Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ЗЕМНОЙ КОРЕ И УПРУГИЕ ВОЛНЫ В ТВЕРДОЙ СРЕДЕ

Кандидат технических наук В. Голосов

Мы привыкли считать земную поверхность чем-то прочным и незыблемым. Однако в земле непрерывно возникают и затухают волны, именуемые сейсмическими. Речь идет не только о катастрофических встрясках земной коры при землетрясениях, даже колебания травы под ветром порождают волны - микросейсмы, которые замечают и регистрируют приборы.

В твердой среде имеется два вида сопротивлений внешним механическим воздействиям: сопротивление изменению объема и сопротивление сдвигу, изменению формы элементов среды. Поэтому в однородном изо-тропном (с одинаковыми характеристиками во всех точках пространства и по всем направлениям в нем) пространстве могут распространяться волны двух типов - соответствующие изменению объема элемента среды и изменению его формы. Волны первого типа называются продольными (либо волнами сжатия или растяжения) или P-волнами (ppima) - при землетрясениях и взрывах они приходят первыми. Волны второго типа, приходящие позже, называются поперечны ми или S-волнами (sekonda). P-волна распространяется со скоростью Vp=√(λ+2μ)/ρ, а S-волна -со скоростью Vs=√μ/ρ, где λ и µ - упругие постоянные среды, а p - ее плотность. Максимальная скорость поперечной волны в твердой среде Vs = 0,7Vp, а в жидкостях и газах S-волна не распространяется вообще.

Колебания, связанные с S-волнами, могут происходить в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. Поэтому их можно разделить на составляющие - например, параллельную земной поверхности и перпендикулярную ей. Они существуют раздельно и называются соответственно плоскополяризованными SH- и SV-волнами.

По свободной поверхности среды могут распространяться еще и поверхностные волны двух типов. Одни смещают среду в вертикальной плоскости, другие - в горизонтальной (волны с вертикальной и с горизонтальной поляризацией). Характерный пример волны первого типа - волна Рэлея, которая движется со скоростью CR ≈ 0,9Vs. В романах Фенимора Купера индейцы загодя узнают о приближении всадников, прикладывая ухо к земле: они слышат именно рэлеевскую волну.

По границе раздела двух твердых сред - полупространства и сравнительно тонкого слоя - может идти поперечная, чисто сдвиговая волна Лява. А когда на такую границу падает S- или P-волна, возникают сразу четыре волны - две отраженные и две преломленные, которые обозначаются как PP, SS и так далее. Если же при отражении или преломлении на границе волна меняет тип, ее называют обменной.

В лабораторных условиях волны регистрируют пьезоэлектрическими датчиками; в полевых - сейсмоприемниками.

Упругие P- и S-волны успешно используются при анализе землетрясений, для геофизических исследований, поиска полезных ископаемых (в первую очередь нефти и газа), в физике твердого тела. А ночной хищник - скорпион миллионы лет назад "научился" с их помощью охотиться за добычей.


См. в номере на ту же тему ст. КАК СКОРПИОН НАХОДИТ ЖЕРТВУ



Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Подробности для любознательных»

Детальное описание иллюстрации

Схема сейсмоприемника. Цилидрический магнит (1) окружен магнитопроводом (2). Между ними имеется узкая кольцевая щель, через которую замыкается магнитное поле. В щели на пружине (3) свободно подвешена катушка с тонким проводом (4). Вся система помещена в корпус (5) и залита вязким маслом. Приходящая волна колеблет корпус приемника вместе с магнитом, а катушка, погруженная в масло, начинает двигаться с запаздыванием. Магнитное поле наводит в ней переменное напряжение, повторяющее форму колебаний. Вязкость масла и жесткость пружины подобраны так, чтобы собственная частота колебаний катушки соответствовала частоте колебаний почвы. Сигнал от приемника по проводам передается к сейсмостанции и записывается на магнитную ленту.