Seismologie - Seismology

Seismologie ( / s z m ɒ l ə i , s 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 Reidteorii 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

Tři linie s častými vertikálními výkyvy.
Seismogramové záznamy zobrazující tři složky pohybu země. Červená čára označuje první příchod P-vln; zelená čára, pozdější příchod S-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

Instalace pro dočasnou seismickou stanici, sever Islandská vysočina.

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

Diagram se soustřednými skořepinami a zakřivenými cestami
Seismické rychlosti a hranice ve vnitřku Země vzorkované seismickými vlnami

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:

Pozoruhodné seismologové

Viz také

Poznámky

Reference

externí odkazy