какие волны применяют для регистрации землетрясений низкочастотные или высокочастотные

Сейсмическая волна

Скорость распространения волн зависит от плотности и упругости среды. Скорость имеет тенденцию к росту по мере углубления, в земной коре она составляет 2—8 км/с, а при углублении до мантии — 13 км/с.

Землетрясения создают разные типы сейсмических волн с разной скоростью. Волна фиксируется на ряде сейсмологических станций, и по разнице во времени учёные вычисляют эпицентр. В геофизике преломление или отражение сейсмических волн используется для изучения глубин Земли, искусственные волны используются для исследования подземных структур.

Содержание

Типы сейсмических волн

Есть два главных типа: объёмные волны и поверхностные волны. Кроме описанных ниже есть и другие, менее значимые типы волн, которые вряд ли можно встретить на Земле, но они имеют важное значение в астросейсмологии.

Объёмные волны

Они проходят через недра Земли. Путь волн преломляется различной плотностью и жёсткостью подземных пород.

P-волны

P-волны (первичные волны) — продольные, или компрессионные волны. Обычно их скорость в два раза быстрее S-волн, проходить они могут через любые материалы. В воздухе они принимают форму звуковых волн, и, соответственно, их скорость становится равной скорости звука. Стандартная скорость P-волн — 330 м/с в воздухе, 1 450 м/с в воде и 5 000 м/с в граните.

S-волны

S-волны (вторичные волны) — поперечные волны. Они показывают, что земля смещается перпендикулярно к направлению распространения. В случае горизонтально поляризованных S-волн земля движется то в одну сторону, то в другую попеременно. Волны этого типа могут действовать только в твёрдых телах.

Поверхностные волны

Поверхностные волны несколько похожи на волны воды, но в отличие от них они путешествуют по земной поверхности. Их обычная скорость значительно ниже скорости волн тела. Из-за своей низкой частоты, времени действия и большой амплитуды они являются самыми разрушительными изо всех типов сейсмических волн. Они бывают двух типов: волны Рэлея и волны Лява.

P- и S-волны в мантии и ядре

Когда происходит землетрясение, сейсмографы вблизи эпицентра записывают S- и P-волны. Но на больших расстояниях обнаружить высокие частоты первой S-волны невозможно. Поскольку поперечные волны не могут проходить через жидкости, на основании этого явления Ричард Диксон Олдхэм выдвинул предположение, что Земля имеет жидкое внешнее ядро. По этому виду исследования в дальнейшем было выдвинуто предположение, что у Луны твёрдое ядро, но недавние геодезические исследования показывают, что оно ещё расплавлено.

Использование P- и S- волн для локации землетрясения

В случае локальных или близлежащих землетрясений разница прибытия P- и S- волн может использоваться для обнаружения дистанции от события. В случае глобальных землетрясений четыре или более наблюдательных станций, синхронизированных по времени, записывают время прибытия P-волн. На основе этих данных можно вычислить эпицентр в любой точке планеты. Для определения гипоцентра используется больший объем данных (десятки или сотни записей прибытия P-волн с сейсмических станций).

Самый простой способ узнать место землетрясения в радиусе 200 км — это высчитать разницу в прибытии P- и S- волн в секундах и умножить ее на 8. Но на телесейсмических дистанциях этот способ не подходит потому, что высока вероятность того, что сейсмические волны углубились до мантии Земли и преломились, изменив свою скорость.

Ссылки

Это заготовка статьи по географии. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. Это примечание по возможности следует заменить более точным.

