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地震纵波和横波

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地震纵波和横波


来源:中国校园文化建设网 文章作者:佚名 点击数:

 

大多数岩石,如果不强迫它以太大的振幅振动,具有线性弹性,即由于作用力而产生的变形随作用力线性变化。这种线性弹性表现称为服从虎克定律,是以与牛顿同时代的英国数学家罗伯特.虎克(1635~1703年)而命名的。相似的,地震时岩石将对增大的力按比例地增加变形。在大多数情况下,变形将保持在线弹性范围,在摇动结束时岩石将回到原来位置。然而在地震事件中有时发生重要的例外表现,例如当强摇动发生于软土壤时,会残留永久的变形,波动变形后并不总能使土壤回到原位,在这种情况下,地震烈度较难预测。

弹性的运动提供了极好的启示,说明当地震波通过岩石时能量是如何变化的。与弹簧压缩或伸张有关的能量为弹性势,与弹簧部件运动有关的能量是动能。任何时间的总能量都是弹性能量和运动能量二者之和。对于理想的弹性介质来说,总能量是一个常数。在最大波幅的位置,能量全部为弹性势能;当弹簧振荡到中间平衡位置时,能量全部为动能。我们曾假定没有摩擦或耗散力存在,所以一旦往复弹性振动开始,它将以同样幅度持续下去。这当然是一个理想的情况。在地震时,运动的岩石间的摩擦逐渐生热而耗散一些波动的能量,除非有新的能源加进来,像振动的弹簧一样,地球的震动将逐渐停息。对地震波能量耗散的测量提供了地球内部非弹性特性的重要信息,然而除摩擦耗散之外,地震震动随传播距离增加而逐渐减弱现象的形成还有其他因素。

由于声波传播时其波前面为一扩张的球面,携带的声音随着距离增加而减弱。与池塘外扩的水波相似,我们观察到水波的高度或振幅,向外也逐渐减小。波幅减小是因为初始能量传播越来越广而产生衰减,这叫几何扩散。这种类型的扩散也使通过地球岩石的地震波减弱。除非有特殊情况,否则地震波从震源向外传播得越远,它们的能量就衰减得越多。

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