Seismologie - Seismology
Část série na |
Zemětřesení |
---|
Seismologie ( / s aɪ z m ɒ l ə dʒ i , s aɪ s - / ; od starověkého řeckého σεισμός ( seismós ) znamenat " zemětřesení " a -λογία ( -logía ) mínit "studie") je vědecké studium zemětřesení a šíření elastických vln prostřednictvím internetu nebo prostřednictvím jiných planetových těles. Tato oblast také zahrnuje studie vlivů zemětřesení na životní prostředí, jako jsou tsunami, a také různých seizmických zdrojů, jako jsou sopečné, tektonické, ledovcové, fluviální, oceánské, atmosférické a umělé procesy, jako jsou výbuchy. Související obor, který využívá geologii k odvozování informací o minulých zemětřeseních, je paleoseismologie . Záznam pohybu Země jako funkce času se nazývá seismogram . Seismolog je vědec, který dělá výzkum v seismologii.
Dějiny
Vědecký zájem o zemětřesení lze vysledovat až do starověku. Počáteční spekulace o přirozených příčinách zemětřesení byly zahrnuty do spisů Thalesa z Milétu (c. 585 BCE), Anaximenes of Miletus (c. 550 BCE), Aristoteles (c. 340 BCE) a Zhang Heng (132 CE).
V roce 132 n . L. Navrhl Zhang Heng z čínské dynastie Han první známý seismoskop .
V 17. století Athanasius Kircher tvrdil, že zemětřesení byla způsobena pohybem ohně v systému kanálů uvnitř Země. Martin Lister (1638 až 1712) a Nicolas Lemery (1645 až 1715) navrhli, aby zemětřesení byla způsobena chemickými výbuchy na Zemi.
Lisabon zemětřesení 1755 , který se shoduje s obecným rozkvětu vědy v Evropě, stanovené v pohybu intenzivnější vědecké pokusy pochopit chování a příčinu zemětřesení. Mezi nejranější reakce patří práce Johna Bevise (1757) a Johna Michella (1761). Michell určil, že zemětřesení mají původ na Zemi a jsou to vlny pohybu způsobené „přesouváním masy hornin na míle pod povrch“.
Od roku 1857 položil Robert Mallet základy instrumentální seismologie a prováděl seismologické experimenty s použitím výbušnin. Je také zodpovědný za razení slova „seismologie“.
V roce 1897 ho teoretické výpočty Emila Wiecherta vedly k závěru, že nitro Země sestává z pláště křemičitanů, obklopujících jádro ze železa.
V roce 1906 Richard Dixon Oldham identifikoval oddělený příchod P-vln , S-vln a povrchových vln na seismogramy a našel první jasný důkaz, že Země má centrální jádro.
V roce 1909 Andrija Mohorovičić , jeden ze zakladatelů moderní seismologie, objevil a definoval Mohorovičićovu diskontinuitu . Je obvykle označována jako „Moho diskontinuitě“ nebo „Moho,“ to je hranice mezi Země je kůře a plášti . Je definována výraznou změnou rychlosti seismologických vln, které procházejí měnící se hustotou horniny.
V roce 1910, po studiu zemětřesení v San Francisku v dubnu 1906 , předložil Harry Fielding Reid „ teorii pružného odrazu “, která zůstává základem moderních tektonických studií. Vývoj této teorie závisel na značném pokroku dřívějších nezávislých proudů práce na chování elastických materiálů a v matematice.
V roce 1926 Harold Jeffreys jako první prohlásil na základě své studie vln zemětřesení, že pod pláštěm je jádro Země tekuté.
V roce 1937 Inge Lehmann zjistil, že v kapalném vnějším jádru Země je pevné vnitřní jádro .
V šedesátých letech se pozemská věda vyvinula do bodu, kdy se v dnes již zavedené teorii deskové tektoniky spojila komplexní teorie příčin seismických událostí a geodetických pohybů .
