Sismología | Una ciencia de las ondas sísmicas y sus importantes efectos

Tema de discusión: Sismología

¿Qué es la sismología?

Sismología

La sismología es el estudio de los terremotos, su devastación, causas y predicción. Además, conduce a un estudio detallado en términos de estructura e imágenes de la tierra. Como es imposible mirar directamente a la tierra. Entonces se usa el método indirecto para conocer el planeta tierra y lo que está pasando en el fondo. En sismología, las ondas sísmicas transportan gran cantidad de información cuando llegan a la superficie terrestre. Las ondas sísmicas, que son de naturaleza mecánica, dependen en gran medida del medio a través del cual viajan. Por tanto, se pueden extraer las propiedades físicas del medio. Las propiedades físicas in situ son inmensamente importantes, ya que la temperatura y la presión afectan gravemente a estas mediciones indirectas.

¿Quiénes son los sismólogos?

Sismólogo

Quienes investigan estudios de sismología relacionados con terremotos son “Sismólogo“. Se puede asociar con la predicción de terremotos, comprender la estructura de la tierra mediante un sismograma, encontrar la fuente del terremoto (epicentro e hipocentro), desarrollar modelos terrestres artificiales a partir de la física de ondas sísmicas para imitar la tierra real en la medida de lo posible. También implica estudiar terremotos pasados ​​para comprender el mecanismo del terremoto y para el sistema de alerta temprana si otro terremoto es inminente.

Sismómetro

Un instrumento se utiliza para movimientos del suelo, como los causados ​​por terremotos, erupciones volcánicas y explosiones.

¿Por qué ocurre el terremoto?

La parte litopsherica de la tierra está sustentada por la astenosfera. La astenosfera, en la escala de tiempo geológico, se arrastra, es decir, se mueve muy lentamente a pesar de ser sólida (se considera que el interior de la Tierra es un sólido elástico como lo demuestran las ondas sísmicas). La placa litosférica que se encuentra sobre ella se mueve a cambio. Como los límites de la placa están bloqueados entre sí, la placa en movimiento los obliga constantemente a moverse. Se llega a una etapa en la que la placa experimenta un movimiento que supera la fricción entre sí y libera la tensión almacenada. Este fenómeno se llama terremoto. Por lo tanto, la energía se libera en forma de ondas sísmicas y se registra en los sismómetros.

Un área afectada por un terremoto: Crédito de la imagen: Chadwick, H. D, Post-and-Grant-Avenue-Look, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

¿Qué son las ondas sísmicas?

Ondas sísmicas

El terremoto o cualquier vibración que se produzca dentro de la tierra actúa como fuente de energía. La energía viaja por toda la tierra en forma de ondas. Estas ondas mecánicas se denominan ondas sísmicas. Se comportan de manera diferente en varias partes de la tierra y, por lo tanto, se consideran la propiedad característica del medio a través del cual viaja. Siempre que ocurre un terremoto, irradia ondas con períodos que van desde una décima de segundo hasta varios minutos. Dentro de este rango de período (o frecuencia), las rocas se comportan como sólidos elásticos. Como los sólidos elásticos permiten una variedad de ondas, lo que hace que el movimiento del suelo sea bastante complejo después de que ocurre el evento.

Otra forma de representar el movimiento del suelo es en términos de modos normales. Después de un gran terremoto, la tierra suena como una 'campana'. El período de timbre es identificable cuando es grande, es decir, más de 40 segundos aproximadamente. La frecuencia más baja tiene un período de alrededor de una hora.

¿Cómo se desarrolló la teoría de la sismología?

Siempre que ocurre un terremoto, emite ondas de frecuencia múltiple. El rango de frecuencia de interés permite que las rocas se comporten elásticamente. La propagación de ondas sonoras en medios elásticos es una ciencia probada y está más allá del alcance de la presente discusión. La sismología heredó ese concepto. Para el formalismo matemático, los medios se consideran homogéneos e isotrópicos, por lo que a veces se acuña el término "medios simples" en la sismología.

La onda que emana de la fuente forma un frente de onda esférico siempre que la fuente de perturbación sea una fuente puntual (principio de Huygen). Sin embargo, a medida que la onda viaja a una distancia significativa, resulta que se comporta como una onda plana. Por tanto, la aproximación de onda plana se utiliza para otros cálculos teóricos. Por simplicidad, considerar la trayectoria de un rayo es conveniente y se han realizado una buena cantidad de cálculos teóricos utilizando la teoría de los rayos.

¿Es la sismología teórica suficiente para entender la tierra?


