الزلازل والانفجارات تحت الأرض يمكن أن تطلق الكثير من الطاقة. تتموج هذه الطاقة بعيدًا عن مصدرها بطرق متنوعة. ستتحرك بعض هذه الاهتزازات للأمام وللخلف من خلال المواد التي تنتقل من خلالها. تنتقل الموجات الأخرى تمامًا مثل أمواج المحيط ، حيث تجعل المواد التي تمر من خلالها تتحرك لأعلى ولأسفل مقارنة بالاتجاه الذي تنتقل به الموجة. وبينما تنتقل بعض هذه الموجات في أعماق الكوكب ، لا يزال البعض الآخر يتحرك فقط على طول السطح. إن دراسة مكان وجود هذه النكهات المختلفة من الأمواج وكيفية تحركها لا يمكن أن تساعد العلماء في تحديد مكان وقوع الزلزال أو الانفجار فحسب ، بل يمكنها أيضًا إلقاء الضوء على بنية كوكبنا الداخلي.
الموجات الزلزالية هي اهتزازات في الأرض. يمكن أن تتولد هذه عن طريق عدد من الظواهر ، بما في ذلك الزلازل والانفجارات تحت الأرض والانهيارات الأرضية أو الانهيار الأنفاق داخل منجم. هناك أربعة أنواع رئيسية من الموجات الزلزالية ، وكل منها يسافر عادةً بمعدلات سرعة مختلفة. وهذا أحد الأسباب الكبيرة التي تجعل العلماء قادرين على التمييز بينهم. إذا وصلت الموجات إلى أجهزة الكشف عن الاهتزازات - مقاييس الزلازل (تنهدات- MAH-meh-turz) - كل ذلك في نفس الوقت ، سيكون من الصعب التمييز بينهما.
الفرق الرئيسي الآخر بين هذه الأنواع من الموجات هو كيفية تحرك المادة أثناء مرور الموجة عبرها. مع وضع هذه الاختلافات في الاعتبار ، فلنراجع الأنواع الرئيسية للموجات الزلزالية.
موجات P مقابل S
علماء الزلازل هم علماء يدرسون الزلازل. كما يدرسون كيفية انتشار طاقة الزلزال عبر قشرة الأرض ، وكذلك الطبقات العميقة من كوكبنا. تُعرف أسرع الموجات الزلزالية باسم موجات P. هذا "p" لتقف على الابتدائية. وقد أطلق عليهم علماء الزلازل الأوائل ذلك لأن هذه الموجات كانت أول من وصل إلى مقاييس الزلازل من زلزال بعيد.
على سطح الأرض ، تنتقل موجات P في مكان ما بين 5 و 8 كيلومترات في الثانية (3.1 و 5 أميال في الثانية). أعمق داخل الكوكب ، حيث تكون الضغوط أعلى والمواد عادة أكثر كثافة ، يمكن لهذه الموجات أن تنتقل بسرعة تصل إلى 13 كيلومترًا في الثانية (8.1 ميلًا في الثانية).
تنتقل الموجات P عبر الصخور بنفس الطريقة التي تنتقل بها الموجات الصوتية عبر الهواء. أي أنها تتحرك كموجات ضغط. عندما تمر موجة الضغط نقطة معينة ، فإن المادة التي تمر خلالها تتحرك للأمام ، ثم للخلف ، على نفس المسار الذي تسلكه الموجة.
يمكن أن تنتقل موجات P عبر المواد الصلبة والسوائل والغازات. وهذا فرق كبير بينها وبين الأنواع الأخرى من الموجات الزلزالية ، والتي تنتقل عادةً عبر المواد الصلبة فقط (مثل الصخور).
ثاني أسرع نوع من الموجات الزلزالية هو نوع "ثانوي". لقد حصلوا على هذا الاسم لأنهم كانوا عادةً المجموعة الثانية التي تصل إلى أجهزة قياس الزلازل من زلزال بعيد. ليس من المستغرب أنها تُعرف باسم موجات S.
بشكل عام ، تكون موجات S أسرع بنسبة 60 بالمائة فقط من الموجات P. لذلك ، يتحركون على طول سطح الأرض بسرعات تتراوح بين 3 و 4.8 كيلومترات في الثانية (1.9 و 3 أميال في الثانية).
عندما تمر موجة S عبر مادة ما ، يتحرك موقع مرورها من جانب إلى آخر أو لأعلى ولأسفل (مقارنة بالاتجاه الذي تسير فيه الموجة). هذا هو السبب في أن الموجات S تُعرف أيضًا باسم الموجات المستعرضة . تأتي كلمة "Transverse" من الكلمات اللاتينية التي تعني "قلب")
لا يمكن لموجات S أن تنتقل عبر السوائل أو الغازات. وذلك لأن أنواع الضغوط التي أنشأتها تلك الموجات لا يمكن أن تنتقل إلا من خلال المواد الصلبة.
