امواج زمین لرزه

مطالعه ی امواج زمینلرزه که لرزه شناسی(1) نام دارد به مساعی چینیها در جهت تعیین نشأ زمینلرزه، به حدود 2000 سال پیش بر می گرد. در لرزه نگارهای(2) جدید یعنی ابزارهایی که امواج زمینلرزه را ثبت و ضبط می کنند از اصولی نسبتاً ساده استفاده می شود. وزنه ای از یک گیره ی متصل به پایه اصلی آویزان است (شکل1).

هنگام رسیدن امواج زمینلرزه به دستگاه، زمین و پایه ی اصلی مرتعش شده اما وزنه بر طبقه خاصیّت تنبلی*(3) ساکن باقی می ماند. بدین ترتیب حرکت زمین نسبت به وزنه ثابت بر روی استوانه دوّار ثبت می شود.

اصول کار یک لرزه نگار را می توان با آویختن وزنه ای سنگین از یک ریسمان نمایش داد. در حالی که سر ریسمان را در دست داریم، انتهای دیگر آن یعنی وزنه نزدیک کف زمین قرار می گیرد. در جا به جایی سریع ریسمان به اطراف که نمایشگر ارتعاشاتی از یک زمینلرزه است، متوجه می شویم که وزنه تقریباً بی حرکت باقی می ماند. هر گونه حرکت شدید خیلی جزیی بوده و شبیه نوسان طبیعی یک جسم آویزان است (یعنی شبیه نوسان آونگ ساعت است). در لرزه نگارهای جدید از مکانیسم بازدارنده ای جهت برطرف ساختن تأثیر نوسان طبیعی اجرام معلق استفاده می شود.

از نمودار ثبت شده توسط دستگاههای لرزه نگار که لرزه نگاشت(4) نام دارد، اطلاعات فراوانی درباره ی رفتار امواج لرزه ای به دست می آید. امواج لرزه ای به بیان ساده تر، انرژی کشسانی (الاستیک) هستند که از کانون به تمام جهات گسترش می یابند. انتشار (انتقال) انرژی با لرزش ژله در داخل کاسه ای به هنگام قاشق زدن به آن قابل تشبیه است. اگر چه ژله فقط یک نوع ارتعاش از خود بروز می دهد ولی لرزه نگاشت دو گروه عمده از امواج زمینلرزه را که در نتیجه ی لغزش قسمتهای سخت زمین به وجود می آید، آشکار می سازد. دسته ای از این امواج که در لایه های بیرونی زمین حرکت می کنند به نام امواج سطحی(5) و دسته ی دیگر که از درون زمین می گذرند به امواج درونی(6)  موسومند. امواج درونی خود به دو گروه امواج اولیه(7) یاP و امواج ثانویه(8) یا امواج است(9) قابل تقسیم هستند.

دو نوع موج اخیر براساس طرز حرمت (انتشار) در درون زمین قابل تفکیک هستند (شکل 2).

امواجP قسمتهای جامد زمین را در مسیر حرکت خود منقبض و منبسط می کنند. حرکت این موج شبیه امواج ایجاد شده به وسیله ی تارهای صوتی است که هوا را به عقب و جلو حرکت داده و صورت را منتقل می کند. امواجS ذرّات را عمود بر جهت حرکت خود تکان می دهد. این حرکت را می تواند با گره زدن یک سر طناب به گیره ای و تکان دادن سر دیگر آن که در دست ماست، نشان داد. با توجه شکل 12-7 معلوم می شود که انتشار امواجP تغییراتی به صورت شکل و حجم مواد مسیر حرکت خود وارد می سازد. در حالی که امواجS تنها شکل آنها را عوض می کند. جامدات، مایعات و گازها همگی در مقابل فشردگی مقاوم بوده و هنگام از بین رفتن نیرو به طور کشسان به حال اول بر می گردند. به همین دلیل امواجP می توانند از تمام مواد عبور کنند. از سوی دیگر امواجS فقط شکل محیطی را که از آن می گذرند تغییر می دهند. پس سیالات که مقاومتی در برابر تغییر شکل ندارند قادر به انتقال امواج S نخواهند بود.

حرکت امواج سطحی اصولاً تا حدّی پیچیده است. امواج سطحی در سطح زمین حرکت کرده و مانند طوفانهای اقیانوسی که کشتی را بالا و پایین می برند، زمین و هر چه را که روی آن موجود باشد به تکان می آورد. امواج سطحی علاوه بر حرکت عمودی، مانند امواجs نیز دارای حرت جانبی در یک صفحه افقی نیز هستند. همین حرکت است که باعث حداکثر خسارات به ساختمانها و پی آنها می شود.

با مشاهده ی یک لرزه نگاشت «شاخص» که نظیر آن را در (شکل 3) ملاحظه می کنیم، یکی از اختلافات بین امواج لرزه ای آشکار می شود: بدین ترتیب که امواجP قبل از امواجS و امواجS قبل از امواج سطحی به ایستگاه ثبت می رسند. از این پدیده می توان به سرعت نسبی عبور امواج نسبت به هم پی برد. به عنوان مثال، سرعت نسبی عبور امواجP از گرانیت پوسته ی زمین حدود 6 کیلومتر در ثانیه است، در حالی که امواجS در شرایط مشابه، سرعتی برابر 5/3 کیلومتر در ثانیه دارند. تفاوت در چگالی و خواص کشسانی مواد منتقل کننده موج بر وسعت امواج تأثیر به سزایی دارد. چنانکه در هر ماده ی جامد، سرعت امواجP در حدود 7/1 برابر سرعت اموجS است، و سرعت امواج سطحی نیز حدود 90% سرعت امواج S است که مستقیماً در لایه های زیرین حرکت می کنند.

همان طور که خواهیم دید، امواج لرزه ای امکان تعیین محل و بزرگی زمینلرزه را فراهم ساخته و علاوه بر آن ابزاری برای تحقیق در مورد درون زمین به ما می دهند.

پی نوشتها:

*  به طور ساده تنبلی بدین مفهوم است: تا قبل از آنکه نیرویی از خارج وارد شود جسمی که ساکن است ساکن و جسمی که در حرکت است در حال حرکت باقی می ماند. شاید شما تجربه کرده باشید که وقتی می خواهید فوراً اتومبیلی را نگه دارید و ناگهان ترمز می کنید بدن شما به جلو خم می شود.

1)seismology

2)seismographs

3)inertia

4)seismogram

5)surface waves

6)body waves

7)primary waves

8)secondary waves

9)S wave

منابع :

زمین لرزه و نگاهی به درون زمین ---علی اکبر اسلامی- میترا اله یارخانی (تدوین و تألیف) مبانی زمین شناسی---  دکتر ادوارد جی. تاربوک و دکتر فردریک ک. لوتگنپیکرشناسی لرزه / شومیز---منوچهر بهاور- بهروز توکلی- شهاب توکلی- فرشاد قشلاقی