Полезное

Смотреть что такое «Сейсмическая волна» в других словарях:

СЕЙСМИЧЕСКАЯ ВОЛНА — СЕЙСМИЧЕСКАЯ ВОЛНА, ударная волна, создаваемая ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ или искусственными взрывами. Скорость и направление сейсмической волны меняется в зависимости от того, через какое вещество она проходит (вид горной породы, расплавленное ядро Земли… … Научно-технический энциклопедический словарь

сейсмическая волна — Упругая волна в геологической среде [ГОСТ 16821 91] Тематики сейсморазведка … Справочник технического переводчика

Сейсмическая волна — Сейсмическая волна: Упругие колебания, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений и взрывов. Источник: БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ. ПРИРОДНЫЕ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ГОСТ 22.0.03 97/ГОСТ Р 22.0.03 95 (утв … Официальная терминология

сейсмическая волна — seisminė banga statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. earth quake wave; seismic wave vok. Erdbebenwelle, f; seismische Welle, f rus. сейсмическая волна, f pranc. onde seismique, f; onde sismique, f … Fizikos terminų žodynas

сейсмическая волна — 3.2.7. сейсмическая волна: Упругие колебания, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений и взрывов. Источник: ГОСТ Р 22.0.03 95: Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Природные чрезвычайные ситуации. Термины и определения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Сейсмическая волна — упругое колебание, распространяющееся в грунтовой среде от очагов землетрясений, взрывов или иных источников импульсных нагрузок … Гражданская защита. Понятийно-терминологический словарь

кратная (сейсмическая) волна — Ндп. многократная волна Сейсмическая волна, совершившая два или более отражений от границ раздела геологических сред, включая поверхность Земли [ГОСТ 16821 91] Недопустимые, нерекомендуемые многократная волна Тематики сейсморазведка … Справочник технического переводчика

поперечная (сейсмическая) волна — S волна Сейсмическая волна, за фронтом которой колебания частиц среды происходят в направлении, перпендикулярном к направлению ее распространения [ГОСТ 16821 91] Тематики сейсморазведка Синонимы S волна … Справочник технического переводчика

преломленная (сейсмическая) волна — проходящая волна Сейсмическая волна, преломившаяся на границе раздела двух геологических сред [ГОСТ 16821 91] Тематики сейсморазведка Синонимы проходящая волна … Справочник технического переводчика

продольная (сейсмическая) волна — Р волна Сейсмическая волна, за фронтом которой колебания частиц среды происходят в направлении ее распространения. [ГОСТ 16821 91] Тематики сейсморазведка Синонимы Р волна … Справочник технического переводчика

Источник

Сейсмические колебания и их влияние на организм

Разделы страницы о сейсмовибрациях и сейсмоволнах:

Виды сейсмических волн

Различают поверхностные и объемные сейсмические волны. В свою очередь объемные волны различаются на продольные (P-волны) и поперечные (S-волны).

В случае локальных или близлежащих землетрясений разница прибытия P- и S- волн может использоваться для обнаружения дистанции от события

Физические характеристики сейсмических волн

Скорость распространения волн зависит от плотности и упругости среды. Она имеет тенденцию к росту по мере углубления, в верхней части земной коры составляет 2—8 км/с, а при погружении до уровня мантии — 13 км/с.

Влияние волн от землетрясений на организм человека

Влияние геомагнитных колебаний на здоровье человека

Еще в начале века А. Л. Чижевский выявил чувствительность нервной системы человека к колебаниям солнечной активности. При возрастании солнечной активности изменяется функциональное состояние нервной системы, нервно-психический тонус человека. Недаром в дни повышения солнечной активности увеличивается количество несчастных случаев, происходит обострение психических заболеваний, повышается смертность от инфарктов миокарда и инсультов.

Но что такое повышение солнечной активности для Земли? Это изменения в геомагнитном поле, увеличение поглощения радиоволн в ионосфере и другие явления. Задолго до эры спутников было известно, что качество земной радиосвязи зависит от событий на Солнце

Воздействие электромагнитных излучений на человека

Организм человека реагирует как на изменение естественного геомагнитного поля, так и на воздействие электромагнитных излучений (ЭМИ) от многочисленных и разнообразных техногенных источников. Реакция организма может варьироваться как по мере увеличения, так и снижения воздействия ЭМИ, в ряде случаев приводя к выраженным изменениям в состоянии здоровья и генетическим последствиям.

