P Welle - P wave
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Erdbeben |
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Eine P-Welle ( Primärwelle oder Druckwelle ) ist eine der beiden Hauptarten elastischer Körperwellen , die in der Seismologie als seismische Wellen bezeichnet werden . P-Wellen bewegen sich schneller als andere seismische Wellen und sind daher das erste Signal eines Erdbebens, das an einem betroffenen Ort oder an einem Seismographen ankommt . P-Wellen können durch Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe übertragen werden.
Nomenklatur
Der Name P-Welle kann entweder für Druckwelle (da sie aus abwechselnden Kompressionen und Verdünnungen gebildet wird ) oder Primärwelle (da sie eine hohe Geschwindigkeit aufweist und daher die erste Welle ist, die von einem Seismographen aufgezeichnet wird) stehen. Der Name S-Welle repräsentiert einen anderen seismischen Wellenausbreitungsmodus, der für Sekundär- oder Scherwelle steht.
Seismische Wellen in der Erde
Primär- und Sekundärwellen sind Körperwellen, die sich innerhalb der Erde ausbreiten. Die Bewegung und das Verhalten von P- und S-Wellen in der Erde werden überwacht, um die innere Struktur der Erde zu untersuchen . Geschwindigkeitsdiskontinuitäten als Funktion der Tiefe weisen auf Änderungen der Phase oder Zusammensetzung hin. Unterschiede in der Ankunftszeit von Wellen, die von einem seismischen Ereignis wie einem Erdbeben infolge von Wellen auf unterschiedlichen Wegen herrühren, ermöglichen die Kartierung der inneren Struktur der Erde.
P-Wellen-Schattenzone
Fast alle verfügbaren Informationen über die Struktur des tiefen Erdinneren stammen aus Beobachtungen der Reisezeiten, Reflexionen , Brechungen und Phasenübergänge von seismischen Körperwellen oder Normalmoden . P-Wellen wandern durch die Flüssigkeitsschichten des Erdinneren und werden dennoch leicht gebrochen, wenn sie den Übergang zwischen dem halbfesten Mantel und dem flüssigen äußeren Kern passieren . Infolgedessen gibt es eine " Schattenzone " der P-Welle zwischen 103 ° und 142 ° vom Fokus des Erdbebens, in der die anfänglichen P-Wellen nicht auf Seismometern registriert sind. Im Gegensatz dazu wandern S-Wellen nicht durch Flüssigkeiten.
Als Erdbebenwarnung
Eine frühzeitige Erdbebenwarnung ist möglich, indem die zerstörungsfreien Primärwellen erkannt werden, die sich schneller durch die Erdkruste bewegen als die zerstörerischen Sekundär- und Rayleigh-Wellen .
Die Höhe der Vorwarnung hängt von der Verzögerung zwischen dem Eintreffen der P-Welle und anderen zerstörerischen Wellen ab, im Allgemeinen in der Größenordnung von Sekunden bis zu etwa 60 bis 90 Sekunden für tiefe, entfernte, große Beben wie das Tohoku-Erdbeben 2011 . Die Wirksamkeit der Vorwarnung hängt von der genauen Erfassung der P-Wellen und der Unterdrückung von Bodenschwingungen ab, die durch lokale Aktivitäten (wie z. B. Lastkraftwagen oder Bauarbeiten) verursacht werden. Erdbeben-Frühwarnsysteme können automatisiert werden, um sofortige Sicherheitsmaßnahmen zu ermöglichen, z. B. Warnungen ausgeben, Aufzüge in den nächstgelegenen Stockwerken anhalten und Versorgungsunternehmen ausschalten.
Vermehrung
Geschwindigkeit
In isotropen und homogenen Festkörpern bewegt sich eine P-Welle in Längsrichtung ; Somit schwingen die Teilchen im Festkörper entlang der Ausbreitungsachse (der Bewegungsrichtung) der Wellenenergie. Die Geschwindigkeit von P-Wellen in dieser Art von Medium ist gegeben durch
wobei K der Volumenmodul (der Inkompressibilitätsmodul) ist, μ der Schermodul (Steifigkeitsmodul, manchmal als G bezeichnet und auch als zweiter Lamé-Parameter bezeichnet ), ρ die Dichte des Materials ist, durch das sich die Welle ausbreitet, und λ ist der erste Lamé-Parameter .
In typischen Situationen im Erdinneren variiert die Dichte ρ normalerweise viel weniger als K oder μ , so dass die Geschwindigkeit meist durch diese beiden Parameter "gesteuert" wird.
Das Elastizitätsmoduln P-Wellenmodul , ist, so definiert, dass und dadurch
Typische Werte für die P-Wellengeschwindigkeit bei Erdbeben liegen im Bereich von 5 bis 8 km / s. Die genaue Geschwindigkeit variiert je nach Region des Erdinneren von weniger als 6 km / s in der Erdkruste bis 13,5 km / s im unteren Erdmantel und 11 km / s durch den inneren Kern.
Geschwindigkeit in gängigen Gesteinsarten Gesteinsart Geschwindigkeit [m / s] Geschwindigkeit [ft / s] Nicht konsolidierter Sandstein 4.600 bis 5.200 15.000–17.000 Konsolidierter Sandstein 5.800 19.000 Schiefer 1.800–4.900 6.000–16.000 Kalkstein 5.800–6.400 19.000 bis 21.000 Dolomit 6.400–7.300 21.000–24.000 Anhydrit 6.100 20.000 Granit 5.800–6.100 19.000–20.000 Gabbro 7.200 23.600
Der Geologe Francis Birch entdeckte eine Beziehung zwischen der Geschwindigkeit der P-Wellen und der Dichte des Materials, in dem sich die Wellen bewegen:
was später als Birkengesetz bekannt wurde . (Das Symbol a () ist eine empirisch tabellierte Funktion und b ist eine Konstante.)
Siehe auch
Verweise
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