Κύμα P

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Επίπεδο κύμα P
Αναπαράσταση της διάδοσης ενός κύματος P σε ένα δισδιάστατο πλέγμα (εμπειρικό σχήμα).

Τα κύματα P είναι ένα είδος ελαστικού κύματος, επονομαζόμενα σεισμικά κύματα στην σεισμολογία, τα οποία μπορούν να ταξιδέψουν σε ένα συνεχές μέσο. Το συνεχές μέσο αποτελείται από αέρια (όπου τα κύματα P διαδίδονται ως ηχητικά κύματα), υγρά, ή στερεά, συμπεριλαμβανομένης της Γης. Τα κύματα P μπορούν να προκληθούν από σεισμούς και να καταγραφούν από σεισμογράφους. Η ονομασία «κύμα P» προέρχεται ετυμολογικά, από την αγγλική ορολογία, από τον όρο είτε primary wave (πρωτεύον κύμα), καθότι έχει την υψηλότερη ταχύτητα και άρα είναι το πρώτο που καταγράφεται, είτε pressure wave (κύμα πίεσης),[1] καθότι σχηματίζεται από εναλλασσόμενες συμπιέσεις και αραιώσεις.

Σε ισοτροπικά και ομοιογενή στερεά, η διεύθυνση διάδοσης ενός κύματος P είναι πάντα διαμήκης. Έτσι τα σωματίδια στο στερεό δονούνται κατά μήκος ή παράλληλα προς την κατεύθυνση της ενέργειας του κύματος.

Ταχύτητα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ταχύτητα των κυμάτων P σε ένα ομοιογενές ισοτροπικό μέσο δίνεται από την εξίσωση:

v_p= \sqrt{ \frac {K+\frac{4}{3}\mu} {\rho}}= \sqrt{ \frac{\lambda+2\mu}{\rho}} ,

όπου K είναι το μέτρο ελαστικότητας όγκου (το μέτρο συνέχειας της ασυμπιεστότητας), \mu είναι το μέτρο διάτμησης (μέτρο συνέχειας της ακαμψίας, μερικές φορές σημειώνεται ως G και επίσης καλείται η δεύτερη παράμετρος του Λαμέ), \rho είναι η πυκνότητα του υλικού μέσω του οποίου διαδίδεται το κύμα, και \lambda είναι η πρώτη παράμετρος του Λαμέ.

Από αυτές, η πυκνότητα εμφανίζει την λιγότερη διαφορά, οπότε η ταχύτητα ελέγχεται περισσότερο από τα K και μ.

Το μέτρο συνέχειας διαμήκους ελαστικότητας ή μέτρο συνέχειας κύματος P, συμβολιζόμενο ως M, ορίζεται ώστε M = K + 4\mu/3 και άρα ισχύει:

v_p = \sqrt{M/\rho}.\

Οι τυπικές τιμές για την ταχύτητα των κυμάτων P σε σεισμούς βρίσκονται στην κλίμακα 5 ως 8 km/s.[2] Η ακριβής ταχύτητα διαφέρει ανάλογα με την περιοχή του εσωτερικού της Γης, ξεκινώντας από 6 km/s, στον φλοιό της Γης, και φτάνοντας μέχρι 13 km/s, στον πυρήνα.[3]

Σεισμικά κύματα μέσα στην Γη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σχετικά θέματα: όριο πυρήνα-μανδύα, ασυνέχεια Μοχορόβιτς, ζώνη χαμηλής ταχύτητας και ασυνέχεια Λίμαν
Ταχύτητα διάδοσης των σεισμικών κυμάτων μέσα στην Γη ως συνάρτηση του βάθους.[4] Η αμελητέα ταχύτητα των κυμάτων S στον εξωτερικό πυρήνα υφίσταται επειδή αυτός είναι υγρός, ενώ στον στέρεο εσωτερικό πυρήνα η ταχύτητα των κυμάτων S είναι μη μηδενική.

Τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα κύμα είναι κύματα χώρου τα οποία ταξιδεύουν μέσα στην Γη. Η κίνηση και συμπεριφορά και των δύο μέσα στην Γη παρακολουθείται για να εξακριβωθεί η εσωτερική δομή της Γης. Ασυνέχειες στην ταχύτητα ως συνάρτηση του βάθους είναι ενδεικτικές αλλαγών στην φάση ή στην σύσταση. Διαφορές στους χρόνους άφιξης των κυμάτων τα οποία δημιουργούνται από ένα σεισμικό γεγονός, όπως ένας σεισμός, είναι αποτέλεσμα του ότι κάποια κύματα διαδίδονται σε διαφορετικά μονοπάτια και επιτρέπει την χαρτογράφηση της εσωτερικής δομής της Γης.[5][6]

Ζώνη σκίασης κυμάτων P[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ζώνη σκίασης κυμάτων P. Πηγή: Γεωλογική Υπηρεσία Ηνωμένων Πολιτειών.

