От секунды до года: 3. Эхо землетрясений

Распространение сейсмических волн в толще Земли

Распространение сейсмических волн в толще Земли. Изображение с сайта krugosvet.ru

Землетрясения относятся к той группе природных явлений, отголосок которых ощущается по всей планете. Если человек чувствует дрожание почвы лишь недалеко от эпицентра, то чувствительные датчики колебаний — сейсмометры — способны уловить эхо землетрясений, произошедших на противоположной стороне глобуса. Распространение сейсмических волн в толще Земли — это огромный раздел геофизики и бесценный источник информации о глубинном строении Земли. Именно благодаря им геофизики выяснили, где находятся границы раздела земной коры, мантии и ядра, а также изучили физические условия во всех этих средах.

Нас здесь интересует только один простой вопрос: сколько примерно времени требуется сейсмической волне для того, чтобы добежать до противоположной стороны Земли? В качестве опорного расстояния мы берем диаметр Земли, а в качестве скорости — типичную скорость звука в сплошном веществе (несколько км/с). Оценка времени дает

t  =   13 000 км   ≈ 1-2 часа.
несколько км/с

Конечно, это очень примерная оценка. Реальное время прихода волн зависит от упругих свойств земных недр и от типа волн, а также от их траектории, ведь она вовсе не прямолинейна! Но общий масштаб времен это число передает хорошо.

Землетрясение, произошедшее в океане, может породить и волны другого типа — цунами. Обычно цунами изображают в виде волны огромной высоты, которая поднимается из моря и обрушивается на берег. Но так оно выглядит, лишь когда доходит до берега, а в открытом океане цунами совершенно безобидно. Там оно представляет собой этакий водный горб длиной в сотни километров и высотой всего в сантиметры, который быстро перемещается по океану. На фоне обычных морских волн такое вспучивание совершенно незаметно, но в этом как раз и заключается его опасность. Пока цунами невидимкой бежит в океане, спутниковые наблюдения не позволяют его заметить и тем более сказать, сильное оно или слабое. Единственное, что сейчас удается сделать за то время, пока волна бежит через океан, это успеть промоделировать на суперкомпьютере распространение цунами и предсказать его высоту при выходе на то или иное побережье.

Знаменитая гравюра японского художника Кацусики Хокусая «Большая волна в Канагаве» с изображением цунами

Знаменитая гравюра японского художника Кацусики Хокусая «Большая волна в Канагаве» с изображением цунами. Изображение с сайта ru.wikipedia.org


H — глубина океана

Это подводит нас к вопросу: а сколько времени, собственно, бежит цунами через океан? Какова его скорость? Эта скорость, оказывается, зависит от глубины океана и выражается очень простой формулой. В открытом океане, глубина которого составляет несколько километров, эта формула дает оценку примерно 200 м/с — что очень неслабо, ведь это сравнимо со скоростью авиалайнера! Если землетрясение произошло, например, у берегов Японии и мы хотим выяснить, когда оно ударит по побережью Южной Америки, нам надо поделить размер Тихого океана на эту скорость:

t  =   10 тыс. км   = 50 000 с ≈ полсуток.
200 м/с
Моделирование распространения японского цунами 11 марта 2011 года по Тихому океану. Цветом показана высота волны

Моделирование распространения японского цунами 11 марта 2011 года по Тихому океану. Цветом показана высота волны. Малозаметные серые линии, помеченные временными метками, — положение фронта волны спустя определенное время (в часах) после землетрясения. Изображение с сайта nctr.pmel.noaa.gov

Реальное время чуть-чуть побольше, около 20 часов, и это связано с тем, что волна вначале какое-то время идет с гораздо меньшей скоростью по мелководью и разгоняется, лишь когда выходит в открытый океан. Но это вычисление дает нам правильную оценку масштаба того времени, которое есть в запасе у физиков для того, чтобы с помощью моделирования предсказать силу цунами. Чуть подробнее о других свойствах цунами и о методах их наблюдения см. в заметке Физика цунами.


0
Написать комментарий

    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»