Всемирная Организация Здравоохранения рекомендует беременным женщинам меньше взаимодействовать с предметами электроники (компьютер, телевизор, телефон, микроволновая печь), потому что воздействие электромагнитного излучения делает будущую маму вялой и раздражительной, а также влияет на иммунную систему, поэтому женщины подвержены частым простудным заболеваниям. ВОЗ выдвинула допустимый уровень силы электромагнитного поля, он составляет 0,3-0,4 микротеслы. Самые большие мкТл излучает телевизор и кондиционер, поэтому будущей маме лучше оградить себя от такой техники на время беременности (телевизор рекомендовано смотреть на расстоянии 2 метров), также стоит находиться подальше от работающей микроволновой печи и электрического чайника, их поле достигает 8 микротесл.

В специальной литературе, опубликованной в нашей стране и за рубежом, указываются следующие проявления вредоносного воздействия электромагнитного излучения на организм человека:

Биологическое действие электромагнитных полей

Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности электромагнитного поля во всех частотных диапазонах. Биологические эффекты воздействия ЭМП на организм человека зависят от частоты и длины волны излучения, интенсивности ЭМП, продолжительности и периодичности облучения, комбинированного и суммарного воздействия ЭМП и других факторов. Сочетание обозначенных параметров может давать существенно различающиеся последствия в реакции организма.

При относительно высоких уровнях облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия.

При относительно низком уровне ЭМП (к примеру, для радиочастот выше 300 МГц это менее 1 мВт/см 2 ) принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм. Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволят определить наиболее чувствительные системы организма людей: нервная, иммунная, эндокринная и половая.

Работающие с МП и ЭМП, а также население, живущее в зоне действия ЭМП жалуются на раздражительность, нетерпеливость. Через 1-3 года у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушаются внимание и память.

Но ЭМП может не только нарушать, но и стимулировать работу живых клеток, в т.ч. ускоряя или замедляя их рост и деление. Самыми чувствительными органами человека, воспринимающими воздейсьтвия электро-магнитных полей, являются:

Воздействие акустических излучений на человека

Одним из важнейших экологических факторов для человека являются акустические (механические) колебания. К ним относятся разного рода шумы и музыка. Влияние их может быть как позитивным, так и негативным.

К природным акустическим источникам относятся шум речной воды, ветра в ветвях деревьев, гомон птиц и другие звуки. В большинстве своем они оказывает благотворное влияние на психофизическое состояние человека. А городские и производственные шумы (гул моторов, стук и скрежет металла, разного рода резкие сигналы) десинхронизируют систему организма, что проявляется в чувстве усталости, раздражения и болезненных ощущениях в разных частях тела.

Имеется мнение, что колокольный звон обладает бактерицидным действием, очищая воздух от микробов и бактерий, которые гибнут, когда их собственные частоты колебаний попадают в резонанс с частотами колокольного звона. В буддистских храмах, например, после службы помещение обходят с барабанным боем, флейтами и гонгами для очищения воздуха.

Французские ученые экспериментально доказали, что звуки определенной частоты убивают раковые клетки. Исследования звуковых частот в порядке хроматической гаммы показали, что звучание той или иной ноты изменяет цвет и форму клеток, которые связаны с изменением ее частоты излучения. Нота «до» вытягивает клетку в длину, звучание «ре» меняет окраску, делая клетку очень яркой. Это согласуется с представлением древней китайской медицины о том, что 12 парных энергетических каналов соотносятся с 12-ступенчатым звуковым музыкальным рядом, т.е. каждому каналу соответствует своя тональность.

Влияние на людей звуковой волны высокой частоты (ультразвука)

В процессе ультразвукового исследования (УЗИ) фиксируется воздействие на организм звуковой волны значительной частоты (3,5-5 Мгц).

Влияние на людей звуковой волны низкой частоты (инфразвука)

Инфразвук действует за счет резонанса: частоты колебаний при многих процессах в организме лежат в инфразвуковом диапазоне: сокращения сердца 1-2 Гц; дельта-ритм мозга (состояние сна) 0,5-3,5 Гц; альфа-ритм мозга (состояние покоя) 8-13 Гц; бета-ритм мозга (умственная работа) 14-35 Гц.

При совпадении частот внутренних органов и инфразвука, соответствующие органы начинают вибрировать, что может сопровождаться сильнейшими болевыми ощущениями. Биоэффективность для человека частот 0,05 — 0,06, 0,1 — 0,3, 80 и 300 Гц объясняется резонансом кровеносной системы.