No. La sismología teórica simplemente nos ayuda a simplificar la propagación de ondas convirtiéndose en la física con reglas bien definidas. Sin embargo, la observación es esencial. Ya que una simple aproximación no imita el interior de la Tierra. Los conjuntos de datos de observación se obtienen de los instrumentos y luego se comparan con los conjuntos de datos teóricos para las condiciones geológicas similares. Las valoraciones se realizan en los datos teóricos y la física de fondo a menos que coincida con las observaciones en buena medida. Este acto de minimizar el error se denomina optimización. Este tema necesita una explicación más detallada. La obtención del parámetro del modelo teórico a partir de los datos observados se denomina inversión sismológica.

¿Cómo obtener conjuntos de datos de observación?


En sismología, colocamos el sismómetro en el suelo. Es un instrumento muy sensible que mide la dependencia del tiempo del desplazamiento del suelo. Sin embargo, no es tan directo como parece. El principio básico radica en la 'inercia'. La masa está unida al resorte verticalmente y está alojada en una estructura en forma de jaula que se mantiene en el suelo. Debido a la vibración, comienza el movimiento diferencial entre la masa colgante y la jaula.

Esto, a su vez, da sentido al movimiento, que además se puede interpretar cuantitativamente. El instrumento utilizado se llama sismómetro. Actualmente existen los sismómetros digitales. Los datos registrados se denominan sismograma. Un sismograma típico registra vibraciones en tres direcciones. Los componentes Este-Oeste, Norte-Sur y Vertical son las direcciones de vibración.

Sismología: sismograma
Crédito de la imagen: anónimo, Sismograma, marcado como dominio público

Tipos de ondas sísmicas

Las ondas sísmicas se dividen ampliamente en

  1. Ondas del cuerpo
  2. Onda de superficie.

Onda del cuerpo

La onda del cuerpo surge debido a la fuerza del cuerpo, este es un campo de fuerza de volumen dado por \ int \ int \ int f dv, donde f es la fuerza por unidad de volumen que actúa sobre un volumen infinitesimal.

Las ondas corporales se dividen además en:

Ondas primarias / ondas P: estas ondas viajan por desplazamientos elásticos en el medio. Viajan por compresiones y rarefacciones de las partículas del medio elástico en la dirección de propagación de las ondas. Esto lo hace de naturaleza longitudinal. De esta manera, las partículas del medio experimentan un movimiento armónico simple y la onda sísmica se transmite como un conjunto complejo de movimientos de onda. Esto ayuda a comprender el comportamiento sismológico de la onda, ya que puede expresarse en formulaciones matemáticas.

Las ondas primarias son las más rápidas hasta ahora y llegan primero a la superficie terrestre. En el sismograma, la primera llegada es la onda P. Como el medio de partículas vibra en la misma dirección que la propagación de la onda, las ondas P se identifican principalmente en el componente vertical del sismograma. La velocidad de la onda P viene dada por \ sqrt {\ frac {\ lambda + 2 \ mu} {\ rho}}. \ lambda y \ mu son el parámetro elástico (llamado parámetro de Lame) que controla la velocidad. \ rho es la densidad.

Crédito de la imagen: Christophe Dang Ngoc Chan (cdang), Impulsión de compresión Onde 1d 30 petitCC BY-SA 3.0



Ondas secundarias / onda S: Desde la propia fuente de energía se produce otro tipo de perturbación que desplaza la partícula en la dirección perpendicular al movimiento de la onda. Esto los hace de naturaleza transversal. El movimiento transversal de las partículas conduce a una distorsión por cizallamiento en el medio. Estas ondas son isovolumétricas, lo que significa que el volumen de una unidad determinada permanece sin cambios mientras se propaga la onda. La velocidad de la onda de corte está dada por \ sqrt {\ frac {\ mu} {\ rho}} . El único parámetro elástico que controla la velocidad de la onda de corte es el módulo de corte.



Crédito de la imagen: Christophe Dang Ngoc Chan (cdang), Onde cisaillement impulsion 1d 30 petitCC BY-SA 3.0


La imagen superior representa la onda S donde el movimiento de las partículas es perpendicular a la propagación de la onda, mientras que la imagen inferior es la onda P, donde el movimiento de las partículas va hacia adelante y hacia atrás en la dirección de la propagación de la onda. Una diferencia importante entre las ondas P y S es que la onda P puede viajar en todos los medios, como sólidos, líquidos y gases, mientras que la onda de corte no puede viajar en un fluido. Por lo tanto, en el núcleo exterior de la tierra, se ve que la onda S no está en ninguna parte. Solo existe la onda P.

