Onda sismica. Tipi di onde sismiche Vibrazioni crostali Le onde sismiche si propagano

Onde sismiche- onde che trasferiscono l'energia delle vibrazioni elastiche (meccaniche) nelle rocce. La sorgente di un'onda sismica può essere un terremoto, un'esplosione, una vibrazione o un impatto. Le onde sismiche sono studiate in sismologia e geofisica dell'esplorazione. Per registrare le vibrazioni causate dalle onde sismiche vengono utilizzati registratori sismici autonomi o ricevitori collegati a stazioni sismiche. La velocità di propagazione delle onde dipende dalla densità e dall'elasticità del mezzo. La velocità tende ad aumentare con la profondità; nella crosta terrestre è di 2-8 km/s, e quando si approfondisce nel mantello è di 13 km/s. In sismologia, lo studio delle onde sismiche è di interesse fondamentale indipendente e nell'esplorazione sismica, le onde provenienti da sorgenti artificiali vengono dirette verso i confini geologici di interesse per tracciarle.

Tipi di onde sismiche

Esistono due tipi principali: onde di corpo e onde di superficie. Oltre a quelle descritte di seguito, ci sono altri tipi di onde meno significativi che difficilmente si trovano sulla Terra, ma sono importanti in asterosismologia.

Onde del corpo

Le onde del corpo viaggiano attraverso l'interno della Terra. Il percorso delle onde è rifratto dalle diverse densità e durezze delle rocce sotterranee.

Onde P

Onde P(onde primarie) - onde longitudinali o di compressione. Tipicamente la loro velocità è doppia rispetto a quella delle onde S e possono attraversare qualsiasi materiale. Nell'aria assumono la forma di onde sonore e, di conseguenza, la loro velocità diventa uguale alla velocità del suono. La velocità standard delle onde P è di 330 m/s nell'aria, 1.450 m/s nell'acqua e 5.000 m/s nel granito.

Onde S

Onde S(onde secondarie) - onde trasversali. Mostrano che il terreno si muove perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Nel caso delle onde S polarizzate orizzontalmente, la terra si muove alternativamente in una direzione e poi nell'altra. Onde di questo tipo possono agire solo nei solidi.

Onde superficiali

Le onde superficiali sono in qualche modo simili alle onde dell'acqua, ma a differenza di queste viaggiano lungo la superficie terrestre. La loro velocità normale è significativamente inferiore alla velocità delle onde corporee. A causa della loro bassa frequenza, durata e grande ampiezza, sono le più distruttive di tutti i tipi di onde sismiche. Sono di due tipi: onde di Rayleigh e onde di Love.

Onde P e S nel mantello e nel nucleo

Quando si verifica un terremoto, i sismografi vicino all’epicentro registrano le onde S e P. Ma a grandi distanze è impossibile rilevare le alte frequenze della prima onda S. Poiché le onde trasversali non possono viaggiare attraverso i liquidi, sulla base di questo fenomeno, Richard Dickson Oldham ipotizzò che la Terra avesse un nucleo esterno liquido. Questo tipo di ricerca ha successivamente suggerito che la Luna abbia un nucleo solido, ma recenti studi geofisici mostrano che è ancora fuso.

Utilizzo delle onde P e S per localizzare un terremoto

Nel caso di terremoti locali o vicini, la differenza negli arrivi delle onde P e S può essere utilizzata per rilevare la distanza dall’evento. Nel caso dei terremoti globali, quattro o più stazioni di osservazione sincronizzate nel tempo registrano i tempi di arrivo delle onde P. Sulla base di questi dati, puoi calcolare l'epicentro ovunque sul pianeta. Per determinare l'ipocentro viene utilizzata una quantità maggiore di dati (decine o centinaia di registrazioni di arrivi di onde P da stazioni sismiche).

Il modo più semplice per scoprire la posizione di un terremoto entro un raggio di 200 km è calcolare la differenza nell'arrivo delle onde P ed S in secondi e moltiplicarla per 8. Ma sul telesismico [ termine sconosciuto] a distanza questo metodo non è adatto, perché c'è un'alta probabilità che le onde sismiche si siano approfondite nel mantello terrestre e si siano rifratte, cambiando la loro velocità.

Ampiezza dell'onda sismica

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Appunti

Collegamenti

eqseis.geosc.psu.edu/~cammon/HTML/Classes/IntroQuakes/Notes/waves_and_interior.html

E. F. Savarensky, Consiglio interdipartimentale di sismologia e costruzioni antisismiche. Scienza, 1983 - Pagine totali: 223