Восприимчивость вибраций организмом человека

До сих пор нет единого мнения о тех границах частот колебаний, которые соответствуют тому или иному их действию на организм человека. Есть предложение делить колебания на собственно колебания и вибрации. Колебания отличаются более низкой частотой (предположительно до 15—18 гц) и тем, что организм улавливает отдельные циклы (периоды). Вибрациями называют колебания более высокой частоты, воспринимаемые слитно. Границы вибрационной чувствительности человеческого организма составляют 15—1500 гц.

Источник

Регистрация землетрясений

Сейсмологи (ученые, изучающие землетрясения) регистрируют землетрясения во всем мире. Они фиксируют колебания при помощи специальных приборов — сейсмографов. Показания сейсмографов, установленных в отдаленных местах, передаются на центральную сейсмостанцию. Современные сейсмографы — обычно электронные приборы. Они записывают колебания в цифровой форме. Затем эти данные преобразуются в графическую запись сейсмической волны, называемую сейсмограммой. Простые, не электронные сейсмографы имеют перо или другое пишущее устройство, присоединенное к тяжелому грузу. Груз с пером висит на опорной раме. На этой же раме, закрепленной в грунте, смонтирован вращающийся цилиндр. При колебании почвы рама с цилиндром тоже колеблются, а груз и перо остаются неподвижными. Поэтому перо пишет на цилиндре волнистую кривую — сейсмограмму. Чтобы понять, как действует простой сейсмограф, привяжите к концу бечевки длиной в 1 м небольшой, но увесистый груз, например бутылочку, наполненную жидкостью. Возьмите бечевку за другой конец и приподнимите груз над полом. Если вы будете водить рукой взад-вперед очень быстро, груз останется практически неподвижным. При землетрясении груз и перо сейсмографа ведут себя точно так же.

Простой сейсмограф

Во время землетрясений груз и перо остаются неподвижными и записывают колебания в виде сейсмограммы. Для записи колебаний, распространяющихся в разных направлениях, обычно используют сразу три сейсмографа, установленных под разными углами.

Обнаружение эпицентра землетрясения

Через несколько минут после начала землетрясения сейсмостанции начинают регистрировать прохождение сейсмических волн. Эти волны с первого момента землетрясения устремляются во все стороны от его очага. Они проходят и сквозь землю, и по всей окружности. Волны разного типа движутся с разными скоростями. Поэтому, сопоставив моменты прихода волн каждого типа, можно рассчитать, как далеко находится эпицентр землетрясения, если нет информации непосредственно с места событий. Ведь землетрясение может случиться в безлюдном месте или повредить линии связи. Чтобы обнаружить эпицентр землетрясения, требуется информация сразу нескольких сейсмостанции, расположенных в разных местах. Чтобы узнать местоположение эпицентра, необходима информация, по крайней мере, с трех станций. Вокруг каждой из них чертят окружность с радиусом, равным расстоянию от нее до эпицентра. Точка пересечения окружностей укажет эпицентр.

Измерение силы землетрясений

Для измерения силы землетрясения сейсмологи пользуются шкалой Рихтера. Цифры на этой шкале обозначают количество энергии высвободившейся в очаге землетрясения. Разница в один балл означает примерно 30-кратную разницу в количестве освободившейся энергии. К примеру, при землетрясении силой 7,5 балла по шкале Рихтера высвобождается примерно в 30 раз больше энергии, чем при землетрясении силой 6,5 балла, и в 900 раз больше, чем при землетрясении силой 5,5 балла. Ученые также определяют и интенсивность землетрясения. Это величина сотрясения поверхности Земли в различных местах. Измеряется она по шкале Меркалли и выражается римскими цифрами. Интенсивность землетрясения определяют по свидетельствам очевидцев о силе толчков и по разрушениям в различных точках земной поверхности.

