, дорог, рельсов и пр. Они очень похожи на волны, возникающие на поверхности воды.

Вернуться назад к оглавлению "Общая Геология. Основы Геологии."

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>