Sóng P

Bài viết này nói về một loại sóng địa chấn trong địa chấn học. Với thuật ngữ trong điện tâm đồ, xem sóng P (điện tâm đồ).

Mặt phẳng sóng P

Sự đi chuyển của một sóng P trên một lưới 2D

Một phần của loạt bài về
Động đất
Các loại
Tiền chấn Dư chấn Đứt gãy đẩy mù Kép Giữa hai mảng Nội mảng Siêu địa chấn Được kích hoạt từ ​​xa Chậm Dưới đại dương Siêu dịch chuyển Sóng thần Động đất hàng loạt
Nguyên nhân
Đứt gãy chuyển động Núi lửa Địa chấn kích thích
Đặc tính
Chấn tâm Chấn tiêu Vùng tối Sóng địa chấn Sóng P Sóng S Sóng Rayleigh Sóng Love
Đo đạc
Thang địa chấn Địa chấn kế Thang độ lớn thời gian động đất
Dự đoán
Ủy ban phối hợp dự đoán động đất Dự báo động đất
Các chủ đề khác
Sóng cắt chia tách Phương trình Adams–Williamson Vùng Flinn–Engdahl Kỹ thuật động đất Seismit Địa chấn học
Thể loại
x t s

Sóng P (sóng sơ cấp) là một loại của sóng đàn hồi và là một trong hai loại sóng khối (body waves), được gọi là sóng địa chấn trong địa chấn học, đi qua một môi trường và sóng đầu tiên đến máy đo địa chấn từ một trận động đất. Môi trường bao gồm khí (như sóng âm thanh), chất lỏng, hoặc rắn, bao gồm cả Trái Đất. Sóng P có thể được tạo ra bởi động đất và ghi lại bởi địa chấn kế. Tên sóng P đến từ chữ pressure wave (sóng áp lực) vìnó được hình thành từ nén ép, ví nó có vận tốc cao nhất do đó nó là sóng đầu tiên được ghi lại.^[1]

Trong các vật rắn đẳng hướng và đồng đẳng, chế độ di chuyển của sóng P luôn luôn dọc; như vậy, các hạt trong vật rắn rung động cùng theo trục di chuyển (hướng chuyển động) của sóng năng lượng.

Vận tốc

Vận tốc của sóng P trong môi trường đẳng hướng được tính bằng công thức

${\displaystyle v_{p}={\sqrt {\frac {K+{\frac {4}{3}}\mu }{\rho }}}={\sqrt {\frac {\lambda +2\mu }{\rho }}}}$

K là Môdun khối, μ là mô đun cắt (module của độ, đôi khi ký hiệu là G, ${\displaystyle }$ là khối lượng riêng của các môi trường mà qua đó sóng di chuyển, và ${\displaystyle }$ là tham số Lame đầu tiên.

Trong đó, khối lượng riêng biến đổi ít nhất, vì vậy vận tốc là chủ yếu được điều khiển bởi K và μ.

Mô đun đàn hồi của sóng P, M xác định bằng công thức ${\displaystyle }$ M=K+4μ/3 và do đó

${\displaystyle v_{p}={\sqrt {M/\rho }}}$

Giá trị điển hình của vận tốc sóng P trong động đất đang trong khoảng 5 đến 8 km/s.^[2] Tốc độ chính xác thay đổi theo các khu vực bên trong Trái Đất, từ nhỏ hơn 6 km/s trong lớp vỏ trái Đất đến 13 km/s qua lõi.^[3]

Vận tốc trong một số loại đá phổ biến^[4]

Đá	Vận tốc [m/s]	Vận tốc [m/s]
Đá cát kết không chặt	4600 - 5200	15000 - 17000
Đá cát kết chặt	5800	19000
Đá phiến sét	1800 - 4900	6000 -16000
Đá vôi	5800 - 6400	19000 - 21000
Dolomite	6400 - 7300	21000 - 24000
Anhydrite	6100	20000
Granit	5800 - 6100	19000 - 20000
Gabro	7200	23600

Nhà địa chất Francis Birch phát hiện ra mối quan hệ giữa vận tốc của sóng P và khối lượng riêng của vật liệu sóng đang di chuyển trong đó:

${\displaystyle V_{p}=a({\bar {M}})+b\rho }$

sau này được gọi là định luật Birch's

Sóng địa chấn ở trái Đất

Vận tốc của sóng địa chấn ở trái Đất vs độ sâu.^[5] Vận tốc sóng S ở lõi ngoài không đáng kể, bởi vì nó là chất lỏng, trong khi ở lõi rắn bên trong vận tốc sóng S khác không.

