Войти
Анимация цунами, вызванного 2004 г., землетрясение в Индийском океане Сейсмология (; из древнегреческого σεισμός (сейсмос), означающего «землетрясение» и -λογία (-logía), что означает «изучение») - это научное исследование землетрясений и распространения упругих волны через Землю или через другие подобные планетам тела. Область также включает исследования воздействия землетрясения на окружающую среду, такого как цунами, а также различных сейсмических источников, таких как вулканические, тектонические, ледниковые, речные, океанические, атмосферные, и искусственные процессы, такие как взрывы. Связанная область, в которой используется геология для вывода информации о прошлых землетрясениях, - это палеосейсмология. Запись движения Земли как функции времени называется сейсмограммой . Сейсмолог - это ученый, который занимается сейсмологическими исследованиями.
Интерес ученых к землетрясениям уходит корнями в глубокую древность. Ранние предположения о естественных причинах землетрясений были включены в сочинения Фалеса Милетского (около 585 г. до н.э.), Анаксимена Милетского (около 550 г. до н.э.), Аристотеля. (ок. 340 г. до н.э.) и Чжан Хэн (132 г. н.э.).
В 132 году н. Э. Чжан Хэн из Китая династии Хань разработал первый известный сейсмоскоп.
. В 17 веке Афанасий Кирхер утверждал, что землетрясения были вызвано движением огня в системе каналов внутри Земли. Мартин Листер (1638–1712) и Николас Лемери (1645–1715) предположили, что землетрясения были вызваны химическими взрывами на земле.
Лиссабон. землетрясение 1755 г., совпавшее с общим расцветом науки в Европе, привело к активным научным попыткам понять поведение и причины землетрясений. Самые ранние отзывы включают работы Джона Бевиса (1757) и Джона Мичелла (1761). Мичелл определил, что землетрясения происходят внутри Земли и представляют собой волны движения, вызванные «перемещением массивов горных пород на многие мили под поверхностью».
С 1857 года Роберт Маллет заложил основы инструментальной сейсмологии и проводились сейсмологические эксперименты с использованием взрывчатых веществ. Он также отвечает за создание слова «сейсмология».
В 1897 году Эмиль Вихерт теоретические расчеты привели его к выводу, что недра Земли состоит из мантия из силикатов, окружающая железное ядро.
В 1906 Ричард Диксон Олдхэм идентифицировал на сейсмограммах отдельные приходы P-волн, S-волн и поверхностных волн. и нашел первое четкое свидетельство того, что у Земли есть центральное ядро.
В 1910 году, после изучения землетрясения в Сан-Франциско в апреле 1906 года, Гарри Филдинг Рид выдвинул «теория упругого отскока », которая остается основой современных тектонических исследований. Развитие этой теории зависело от значительного прогресса более ранних независимых потоков работ по поведению упругих материалов и в математике.
В 1926 году Гарольд Джеффрис был первым, кто заявил, что в своем исследовании волн землетрясений, что ниже мантии ядро Земли жидкое.
В 1937 году Инге Леманн определила, что внутри жидкого внешнего ядра Земли есть твердое внутреннее ядро .
К 1960-м годам наука о Земле достигла такого уровня, когда всеобъемлющая теория причинных явлений сейсмических событий и геодезических движений объединилась в уже устоявшуюся теорию тектоника плит.
Записи сейсмограмм, показывающие три компонента движения грунта. Красная линия отмечает первое появление P-волн; зеленая линия - более позднее появление S-волн. Сейсмические волны - это упругие волны, которые распространяются в твердых или жидких материалах. Их можно разделить на объемные волны, которые проходят сквозь материалы; поверхностные волны, которые проходят по поверхностям или границам раздела между материалами; и нормальные режимы, форма стоячей волны.
Есть два типа объемных волн: волны давления или первичные волны (P-волны) и сдвиговые или вторичные волны (S-волны ). P-волны - это продольные волны, которые включают сжатие и расширение в направлении движения волны, и всегда являются первыми волнами, которые появляются на сейсмограмме, поскольку они - самые быстро движущиеся волны через твердые тела. S-волны - это поперечные волны, которые движутся перпендикулярно направлению распространения. Зубцы S медленнее, чем зубцы P. Следовательно, они появляются позже P-волн на сейсмограмме. Жидкости не могут поддерживать поперечные упругие волны из-за их низкой прочности на сдвиг, поэтому S-волны распространяются только в твердых телах.