Estratto che caratterizza l'onda sismica

Vedendo la pacatezza del suo tres gracieux souverain, anche Michaud si calmò, ma alla domanda diretta, essenziale del sovrano, che richiedeva anch’essa una risposta diretta, non aveva ancora avuto il tempo di preparare una risposta.
– Sire, mi permette di parlare in modo franco con un militare leale? [Signore, mi permette di parlare con franchezza, come si addice a un vero guerriero?] - disse per guadagnare tempo.
"Colonel, je l"exige toujours", disse il sovrano. "Ne me cachez rien, je veux savoir absolument ce qu"il en est." [Colonnello, lo pretendo sempre... Non nasconda nulla, voglio assolutamente sapere tutta la verità.]
- Signore! - disse Michaud con un sorriso sottile, appena percettibile sulle labbra, essendo riuscito a preparare la sua risposta sotto forma di un jeu de mots leggero e rispettoso. - Signore! j"ai laisse toute l"armee depuis les chefs jusqu"au dernier soldat, sans eccezioni, dans une crinte epouvantable, effrayante... [Sire! Ho lasciato l'intero esercito, dai comandanti fino all'ultimo soldato, senza eccezione, in paura grande, disperata...]
– Commento ca? – lo interruppe il sovrano, accigliandosi severamente. – Mes Russes se laisseront ils abattre par le malheur... Jamais!.. [Come mai? Possono i miei russi perdersi d'animo prima del fallimento... Mai!..]
Era proprio quello che Michaud aspettava per inserire il suo gioco di parole.
"Sire", disse con rispettosa giocosità di espressione, "ils craignent seulement que Votre Majeste par bonte de céur ne se laisse persuader de faire la paix." "Ils brulent de combattre", ha detto il rappresentante del popolo russo, "et de prouver a Votre Majeste par le sacrifici de leur vie, combien ils lui sont devoues... [Signore, hanno paura solo che Vostra Maestà, per la gentilezza della sua anima, non deciderà di fare la pace. Sono ansiosi di combattere ancora e di dimostrare a Vostra Maestà con il sacrificio della loro vita quanto vi sono devoti...]
- Ah! - disse il sovrano con calma e con una dolce scintilla negli occhi, colpendo Michaud sulla spalla. - Vous me tranquillisez, colonnello. [UN! Mi rassicuri, colonnello.]
L'Imperatore, a testa bassa, rimase in silenzio per qualche tempo.
«Eh bien, retournez a l"armée, [Bene, allora ritorna all'esercito.]", disse, raddrizzandosi in tutta la sua altezza e rivolgendosi a Michaud con un gesto gentile e maestoso, "et dites a nos braves, dites a tous mes bons sujets partout ou vous passerez, que quand je n"aurais plus aucun soldat, je me mettrai moi meme, a la tete de ma chere noblesse, de mes bons paysans et j"userai ainsi jusqu"a la derniere ressource de mon impero. “Il m"en offre encore plus que mes ennemis ne pensent", disse il sovrano sempre più ispirato. "Mais si jamais il fut ecrit dans les decrets de la divineprovvidence", disse alzando il viso bello, gentile e sentimenti brillanti occhi al cielo, - que ma dinastie dut cesser de rogner sur le trone de mes ancetres, alors, apres avoir epuise tous les moyens qui sont en mon pouvoir, je me laisserai croitre la barbe jusqu"ici (il sovrano puntò il suo mano a metà petto) , et j"irai manger des pommes de terre avec le dernier de mes paysans plutot, que de signer la honte de ma patrie et de ma chere nation, dont je sais apprecier les sacrifici!.. [Dillo al nostro Uomini coraggiosi, dite a tutti i miei sudditi, dovunque andiate, che quando non avrò più un solo soldato, io stesso diventerò il capo dei miei gentili nobili e brav'uomini e così esaurirò gli ultimi fondi del mio stato. pensano i nemici... Ma se fosse destinato dalla divina provvidenza che la nostra dinastia cessasse di regnare sul trono dei miei antenati, allora, avendo esaurito tutti i mezzi che ho a disposizione, mi farò crescere la barba fino ad ora e preferirei andare a mangiare una patata con l'ultimo dei miei contadini che osano firmare la vergogna della mia patria e del mio caro popolo, di cui so apprezzare i sacrifici!..] Detto queste parole con voce emozionata, il sovrano si voltò improvvisamente, come se volendo nascondere a Michaud le lacrime che gli erano salite agli occhi, si addentrò nel profondo del suo ufficio. Dopo essere rimasto lì qualche istante, ritornò a passi lunghi da Michaud e con un gesto forte gli strinse la mano sotto il gomito. Il viso bello e mite del sovrano divenne rosso e i suoi occhi bruciarono di un bagliore di determinazione e rabbia.
“Colonel Michaud, n"oubliez pas ce que je vous dis ici; peut etre qu"un jour nous nous le rappellerons avec plaisir... Napoleon ou moi”, disse il sovrano, toccandosi il petto. – Nous ne pouvons plus regner ensemble. J "ai appris a le connaitre, il ne me trompera plus... [Colonnello Michaud, non dimenticate quello che vi ho detto qui; forse un giorno lo ricorderemo con piacere... Napoleone o io... Non possiamo regneranno più insieme. Adesso lo riconosco, e non mi ingannerà più...] - E il sovrano, accigliato, tacque. Udendo queste parole, vedendo l'espressione di ferma determinazione negli occhi del sovrano, Michaud - quoique etranger, mais Russe de c?ur et d"ame - si sentì in questo momento solenne - entusiasme par tout ce qu"il venait d"entendre [benché straniero, ma russo nell'animo... ammirando tutto ciò che sentiva] ( come disse più tardi), e nelle seguenti espressioni si ritrasse come i suoi sentimenti, così come i sentimenti del popolo russo, che si considerava autorizzato.
- Signore! - Egli ha detto. - Votre Majeste signe dans ce moment la gloire de la nation et le salut de l"Europa! [Sovrano! Vostra Maestà firma in questo momento la gloria dei popoli e la salvezza dell'Europa!]
L'Imperatore chinò la testa e liberò Michaud.

