גלים סייסמיים

מתוך אנציקלופדיה, המכון למדעי כדור הארץ, האוניברסיטה העברית

קפיצה אל: ניווט, חיפוש

גלים סייסמיים הם הצורה בה מועברת האנרגיה המשתחררת בעת רעידת אדמה. רעידות אדמה, אשר מקורן בתנועה יחסית של שני בלוקים בכדור הארץ, הן הביטוי לשחרור המהיר של האנרגיה בעת ההחלקה על מישור ההעתק (איור 1). מהירות המעבר של הגלים בתווך מסויים נקראת חפיזות, והיא תלוייה בתכונות האלסטיות של אותו תווך ובצפיפותו.

 

                                                                                               איור 1: העתק אנכי שהתנועה היחסית על גביו מעוררת רעידת אדמה


הגלים הסיסמיים מחולקים לשתי קבוצות עיקריות: 1) גלי גוף. 2) גלי שטח. 1) גלי גוף הם הגלים שעוברים בתוך התווך עצמו (כדור הארץ במקרה של גלים סייסמיים, אוויר במקרה של גלי קול). ישנם שני סוגים של גלי גוף:

I) גלים ראשוניים: גלים אלו, הנקראים גלי P - primary, הם גלים של לחץ. הם עוברים דרך כדור הארץ בתנועות של דחיסה ומתיחה. התנועה של גלי P דומה לתנועה שנוצרת כאשר אוחזים בקפיץ משני קצותיו, ויד אחת דוחפת ומושכת קצה אחד במחזוריות, כך שהקפיץ נמתח ומתכווץ.

II) גלים משניים: הגלים המשניים, גלי S - secondary, הם גלים של גזירה. הם עוברים דרך התווך בתנועה שכיוונה תמיד ניצב לכיוון ההתקדמות של הגל. ניתן לדמות את התנועה למצב בו הקפיץ המוחזק משני קצותיו מופרע כך שקצה אחד מוסט למעלה ולמטה במחזוריות. הגל שנוצר הוא גל שמתקדם מהקצה האחד אל עבר הקצה השני, למרות שהתנועה של כל חלקיק בקפיץ ניצבת לכיוון זה. מכיוון שתווך נוזלי אינו מסוגל להחזיק מאמץ של גזירה, גלי S אינם מועברים בו. מסיבה זו, מהירות גלי S בגלעין החיצוני של כדור הארץ (הנוזלי) יורדת לאפס. גלי P הם הגלים המהירים מבין גלי הגוף, והם יגיעו מהמוקד בזמן קצר יותר לכל נקודה מאשר גלי S. מתוך הפרש הזמנים בין הגעת הגלים הראשוניים לגלים המשניים, ניתן לקבוע את מרחקו של מוקד רעש האדמה מתחנת המדידה, ובעזרת הצלבה בין שלוש תחנות ניתן לדעת את מיקומו של המוקד - Epicenter.

המחשה של מעבר גלי הגוף ניתן לראות כאן. הבלוק התחתון בסרטון מציג את התקדמות גלי P, והעליון - S.

גלי שטח הם הגלים המתפשטים על גבי הגבול של התווך בו הם עוברים. גלי השטח המוכרים ביותר הם הגלים בים. בעומק די רדוד הגלים כבר אינם מורגשים והם משפיעים בעיקר על פני השטח של המים ועל המטרים העליונים. ישנם 2 סוגים של גלים סייסמיים המועברים בפני השטח של כדור הארץ:

I) גלי ריילי (Rayleigh): אלו גלים שתנועת החלקיקים היא במסלול אליפטי אנכי, בכיוון התקדמות הגל. דומה מאד לגלי המים בים, אולם במגמה הפוכה של החלקיקים. גלים אלו נקראים גם "גלילי שטח" (ground roll) מכיוון שניתן לדמות את התנועה למעין מסוע גלילים שבו כל גליל נע בצורה מעגלית, והתנועה על גבי המסוע היא בכיוון מסויים. בקישור הבא מודגמת התקדמות גלי ריילי. 

II) גלי לאב (Love): גלים אלו הם גלי גזירה אופקיים, כך שכיוון הגזירה ניצב לכיוון התנועה. הדימוי הטוב ביותר לגלים אלו הוא נחש הנע על גבי הקרקע בפיתוליות – המגמה של כל "חלקיק" של הנחש היא בכיוון הפיתול, אולם כיוון תנועת הנחש הוא קדימה. המחשת גלי לאב.

גלי גוף, גלי שטח וצורות המעבר שלהם

                                                                                                                       איור 2: סוגי הגלים הסייסמיים השונים

הצורה המתמטית לתיאור תנועת הגלים במרחב ובזמן, היא [משוואת הגלים]:

{\partial ^2u \over \partial t^2}= v^2 {\partial ^2u \over \partial x^2}

זוהי משוואה דיפרנציאלית חלקית, מסדר שני, שבה:

t - זמן

x - מיקום לאורך הציר האופקי

v - חפיזות הגל

u - וקטור ההעתקה על פני ציר מסויים, יכול להקביל לכל ציר במרחב.  

משוואה זו טומנת שתי נגזרות במרחב, ושתיים עם הזמן. הפיתרון של משוואה כזו תלוי בתנאי השפה ובתנאי ההתחלה. הפיתרון מהווה תיאור מתמטי לתנועת הגל ולהתקדמותו במרחב ובזמן.

מקורות:

1) Media:מבוא_לגלים_סייסמיים_-_חדש.pdf

2) http://earth.huji.ac.il/data/file/amotz/wiki1.pdf

3) ויקיפדיה, האנציקלופדיה החפשית בעברית, http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%92%D7%9C%D7%99%D7%9D_%D7%A1%D7%99%D7%99%D7%A1%D7%9E%D7%99%D7%99%D7%9D

נושא זה נחקר במכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית בירושלים http://earth.huji.ac.il

כלים אישיים