Seismiska vågor – definition, orsaker, spridning och mätning
Lär dig om seismiska vågor: definition, orsaker (jordbävningar, vulkaner, explosioner), spridning genom jordlager och mätning med seismografer.
Seismiska vågor är vibrerande rörelser i marken som sprider sig genom jordens inre och längs dess yta. De uppstår när energi plötsligt frigörs i jordskorpan och skapar vibrationer som rör sig som vågor genom bergarter och jordlager. Seismiska vågor kan orsakas av naturliga processer som jordbävningar och vulkanutbrott, samt av människoskapade händelser som sprängningar och stora industriella aktiviteter. De kan registreras och studeras med hjälp av seismografer.
Typer av seismiska vågor
- Kroppsvågor (body waves): Dessa färdas genom jordens inre och delas upp i:
- P-vågor (primary eller tryckvågor) – longitudinella vågor som komprimerar och drar ut materialet i vågens riktning. De är snabbast och anländer först till en mätstation.
- S-vågor (secondary eller skjuvvågor) – transversella vågor som rör materialet vinkelrätt mot vågens rörelseriktning. De färdas långsammare än P‑vågor och kan inte gå igenom flytande material.
- Ytvågor (surface waves): Dessa färdas längs jordytan och orsakar ofta den största skadan vid jordbävningar. De viktigaste typerna är:
- Rayleigh-vågor – rullande rörelse som liknar vågor på vattenytan.
- Love-vågor – horisontella skjuvvågor som kan ge kraftiga sidoförskjutningar.
Orsaker
- Jordbävningar: Den vanligaste orsaken är plötslig förskjutning längs geologiska förkastningar när spänningar överstiger berglagrets hållfasthet.
- Vulkanism: Magmarörelser, gasexplosioner och kollapser i vulkaniska system kan ge upphov till seismiska vågor.
- Mänskliga aktiviteter: Gruvdrift, sprängningar, borrning (t.ex. för olja/gas) och vattenuppdämning bakom dammar kan generera mätbara seismiska signaler.
- Andra naturliga händelser: Stora ras, laviner och meteoritnedslag kan också skapa kraftiga seismiska vågor.
Spridning och beteende
Seismiska vågors hastighet och riktning påverkas av de materialegenskaper de färdas genom, såsom densitet och elasticitet. Några viktiga principer:
- Hastighet: Vågorna färdas snabbare i tätare och mer elastiska bergarter. Generellt ökar våghastigheten med djupet eftersom tryck och kompaktering ökar.
- Reflection och refraction: När vågor möter gränser mellan olika bergarter (t.ex. Moho-gränsen mellan jordskorpa och manteln) reflekteras eller bryts de, vilket ändrar deras bana.
- Attenuation (dämpning): Energin avtar med avstånd på grund av spridning och friktion i materialet; högre frekvenser dämpas snabbare än låga.
- Dispersion: Ytvågor kan spridas så att olika frekvenser rör sig i olika hastigheter, vilket leder till att vågformen förändras med avstånd.
Mätning och tolkning
- Seismografer och seismometer: Instrument som registrerar markrörelser och producerar seismogram — tidserier som visar vågornas ankomsttider och amplituder. Seismografer kan vara känsliga nog att mäta mycket små rörelser.
- Lokalisering: Genom att jämföra ankomsttider för P‑ och S‑vågor vid flera stationer kan man bestämma hypocentret (djup och läge under jordytan) och epicenter (punkt på ytan) för en jordbävning.
- Magnitud och intensitet: Magnitud (t.ex. momentmagnitud Mw) mäter den frigjorda energin medan intensitet (t.ex. Mercalli‑skalan) beskriver jordbävningens effekter och skador på en viss plats.
- Signalbearbetning: Forskare använder filter, spektrogram och inversionstekniker för att skilja mellan vågtyper, uppskatta jordens struktur och bestämma källans egenskaper.
Användningsområden
- Studier av jordens inre (seismisk tomografi) för att kartlägga lager, plattgränser och mantelstrukturer.
- Prospektering inom olje- och gruvindustrin genom kontrollerade seismiska undersökningar.
