Seismiset aallot – määritelmä, synty ja havaitseminen
Seismiset aallot — selkeä opas niiden syntyyn, kulkuun maan kerrosten läpi ja havaitsemiseen seismografeilla. Tutustu maanjäristysten ja värähtelyjen analyysiin.
Seismiset aallot ovat maaperän ja kallion värähtelyjä, joita syntyy, kun energia vapautuu nopeasti maan sisällä. Tällaisia energianlähteitä ovat luonnolliset ilmiöt, kuten maanjäristykset ja tulivuorenpurkaukset, sekä ihmisen aiheuttamat tapahtumat, kuten räjäytykset tai kaivostoiminta. Seismiset aallot leviävät maan eri kerroksissa ja antavat tietoa sekä tapahtumasta itsestään että Maan rakenteesta.
Tyypit ja ominaisuudet
- Kehoaallot (body waves): kulkevat Maan sisällä.
- P-aallot (primary, pitkittäisaallot) ovat nopeimpia. Ne ovat pitkittäisiä, eli partikkelit värähtelevät aallon etenemissuuntaan. P-aallot liikkuvat niin kiinteässä aineessa kuin nesteissäkin ja niiden nopeus riippuu materiaalin tiheydestä ja kimmoisuudesta (yleensä noin 5–8 km/s maan kuoressa).
- S-aallot (secondary, poikittaisaallot) ovat hitaampia kuin P-aallot ja liikkuvat poikittaissuunnassa. Ne eivät kulje nesteissä, minkä ansiosta niiden käyttäytyminen auttoi havaitsemaan Maan nestemäisen ulkoytimen.
- Pintaaallot: syntyvät, kun kehoaallot saapuvat lähelle maan pintaa. Ne etenevät hitaammin mutta voivat aiheuttaa voimakkaimmat maavärinät rakennuksille. Tunnetuimmat pintaaallot ovat Rayleigh- ja Love-aallot.
Leviäminen, heijastuminen ja taittuminen
Seismisten aaltojen nopeus ja suunta muuttuvat, kun ne kulkevat eri tiheyksisten tai erilaisesta materiaalista koostuvien kerrosten läpi. Tällöin aallot voivat taittua (muuttaa suuntaa) tai heijastua. Näiden ilmiöiden avulla voi päätellä esimerkiksi kerrosten paksuuksia ja koostumusta. Aaltojen etenemisestä saadaan myös tieto tapahtuman etäisyydestä: P-aalto saapuu yleensä ensin, S-aalto sen jälkeen — näiden saapumisvälien perusteella voidaan määrittää järistyksen lähde eli epi- ja hypokeskus.
Havaitseminen ja mittaaminen
Seismisia aaltoja mitataan seismografien eli seismometrien avulla. Yksinkertaisimmillaan seismometri sisältää massan, joka on ripustettu runkoon; kun maa liikkuu, massa pysyy suhteessa paikallaan ja liike kirjautuu suhteellisena liikkeenä. Nykyiset asemat rekisteröivät liikettä kolmessa suunnassa ja tallentavat tiedot digitaalisesti.
- Seismogrammista nähdään eri aaltojen saapumisajat ja amplitudit.
- Kolmen tai useamman havaintoaseman tiedoilla voidaan triangulaatiolla paikallistaa järistyksen epicenter.
- Aaltomuotojen analyysi kertoo myös tapahtuman energiasta ja mekanismista — esimerkiksi särkymisviiva ja liikesuunta voidaan päätellä.
Sovellukset ja merkitys
- Seismologia auttaa ymmärtämään Maan sisäistä rakennetta (esimerkiksi ydin, vaippa ja kuori).
- Se on keskeinen työkalu maanjäristyksistä, tulivuorenpurkauksista ja ihmisen aiheuttamista räjähdyksistä kertovan tiedon hankinnassa.
- Seismisiä mittauksia käytetään myös maanpohjan tutkimuksessa öljy- ja kaasu-etsinnässä (heijastusseismologia) sekä ydinasekokeiden valvonnassa.
- Rakennusten suunnittelussa ja riskinhallinnassa käytetään seismisiä tietoja järistysvaaran arvioimiseksi ja suojatoimien kehittämiseksi.