Typy seismických vln
Seismické vlny jsou elastické vlny, které se šíří v pevných nebo tekutých materiálech. Mohou být rozděleny na tělesné vlny, které cestují vnitřkem materiálů; povrchové vlny, které cestují po površích nebo rozhraních mezi materiály; a normální režimy , forma stojaté vlny.
Tělesné vlny
Existují dva typy tělesných vln, tlakové vlny nebo primární vlny (vlny P) a smykové nebo sekundární vlny (vlny S ). P-vlny jsou podélné vlny, které zahrnují kompresi a expanzi ve směru pohybu vlny a jsou vždy prvními vlnami, které se objeví na seismogramu, protože jsou to nejrychleji se pohybující vlny skrz pevné látky. S-vlny jsou příčné vlny, které se pohybují kolmo ke směru šíření. S-vlny jsou pomalejší než P-vlny. Proto se na seismogramu objevují později než vlny P. Kapaliny nemohou podporovat příčné elastické vlny kvůli jejich nízké smykové pevnosti, takže vlny S cestují pouze v pevných látkách.
Povrchové vlny
Povrchové vlny jsou výsledkem interakce vln P a S s povrchem Země. Tyto vlny jsou disperzní , což znamená, že různé frekvence mají různé rychlosti. Dva hlavní typy povrchových vln jsou Rayleighovy vlny , které mají jak kompresní, tak smykové pohyby, a lásky , které jsou čistě smykové. Rayleighovy vlny jsou výsledkem interakce P-vln a vertikálně polarizovaných S-vln s povrchem a mohou existovat v jakémkoli pevném médiu. Vlny lásky jsou tvořeny horizontálně polarizovanými vlnami S interagujícími s povrchem a mohou existovat pouze tehdy, pokud dojde ke změně elastických vlastností s hloubkou v pevném médiu, což je vždy případ seismologických aplikací. Povrchové vlny cestují pomaleji než vlny P a S, protože jsou výsledkem toho, že tyto vlny cestují po nepřímých cestách a interagují se zemským povrchem. Protože cestují po povrchu Země, jejich energie se rozpadá méně než tělesné vlny (1/vzdálenost 2 vs. 1/vzdálenost 3 ), a proto je třes způsobený povrchovými vlnami obecně silnější než vibrace tělesných vln a primární povrchové vlny jsou tak často největšími signály na seismogramech zemětřesení. Povrchové vlny jsou silně buzeny, když je jejich zdroj blízko povrchu, jako při mělkém zemětřesení nebo výbuchu blízko povrchu, a jsou mnohem slabší pro zdroje hlubokých zemětřesení.
Normální režimy
Vlny těla i povrchu jsou cestujícími vlnami; velká zemětřesení však také mohou způsobit, že celá Země „zazvoní“ jako zvučný zvon. Toto vyzvánění je směsicí normálních režimů s diskrétními frekvencemi a obdobími přibližně hodinu nebo kratší. Pohyb v normálním režimu způsobený velmi velkým zemětřesením lze pozorovat až měsíc po události. První pozorování normálních režimů bylo provedeno v šedesátých letech minulého století, kdy se příchod přístrojů s vyšší věrností shodoval se dvěma z největších zemětřesení 20. století, zemětřesení ve Valdivii v roce 1960 a zemětřesení na Aljašce v roce 1964 . Od té doby nám normální režimy Země poskytly některá z nejsilnějších omezení v hluboké struktuře Země.
Zemětřesení
Jeden z prvních pokusů o vědecké studium zemětřesení následoval po zemětřesení v Lisabonu v roce 1755. Mezi další pozoruhodná zemětřesení, která vyvolala velký pokrok ve vědě o seismologii, patří zemětřesení v roce 1857 v Basilicata, zemětřesení v San Francisku v roce 1906, zemětřesení na Aljašce v roce 1964, zemětřesení v Sumatra-Andaman v roce 2004 a zemětřesení ve Velkém východním Japonsku v roce 2011 .