Ondas superficiales:


Las ondas superficiales son la manifestación de las ondas corporales. Son como ondas en el cuerpo de agua que se forman cuando se arrojan piedras. Se considera que su origen proviene de la fuerza superficial que está representada por donde f es la fuerza que actúa por unidad de área.

Tipos de onda de superficie:

Las ondas superficiales se dividen además en:

Onda de Rayleigh:

Surge de la superposición de la onda P con el componente vertical de la onda S, es decir, la onda SV. Como P y SV están polarizados en dirección perpendicular entre sí. Su superposición conduce a la polarización elíptica de la onda de Rayleigh.

Onda de Rayleigh en medio espacio uniforme: En medio espacio uniforme, las ondas de Rayleigh no son de naturaleza dispersiva. Sin embargo, en realidad, el medio en sí no es uniforme, lo que da como resultado la naturaleza dispersiva de la onda de Rayleigh.

Crédito de la imagen: Uploaders: WoudloperStarmenclockOla de Rayleigh, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

¿Qué es la dispersión?

La dispersión se refiere a la dependencia de la frecuencia de la velocidad. Esto significa que las ondas con diferentes frecuencias viajan con diferentes velocidades. Como las ondas sísmicas que emanan de la fuente contienen todos los componentes de frecuencia que van desde 0.001 Hz a 100 Hz.

Se trata de un amplio rango de frecuencias que transporta gran cantidad de información sobre la estructura desde la superficie hasta el centro de la tierra. Como la frecuencia es inversamente proporcional al período de tiempo. Parte de la onda con baja frecuencia tendrá un período alto y, por lo tanto, una mayor profundidad de penetración y viceversa. También la onda con un período de tiempo más alto será sensible a la estructura del mismo tamaño. Por lo tanto, si estamos interesados ​​en obtener imágenes de la estructura más grande dentro de la tierra, deberíamos elegir la forma de onda con un período más alto. Para imágenes de capa fina, se deben elegir ondas con un período más bajo (frecuencia más alta).

Ola de amor:

Es la superposición de la componente horizontal de ondas de corte, es decir, SH. Surge bajo la condición en que la onda de corte se atasca en una capa cuya velocidad es mayor que la superficie libre (superficie superior) y menor que las del medio espacio semi-infinito. En ese caso, las ondas SH superpuestas que se reflejaron en un ángulo supercrítico interfieren constructivamente para formar ondas de amor. Las ondas de amor viajan horizontalmente. Son los más destructivos.

Credito de imagen : NicoguaroOla de amorCC BY 4.0

¿Qué es la atenuación de ondas sísmicas?


Mientras se transmite dentro de la tierra, la onda sísmica se atenúa de varias maneras.

Extensión geométrica:


A medida que la onda se propaga lejos de la fuente, la energía se extiende sobre un área de superficie más grande, de modo que la cantidad de energía por unidad de área sigue disminuyendo. Es universal con todo tipo de ondas.

¿La onda corporal y la onda superficial se atenúan por igual?

No, en el cuerpo de extensión geométrica la onda se atenúa como mientras que las ondas superficiales se atenúan como.

2. Atenuación anelástica:

En realidad, la tierra no es perfectamente elástica para propagar ondas sísmicas. El componente anelástico conduce a la absorción de ondas sísmicas hasta cierto punto, esto se denomina atenuación anelástica.

Naturaleza dispersiva de las ondas sísmicas:

Las ondas corporales son de naturaleza no dispersiva. Mientras que las ondas superficiales son dispersivas bajo ciertas condiciones. Las ondas de Rayleigh al pasar por un medio homogéneo no son dispersivas. Mientras que las ondas de amor son intrínsecamente dispersivas. La dispersión de las ondas superficiales juega un papel clave en la comprensión de la estructura de la tierra. Las ondas con un período más alto (frecuencia más baja) viajan más rápido y más profundo dentro de la tierra y viceversa. Esto es cierto para la dispersión normal. Sin embargo, en algunos casos ocurre lo contrario. En esta onda con período más corto viaja más rápido y llega al sensor antes que las ondas de período largo.

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Sobre Pratyush Anand

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1 pensamiento sobre "Sismología | Una ciencia de las ondas sísmicas y sus importantes efectos"

  1. abhishek kumar singh

    Es un artículo muy útil, pero tengo un par de preguntas como sigue:
    1. A pesar de que la onda P y la onda S se originan en la propia fuente, ¿por qué se nombran de manera diferente como onda P y S?
    2. Mencionaste en el último párrafo que las ondas “DISPERSIVAS” de baja frecuencia (periódicas más altas) viajan más rápido y más profundo. Cómo ?

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