Dell'onda P

Un'onda P è uno dei due principali tipi di onde elastiche del corpo, chiamate sismiche nella sismologia. Le onde P viaggiano più velocemente di altre onde sismiche e quindi sono il primo segnale da un terremoto ad arrivare in qualsiasi posizione interessata o in un sismografo. Le onde P possono essere trasmesse attraverso gas, liquidi o solidi.

Nomenclatura

Il nome P-wave può indicare sia un'onda di pressione (poiché è formata da compressioni alternate e rarefazioni) sia un'onda primaria (poiché ha un'alta velocità ed è quindi la prima onda ad essere registrata da un sismografo).

Onde sismiche nella Terra

Le onde primarie e secondarie sono onde corporee che viaggiano all'interno della Terra. Il movimento e il comportamento di entrambi i tipi P e S nella Terra sono monitorati per sondare la struttura interna della Terra. Le discontinuità nella velocità in funzione della profondità sono indicative dei cambiamenti di fase o composizione. Le differenze nei tempi di arrivo delle onde originate da un evento sismico come un terremoto a seguito di onde che percorrono percorsi diversi consentono la mappatura della struttura interna della Terra.

Zona d'ombra dell'onda P.

Quasi tutte le informazioni disponibili sulla struttura del profondo interno della Terra derivano dalle osservazioni dei tempi di viaggio, riflessioni, rifrazioni e transizioni di fase delle onde sismiche del corpo o modalità normali. Le onde P viaggiano attraverso gli strati fluidi dell'interno della Terra, e tuttavia sono leggermente rifratte quando passano attraverso la transizione tra il mantello semisolido e il nucleo esterno liquido. Di conseguenza, esiste una "zona d'ombra" dell'onda P tra 103 ° e 142 ° dal fuoco del terremoto, in cui le onde P iniziali non sono registrate sui sismometri. Al contrario, le onde S non viaggiano attraverso i liquidi.

Come un avviso di terremoto

L'avvertimento anticipato del terremoto è possibile rilevando le onde primarie non distruttive che viaggiano più rapidamente attraverso la crosta terrestre rispetto alle onde distruttive secondarie e di Rayleigh.

La quantità di avviso anticipato dipende dal ritardo tra l'arrivo dell'onda P e altre onde distruttive, generalmente dall'ordine dei secondi fino a circa 60-90 secondi per terremoti profondi, distanti e di grandi dimensioni come il terremoto del Tohoku del 2011. L'efficacia dell'avviso anticipato dipende dal rilevamento accurato delle onde P e dal rifiuto delle vibrazioni del suolo causate da attività locali (come camion o costruzioni). I sistemi di allerta precoce dei terremoti possono essere automatizzati per consentire azioni di sicurezza immediate, come l'emissione di allarmi, l'arresto di ascensori ai piani più vicini e lo spegnimento dei servizi pubblici.

Propagazione

Velocità

Nei solidi isotropi e omogenei, un'onda P viaggia in una linea retta longitudinale; quindi, le particelle nel solido vibrano lungo l'asse di propagazione (la direzione del movimento) dell'energia dell'onda. La velocità delle onde P in tale mezzo è data da

vp = K + 43μρ = λ + 2μρ {\ displaystyle v_ {p} = {\ sqrt {\ frac {K + {\ frac {4} {3}} \ mu} {\ rho}}} = {\ sqrt {\ frac {\ lambda +2 \ mu} {\ rho}}}}

dove K è il modulo di massa (il modulo di incomprimibilità), μ {\ displaystyle \ mu} è il modulo di taglio (modulo di rigidità, talvolta indicato come G e chiamato anche il secondo parametro Lamé), ρ {\ displaystyle \ rho} è la densità del materiale attraverso il quale l'onda si propaga e λ {\ displaystyle \ lambda} è il primo parametro Lamé.

In situazioni tipiche all'interno della Terra, la densità ρ di solito varia molto meno di K o μ , quindi la velocità è per lo più "controllata" da questi due parametri.

Il modulo elastico dell'onda P, M {\ displaystyle M}, è definito in modo che M = K + 4μ / 3 {\ displaystyle M = K + 4 \ mu / 3} e quindi

vp = M / ρ {\ displaystyle v_ {p} = {\ sqrt {M / \ rho}} \}

I valori tipici per la velocità dell'onda P nei terremoti sono compresi tra 5 e 8 km / s. La velocità precisa varia in base alla regione dell'interno della Terra, da meno di 6 km / s nella crosta terrestre a 13,5 km / s nel mantello inferiore e 11 km / s attraverso il nucleo interno.

Tipo di roccia Velocity Velocity Arenaria non consolidata 4600 - 5200 15000 - 17000 Arenaria consolidata 5800 19000 Shale 1800 - 4900 6000 -16000 Calcare 5800 - 6400 19000 - 21000 Dolomite 6400 - 7300 21000 - 24000 Anidrite 6100 20000 Granite 5800 - 6100 19000 - 20000 Gabbro 7200 23600

Il geologo Francis Birch ha scoperto una relazione tra la velocità delle onde P e la densità del materiale in cui viaggiano le onde:

Vp = a (M¯) + bρ {\ displaystyle V_ {p} = a ({\ bar {M}}) + b \ rho}

che in seguito divenne nota come legge della betulla.