Řízené seismické zdroje
Seismické vlny vytvářené explozemi nebo vibrujícími řízenými zdroji jsou jednou z hlavních metod podzemního průzkumu v geofyzice (kromě mnoha různých elektromagnetických metod, jako je indukovaná polarizace a magnetotellurika ). Seismologie z kontrolovaného zdroje byla použita k mapování solných dómů , antiklinál a dalších geologických pastí v horninách nesoucích ropu , zlomů , typů hornin a dlouho zakopaných obřích meteorických kráterů . Například Chicxulub kráter , což bylo způsobeno dopadem, který byl zapleten do zániku těchto dinosaurů , byl lokalizován do Střední Ameriky na základě analýzy ejecta na hranici křída-paleogénu a poté fyzicky prokázána existence pomocí seismické mapy od oleje průzkum .
Detekce seismických vln
Seismometry jsou senzory, které detekují a zaznamenávají pohyb Země vyplývající z elastických vln. Seismometry mohou být rozmístěny na zemském povrchu, v mělkých klenbách, ve vrtech nebo pod vodou . Kompletní přístrojový balíček, který zaznamenává seismické signály, se nazývá seismograf . Sítě seismografů nepřetržitě zaznamenávají pohyby země po celém světě, aby usnadnily monitorování a analýzu globálních zemětřesení a dalších zdrojů seismické aktivity. Rychlé umístění zemětřesení umožňuje varování před tsunami, protože seismické vlny cestují podstatně rychleji než vlny tsunami. Seismometry také zaznamenávají signály z jiných než zemětřesných zdrojů od výbuchů (jaderných a chemických), přes místní hluk z větru nebo antropogenní činnosti, přes neustálé signály generované na dně oceánu a pobřeží indukované vlnami oceánu (globální mikroseismus ), až po kryosférické události spojené s velkými ledovci a ledovci. Seismografy zaznamenávaly meteorické údery nad oceánem s energiemi až 4,2 × 10 13 J (ekvivalentní té, která byla uvolněna při výbuchu deseti kilotun TNT), stejně jako řada průmyslových nehod a teroristických bomb a událostí (pole studia označovaného jako forenzní seismologie ). Hlavní dlouhodobou motivací pro globální seismografické monitorování bylo zjištění a studium jaderného testování .
Mapování nitra Země
Protože se seizmické vlny běžně šíří efektivně, protože interagují s vnitřní strukturou Země, poskytují neinvazivní metody pro studium nitra planety s vysokým rozlišením. Jedním z prvních důležitých objevů (navržený Richardem Dixonem Oldhamem v roce 1906 a definitivně ukázaným Haroldem Jeffreysem v roce 1926) bylo, že vnější jádro Země je tekuté. Protože S-vlny neprocházejí kapalinami, kapalné jádro způsobuje „stín“ na straně planety naproti zemětřesení, kde nejsou pozorovány žádné přímé S-vlny. P-vlny navíc cestují vnějším jádrem mnohem pomaleji než plášť.
Seismologové zpracovávají údaje z mnoha seismometrů pomocí seismické tomografie a zmapovali plášť Země na rozlišení několika stovek kilometrů. To vědcům umožnilo identifikovat konvekční buňky a další rozsáhlé prvky, jako jsou velké provincie s nízkou střižnou rychlostí poblíž hranice jádro-plášť .
Seismologie a společnost
Predikce zemětřesení
Předpovídání pravděpodobného načasování, umístění, velikosti a dalších důležitých vlastností nadcházející seismické události se nazývá predikce zemětřesení . Seismologové a další provedli různé pokusy o vytvoření účinných systémů pro přesné předpovědi zemětřesení, včetně metody VAN . Většina seismologů nevěří, že dosud nebyl vyvinut systém pro poskytování včasných varování pro jednotlivá zemětřesení, a mnozí se domnívají, že by takový systém pravděpodobně neposkytl užitečné varování před blížícími se seismickými událostmi. Obecnější předpovědi však běžně předpovídají seizmické nebezpečí . Takové předpovědi odhadují pravděpodobnost zemětřesení určité velikosti, které ovlivňuje konkrétní místo v určitém časovém období, a běžně se používají v inženýrství zemětřesení .