Поверхностные волны являются результатом взаимодействия P- и S-волн с поверхность Земли. Эти волны имеют дисперсию, что означает, что разные частоты имеют разные скорости. Двумя основными типами поверхностных волн являются волны Рэлея, которые имеют как продольные, так и поперечные движения, и волны Лява, которые являются чисто сдвиговыми. Волны Рэлея возникают в результате взаимодействия P-волн и вертикально поляризованных S-волн с поверхностью и могут существовать в любой твердой среде. Волны Лява образуются горизонтально поляризованными S-волнами, взаимодействующими с поверхностью, и могут существовать только при изменении упругих свойств с глубиной в твердой среде, что всегда имеет место в сейсмологических приложениях. Поверхностные волны распространяются медленнее, чем P-волны и S-волны, потому что они являются результатом того, что эти волны движутся по непрямым путям для взаимодействия с поверхностью Земли. Поскольку они перемещаются по поверхности Земли, их энергия спадает медленнее, чем объемные волны (1 / расстояние против 1 / расстояние), и, таким образом, сотрясение, вызванное поверхностными волнами, обычно сильнее, чем у объемных волн, и первичная поверхность Таким образом, волны часто являются самыми сильными сигналами на сейсмограммах землетрясений. Поверхностные волны сильно возбуждаются, когда их источник находится близко к поверхности, как при неглубоком землетрясении или приповерхностном взрыве, и намного слабее для источников глубоких землетрясений.
Оба объемные и поверхностные волны - бегущие волны; однако сильные землетрясения также могут заставить всю Землю «звенеть» подобно резонансному колоколу. Этот сигнал представляет собой смесь нормальных режимов с дискретными частотами и периодами примерно в час или меньше. Движение в нормальном режиме, вызванное очень сильным землетрясением, можно наблюдать в течение месяца после события. Первые наблюдения нормальных режимов были сделаны в 1960-х годах, когда появление более точных инструментов совпало с двумя крупнейшими землетрясениями 20-го века - землетрясением в Вальдивии 1960 года и землетрясением на Аляске 1964 года. С тех пор нормальные моды Земли дали нам одни из самых сильных ограничений на глубинную структуру Земли.
Одна из первых попыток научного изучения землетрясений последовала за землетрясением в Лиссабоне 1755 года. Другие заметные землетрясения, которые стимулировали значительные успехи в области сейсмологии, включают землетрясение 1857 г. в Базиликате, землетрясение в Сан-Франциско 1906 г., землетрясение на Аляске 1964 г., Суматро-Андаманское землетрясение 2004 и 2011 Великое землетрясение на востоке Японии.
Сейсмические волны, создаваемые взрывами или вибрирующими контролируемыми источниками, являются одним из основных методов подземных исследований в геофизике (в дополнение к множеству различных электромагнитных методов, таких как индуцированная поляризация и магнитотеллурия ). Сейсмология с контролируемым источником использовалась для картирования соляных куполов, антиклиналей и других геологических ловушек в нефтегазоносных породах, разломах, породах типы, и давно захороненные гигантские метеорные кратеры. Например, кратер Чиксулуб, возникший в результате удара, связанного с вымиранием динозавров, был локализован в Центральной Америке путем анализа выбросов на границе мела и палеогена, а затем физически доказано, что существует с помощью сейсмических карт из разведки нефти.
Установка для временной сейсмической станции на севере Исландского нагорья. Сейсмометры - это датчики, которые обнаруживают и регистрируют движение Земли, возникающее из-за упругих волн. Сейсмометры могут быть размещены на поверхности Земли, в неглубоких сводах, в скважинах или под водой. Полный комплект инструментов, регистрирующий сейсмические сигналы, называется сейсмографом. Сети сейсмографов непрерывно регистрируют движения земли по всему миру, чтобы облегчить мониторинг и анализ глобальных землетрясений и других источников сейсмической активности. Быстрое обнаружение землетрясений делает возможным предупреждение о цунами, потому что сейсмические волны распространяются значительно быстрее, чем волны цунами. Сейсмометры также регистрируют сигналы от источников, не связанных с землетрясениями, от взрывов (ядерных и химических) до местного шума ветра или антропогенной деятельности, до непрерывных сигналов, генерируемых на дне океана и побережьях, вызванных океанскими волнами (глобальный микросейсм ), к криосферным событиям, связанным с большими айсбергами и ледниками. Удары над океаном метеоритами с энергией до 4,2 × 10 Дж (эквивалентно тому, что произошло при взрыве десяти килотонн в тротиловом эквиваленте), были зарегистрированы сейсмографами, как и ряд промышленных аварий и бомб террористов. и события (область исследований, известная как судебная сейсмология ). Основным долгосрочным стимулом для глобального сейсмографического мониторинга было обнаружение и изучение ядерных испытаний.