Mentre la Russia era mezza conquistata, e gli abitanti di Mosca fuggivano in province lontane, e una milizia dopo l’altra si sollevava per difendere la patria, involontariamente sembra a noi, che non vivevamo allora, che tutto il popolo russo, giovane e vecchio, fosse impegnato solo a sacrificarsi, a salvare la patria o a piangere sulla sua distruzione. Le storie e le descrizioni di quel tempo, senza eccezione, parlano solo di sacrificio di sé, amore per la patria, disperazione, dolore ed eroismo dei russi. In realtà non è stato così. Ci sembra che sia così solo perché vediamo dal passato un interesse storico comune di quel tempo e non vediamo tutti quegli interessi personali e umani che avevano le persone di quel tempo. Nel frattempo, in realtà, gli interessi personali del presente sono tanto più significativi degli interessi generali che a causa loro l'interesse generale non viene mai sentito (nemmeno percepibile). La maggior parte delle persone di quel tempo non prestava attenzione al corso generale degli affari, ma era guidata solo dagli interessi personali del presente. E queste persone erano le figure più utili di quel tempo.

Ministero dell'Istruzione e della Scienza

Federazione Russa

Università Federale di Crimea intitolata a V.I. Vernadsky

Accademia Tauride

Facoltà di Geografia

Dipartimento di Geografia e Geomorfologia

AA. PASYNKOV

GEOMORFOLOGIA SISMICA

(Tutorial)

Simferopoli – 2015

Pasynkov Anatoly Andreevich

(Tutorial)

Simferopoli: Università Federale di Crimea

Prende il nome da VI Vernadsky, Accademia Tauride. 2015. – 100 pag.

Questo tutorial

Il corso di lezioni è finalizzato a preparare master accademici nel campo della "geomorfologia", studenti di facoltà geografiche, docenti e specialisti.

CONTENUTO

Argomento n.	capitolo	P.
		4

Argomento 1. CONCETTO DI SISMOLOGIA

Sismologia(dal greco antico σεισμός - (terra) tremante e λόγος - parola, discorso) - la scienza della propagazione delle onde sismiche nelle viscere della Terra. Solo con l'aiuto della sismologia è stato possibile creare un'immagine della struttura profonda del globo (crosta, mantello, nucleo esterno e interno). La sismologia si occupa anche di terremoti, movimenti di piattaforme, monitoraggio dello sviluppo dei giacimenti minerari, ecc.

La sismologia è la scienza che si occupa della misurazione e dell'analisi di tutti i movimenti registrati dai sismografi sulla superficie della Terra solida. Si tratta di una branca della geofisica che studia i terremoti, le loro cause, le conseguenze e le misure per proteggere le strutture artificiali.

Il principale vettore di informazioni sono le onde sismiche, la cui interpretazione della registrazione consente di studiare, insieme ai terremoti, la struttura della Terra, nonché di identificare depositi minerali e registrare esplosioni (ad esempio nucleari).

Il compito principale della sismologia è studiare la struttura interna della Terra. Pertanto, è molto importante sapere come le deviazioni dall’omogeneità influenzano la propagazione delle onde sismiche. In sostanza tutti i dati diretti sulla struttura interna della Terra si ottengono dall'osservazione della propagazione delle onde elastiche eccitate dai terremoti.

Sotto sismicità implica la distribuzione geografica dei terremoti, la loro relazione con la struttura della superficie terrestre e la distribuzione per magnitudo (o energia).

Terremoti- tremori e vibrazioni della superficie terrestre causati da cause naturali (prevalentemente processi tettonici) o da processi artificiali (esplosioni, riempimento di serbatoi, crollo di cavità sotterranee nei cantieri minerari). Piccoli tremori possono anche causare la risalita della lava durante le eruzioni vulcaniche.

Ogni anno sulla Terra si verificano circa un milione di terremoti, ma la maggior parte sono così piccoli da passare inosservati. Terremoti davvero forti, capaci di causare distruzioni diffuse, si verificano sul pianeta circa una volta ogni due settimane. Fortunatamente, la maggior parte di essi si verifica sul fondo degli oceani e quindi non è accompagnata da conseguenze catastrofiche (se un terremoto sotto l'oceano non si verifica senza uno tsunami).

I terremoti sono conosciuti soprattutto per la devastazione che possono causare. Le distruzioni di edifici e strutture sono causate dalle vibrazioni del suolo o dalle gigantesche onde di marea (tsunami) che si verificano durante gli spostamenti sismici sul fondale marino.

Cause dei terremoti.

La causa di un terremoto è il rapido spostamento di una sezione della crosta terrestre nel suo complesso al momento della deformazione plastica (fragile) delle rocce sollecitate elasticamente alla fonte del terremoto. La maggior parte delle sorgenti sismiche si verificano vicino alla superficie terrestre (Fig. 1). Lo spostamento stesso avviene sotto l'azione delle forze elastiche durante il processo di scarico, riducendo le deformazioni elastiche nel volume dell'intera sezione della lastra e spostandosi nella posizione di equilibrio. Un terremoto è una transizione rapida (su scala geologica) dell'energia potenziale accumulata nelle rocce deformate elasticamente (compresse, tranciate o allungate) dell'interno della terra nell'energia delle vibrazioni di queste rocce (onde sismiche), nell'energia dei cambiamenti nella la struttura delle rocce alla fonte del terremoto. Questa transizione avviene quando viene superata la resistenza a trazione delle rocce alla fonte del terremoto.

Riso. 1 Epicentri moderni di terremoti e vulcani sulla Terra.