Veřejná kontroverze ohledně předpovědi zemětřesení vypukla poté, co italské úřady obvinily šest seismologů a jednoho vládního úředníka za zabití v souvislosti se zemětřesením o síle 6,3 v italské L'Aquile 5. dubna 2009 . Obžaloba byla široce vnímána jako obžaloba za to, že nedokázala předpovědět zemětřesení, a odsoudila ji Americká asociace pro rozvoj vědy a Americká geofyzikální unie . Obžaloba tvrdí, že na zvláštním zasedání v L'Aquile týden před zemětřesením se vědci a úředníci více zajímali o uklidnění populace než o poskytnutí adekvátních informací o riziku zemětřesení a připravenosti.
Inženýrská seismologie
Inženýrská seismologie je studium a aplikace seismologie pro technické účely. Obecně se vztahuje na odvětví seismologie, které se zabývá hodnocením seizmického nebezpečí lokality nebo oblasti pro účely zemětřesení. Jedná se tedy o spojení mezi vědou o Zemi a stavebním inženýrstvím . Existují dvě hlavní složky inženýrské seismologie. Za prvé, studium historie zemětřesení (např. Historické a instrumentální katalogy seismicity) a tektoniky za účelem posouzení zemětřesení, která by mohla v dané oblasti nastat, a jejich charakteristik a četnosti výskytu. Za druhé, studium silných pohybů země generovaných zemětřesením za účelem posouzení očekávaného otřesu z budoucích zemětřesení s podobnými charakteristikami. Těmito silnými pohyby země mohou být buď pozorování z akcelerometrů nebo seismometrů, nebo simulace pomocí počítačů pomocí různých technik, které se pak často používají k vývoji rovnic predikce pohybu země (nebo modelů pohybu země) [1] .
Nástroje
Seismologické nástroje mohou generovat velké množství dat. Mezi systémy pro zpracování těchto údajů patří:
- CUSP (seismické zpracování Caltech-USGS)
- Seizmický software RadExPro
- SeisComP3
Pozoruhodné seismologové
- Aki, Keiiti
- Ambraseys, Nicholas
- Anderson, Don L.
- Bolt, Bruce
- Claerbout, Jone
- Dziewonski, Adam Marian
- Ewing, Maurice
- Galitzine, Boris Borisovič
- Gamburtsev, Grigory A.
- Gutenberg, Beno
- Hele, Susan
- Jeffreys, Harold
- Jones, Lucy
- Kanamori, Hiroo
- Keilis-Borok, Vladimír
- Knopoff, Leon
- Lehmann, Inge
- Macelwane, Jamesi
- Mallet, Robert
- Mercalli, Giuseppe
- Milne, Johne
- Mohorovičić, Andrija
- Oldham, Richard Dixon
- Omori, Fusakichi
- Sebastião de Melo, markýz z Pombalu
- Stiskněte, Franku
- Richards, Paul G.
- Richter, Charles Francis
- Sekiya, Seikei
- Sieh, Kerry
- Paul G. Silver
- Stein, Ross
- Tuckere, Briane
- Vidale, Johne
- Wen, Lianxing
- Winthrop, Johne
- Zhang Heng
Viz také
- Asteroseismologie - studium oscilací ve hvězdách (zemětřesení)
- Kryoseismus
- Inženýrská geologie - Aplikace geologie na inženýrskou praxi
- Harmonický třes
- Helioseismologie
- Konsorcium IRIS
- Isoseismální mapa
- Lineární seismická inverze - Interpretace seismických dat pomocí lineárního modelu
- Lunární seismologie - studium pozemských pohybů Měsíce
- Marsquake
- Zemětřesení (přírodní jev) - Povrchové chvění na mezihvězdných tělesech obecně
- Seismická interferometrie
- Seismické zatížení
- Seismická migrace
- Seismický hluk
- Seismická analýza výkonu
- Seismit - sediment/struktura se otřásly seismicky
- Seismo-elektromagnetika
- Seismotektonika
Poznámky
Reference
- Allaby, Ailsa; Allaby, Michael, eds. (2003). Oxfordský slovník věd o Zemi (druhé vydání.). Oxford University Press .