Источник

Типы сейсмических волн, возникающих при землетрясениях

Хлопок в ладоши возбуждает звуковые волны, которые дале­ко расходятся в воздухе, где попеременно происходит сжатие и разрежение; механическая энергия начального движения рук превращается в воздушные вибрации. Камень, брошенный в во­ду, создает волны, расходящиеся на поверхности воды в виде ря­би. Приблизительно то же самое происходит со студнеобразны­ми или другими упругими материалами: резкий толчок застав­ляет их дрожать вследствие распространения упругих волн от места толчка через все упругое тело. Горные породы Земли так­же обладают упругими свойствами, и это заставляет их дефор­мироваться и вибрировать под действием приложенных к ним сил сжатия и растяжения.

Проникнуть в природу землетрясения далеко не просто, но, к счастью, только три главных типа упругих волн создают те сейсмические колебания, которые ощущаются людьми и вызы­вают разрушения. Эти волны во многих важных отношениях подобны хорошо знакомым нам колебаниям в воздухе, воде и студне. Из них только два типа распространяются внутри объема горных пород. Более быстрые из этих объемных волн на­зываются первичными (Р) или продольными волнами. Их движе­ние имеет тот же характер, что и у звуковых волн, т. е. при своем распространении они попеременно давят на горные породы (сжи­мают их) или создают в них разрежение, растягивают их (рис. 5,а). Эти Р-волны, подобно звуковым волнам, способны прохо­дить и через твердые породы, например гранитные горные мас­сивы, и через жидкости, такие как вулканическая магма или вода океанов. Следует отметить, что из-за сходства этих волн со зву­ковыми часть Р-волн, выходя из глубин Земли к ее поверхности, может передаваться в атмосферу в виде звуковых волн, воспри­нимаемых животными и людьми, если частота их окажется в ин­тервале слышимости*).

Более медленные волны, проходящие через горные породы, называются вторичными (S) или поперечными волнами. При своем распространении они сдвигают частицы вещества в сто­роны, под прямым углом к направлению своего пути (рис. 5,6). Простое наблюдение ясно показывает, что если какой-то объем жидкости сдвинуть в сторону или повернуть, то он не вернется затем на прежнее место. Из этого следует, что поперечные волны не могут проходить через те участки Земли, которые состоят из жидкости, например через океаны.

Сейсмические волны третьего типа называются поверх­ностными волнами, поскольку их распространение ограничено зоной, близкой к поверхности грунта. Такие волны подобны ря­би, расходящейся по поверхности озера. Наибольшие колебания происходят на самой поверхности, а с глубинрй амплитуда волн становится меньше и меньше.

*) То есть больше 15 герц.

Поверхностные волны, создаваемые землетрясениями, делят­ся на два вида. Первый называется волнами Лява. Эти волны в сущности то же самое, что поперечные волны без верти­кальных смещений; они заставляют частицы грунта колебаться

из стороны в сторону в горизонтальной плоскости, параллельной поверхности Земли, но под прямым углом к направлению своего распространения, как это показано на рис. 5,в. Воздействие волн Лява состоит в горизонтальных колебаниях, которые передаются основаниям построек и, следовательно, могут вызвать разруше­ния. Второй вид поверхностных волн известен под названием волн Рэлея. Как и в обычных морских волнах, частицы материа­ла, захваченного волнами Рэлея, движутся по вертикали и по го­ризонтали в вертикальной плоскости, ориентированной по на­правлению распространения волн. Как показано на рис. 5,2, каждая частица породы при прохождении волны движется по эллипсу.

Поверхностные волны распространяются медленнее, чем объемные, и из двух видов поверхностных волн обычно волны Лява приходят быстрее, чем Рэлея (см. дополнение 1). Таким образом, когда из очага землетрясения волны расходятся в раз­ные стороны в земной коре, то можно предсказать, каким имен­но образом отделятся друг от друга разные типы волн (пример таких расчетов приведен в приложении Ж в конце книги; в этом примере сейсмограф записывал только вертикальные колебания грунта и на сейсмограмме выделяются только продольные вол­ны, поперечные волны и волны Рэлея; волны Лява вертикальны­ми приборами не записываются). Поскольку волны Рэлея содер­жат вертикальную составляющую, они могут воздействовать на воду, например в озерах, тогда как волны Лява (которые не про­ходят через воду) действуют только на прибрежные части озер и океанских заливов, заставляя воду смещаться взад-вперед и перемешиваться, как у стенок вибрирующего бака.