La resistenza alla trazione delle rocce della crosta terrestre viene superata a causa dell'aumento della somma delle forze che agiscono su di essa:

Forze di attrito viscoso della convezione del mantello fluiscono sulla crosta terrestre;

Forza di Archimede che agisce sulla crosta leggera dal mantello plastico più pesante;

Maree lunari-solari;

Cambiare la pressione atmosferica.

Al momento di un terremoto, l'energia potenziale di deformazione elastica nella sorgente del terremoto diminuisce rapidamente (quasi istantaneamente) fino all'energia residua minima (quasi a zero). E in prossimità della sorgente, a causa dello spostamento dell'intera placca durante un terremoto, le deformazioni elastiche aumentano leggermente. Questo è il motivo per cui spesso si verificano ripetuti terremoti, ovvero scosse di assestamento, nelle vicinanze del terremoto principale. Allo stesso modo, piccoli terremoti “preliminari” - scosse premonitrici - possono provocarne uno grande in prossimità del piccolo terremoto iniziale. Un grande terremoto (con grande spostamento della placca) può causare successivi terremoti indotti anche ai bordi distanti della placca.

I terremoti profondi, le cui sorgenti si trovano a profondità fino a 700 km dalla superficie, si verificano ai confini convergenti delle placche litosferiche e sono associati alla subduzione.

Onde sismiche e loro misura

Lo scorrimento delle rocce lungo una faglia è inizialmente impedito dall'attrito. Di conseguenza, l'energia che causa il movimento si accumula sotto forma di sollecitazioni elastiche nelle rocce. Quando lo sforzo raggiunge un punto critico superiore alla forza di attrito, si verifica una brusca rottura delle rocce con il loro reciproco spostamento; l'energia accumulata, quando rilasciata, provoca vibrazioni ondulatorie della superficie terrestre: terremoti. I terremoti possono verificarsi anche quando le rocce vengono compresse in pieghe, quando l'entità dello stress elastico supera la resistenza alla trazione delle rocce e queste si spaccano formando una faglia.

Le onde sismiche generate dai terremoti si propagano in tutte le direzioni dalla sorgente come le onde sonore. Viene chiamato il punto in cui inizia il movimento delle rocce fuoco, focolare o ipocentro, e un punto sulla superficie terrestre sopra la sorgente lo è epicentro del terremoto . Le onde d'urto si propagano in tutte le direzioni a partire dalla sorgente; man mano che si allontanano da essa, la loro intensità diminuisce. La velocità delle onde sismiche può raggiungere gli 8 km/s.

Tipi di onde sismiche.

Le onde sismiche si dividono in onde di compressione e onde di taglio.

Onde di compressione, o onde sismiche longitudinali, provocano vibrazioni delle particelle rocciose attraverso le quali passano lungo la direzione di propagazione delle onde, provocando nelle rocce un'alternanza di zone di compressione e di rarefazione. La velocità di propagazione delle onde di compressione è 1,7 volte maggiore della velocità delle onde di taglio, quindi le stazioni sismiche sono le prime a registrarle. Le onde di compressione sono anche chiamate onde primarie (onde P). La velocità dell'onda P è uguale alla velocità del suono nella roccia corrispondente. A frequenze di onde P superiori a 15 Hz, queste onde possono essere percepite dall'orecchio come un ronzio e un rimbombo sotterraneo.

Onde di taglio, o onde sismiche trasversali, fanno sì che le particelle rocciose oscillino perpendicolarmente alla direzione di propagazione delle onde. Le onde di taglio sono anche chiamate onde secondarie (onde S).

Esiste un terzo tipo di onde elastiche: onde lunghe o superficiali (onde L). Sono loro che provocano la maggiore distruzione.

Sismografo

Le osservazioni strumentali apparvero per la prima volta in Cina, dove nel 132 Chang Hen inventò un sismoscopio, che era una nave realizzata ad arte. All'esterno del vaso, con un pendolo posto all'interno, erano incise in cerchio le teste dei draghi che tenevano in bocca delle palle. Quando il pendolo oscillava a causa del terremoto, una o più palline cadevano nelle bocche aperte delle rane poste alla base dei vasi in modo che le rane potessero inghiottirle (Fig. 2).

Riso. 2. Sismoscopio di Chang Hyun.

Un sismografo moderno è un insieme di strumenti che registrano le vibrazioni del terreno durante un terremoto e le convertono in un segnale elettrico, registrato su sismogrammi in forma analogica e digitale. Tuttavia, come prima, il principale elemento sensibile è un pendolo con un carico (Fig. 3).

Riso. 3 Sismografo.

Servizio sismico

Il servizio sismico effettua osservazioni costanti dei terremoti. La moderna rete globale comprende St. 2000 stazioni sismiche fisse, i cui dati sono sistematicamente pubblicati in bollettini e cataloghi sismologici. Oltre alle stazioni fisse, vengono utilizzati sismografi di spedizione, compresi quelli installati sul fondo dell'oceano. I sismografi della spedizione furono inviati anche sulla Luna (dove 5 sismografi registrano ogni anno fino a 3000 terremoti), così come su Marte e Venere.

Tipi di terremoti

Tettonico

I terremoti tettonici si verificano a seguito di un improvviso rilascio di stress, ad esempio durante il movimento lungo una faglia nella crosta terrestre (la ricerca degli ultimi anni mostra che i terremoti profondi possono anche essere causati da transizioni di fase nel mantello terrestre che si verificano a determinate temperature e pressioni). spostamento orizzontale – 6 m.Il valore massimo registrato degli spostamenti sismogenici lungo la faglia è di 15 m.

