Мы привыкли считать земную поверхность чем-то прочным и незыблемым. Однако в земле непрерывно возникают и затухают волны, именуемые сейсмическими. Речь идет не только о катастрофических встрясках земной коры при землетрясениях, даже колебания травы под ветром порождают волны - микросейсмы, которые замечают и регистрируют приборы.

В твердой среде имеется два вида сопротивлений внешним механическим воздействиям: сопротивление изменению объема и сопротивление сдвигу, изменению формы элементов среды. Поэтому в однородном изо-тропном (с одинаковыми характеристиками во всех точках пространства и по всем направлениям в нем) пространстве могут распространяться волны двух типов - соответствующие изменению объема элемента среды и изменению его формы. Волны первого типа называются продольными (либо волнами сжатия или растяжения) или P-волнами (ppima) - при землетрясениях и взрывах они приходят первыми. Волны второго типа, приходящие позже, называются поперечны ми или S-волнами (sekonda). P-волна распространяется со скоростью V_p=√(λ+2μ)/ρ, а S-волна -со скоростью V_s=√μ/ρ, где λ и µ - упругие постоянные среды, а p - ее плотность. Максимальная скорость поперечной волны в твердой среде V_s = 0,7V_p, а в жидкостях и газах S-волна не распространяется вообще.

Колебания, связанные с S-волнами, могут происходить в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. Поэтому их можно разделить на составляющие - например, параллельную земной поверхности и перпендикулярную ей. Они существуют раздельно и называются соответственно плоскополяризованными SH- и SV-волнами.

По свободной поверхности среды могут распространяться еще и поверхностные волны двух типов. Одни смещают среду в вертикальной плоскости, другие - в горизонтальной (волны с вертикальной и с горизонтальной поляризацией). Характерный пример волны первого типа - волна Рэлея, которая движется со скоростью C_R ≈ 0,9V_s. В романах Фенимора Купера индейцы загодя узнают о приближении всадников, прикладывая ухо к земле: они слышат именно рэлеевскую волну.

По границе раздела двух твердых сред - полупространства и сравнительно тонкого слоя - может идти поперечная, чисто сдвиговая волна Лява. А когда на такую границу падает S- или P-волна, возникают сразу четыре волны - две отраженные и две преломленные, которые обозначаются как PP, SS и так далее. Если же при отражении или преломлении на границе волна меняет тип, ее называют обменной.

В лабораторных условиях волны регистрируют пьезоэлектрическими датчиками; в полевых - сейсмоприемниками.

Упругие P- и S-волны успешно используются при анализе землетрясений, для геофизических исследований, поиска полезных ископаемых (в первую очередь нефти и газа), в физике твердого тела. А ночной хищник - скорпион миллионы лет назад "научился" с их помощью охотиться за добычей.

См. в номере на ту же тему ст. КАК СКОРПИОН НАХОДИТ ЖЕРТВУ

Сейсмические волны в земной коре.

Упругие волны в твердой среде.

Сейсмоприемники. Корпус прибора заканчивается стальным штырем, который втыкается в землю и обеспечивает надежный акустический контакт с ней.

Схема сейсмоприемника.

№5, 2002