Maanjäristysaalto

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Maanjäristysaaltojen eteneminen Maan sisuksissa.

Maanjäristysaalto eli seisminen aalto on maanjäristyksen aiheuttama aalto.[1]

Aaltotyypit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Maanjäristysaaltoja on kolmea päätyyppiä[1], jotka ovat nopeuden mukaan lueteltuina P-aallot, S-aallot eli tärinäaallot ja pinta-aallot.

P-aallot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

P-aallot eli primääriaallot ovat pitkittäisiä paineaaltoja, jotka etenevät kiviaineksen vuorottaisen laajenemisen ja supistumisen saattamana. Ne ovat saaneet nimensä siitä, että ne saapuvat nopeutensa takia seismografiin ensimmäisenä. Tyypillinen P-aaltojen nopeus maankuoressa on 8 km sekunnissa, ja jatkumomekaniikan menetelmin sille voidaan johtaa lauseke[2]

\alpha = \sqrt{\frac{K+\frac{4}{3}\mu}{\rho}},

missä K on kokoonpuristumattomuuskerroin, μ on leikkausmoduli ja ρ väliaineen tiheys.

P-aallot voivat edetä sekä kiinteässä aineessa että nesteessä, joten ne ovat ainoita seismisiä aaltoja, jotka pääsevät ulkoytimen läpi.

S-aallot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

S-aallot eli sekundääriaallot ovat poikittaisia aaltoja, joissa kiviaines kokee rotaatiota ja vääntöä kohtisuorassa kulkusuuntaansa vastaan, mutta siinä ei tapahdu tilavuudenmuutoksia. S-aaltojen tyypillinen nopeus maankuoressa on 4,8 km sekunnissa, ja nopeus saadaan tarkemmin lausekkeesta[2]

\beta = \sqrt{\frac{\mu}{\rho}},

missä μ on leikkausmoduli ja ρ väliaineen tiheys. Nesteillä ei ole leikkausjännitystä, joten μ = 0. Tämän vuoksi S-aalto ei etene ulkoytimessä.

S-aaltomuoto voidaan lisäksi jakaa värähtelyn suunnan perusteella SH- ja SV-aaltoihin, joista edelliset ovat vaakasuoraan (engl. horizontal) ja jälkimmäiset pystysuoraan (engl. vertical) polarisoituneet.

Pinta-aallot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Rayleigh-aalto
Loven aalto

Pinta-aallot ovat maan pinnalla eteneviä aaltokuvioita, jotka esiintyvät kahdessa muodossa: Rayleigh-aaltoina (LR-aalto tai R-aalto) ja Loven aaltoina (LQ-aalto tai Q-aalto). Edellisessä maanpinta aaltoilee pystysuorassa tasossa, jälkimmäisessä taas maanpinta kokee vuoron perin vaakasuoria leikkausjännityksiä[2]. Loven aaltojen esiintyminen edellyttää seismisen nopeuden syvyysgradienttia, ja ne voidaan havaita vain vaakasuorilla seismometreillä.

Pinta-aallot saapuvat mittalaitteeseen vimeisenä ja ne aiheuttavat varsinaisen maan pinnalla havaitun järistyksen. Ne myös vaimenevat hitaammin kuin Maan sisällä kulkevat aallot.

Maanjäristysaaltojen hyödyntäminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

P-aaltojen varjovyöhyke (lähde: USGS)

Maanjäristysaaltoja tutkimalla voidaan saada tietoa maapallon rakenteesta, koska eri aallot kulkevat eri nopeudella ja heijastuvat eri tavoin eri aineista.[1]

Niin sanottu P-aaltojen varjovyöhyke sijaitsee 104°–140° episentraalietäisyydellä, siis alueella, jota primääriaallot eivät voi tavoittaa Gutenbergin rajapinnan taittavan vaikutuksen vuoksi. Myös S-aalloilla on oma, vielä laajempi varjovyöhykkeensä, joka alkaa 104° episentraalietäisyydeltä. Vyöhykkeiden olemassaolo osoittaa, että osa Maan sisäosista on nestemäisessä tilassa.

Maanjäristysaaltoja käytetään hyväksi ydinkokeiden valvonnassa. Keinotekoiset räjäytykset eivät tuota merkittävästi pinta-aaltoja, joten vertaamalla seismisen havainnon pinta- ja runkoaaltomagnitudeja voidaan ydinkokeet erottaa maanjäristyksistä.

Kallioperän seismisissä luotauksissa synnytetään tarkoituksella seismisiä aaltoja esimerkiksi täryttimillä ja räjäytyksillä. Geofoneilla eli "maakuulokkeilla" voidaan sen jälkeen koota tietoa signaalin taittumisesta ja heijastumisesta eri kallioperäkerroksissa. Suomessa tätä on tehty 1980-luvulla BALTIC-linjan luotauksen ohessa sekä 2000-luvulla reflektioseismiikkaa edustavien HIRE- ja FIRE-projektien yhteydessä. Tutkimukset ovat paljastaneet muun muassa Mohorovičićin seismisen olkauspinnan sijaitsevan meillä varsin syvällä, minkä lisäksi eräitä heijasteita on tulkittu jäänteiksi muinaisesta subduktiosta mannerlaattamme aluella. Lisäksi projektien tuottamaa dataa hyödynnetään mineraalien etsinnässä.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähdekirjallisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Theoni Pappas: Lisää matematiikan iloja. Alkuteos: More Joy of Mathematics. Exploring Mathematics All Around You. Suom. Juha Pietiläinen. Helsinki: Terra Cognita, 1991. 952-5202-46-1.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c Theoni Pappas s. 46
  2. a b c Pennsylvanian osavaltion yliopisto: Seismic Waves and Earth's Interior. Viitattu 25.8.2014.