Riso. 4. Meccanismo del terremoto tettonico

Fig.5 Conseguenze dei terremoti tettonici

A volte vengono a galla difetti profondi. Durante il catastrofico terremoto di San Francisco del 18 aprile 1906, la lunghezza totale delle rotture superficiali nella zona della faglia di Sant'Andrea fu di oltre 430 km.

Fig.6 Faglia di Sant'Andrea

Vulcanico

I terremoti vulcanici sono un tipo di terremoto in cui si verifica un terremoto a causa dell'alta tensione nelle profondità di un vulcano. La causa di tali terremoti è la lava, il gas vulcanico. I terremoti di questo tipo sono deboli, ma continuano per molto tempo, molte volte, settimane e mesi. Tuttavia, un terremoto non rappresenta un pericolo per persone di questo tipo.

Riso. 5. Vulcanismo

Tecnogenico

Recentemente sono emerse informazioni secondo cui i terremoti possono essere causati dall’attività umana. Ad esempio, nelle aree inondate durante la costruzione di grandi bacini idrici, l'attività tettonica aumenta: la frequenza dei terremoti e la loro magnitudo aumentano. Ciò è dovuto al fatto che la massa d'acqua accumulata nei serbatoi aumenta la pressione nelle rocce con il suo peso e l'acqua che filtra riduce la resistenza alla trazione delle rocce. Fenomeni simili si verificano quando grandi quantità di roccia vengono rimosse da miniere, cave e durante la costruzione di grandi città con materiali importati.

Riso. Conseguenze dell'impatto causato dall'uomo (terremoti causati dall'uomo)

Frana

I terremoti possono essere causati anche da frane e grandi smottamenti. Tali terremoti sono chiamati frane; sono di natura locale e hanno bassa intensità.

Riso. Conseguenze del terremoto di frana

Onde sismiche.

Durante un terremoto, le particelle di roccia si muovono e oscillano alla sorgente. Spingono e fanno vibrare le particelle vicine, che trasmettono le vibrazioni ancora più lontano sotto forma di onda acustica. Le oscillazioni che si propagano dalla sorgente di un terremoto sono onde elastiche, la cui natura e velocità di propagazione dipendono dalle proprietà elastiche e dalla densità delle rocce. Le proprietà elastiche includono il modulo di massa, che caratterizza la resistenza alla compressione senza cambiare forma, e il modulo di taglio, che determina la resistenza alle forze di taglio. La velocità di propagazione delle onde elastiche aumenta in modo direttamente proporzionale alla radice quadrata dei valori dei parametri di elasticità e densità del mezzo.
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Onde longitudinali e trasversali.

Queste onde appaiono per prime sui sismogrammi. Le prime ad essere registrate sono le onde longitudinali, durante il cui passaggio ciascuna particella del mezzo viene prima compressa e poi nuovamente espansa, sperimentando un moto alternativo in direzione longitudinale (cioè nella direzione di propagazione delle onde). Queste onde sono anche chiamate onde P o onde primarie. La loro velocità dipende dal modulo elastico e dalla rigidità della roccia. Vicino alla superficie terrestre la velocità delle onde P è di 6 km/s, a grandi profondità è di ca. 13 km/s. Le successive ad essere registrate sono le onde sismiche trasversali, dette anche onde S, o onde secondarie. Mentre passano, ogni particella di roccia oscilla perpendicolarmente alla direzione di propagazione delle onde. La loro velocità dipende dalla resistenza al taglio della roccia ed è circa 7/12 della velocità di propagazione dell'onda P.

Le onde superficiali si propagano lungo o parallelamente alla superficie terrestre e non penetrano a profondità superiori a 80-160 km. Questo gruppo comprende le onde di Rayleigh e le onde di Love (dal nome degli scienziati che svilupparono la teoria matematica della propagazione di tali onde). Quando le onde di Rayleigh le attraversano, le particelle di roccia descrivono ellissi verticali che giacciono nel piano focale. Nelle onde dell'amore, le particelle di roccia oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione delle onde. Le onde superficiali sono spesso abbreviate come onde L. La loro velocità di propagazione è di 3,2-4,4 km/s. Durante i terremoti profondi, le onde superficiali sono molto deboli.

Ampiezza e periodo caratterizzano i movimenti oscillatori delle onde sismiche. L'ampiezza è la quantità di cui cambia la posizione di una particella di terreno durante il passaggio di un'onda rispetto al precedente stato di riposo. Il periodo di oscillazione è il periodo di tempo durante il quale si verifica un'oscillazione completa di una particella. Vicino alla fonte del terremoto si osservano vibrazioni con periodi diversi, da frazioni di secondo a diversi secondi. Tuttavia, a grandi distanze dal centro (centinaia di chilometri), le oscillazioni di breve periodo sono meno pronunciate: le onde P sono caratterizzate da periodi da 1 a 10 s e le onde S - un po' più lunghe. I periodi delle onde superficiali vanno da pochi secondi a diverse centinaia di secondi. Le ampiezze delle oscillazioni possono essere significative vicino alla sorgente, ma a distanze di 1500 km o più sono molto piccole: meno di pochi micron per le onde P e S e meno di 1 cm per le onde superficiali.
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Riflessione e rifrazione.

