2013年8月2日,

是晃动的地球,还是那些弯弯曲曲的东西?

自从我们第一个正式记录的大约在一个世纪或二十年前地震记录地震已经成为一种标志性的象征。

地震记录

过度简化和不现实的地震记录比比皆是,但地震的自然地震记录却清晰可辨。尽管每一次地震的细节都是独一无二的,但世界各地的地震图却惊人地相似。它们之间的差异让地震学家能够理解地震的传播和地球的结构,但这是一个在不同时期更技术性的故事。现在,我们来谈谈地震记录显示了什么。

当一个冲力冲击我们的岩石行星时,它在一个地方产生的运动通过穿过岩石的能量波传递到另一个地方。这是能够发生的,因为尽管岩石很坚硬,但它们可以储存和释放弹性应变.这基本上意味着岩石弯曲……和折弯回去。(从根本上说,这意味着它们在变形后能恢复原来的形状。但是地壳的体积流变学是一个完全不同的问题....)

如果你试图拿起一块石头并用手把它弯折,那你的日子就不好过了。如果用副工具或液压杠杆,你会更成功一些,但你用肉眼是看不到的。当地球的岩石地壳弯曲时,弯曲的幅度只有几米,从几公里到几十公里不等。这就是它在折断之前所能支持的所有东西——如果你想听起来很专业的话,可以称之为“脆性失效”。转换得很快吗?这意味着如果你用老虎钳挤压一块10厘米的石头,你能使一边相对于另一边弯曲的最大长度是0.1毫米,比0.1毫米略小一点一半像素的大小在你2岁的笔记本电脑屏幕上。到那时它就会折断。从很大程度上来说,这种断裂就是导致地震的原因,因为岩石的其他部分也会这样到不现在它已经被释放了,它带着我们一起上路。现在,我们将跳过关于地震简单弹性回弹理论的日益增加的争议,而直接跳到这些地震波的传播——毕竟,这些波形就是这样的。

地震的冲动(不要紧为什么脉冲发生的时候)会在一个球体中向外辐射,就像核冲击波

脉冲向外的部分将传播得更快,因为粒子被推向波传播的方向。与不断膨胀的能量球相切(横向)的那部分脉冲向外传播的速度会更慢,因为它把粒子一个接一个地拖向与波运动方向垂直的方向。所以能量立即分为纵波和横波因为物理宇宙的固有特性。这些是纵波和横波,有很多写介绍他们。这里只要说P波“更小”、更快就够了。

这些球面波阵面是由震源发出的,这本身就很酷,但它们能做各种各样的事情因为地球内部有这些组成和密度边界。当波碰到不同密度的物质时,它的速度会发生变化。这个的效果,我会让它这个说明,是使波前和跟踪波的抽象“部分”的个别理论射线路径发生弯曲。这种行为是导致物体在水和空气中都出现弯曲的原因。最好的办法就是自己去玩。Wolfram Alpha有一个互动折射演示,你可以与futz。http://demonstrations.wolfram.com/SnellsLawOfRefractionWaveFronts/

斯涅尔定律的作用。别纠结这么久了。

无论如何,弯曲和反弹(用物理术语来说就是折射和反射),地震能量的球壳会传播到全球。当这些直接波或反射波到达时,地球上所有的地震仪都会检测到粒子的运动。每一波从下面的每一层反弹都会产生一个新的冲动。例如,地震仪会得到一个P波,然后是一个S波,然后是一个从地核反弹回来的P波,然后是从地核反射回来的S波。

一组地震射线路径的例子,说明了它们令人生畏的命名,试图命名各种反射和折射相。图来自Stein和Wysession, 2003年。

这很快就会变得很乱,我们还没讲到p到s的转换。幸运的是,这些波反弹得越多,能量就消耗得越多,所以一些信号比其他信号更强更明显。例如,最初的直接P和S脉冲本质上是最强的。每一次反射都会损失能量。

当它们沿着这些路径(以及它们之间的无限小路径)传播时,它们以波的形式到达世界的不同部分,但非常繁忙:

7月21日新西兰大地震的体波全球地震记录。注释的是连接各种不同地震波到达时间的线。看起来很疯狂,但其实只是球体内部的球体反射。哦,它们会弯曲。

7月21日新西兰大地震的体波全球地震记录。注释的是连接每个台站不同地震波相位到达时间的线。看起来很疯狂,但其实只是球体内部的球体反射。哦,它们会弯曲。IRIS.edu的事件数据图

你会问,到底是怎么得到这些复杂的交叉图案的?谢天谢地,迈克尔·索恩和他的动画在这里帮助你。索恩和他的同事刚刚完成了EduQuakes”列在地震研究快报.这篇文章是可以阅读的,但你可以直接去索恩的网站,获得各种各样的动画,用不同的方式说明不同的波相。

点击进入http://web.utah.edu/thorne/animations.html

点击进入http://web.utah.edu/thorne/animations.html

对于那些试图理解斯涅尔定律(就像那只北极熊)的人,或者需要动画来说明这个核心概念及其在全球地球物理学中的应用的地球科学和物理教育者来说,这是一个很好的教育资源。

http://web.utah.edu/thorne/animations.html

所以你在地震记录中看到的是一些不同的弹跳和弯曲类型波的。地核和地幔深处的岩层并不是反射地震波的唯一边界。古老的沉积层和盆地边界的花岗质基岩也可以作为很好的反射面,但在地球上是非常浅的特征。不幸的是,我们的地震仪大多位于所有这些浅层的复杂结构之上,所以地震波的浅层散射和反弹在很大程度上造成了地震记录的“锯齿形”。其他的罪魁祸首?故障破裂本身的复杂性……但这是我最喜欢的话题之一,我将留到下次讨论。