التمييز بين الزلازل والهزات النووية
نظرًا لأن موجات P وموجات S تنتقل عبر الأرض - وليس فقط على طول سطحها - تُعرف أيضًا باسم "موجات الجسم". هذه السمة تجعلها مفيدة بعدة طرق. على سبيل المثال ، يمكن للعلماء استخدام موجات P وموجات S لتحديد مكان بدء الزلزال. للقيام بذلك ، يحتاجون إلى جمع البيانات بواسطة أدوات الزلازل في ثلاثة مواقع مختلفة أو أكثر. يتيح لهم ذلك التثليث للعثور على مصدر وميض الأرض.
يكون التثليث ممكنًا فقط عندما تكون هناك قياسات دقيقة للأوقات التي تظهر فيها موجات P وموجات S في كل مقياس زلازل. تستخدم بعض التقنيات الموجات P. ينظر آخرون أيضًا إلى الفارق الزمني بين وصول الموجات P الأولى وموجات S. (كلما زادت المسافة بين مقياس الزلازل ومصدر الزلزال ، كلما كان هذا الفارق الزمني مبالغًا فيه.)
مهما كانت الطريقة المستخدمة ، فإنها تعطي العلماء فقط تقديرًا لمدى بُعد مصدر الزلزال عن مقياس الزلازل. لذلك باستخدام مقياس الزلازل كمركز ، يرسم العلماء دائرة بالحجم المناسب على الخريطة. لكن باستخدام مقياس زلازل واحد فقط ، لا توجد طريقة لمعرفة الاتجاه الذي كان فيه المصدر. يمكن أن يكون في أي مكان على طول الحافة الخارجية لتلك الدائرة. من خلال رسم الدوائر لثلاثة أدوات على الأقل على نفس الخريطة ، ستكون هناك نقطة واحدة تتداخل فيها تلك الدوائر. يشير ذلك إلى النقطة الموجودة على سطح الأرض فوق موقع الزلزال.
تحدث معظم الزلازل في أعماق القشرة الأرضية. تسمى النقطة التي ينشأ منها الزلزال مركزه الهابط . النقطة الموجودة على سطح الأرض مباشرة فوق مركز الزلزال هي مركز الزلزال .
لكن العلماء لا يستخدمون هذه الموجات فقط لرسم خرائط للزلازل. يمكن أيضًا أن تتولد هذه الموجات الزلزالية نفسها عن طريق الانفجارات تحت الأرض. قد تنشأ هذه من انفجار صغير داخل منجم فحم تحت الأرض ، على سبيل المثال. أو قد يشيرون إلى تفجير تجريبي لسلاح نووي (مثل العديد من الأسلحة التي حدثت مؤخرًا في كوريا الشمالية). ويمكن أن تشير موجات P ، على وجه الخصوص ، بقوة إلى ما إذا كانت الموجات الزلزالية ناتجة عن زلزال طبيعي أو انفجار غير طبيعي.
وإليك السبب:عند حدوث زلزال طبيعي ، يظهر جانب واحد من منطقة الصدع ينزلق في اتجاه واحد الجانب الآخر ينزلق في الاتجاه المعاكس. (منطقة الصدع هي كسر في قشرة الأرض ، أو حد بين لوحين تكتونيين ، حيث يمكن أن يحدث الانزلاق ويمكن إطلاق الطاقة الزلزالية.) الآن ، تخيل أن الزلزال يحدث في منطقة مغطاة بشبكة من أجهزة قياس الزلازل. بالنسبة لبعض الأدوات ، فإن أول موجات P التي تصل ستكون بمثابة "دفعة" من الزلزال. لكن بالنسبة للآخرين ، فإن الموجات P الأولى التي ستصل ستكون "سحب".
بالنسبة للاهتزازات الزلزالية الناتجة عن انفجار غير طبيعي ، تصل الموجة P الأولى إلى كل سيوفر مقياس الزلازل "دفعة". ليس ذلك فحسب ، فالموجات P الناتجة عن انفجار غير طبيعي عادة ما تكون حادة ومفاجئة. لذلك يموتون بسرعة كبيرة. تميل الاهتزازات الناتجة عن الزلزال الطبيعي إلى الاهتزاز لفترة طويلة. وذلك لأن الانزلاق على طول مناطق الصدع في الزلزال الطبيعي لا يحدث دفعة واحدة ، كما يحدث في الانفجار.
المزيد من مذاقات الموجات الزلزالية
في البداية ، تنتقل كل طاقة الزلزال من مصدره في أعماق الكوكب على شكل موجات P وموجات S. ولكن عندما تصل هذه الطاقة إلى السطح ، يمكن أن تنتشر الآن كنوعين مختلفين من الموجات.
فكر في طاقة الزلزال على أنها فقاعة تتصاعد من قاع البركة. تشبه موجات السطح إلى حد كبير التموجات في سطح البركة. هنا ، الأمواج تنتشر من مركز الزلزال. وعادة ما تكون هذه الموجات أكبر أيضًا وتسبب ضررًا أكبر بكثير من الموجات P وموجات S.
