Сейсмічні хвилі та пружні властивості внутрішніх геосфер
Оскільки безпосередньо проникнути у глибокі шари земної кори, а тим більше мантії чи ядра, людині не під силу, вчені при вивченні внутрішньої будови Землі застосовують цілий ряд геофізичних ме тодів. Найбільш доступним і розповсюдженим способом дослі
дження глибоких шарів Землі є вивчення особливостей поширення сейсмічних хвиль через тіло Землі. Метод ґрунтується на аналізі напрямку й швидкості поширення сейсмічних хвиль коливних рухів речовини, які виникають в земних надрах під час землетрусів або від штучних збуджень, що дає можливість характеризувати те се редовище, через яке ці хвилі проходять. Розрізняють сейсмічні хвилі двох основних напрямків: об’ мні, є що поширюються в об’ємі або тілі планети, і поверхневі, які поши рюються вздовж земної поверхні. Об’ємні хвилі у свою чергу по діляються на повздовжні і поперечні. Повздовжні хвилі (Р-хвилі, від лат. prima - перша) являють собою коливання частинок речо вини вздовж променя поширення хвилі. Вони викликають то стис нення, то розтягування речовин. Поширюються у твердому, рідко му, газоподібному середовищах із найбільшою, проте з різною швидкістю. Швидкість поширення повздовжніх коливань Vp у повітрі 330 м/с, у воді - біля 1500 м/с, а у гірських породах земної кори - декілька тисяч метрів у секунду, збільшуючись у міру зрос тання щільності порід до 6000...6500 м/с (рис. 6.3). P-хвилі викли кають періодичні зміни об’єму речовини, через яку вони проходять. Поперечніхвилі(S-хвилі, від лат. secundo - другі) - це хвилі зсу ву речовини, вони коливають се Швидкість, км/с редовище впоперек до напрямку свого поширення. Ці хвилі про ходять тільки в твердих середо вищах, у рідкій речовині вони за тухають. Мають швидкість Vs меншу від Vpі викликають зміни форми речовини без зміни його об’єму. Зазвичай V /V складає 1,7...1,8. Поверхневі хвилі (L-хвилі, від лат. longa - довгі) по суті є супер позиціями Р- і S-хвиль. Вони ма ють більшу довжину, ніж Р- і Sхвилі, виникають на межі різно Рис. 6.3. Швидкість повздовжніх рідних середовищ біля поверхні Р- і поперечніх S-хвиль у тілі Землі материків і океанічного дна. По ширюються ці хвилі вздовж земної поверхні, проникаючи в її тов щу неглибоко. Поводять себе як водяні хвилі, тобто безупинно біжучі вперед, вони хоч і спонукають окремі частинки середовища рухатись по еліпсу у вертикальній площині до напрямку їх поши рення, однак саму речовину вперед фактично не посувають.
Швидкість поверхневих хвиль менша V . Серед поверхневих хвиль часто бувають і такі, що коливають частинки речовини у го ризонтальній площині перпендикулярно до напрямку їх руху. Іг хвилі викликають одночасно деформацію об’єму і зсуву. Саме по верхневі хвилі викликають найбільші руйнування під час землетру су. Затухають вони повільно, а тому можуть поширюватися на да лекі відстані. Швидкість Урі У$залежать від пружних властивостей і густини порід р, через які вони проходять. Сейсмічні станції, розташовані на різних ділянках земної поверхні, фіксують форму, розмір і час проходження хвиль землетрусів. Ці дані та сучасні методи обчис лення дають змогу зрозуміти фізичний характер середовища по ширення сейсмічних хвиль та з’ясувати відміну фізичних властиво стей земних надр у першу чергу за густиною речовини. Густина р є важливою фізичною характеристикою будь-якої ре човини. Для кожної конкретної речовини густина - величина ста ла. Але різні тіла мають різну густину р через неоднакову атомар ну і молекулярну будову. Якби від поверхні до свого центру Земля була однорідним тілом, тобто густина її всюди залишалась однаковою, то у всіх точках зем ного радіуса Я швидкість V була б однаковою. За цієї умови шлях розповсюдження хвиль через все тіло Землі був би прямолінійним. Насправді шляхи проходження хвиль мають складну криволінійну форму, швидкості іноді стрибкоподібно змінюються, причому зрос тання з глибиною модулів стиснення (пружності) і зсуву випереджує збільшення густини р. Аналіз поширення сейсмічних хвиль як природного, так і штуч ного походження показує, що на межі земної кори і верхньої мантії швидкість повздовжніх хвиль зростає з 6...7 км/с до 8 км/с. У мантії швидкість повздовжніх хвиль поступово зростає і на глибині 2900 км досягає 13,6 км/с, після чого на межі мантії і ядра зни жується до 8,1 км/с, а ближче до центра знову зростає до 11 км/с. Діапазон значень р у земних речовин дуже значний: від 101 кг/м3 6 (густина повітря при найбільшому вакуумі, який можливо створи ти у лабораторних умовах) до 22,5-103кг/м3(густина Осмію - най важчого елемента).
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Сейсмічні хвилі та пружні властивості внутрішніх геосфер» з дисципліни «Геофізична екологія»