Σχεδόν όλες οι διαθέσιμες πληροφορίες για την δομή του βαθέος εσωτερικού της Γης εξάγονται από παρατηρήσεις των χρόνων ταξιδιού, ανακλάσεις, διαθλάσεις και μεταβολές φάσης των σεισμικών κυμάτων χώρου, ή κανονικών τρόπων. Τα κύματα χώρου ταξιδεύουν διαμέσου των ρευστών επιπέδων του εσωτερικού της Γης, αλλά τα κύματα P διαθλόνται ελαφρώς όταν περνούν μέσα από την μετάβαση μεταξύ του ημίρευστου μανδύα και του υγρού εξωτερικού πυρήνας. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μια «ζώνη σκίασης» των κυμάτων P μεταξύ των 103° και 142°[7] από το επίκεντρο του σεισμού, όπου τα αρχικά κύματα P δεν καταγράφονται στους σεισμογράφους. Αντίθετα, τα κύματα S δεν ταξιδεύουν διαμέσου υγρών, αλλά εξασθενούνται.

Προειδοποίηση επικείμενου σεισμού[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η έγκαιρη προειδοποίηση για σεισμούς είναι δυνατή μέσω του εντοπισμού των μη καταστρεπτικών πρωτευόντων κυμάτων τα οποία ταξιδεύουν γρήγορα διαμέσου του φλοιού της Γης από ότι τα καταστρεπτικά δευτερεύοντα κύματα και τα κύματα Ράλεϊ, με τον ίδιο τρόπο με τον οποίο οι αστραπές φτάνουν στα μάτια μας πριν ακούσουμε την βροντή, κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας. Το περιθώριο έγκαιρης προειδοποίησης εξαρτάται από την καθυστέρηση από την άφιξη του κύματος P μέχρι την άφιξη των άλλων καταστρεπτικών κυμάτων, και γενικά είναι της τάξης μερικών δευτερολέπτων μέχρι και 60-90 δευτερολέπτων για βαθείς, μακρινούς, μεγάλους σεισμούς όπως θα είχε λάβει το Τόκιο πριν από τον σεισμό και το τσουνάμι στο Σεντάι της Ιαπωνίας το 2011. Η αποτελεσματικότητα της έγκαιρης προειδοποίησης εξαρτάται από τον ακριβή εντοπισμό των κυμάτων P και την απόρριψη των δονήσεων του εδάφους, οι οποίες προκαλούνται από τοπικές δραστηριότητες (όπως φορτηγά και δομικές εργασίες), διαφορετικά αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα θετικά εσφαλμένες προειδοποιήσεις. Τα Συστήματα Έγκαιρης Προειδοποίησης μπορούν να αυτοματοποιηθούν ώστε να επιτρέπεται η άμεση εκτέλεση ενεργειών ασφαλείας, όπως η έκδοση προειδοποιήσεων, το σταμάτημα ανελκυστήρων σε προκαθορισμένους ορόφους και το κλείσιμο των παροχών φυσικού αερίου.

Δείτε επίσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Αναφορές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Milsom, J. (2003). Field Geophysics. The geological field guide series. 25. John Wiley and Sons. σελ. 232. ISBN 978-0-470-84347-5. http://books.google.com/?id=T7CKj8bqVlwC&pg=PA179&dq=%22P-wave%22+pressure+wave+geophysics&cd=3#v=onepage&q=&f=false. Ανακτήθηκε στις 2010-02-25. 
  2. «Speed of Sound through the Earth». Hypertextbook.com. http://hypertextbook.com/facts/2001/PamelaSpiegel.shtml. Ανακτήθηκε στις 2011-12-14. 
  3. «Seismographs - Keeping Track of Earthquakes». Earthquake.usgs.gov. 2009-10-27. http://earthquake.usgs.gov/learn/topics/seismology/keeping_track.php. Ανακτήθηκε στις 2011-12-14. 
  4. GR Helffrich & BJ Wood (2002). "The Earth's Mantle". Nature (Macmillan Magazines) 412 (2 Αυγούστου): 501; Φιγούρα 1. doi:10.1038/35087500. http://www.phys.uu.nl/~sommer/master/Structure%20and%20Evolution/articles%20for%20presentation/9.pdf. 
  5. Justin L Rubinstein, DR Shelly & WL Ellsworth (2009). «Non-volcanic tremor: A window into the roots of fault zones». S. Cloetingh, Jorg Negendank. New Frontiers in Integrated Solid Earth Sciences. Springer. σελ. 287 ff. ISBN 90-481-2736-X. http://books.google.com/books?id=7AIPPoWf3KIC&pg=PA287. «The analysis of seismic waves provides a direct high-resolution means for studying the internal structure of the Earth...» 
  6. CMR Fowler (2005). «§4.1 Waves through the Earth». The solid earth: an introduction to global geophysics (2nd έκδοση). Cambridge University Press. σελ. 100. ISBN 0-521-58409-4. http://books.google.com/books?id=PifkAotvTroC&pg=PA100. «Seismology is the study of the passage of elastic waves through the Earth. It is arguably the most powerful method available for studying the structure of the interior of the Earth, especially the crust and mantle.» 
  7. Lowrie, William. The Fundamentals of Geophysics. Cambridge University Press, 1997, σελ. 149.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα P-wave (έκδοση 554003243) της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).