Sóng sơ cấp và sóng thứ cấp di chuyển bên trong Trái Đất. Chuyển động và hành vi của cả hai loại trong trái Đất được theo dõi để xác định cấu trúc của trái Đất. Gián đoạn trong tốc độ như một chức năng của sâu là biểu hiện của những thay đổi trong giai đoạn hay phần. Sự khác biệt trong thời gian đến sóng có nguồn gốc từ một địa chấn sự kiện như một trận động đất như là một kết quả của sóng lấy con đường khác nhau cho phép bản đồ của trái Đất cấu trúc bên trong.^[6][7]

Vùng tối của sóng sơ cấp

Gần như tất cả các thông tin có thể thấy về cấu trúc khu vực sâu bên trong Trái Đất là có nguồn gốc từ quan sát thời gian di chuyển, phản xạ, khúc xạ và di chuyển của xung chấn, hoặc sóng dừng. Sóng P đi qua những tầng chất lỏng bên trong Trái Đất, và chúng bị khúc xạ một chú khi chúng vượt qua khu vực chuyển đổi giữa lớp phủ và lõi ngoài lỏng. Kết quả là, có một "khu vực tối" của sóng P giữa 103° và 142°^[8] từ tâm trấn động đất, nơi đầu tiên sóng P không được xác định trên máy đo địa chấn. Ngược lại, sóng S không đi qua chất lỏng, thay vào đó, chúng bị suy yếu.

Khu vực tối sóng P (từ Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ)

Là một cách cảnh báo động đất

Cảnh báo trước động đất là có thể bằng cách phát hiện sóng sơ cấp không phá hoại mà đi nhanh hơn thông qua các lớp vỏ Trái Đất so với các sóng S hoặc sóng Rayleigh, cùng với cách mà tia sét nhanh như chớp mắt trước cơn bão. Mức độ cảnh báo trước phụ thuộc vào khoảng cách giữa sự xuất hiện của sóng P và các sóng khác, thường là khoảng 60-90 giây cho các động đất lớn và sâu ví dụ như Tokyo sẽ nhận được cảnh báo trước về Động đất và sóng thần Tōhoku 2011. Hiệu quả của cảnh báo trước phụ thuộc vào độ chính xác khi xác định sóng P và sự loại bỏ của rung động trên mặt đất gây ra bởi các tiếng ồn tại động địa phương (như xe tải hoặc xây dựng) vì nếu không có thể gây ra cảnh bảo sai. Hệ thống cảnh báo động đất có thể được tự động tạo ra các biện pháp an toàn ngay lập tức như cảnh báo, dừng thang máy ở tầng gần nhất ngắt hết khí đốt.

Xem thêm

• Động Đất Cảnh Báo Sớm (Nhật)
• Sóng Lamb
• Sóng love
• Sóng bề mặt

Tham khảo

1. Milsom, J. (2003). Field Geophysics. The geological field guide series. 25. John Wiley and Sons. tr. 232. ISBN 978-0-470-84347-5. Truy cập ngày 25 tháng 2 năm 2010.
2. “Speed of Sound through the Earth”. Hypertextbook.com. Truy cập ngày 14 tháng 12 năm 2011.
3. “Seismographs - Keeping Track of Earthquakes”. Earthquake.usgs.gov. ngày 27 tháng 10 năm 2009. Bản gốc lưu trữ ngày 10 tháng 12 năm 2011. Truy cập ngày 14 tháng 12 năm 2011.
4. “Acoustic Logging”. epa.gov. ngày 12 tháng 12 năm 2011. Truy cập ngày 3 tháng 2 năm 2015.
5. GR Helffrich & BJ Wood (2002). “The Earth's Mantle” (PDF). Nature. Macmillan Magazines. 412 (2 August): 501; Figure 1. doi:10.1038/35087500.
6. Justin L Rubinstein, DR Shelly & WL Ellsworth (2009). “Non-volcanic tremor: A window into the roots of fault zones”. Trong S. Cloetingh, Jorg Negendank (biên tập). New Frontiers in Integrated Solid Earth Sciences. Springer. tr. 287 ff. ISBN 90-481-2736-X. The analysis of seismic waves provides a direct high-resolution means for studying the internal structure of the Earth...
7. CMR Fowler (2005). “§4.1 Waves through the Earth”. The solid earth: an introduction to global geophysics (ấn bản thứ 2). Cambridge University Press. tr. 100. ISBN 0-521-58409-4. Seismology is the study of the passage of elastic waves through the Earth. It is arguably the most powerful method available for studying the structure of the interior of the Earth, especially the crust and mantle.
8. Lowrie, William.