Incontrando strati di rocce con proprietà diverse lungo il loro percorso, le onde sismiche vengono riflesse o rifratte, proprio come un raggio di luce viene riflesso da una superficie a specchio o rifratto quando passa dall'aria all'acqua. Eventuali cambiamenti nelle caratteristiche elastiche o nella densità del materiale lungo il percorso di propagazione delle onde sismiche provocano la loro rifrazione e, con cambiamenti improvvisi nelle proprietà del mezzo, parte dell'energia delle onde viene riflessa (vedi figura).
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Traiettorie delle onde sismiche.

Le onde longitudinali e trasversali si propagano in tutta la Terra, mentre il volume del mezzo coinvolto nel processo oscillatorio aumenta continuamente. La superficie corrispondente al massimo movimento delle onde di un certo tipo in un dato momento è chiamata fronte di queste onde. Poiché il modulo elastico di un mezzo aumenta con la profondità più velocemente della sua densità (fino a 2900 km di profondità), la velocità di propagazione delle onde in profondità è maggiore che in prossimità della superficie, e il fronte d’onda appare più avanzato nell’entroterra che in superficie. la direzione laterale (laterale). Il percorso di un'onda è una linea che collega un punto sul fronte dell'onda alla sorgente dell'onda. Le direzioni di propagazione delle onde P ed S sono curve convesse rivolte verso il basso (per il fatto che la velocità delle onde è maggiore in profondità). Le traiettorie delle onde P ed S coincidono, anche se le prime si propagano più velocemente.

Le stazioni sismiche situate lontano dall'epicentro di un terremoto registrano non solo le onde dirette P e S, ma anche onde di questo tipo, già riflesse una volta dalla superficie terrestre - PP e SS (o PR1 e SR1), e talvolta riflesse due volte - PPP e SSS (o PR2 e SR2). Ci sono anche onde riflesse che percorrono una parte del percorso come onda P e la seconda, dopo la riflessione, come onda S. Le onde convertite risultanti sono designate come PS o SP. Nei sismogrammi dei terremoti profondi si osservano anche altri tipi di onde riflesse, ad esempio onde riflesse dalla superficie terrestre prima di raggiungere la stazione di registrazione. Di solito sono indicati da una lettera minuscola seguita da una lettera maiuscola (ad esempio, рR). Queste onde sono molto comode da utilizzare per determinare la profondità della sorgente del terremoto.

Ad una profondità di 2900 km, la velocità dell'onda P diminuisce bruscamente da >13 km/s a ~8 km/s; e le onde S non si propagano al di sotto di questo livello, corrispondente al confine tra il nucleo e il mantello terrestre. Entrambi i tipi di onde vengono parzialmente riflessi da questa superficie e parte della loro energia ritorna in superficie sotto forma di onde denominate PcP e ScS. Le onde P attraversano il nucleo, ma la loro traiettoria viene bruscamente deviata e sulla superficie terrestre appare una zona d'ombra, all'interno della quale vengono registrate solo onde P molto deboli. Questa zona inizia ad una distanza di ca. A 11mila km dalla sorgente sismica e già a una distanza di 16mila km ricompaiono le onde P, la cui ampiezza aumenta significativamente a causa dell'influenza focalizzante del nucleo, dove la velocità delle onde è bassa. Le onde P che attraversano il nucleo terrestre sono denominate RCR o P?. I sismogrammi distinguono chiaramente anche le onde che, nel percorso dalla sorgente al nucleo, vanno come onde S, poi attraversano il nucleo come onde P, e all'uscita le onde si trasformano nuovamente in onde di tipo S. Proprio nel centro della Terra , a una profondità di oltre 5100 km, si trova un nucleo interno che presumibilmente si trova allo stato solido, ma la sua natura non è ancora del tutto chiara. Le onde che penetrano attraverso questo nucleo interno sono designate PKIKR o SKIKS (vedi Fig. 1).
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Scale sismiche

I movimenti sismici sono complessi, ma possono essere classificati. Esistono numerose scale sismiche, che possono essere ridotte a tre gruppi principali. In Russia viene utilizzata la scala a 12 punti MSK-64 (Medvedev-Sponheuer-Karnik), che è la più utilizzata al mondo, risalente alla scala Mercali-Cancani (1902), nei paesi dell'America Latina la scala a 10 è stata adottata la scala Rossi-Forel a -punti (1883), in Giappone - scala a 7 punti. La valutazione dell'intensità, che si basa sulle conseguenze quotidiane di un terremoto, facilmente distinguibili anche da un osservatore inesperto, è diversa a seconda della scala sismica dei diversi paesi. Ad esempio, in Australia, uno dei gradi di scuotimento è paragonato al “modo in cui un cavallo sfrega contro il palo di una veranda”; in Europa, lo stesso effetto sismico è descritto come “le campane cominciano a suonare”; in Giappone, “un lanterna di pietra”. Nella forma più semplice e conveniente, sensazioni e osservazioni sono presentate in una breve scala descrittiva schematizzata (versione MSK) che può essere utilizzata da chiunque.

Tipi di terremoti

Esistono diverse classificazioni dei terremoti. In particolare, in base alla modalità di accadimento, si distinguono terremoti tettonici, vulcanici, causati dall'uomo, terremoti da frana e scoppi di rocce. Poiché questo fattore è una delle caratteristiche principali di questi fenomeni, è consigliabile soffermarsi più in dettaglio su ciascuna delle tipologie citate.

Onde di corpo e onde di superficie

Le onde sismiche sono studiate in sismologia e geofisica dell'esplorazione. Per registrare le vibrazioni causate dalle onde sismiche vengono utilizzati registratori sismici autonomi o ricevitori collegati a stazioni sismiche.

