地震中的纵波和横波

最熟悉的波是对水波的观察。当一块石头被扔进池塘时，水面受到扰动，在石头进入水中的地方，涟漪向外扩散。这一波列是由水波附近的水粒子运动引起的。然而，水并不沿着水波传播的方向流动。如果软木塞漂浮在水面上，它会上下跳动，但不会从原来的位置移动。这种扰动通过水粒子的简单往复运动持续传递，并且该运动从一个粒子传递到另一个粒子。通过这种方式，水波将被石头撞击破碎的水面的能量带到池边，搅动岸边的波浪。地震运动与此非常相似。我们感觉到的震动是由地震波能量引起的弹性岩石的震动。假设一个弹性体，如岩石，受到撞击，产生两种弹性波从震源向外传播。第一波的物理特征就像声波一样。声波，甚至超声波，通过交替挤压(推动)和膨胀(拉动)在空气中传播。因为液体、气体和固体岩石也可以被压缩，所以同样类型的波可以穿过海洋、湖泊和固体地球等水体。在地震期间，这种类型的波以相同的速度从裂缝向外向各个方向传播，交替挤压和拉伸它们穿过的岩石，并且它的粒子沿着这些波的传播方向向前和向后移动，换句话说，这些粒子的运动垂直于波前。向前和向后位移的量称为振幅。在地震学中，这种类型的波被称为纵波，或纵波，它是第一个到达的波。弹性岩石不同于空气。空气可以被压缩但不能被剪切，而弹性物质可以通过剪切和扭曲物体来传播第二波。地震产生的第二波称为横波。当横波通过时，岩石的特性与纵波有很大不同。因为横波涉及剪切而不是挤压，所以岩石颗粒的运动方向是横向的。这些岩石的运动可以在垂直或水平的平面上，这类似于光波的横向运动。P波和S波的同时存在使得地震波列具有独特的组合特性，使其不同于光波或声波的物理性能。横波不能在液体或气体中传播，因为剪切运动不能在液体或气体中发生。纵波和横波的独特性质可以用来探测地球深部流体带的存在。横波有偏振，只有那些横向振动的光波(上下、水平等)。)可以穿过偏振透镜。穿过的光波称为平面偏振光。穿过大气的太阳光是非偏振的，即光波振动没有优选的横向方向。然而，晶体的折射或通过特殊制造的塑料，如偏振光，可以使非偏振光变成平面偏振光。当S波穿过地球时，当它们遇到不连续界面时将被折射或反射，并且它们的振动方向将被极化。当带有偏振横波的岩石颗粒只在水平面上运动时，称为横波。当岩石颗粒在包含波传播方向的水质平面内运动时，这种横波被称为横波。大多数岩石，如果不是*以大振幅振动，则具有线性弹性，即由作用力引起的变形随作用力线性变化。这种线性弹性行为被称为服从胡克定律，是以英国数学家罗伯特·胡克(1635-1703)的名字命名的，他与牛顿同时代。类似地，在地震中，岩石会随着增加的力成比例地变形。在大多数情况下，变形将保持在线性弹性范围内，并且岩石将在摇动结束时返回到其原始位置。然而，重要的例外情况有时会发生在地震事件中。例如，当软土发生强烈震动时，永久变形将保持不变，波浪变形后，土体不会总是回到原来的位置。在这种情况下，地震强度很难预测。当局部冲击波穿过岩石时，弹性运动为能量如何变化提供了极好的启示。与弹簧的压缩或拉伸相关的能量是弹性势能，与弹簧部件的运动相关的能量是动能。任何时候的总能量都是弹性能量和运动能量的总和。对于理想的弹性介质，总能量是常数。在最大振幅的位置，能量都是弹性势能。当弹簧摆动到中间平衡位置时，能量都是动能。我们假设没有摩擦力或耗散力，所以一旦往复弹性振动开始，它将继续以相同的振幅。这当然是一个理想的情况。在地震中，移动的岩石之间的摩擦逐渐产生热量，并消散一些波动的能量。除非增加新的能量，像一个振动的弹簧，地球的振动将逐渐停止。地震波能量耗散的测量提供了地球内部非弹性特征的重要信息。然而，除了摩擦耗散，随着传播距离的增加，还有其他因素导致地震振动逐渐减弱。当声波传播时，由于波的前端是一个扩展的球体，所以它所携带的声音随着距离的增加而减少。类似于从池塘中扩散出来的水波，我们观察到水波的高度或振幅逐渐向外减小。振幅的降低是由于初始能量传播越来越宽而引起的衰减，这被称为几何扩散。这种扩散也削弱了穿过地球岩石的地震波。除非有特殊情况，地震波从震源向外传播得越远，其能量衰减得越多。