Объемные волны (продольные • и поперечные) обладают и другим свойством, влияющим на производимые ими сотрясе­ния: при распространении через пласты горных пород земной коры они отражаются от границ между породами разного типа или преломляются на этих границах, как показано на рис. 6,а. Кроме того, какая бы волна ни испытывала отражения или пре­ломления, часть энергии волн одного типа идет на образование волн другого типа (рис. 6,6). Возьмем простой пример: продоль­ная волна подходит снизу к подошве слоя аллювия; при этом часть энергии будет передаваться вверх в виде продольной вол­ны (Р), а часть превратится в поперечные колебания (S) (еще одна часть энергии отразится обратно вниз в виде Р- и S-волн).

Рис. 5. Схемы, изображающие форму колебаний грунта у его поверхности для четырех типов сейсмических волн. (Из книги Б. Болта [5].)

а-продольные волны, б-поперечные волны, в-волны Лява, г-волны Рэлея

Из сказанного становится понятно, почему на суше после первых толчков при сильных колебаниях грунта обычно ощу­щаются волны двух видов. Но если во время землетрясения вы окажетесь в море, то почувствуете, что судно воспринимает толь­ко один вид колебаний, передаваемый Р-волнами, так как S-волны не проходят через воду. Тот же эффект возникает, когда при сейсмических колебаниях в песчаных слоях происходит раз­жижение. Энергия поперечных волн, проходящих через разжи­женные слои, постепенно уменьшается, и в конце концов прохо­дят только продольные волны.

Когда Р- и S-волны достигают поверхности грунта, большая часть их энергии отражается обратно в земную кору, так что на поверхность почти одновременно воздействуют волны, движу­щиеся и вверх, и вниз. Поэтому вблизи поверхности, как прави­ло, происходит значительное усиление колебаний: иногда их ам­плитуда вдвое превышает амплитуду приходящих волн. Это приповерхностное увеличение амплитуды усиливает разрушения, производимые на поверхности Земли. В самом деле, при многих землетрясениях горнорабочие отмечали в подземных выработ­ках колебания более слабые, чем ощущали люди на поверх­ности.

Однако приведенное здесь описание не дает полного представления о тех мощных толчках, которые ощущаются вбли­зи эпицентра землетрясения. У внезапно вскрывшегося разлома, такого как Сан-Андреас в 1906 г., сильные движения грунта, от­мечаемые при землетрясении, представляют собой смесь сейсми­ческих волн различного типа, трудно отделимых друг от друга. Дело осложняется и тем, что источник излучения сейсмической энергии сам занимает какую-то площадь, и это еще больше уси­ливает беспорядочность разнородных колебаний грунта. Тем не менее позже в этой книге (в гл. 4, 6 и 7) мы попытаемся ра­зобраться в этих сложных движениях путем анализа инструмен­тальных записей сильных колебаний грунта, полученных вблизи очага землетрясения.

И последнее, что стоит сказать здесь по поводу сейсмических волн. Имеются убедительные доказательства-как наблюдавшие­ся на практике, так и теоретические,-что на сейсмические волны воздействуют и грунтовые условия, и рельеф местности. Напри­мер, в выветрелых поверхностных породах, в аллювии и водо-насыщенных грунтах амплитуда сейсмических волн, приходящих из более жестких глубинных пород, может и увеличиваться, и уменьшаться. Это означает, что, хотя детали волнового воздей­ствия очень сложны и усиление колебаний грунта может проис­ходить не беспредельно, все же было бы весьма благоразумно следовать, насколько возможно, библейскому совету — строить на твердой скале, а не на песке: по крайней мере основание по­стройки будет более устойчивым. Колебания могут усиливаться также у вершины или у подножья горного хребта в зависимости от направления подхода волн и от того, короткие это волны или длинные.

Разлом Сан-Андреас, как гигантский шрам, пересекает равнину Карризо в Ка­лифорнии. (С разрешения Р. Э. Уоллеса, Геологическая служба США.)

Источник