сейсмических скоростей и границ внутри Земли с выборкой сейсмическими волнами Поскольку сейсмические волны обычно эффективно распространяются, поскольку они взаимодействуют с внутренней структурой Земли, они обеспечивают неинвазивные методы с высоким разрешением для изучения недр планеты. Одно из самых ранних важных открытий (предложенное Ричардом Диксоном Олдхэмом в 1906 году и окончательно показанное Гарольдом Джеффрисом в 1926 году) заключалось в том, что внешнее ядро Земли является жидким. Поскольку S-волны не проходят через жидкости, жидкое ядро вызывает «тень» на стороне планеты, противоположной землетрясению, где прямые S-волны не наблюдаются. Кроме того, P-волны проходят через внешнее ядро намного медленнее, чем через мантию.
Обрабатывая показания многих сейсмометров с помощью сейсмической томографии, сейсмологи нанесли на карту мантию Земли с разрешением в несколько сотен километров. Это позволило ученым идентифицировать конвективные ячейки и другие крупномасштабные объекты, такие как большие провинции с низкой скоростью сдвига около границы ядра и мантии.
Прогнозирование вероятного времени, местоположения, магнитуды и других важных характеристик предстоящего сейсмического события называется прогнозированием землетрясений. Сейсмологи и другие специалисты предпринимали различные попытки создать эффективные системы для точного прогнозирования землетрясений, включая метод VAN. Большинство сейсмологов не считают, что система своевременного предупреждения об отдельных землетрясениях еще не разработана, и многие полагают, что такая система вряд ли сможет давать полезные предупреждения о надвигающихся сейсмических событиях. Однако более общие прогнозы обычно предсказывают сейсмическую опасность. Такие прогнозы оценивают вероятность землетрясения определенного размера, влияющего на конкретное место в течение определенного промежутка времени, и они обычно используются в инженерии землетрясений.
Общественные споры по поводу прогнозов землетрясений разразились после того, как итальянские власти предъявили обвинение шесть сейсмологов и один правительственный чиновник за непредумышленное убийство в связи с землетрясением магнитудой 6,3 в Аквиле, Италия, 5 апреля 2009 г.. Обвинение было широко воспринято как обвинение в неспособности предсказать землетрясение и вызвало осуждение со стороны Американской ассоциации содействия развитию науки и Американского геофизического союза. В обвинительном заключении утверждается, что на специальном заседании в Аквиле за неделю до землетрясения ученые и официальные лица были больше заинтересованы в умиротворении населения, чем в предоставлении адекватной информации о риске землетрясения и готовности к нему.
Инженерная сейсмология - это изучение и применение сейсмологии в инженерных целях. Обычно он применяется к отрасли сейсмологии, которая занимается оценкой сейсмической опасности площадки или региона для целей сейсмологической инженерии. Следовательно, это связующее звено между наукой о Земле и гражданским строительством. Инженерная сейсмология состоит из двух основных компонентов. Во-первых, изучение истории землетрясений (например, исторические и инструментальные каталоги сейсмичности) и тектоники для оценки землетрясений, которые могут произойти в регионе, их характеристик и частоты возникновения. Во-вторых, изучение сильных колебаний грунта, вызванных землетрясениями, для оценки ожидаемых сотрясений от будущих землетрясений с аналогичными характеристиками. Эти сильные колебания грунта могут быть либо наблюдениями с акселерометров или сейсмометров, либо моделированными компьютерами с использованием различных методов, которые затем часто используются для разработки уравнений прогнозирования движения грунта (или моделей движения грунта) [1 ].
Сейсмологические инструменты могут генерировать большие объемы данных. Системы для обработки таких данных включают:
Геофизический портал 
Физический портал  | На Викискладе есть материалы по теме Сейсмология. |