La velocità di propagazione delle onde dipende dalla densità e dall'elasticità del mezzo. Tende ad aumentare man mano che si approfondisce; nella parte superiore della crosta terrestre è di 2-8 km/s, e quando si scende al livello del mantello è di 13 km/s.

La frequenza delle onde è bassa, varia da 2 a 50 hertz.

In sismologia, lo studio delle onde sismiche è di interesse fondamentale indipendente e nell'esplorazione sismica, le onde provenienti da sorgenti artificiali vengono dirette verso i confini geologici di interesse per tracciarle.

Tipi di onde sismiche

Onde del corpo

Le onde del corpo viaggiano attraverso l'interno della Terra. Il percorso delle onde è rifratto dalle diverse densità e durezze delle rocce sotterranee.

Onde P

Onde P(onde primarie) - onde longitudinali o di compressione. Similmente alle onde sonore, le particelle vibrano avanti e indietro lungo la linea di propagazione dell'onda. Tipicamente la loro velocità è doppia rispetto a quella delle onde S e possono attraversare qualsiasi materiale. Nell'aria assumono la forma di onde sonore e, di conseguenza, la loro velocità diventa uguale alla velocità del suono. La velocità standard delle onde P è di 330 m/s nell'aria, 1.450 m/s nell'acqua e 5.000 m/s nel granito. Sul lato inferiore del confine di Mohorovicic, la velocità dell'onda P è di circa 8100 m/s, e nella regione del confine mantello-nucleo raggiunge 13600 m/s.

Onde S

Onde S(onde secondarie) - onde trasversali. Le particelle del mezzo subiscono vibrazioni perpendicolari alla linea di propagazione delle onde. I liquidi non trasmettono onde S, questo è uno dei motivi per cui un terremoto su una nave in mare viene percepito come uno shock verticale, come se la nave avesse incontrato un oggetto sottomarino. Sul lato inferiore del confine di Mohorovicic, la velocità delle onde S è di circa 4400 m/s, e nella regione del confine mantello-nucleo raggiunge i 7300 m/s.

Onde superficiali

Le onde superficiali sono di due tipi: onde di Rayleigh e onde di Love. Nelle onde dell'Amore le particelle oscillano su un piano orizzontale perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda. Nelle onde di Rayleigh, le particelle si muovono in ellissi avanti-su-indietro-giù rispetto alla direzione di propagazione dell'onda. Un'onda di superficie viaggia più lentamente di un'onda S, mentre l'onda Love è più veloce di un'onda Rayleigh.

Onde P e S nel mantello e nel nucleo

Utilizzo delle onde P e S per localizzare un terremoto

Il modo più semplice per scoprire la posizione di un terremoto entro un raggio di 200 km è calcolare la differenza nell'arrivo delle onde P ed S in secondi e moltiplicarla per 8. Ma sul telesismico [ termine sconosciuto ] a distanza questo metodo non è adatto, perché c'è un'alta probabilità che le onde sismiche si siano approfondite nel mantello terrestre e si siano rifratte, cambiando la loro velocità.

Ampiezza dell'onda sismica

L'ampiezza di un'onda sismica elastica è il valore massimo dello spostamento di una particella di roccia oscillante rispetto allo stato di equilibrio. A seconda del tipo di ricevitore di vibrazioni sismiche, l'ampiezza può essere pari alla velocità massima o all'accelerazione delle particelle vibranti. Dopo la conversione nei ricevitori, il segnale sismico diventa elettrico, quindi l'ampiezza è espressa in mV o in unità ADC. Attualmente non esiste uno standard per le onde sismiche, quindi la questione dell'unità di misura dell'ampiezza rimane aperta e si presume che sia adimensionale.

A seconda della polarità dell'impulso sismico, l'ampiezza dell'onda può essere positiva o negativa. Un impulso con ampiezza positiva ha la stessa polarità (ordine di fase) di quello dell'onda creata direttamente dalla sorgente, mentre un impulso con ampiezza negativa ha la polarità opposta.

Le onde sismiche si dividono in onde di compressione e onde di taglio.

1. Le onde di compressione, o onde sismiche longitudinali, provocano vibrazioni delle particelle rocciose attraverso le quali passano lungo la direzione di propagazione delle onde, provocando nelle rocce un'alternanza di zone di compressione e di rarefazione. La velocità di propagazione delle onde di compressione è 1,7 volte maggiore della velocità delle onde di taglio, quindi le stazioni sismiche sono le prime a registrarle. Le onde di compressione sono anche chiamate onde primarie (onde P). La velocità dell'onda P è uguale alla velocità del suono nella roccia corrispondente. A frequenze di onde P superiori a 15 Hz, queste onde possono essere percepite dall'orecchio come un ronzio e un rimbombo sotterraneo.
2. Le onde di taglio, o onde sismiche trasversali, fanno vibrare le particelle di roccia perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. Le onde di taglio sono anche chiamate onde secondarie (onde S).

Esiste un terzo tipo di onde elastiche: onde lunghe o superficiali (onde L). Sono loro che provocano la maggiore distruzione.

Le onde sismiche si dividono in ipocentrali (longitudinali e trasversali) e superficiali (onde di Rayleigh e Love).