تم تسمية أسرع هذه الموجات السطحية على اسم عالم الرياضيات البريطاني A.E.H. الحب. منذ أكثر من 100 عام ، عمل على الرياضيات التي تشرح كيفية تحرك هذه الموجات. تم تسمية النوع الثاني من الموجات السطحية على اسم فيزيائي بريطاني تنبأ بوجودها في ثمانينيات القرن التاسع عشر. تم تسمية هذا العالم جون ويليام ستروت. كان والده بريطانيًا نبيلًا يُدعى اللورد رايلي. عند وفاة والده في سبعينيات القرن التاسع عشر ، ورث ستروت اللقب ، وأصبح اللورد رايلي القادم. إن الموجات التي تنبأ بها تُعرف الآن باسم موجات رايلي.
من بين هاتين الموجتين السطحية ، يسافر نوع Love بشكل أسرع قليلاً.
مثل موجات S ، تهز موجات الحب الأرض من جانب إلى آخر مقارنة بالاتجاه الذي تتجه إليه. (بمعنى آخر ، بالنسبة لموجة الحب التي تنتقل شمالًا ، تهتز الأرض ذهابًا وإيابًا من الشرق إلى الغرب). من ناحية أخرى ، تسبب موجات رايلي حركات أرضية في اتجاهين في وقت واحد. واحدة من هذه الحركات لأعلى ولأسفل ، تشبه إلى حد كبير الأمواج على سطح المحيط. والآخر عبارة عن حركة دفع وسحب على نفس المسار الذي تسلكه الموجة. تولد هذه الحركات معًا حركة متدحرجة يمكن أن تسبب أضرارًا بالغة للمباني والهياكل الأخرى.
استخدامات أخرى للموجات الزلزالية
غالبًا ما يستخدم علماء الجيولوجيا الموجات الزلزالية لرسم خريطة تفاصيل البنية الداخلية لكوكبنا. على سبيل المثال ، الوقت الذي تستغرقه الموجات P وموجات S للانتقال إلى الأرض ثم العودة إلى السطح يساعد العلماء في حساب مدى عمق حدود طبقات الأرض الرئيسية. (أصبحت هذه الحسابات ممكنة ، إلى حد كبير ، لأن الباحثين قاموا بقياس سرعة الموجات الزلزالية عبر الصخور تحت ضغط هائل في المختبر.)
موجات P وموجات S تخبر العلماء بما هو أكثر بكثير من نطاقات أعماق طبقات الأرض الرئيسية. في بعض الحالات ، توفر أيضًا أدلة قوية حول نوع وكثافة المواد في تلك الطبقات. على سبيل المثال ، على مسافات تتراوح بين 11570 و 15.570 كيلومترًا (7190 إلى 9670 ميلًا) من زلزال كبير ، لا تسجل مقاييس الزلازل أي موجات S قادمة مباشرة من هذا الزلزال. يقول العلماء إن هذا دليل كبير على أن اللب الخارجي للأرض مصنوع من سائل. (في المناطق التي تبعد أكثر من 15.570 كيلومترًا عن مركز الزلزال ، تكتشف مقاييس الزلازل موجات S. تتطور هذه الموجات عندما تدخل طاقة موجات P التي تنتقل عبر اللب الخارجي للأرض مرة أخرى إلى الوشاح الصلب في الغالب. هذه هي الطبقة السميكة جدًا التي تقع بين اللب الخارجي للأرض وقشرتها.)
في الأعماق الضحلة في قشرة الأرض ، يمكن استخدام جميع أنواع الموجات الزلزالية لرسم خرائط للهياكل الجيولوجية الصغيرة نسبيًا. وتشمل هذه الأشياء مثل الصدوع والأحواض المملوءة بالرواسب. (الأحواض المملوءة بالرواسب عبارة عن أوعية عريضة من الصخور الصلبة حيث تتراكم المواد السائبة. يمكن أن تتأثر هذه المناطق بشكل خاص بالزلازل. وذلك لأن الموجات الزلزالية يمكن أن تحاصر وترتد داخل هذا الحوض ، مما يجعل الرواسب تهتز مثل الهلام في وعاء.) مرة أخرى ، يساعد الوقت الذي تستغرقه الموجة الزلزالية في الانتقال إلى هيكل ما ثم الارتداد مرة أخرى العلماء على تقدير مدى بُعد هذا الهيكل.
حتى الأشخاص الذين ينفجرون انفجارات صغيرة من الديناميت يمكن أن يتسببوا في حدوث موجات زلزالية. هذا يعني أنه يمكن تعيينها من بعيد. من الممكن أيضًا استخدام البيانات التي تم جمعها بواسطة أجهزة قياس الزلازل على مدار فترة زمنية طويلة. على الرغم من أن هذه الإشارات قد تكون باهتة ، إلا أنه يمكن تجميعها في إشارات أقوى (إلى حد كبير بالطريقة نفسها التي يمكن بها للمصورين التقاط الصور في الضوء الخافت من خلال ترك غالق الكاميرا مفتوحًا لدقائق أو حتى ساعات في المرة الواحدة).