- Ben-Menahem, Ari (1995), „A Concise History of Mainstream Seismology: Origins, Legacy, and Perspectives“ (PDF) , Bulletin of Seismological Society of America , 85 (4): 1202–1225
- Bath, M. (1979). Úvod do seismologie (druhé, revidované vydání.). Basilej: Birkhäuser Basilej. ISBN 9783034852838.
- Davison, Charles (2014). Zakladatelé seismologie . ISBN 9781107691490.
- Ewing, WM; Jardetzky, WS; Press, F. (1957). Elastické vlny ve vrstvených médiích . McGraw-Hill Book Company .
- Gubbins, David (1990). Seismologie a desková tektonika . Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-37141-4.
- Hall, Stephen S. (2011). „Vědci před soudem: Na vině?“ . Příroda . 477 (7364): 264–269. Bibcode : 2011Natur.477..264H . doi : 10,1038/477264a . PMID 21921895 . S2CID 205067216 .
- Kanamori, Hiroo (2003). Predikce zemětřesení: Přehled (PDF) . Mezinárodní příručka zemětřesení a inženýrské seismologie. 81B . Mezinárodní asociace seismologie a fyziky zemského nitra. s. 1205–1216. Archivováno z originálu (PDF) dne 2013-10-24.
- Lay, Thorne, ed. (2009). Seismologické velké výzvy v porozumění dynamickým systémům Země (PDF) . Zpráva pro National Science Foundation, konsorcium IRIS.
- Schulte, Peter; Laia Alegret; Ignacio Arenillas; José A. Arz; Penny J. Barton; Paul R. Bown; Timothy J. Bralower; Gail L. Christeson; Philippe Claeys; Charles S. Cockell; Gareth S. Collins; Alexander Deutsch; Tamara J. Goldin; Kazuhisa Goto; José M. Grajales-Nishimura; Richard AF Grieve; Sean PS Gulick; Kirk R. Johnson; Wolfgang Kiessling; Christian Koeberl; David A. Kring; Kenneth G. MacLeod; Takafumi Matsui; Jay Melosh; Alessandro Montanari; Joanna V. Morgan; Clive R. Neal; Douglas J. Nichols; Richard D. Norris; Elisabetta Pierazzo; Greg Ravizza; Mario Rebolledo-Vieyra; Wolf Uwe Reimold; Eric Robin; Tobias Salge; Robert P. Speijer; Arthur R. Sweet; Jaime Urrutia-Fucugauchi; Vivi Vajda; Michael T. Whalen; Pi S. Willumsen (5. března 2010). „Dopad asteroidu Chicxulub a hromadné vyhynutí na hranici křídy a paleogenu“ . Věda . 327 (5970): 1214–1218. Bibcode : 2010Sci ... 327.1214S . doi : 10,1126/věda.1177265 . ISSN 1095-9203 . PMID 20203042 . S2CID 2659741 . Citováno 5. března 2010 .
- Shearer, Peter M. (2009). Úvod do seismologie (druhé vydání.). Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-70842-5.
- Stein, Seth; Wysession, Michael (2002). Úvod do seismologie, zemětřesení a struktury Země . Wiley-Blackwell . ISBN 978-0-86542-078-6.
- Wen, Lianxing; Helmberger, Donald V. (1998). „Zóny s velmi nízkou rychlostí v blízkosti hranice jádra a pláště od širokopásmových prekurzorů PKP“ (PDF) . Věda . 279 (5357): 1701–1703. Bibcode : 1998Sci ... 279,1701W . doi : 10,1126/věda.279.5357.1701 . PMID 9497284 .
externí odkazy
- Evropsko-středomořské seismologické centrum , webové stránky s informacemi o zemětřesení v reálném čase.
- Seismologická společnost Ameriky .
- Začleněné výzkumné instituce pro seismologii .
- Program nebezpečí zemětřesení USGS .
- Krátká historie seismologie do roku 1910 (UCSB ERI)