- Övervakning av vulkaner och tidig varning för utbrott.
- Övervakning av kärnvapentester och andra underjordiska explosioner internationellt.
- Jordbävningsingenjörsvetenskap: använda seismiska data för att förbättra byggnormer och minska risk för kollaps.
Vad kan allmänheten göra?
Kunskap om seismiska vågor hjälper människor att förstå varför vissa områden är mer utsatta för skador och hur man kan förbereda sig. Vanliga råd inkluderar att säkra lösa föremål, använda bultar för att fästa bokhyllor och att känna till lokala nödrutiner. I många områden finns även jordbävningsvarningssystem som kan ge några sekunder till minuter av förvarning innan starka skakningar når en plats.
Seismiska vågor är därmed inte bara ett naturfenomen att studera i forskningssyfte — de är också centrala för säkerhet, resursletning och vår förståelse av jordens inre.
Orsaker
Seismiska vågor orsakas av jordbävningar, underjordiska explosioner, vulkanutbrott och konstgjorda explosioner som kan vibrera marken. När jordbävningar inträffar frigörs energi i form av seismiska vågor. Seismiska vågor får marken att vibrera i alla riktningar från jordbävningens utgångspunkt.
Typer
Seismiska vågor delas in i två huvudtyper av vågor, kroppsvågor och ytvågor. Kroppsvågor går genom jorden och ytvågor går längs jordytan. :40
Vågor i kroppen
Kroppsvågor färdas genom jordens inre. Kroppsvågor delas in i två typer, primära vågor och sekundära vågor. :7
Primära vågor (P-vågor)
Primära vågor färdas snabbare än alla andra vågor, så när jordbävningar inträffar kommer primära vågor först till ytan. Det är därför vi kallar dem "primära".:13 Primärvågor kan gå genom fasta ämnen, vätskor och gaser.:36 Primärvågor går 7~8 kilometer per sekund i fasta ämnen, men primärvågor har olika hastigheter i vätskor och gaser. Marken rör sig fram och tillbaka i samma riktning som primärvågorna rör sig. Primärvågorna upprepar att de klämmer och sträcker marken när de rör sig. :13
Sekundära vågor (S-vågor)
Sekundära vågor kommer efter primära vågor. Det är därför vi kallar dem "sekundära". Sekundära vågor kan gå 3~4 kilometer per sekund. Sekundära vågor kan inte gå genom luft och vätskor. De kan endast gå genom fasta ämnen.:43 Marken rör sig uppåt och nedåt i rät vinkel mot sekundärvågornas riktning. Sekundärvågor förändrar tillfälligt materialens form.
Ytliga vågor
Ytvågor rör sig längs jordytan. De kommer efter kroppsvågorna.:43 Ytvågor orsakas av primärvågor och sekundärvågor när de når ytan.:43 Det finns två typer av ytvågor. :43
Rayleigh-vågor
Rayleigh-vågorna har fått sitt namn efter John William Strutt Rayleigh. När Raleighvågorna rör sig rör sig partiklarna i en oval form, som liknar vattenvågor. Hastigheten hos Rayleighvågorna beror på vilka typer av fasta material det rör sig om. Information om Rayleighvågor ger oss orsaken till varför marken vibrerar. Rayleighvågor är långsammare än kärleksvågor. :37
Kärleksvågor
Kärleksvågorna har fått sitt namn efter A.E.H. Love.:28 Partiklarna rör sig fram och tillbaka i en 90 graders vinkel mot vågens riktning.:37 Hastigheten hos Love-vågorna beror på vilka typer av fasta material det rör sig om. Vi kan känna till tjockleken på jordskorpan med hjälp av Love-vågor. Love-vågor rör sig vanligtvis snabbare än Rayleigh-vågorna. :28
Uppspårning
Seismiska vågor kan upptäckas och registreras med hjälp av seismografer.:40-41 Primära vågor registreras snabbare än sekundära vågor.:40-41 Perioden mellan ankomsttiden för primära vågor och sekundära vågor används för att hitta vågens startpunkt.:40-41 Genom seismiska vågor kan vi få kännedom om jordens lager.
Sök