1.
2. Onde di taglio ipocentrali (onde S)
3. Le onde di Rayleigh e Love (onde R e onde L) sono onde sismiche che si propagano dall'epicentro di un terremoto nello spessore dello strato superiore della crosta terrestre. Lo spostamento delle particelle di terreno nell'onda R avviene nel piano verticale e nell'onda L - nel piano orizzontale perpendicolare alla direzione di propagazione di queste onde.

L'impatto complessivo dei suddetti fattori dannosi di un terremoto sulla superficie terrestre è caratterizzato dall'intensità del terremoto, espressa in punti. A seconda dell'intensità delle vibrazioni della superficie terrestre, è stata stabilita la seguente classificazione dei terremoti

4. Onde longitudinali ipocentrali (onde P)- onde sismiche che si propagano dalla sorgente del terremoto in tutte le direzioni con la formazione alternata di zone di compressione e di tensione. In questo caso, lo spostamento delle particelle di terreno avviene lungo la direzione di propagazione delle onde.
5. Onde di taglio ipocentrali (onde S)- onde sismiche che si propagano dalla sorgente del terremoto in tutte le direzioni con formazione di zone di taglio. Lo spostamento delle particelle avviene perpendicolarmente alla direzione di propagazione delle onde.
6. Onde di Rayleigh e Love (onde R e onde L)- onde sismiche che si propagano dall'epicentro di un terremoto nello spessore dello strato superiore della crosta terrestre. Lo spostamento delle particelle di terreno nell'onda R avviene nel piano verticale e nell'onda L - nel piano orizzontale perpendicolare alla direzione di propagazione di queste onde.

I principali parametri delle onde sismiche sono: velocità di propagazione, ampiezza massima di vibrazione, periodo di vibrazione e tempo di azione dell'onda.

La velocità di propagazione delle onde longitudinali ipocentrali è di circa 8 km/s, delle onde trasversali ipocentrali è di circa 5 km/s e delle onde superficiali è di 0,5 - 2 km/s.

L'ampiezza massima delle oscillazioni, il periodo delle oscillazioni e la durata delle onde dipendono dalle condizioni del terreno, dall'ubicazione della sorgente e dalla potenza del terremoto.

Tabella 1

	Forza del terremoto	una breve descrizione di
	Non sentito	Segnalato solo da strumenti sismici.
	Tremori molto deboli	Segnalato da strumenti sismici. È avvertito solo da alcune persone che si trovano in uno stato di completa tranquillità ai piani alti degli edifici e da animali domestici molto sensibili.
		Si avverte solo all'interno di alcuni edifici, come lo shock di un camion.
	Moderare	Si riconosce dal leggero tintinnio e vibrazione di oggetti, stoviglie e vetri delle finestre, dallo scricchiolio di porte e pareti. All'interno dell'edificio, la maggior parte delle persone avverte tremori.
	Piuttosto forte	All'aria aperta lo avvertono molti, dentro le case tutti. Scuotimenti generali dell'edificio, vibrazioni dei mobili. I pendoli dell'orologio si fermano. Crepe nel vetro della finestra e nell'intonaco. Risvegliare i dormienti. Può essere avvertito dalle persone all'esterno degli edifici; i rami sottili degli alberi oscillano. Le porte sbattono.
		È sentito da tutti. Molte persone scappano in strada spaventate. I quadri cadono dai muri. I singoli pezzi di intonaco si stanno staccando.
	Molto forte	Danni (crepe) nei muri delle case in pietra. Rimangono incolumi gli edifici antisismici, così come gli edifici in legno e vimini.
	Distruttivo	Crepe su pendii ripidi e terreno bagnato. I monumenti si spostano fuori posto o si ribaltano. Le case sono gravemente danneggiate.
	Devastante	Gravi danni e distruzione di case in pietra. Le vecchie case di legno sono storte.
	Distruttivo	Le crepe nel terreno a volte sono larghe fino a un metro. Frane e crolli dai pendii. Distruzione di edifici in pietra. Curvatura delle rotaie ferroviarie.
	Catastrofe	Ampie crepe negli strati superficiali della terra. Numerose frane e crolli. Le case in pietra sono quasi completamente distrutte. Forte flessione e rigonfiamento delle rotaie ferroviarie.
	Grave disastro	I cambiamenti nel suolo raggiungono proporzioni enormi. Numerose crepe, crolli, frane. La comparsa di cascate, dighe sui laghi, deviazione dei flussi fluviali. Nessuna struttura può resistere.

La difficoltà di salvare le persone in caso di terremoto è dovuta alla repentinità del suo verificarsi, alle difficoltà di dispiegamento delle forze e di dispiegamento di operazioni di ricerca e soccorso nella zona di distruzione di massa; la presenza di un gran numero di vittime che necessitano di assistenza urgente; tempo di sopravvivenza limitato per le persone tra le macerie; condizioni di lavoro difficili per i soccorritori. La sorgente di un terremoto è generalmente caratterizzata da: distruzione e ribaltamento di edifici e strutture, sotto le cui macerie muoiono persone; il verificarsi di esplosioni e incendi massicci derivanti da incidenti industriali, cortocircuiti nelle reti energetiche e depressurizzazione di contenitori per lo stoccaggio di liquidi infiammabili; la formazione di possibili focolai di contaminazione da sostanze chimiche tossiche; distruzione e blocco di centri abitati a seguito della formazione di numerose crepe, crolli e smottamenti; inondazioni di insediamenti e intere regioni a causa della formazione di cascate, dighe sui laghi e deviazione dei letti dei fiumi.