Yhteenveto
Seismiset aallot ovat avain työkalu Maan sisäisten prosessien ja väkivaltaisten tapahtumien tutkimiseen. Niiden eri tyypit, etenemisnopeudet ja käyttäytyminen eri aineissa auttavat paikantamaan tapahtumia, määrittämään niiden voimakkuuden ja paljastamaan Maan rakenteen kerroksittain. Seismografit ja nykyaikainen analytiikka tekevät mahdolliseksi sekä nopean havaitsemisen että tarkan tieteellisen tutkimuksen.
Aiheuttaa
Seismisiä aaltoja aiheuttavat maanjäristykset, maanalaiset räjähdykset, tulivuorenpurkaukset ja ihmisen tekemät räjähdykset, jotka voivat tärisyttää maata. Kun maanjäristyksiä tapahtuu, ne vapauttavat energiaa seismisten aaltojen muodossa. Seismiset aallot saavat maan värähtelemään kaikkiin suuntiin maanjäristyksen alkupisteestä.
Tyypit
Seismiset aallot jaetaan kahteen päätyyppiin, runkoaaltoihin ja pinta-aaltoihin. Runkoaallot kulkevat maan läpi, ja pinta-aallot kulkevat maan pintaa pitkin. . :40
Vartalon aallot
Kehon aallot kulkevat maapallon sisätilojen läpi. Kehon aallot jaetaan kahteen tyyppiin, primaariaaltoihin ja sekundaariaaltoihin. . :7
primaariaallot (P-aallot)
Primääriaallot etenevät nopeammin kuin muut aallot, joten maanjäristysten tapahtuessa primääriaallot saapuvat ensimmäisenä maanpinnalle. Siksi kutsumme niitä primaariaalloiksi.:13 Primääriaallot voivat kulkea kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten aineiden läpi.:36 Primääriaallot kulkevat kiinteissä aineissa 7-8 kilometriä sekunnissa, mutta nesteissä ja kaasuissa primääriaallot kulkevat eri nopeudella. Maa liikkuu edestakaisin samaan suuntaan kuin primaariaallot liikkuvat. Primääriaallot toistuvat puristaessaan ja venyttäessään maata liikkuessaan. . :13
Toissijaiset aallot (S-aallot)
Toissijaiset aallot saapuvat ensisijaisten aaltojen jälkeen. Siksi kutsumme niitä toissijaisiksi aalloiksi. Toissijaiset aallot voivat kulkea 3~4 kilometriä sekunnissa. Toissijaiset aallot eivät voi kulkea ilman ja nesteiden läpi. Ne voivat kulkea vain kiinteiden aineiden läpi.:43 Maa liikkuu ylös ja alas oikeassa kulmassa sekundääriaaltojen suuntaan nähden. Sekundaariaallot muuttavat väliaikaisesti materiaalien muotoa.
Pinta-aallot
Pinta-aallot kulkevat maan pintaa pitkin. Ne tulevat rungon aaltojen jälkeen.:43 Pinta-aallot syntyvät primaari- ja sekundaariaalloista, kun ne saapuvat pinnalle.:43 Pinta-aaltoja on kahdenlaisia. . :43
Rayleighin aallot
Rayleigh-aallot on nimetty John William Strutt Rayleigh'n mukaan. Kun Raleigh-aallot etenevät, hiukkaset liikkuvat soikean muotoisina, veden aaltojen tapaan. Rayleigh-aaltojen nopeus riippuu kiinteän aineen tyypistä. Rayleighin aaltoja koskevat tiedot antavat meille syyn siihen, miksi maa värähtelee. Rayleigh-aallot ovat hitaampia kuin Love-aallot. . :37
Rakkauden aallot
Rakkausaallot on nimetty A.E.H. Loven mukaan.:28 Hiukkaset liikkuvat edestakaisin 90 asteen kulmassa aallon suuntaan nähden.:37 Love-aaltojen nopeus riippuu kiinteän aineen tyypistä. Love-aaltojen avulla voimme tietää maankuoren paksuuden. Love-aallot kulkevat yleensä nopeammin kuin Rayleigh-aallot. . :28
Havaitseminen
Seismiset aallot voidaan havaita ja tallentaa seismografeilla.:40-41 Ensisijaiset aallot tallentuvat nopeammin kuin toissijaiset aallot.:40-41 Primääri- ja sekundääriaaltojen saapumisaikojen välistä ajanjaksoa käytetään aallon alkupisteen määrittämiseen.:40-41 Seismisten aaltojen avulla voimme saada tietoa maapallon kerroksellisuudesta.
Etsiä