Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
357
основании соответствия между экспериментальными и теоретическими значениями дисперсии и затухания волн, авторы решили, что это действительно были поверхностные гравитационные атмосферные волны. Толстой и Херрон [632, с. 59] пришли к выводу, что записанные гравитационные волны, вероятно, распространялись вдоль «эффективной свободной поверхности» верхней границы атмосферы. Высота H этой поверхности зависит от длины волны L, так как примерно соответствует уровню, где средняя линия свободного пробега I молекул воздуха имеет значение того же порядка, что и длина L (в действительности при расчетах применяется точное условие 2nllL = l).
Авторы этой работы полагали, что подобным путем можно объяснить целый ряд опубликованных данных ионосферных наблюдений за быстро распространяющимися возмущениями, образованными при термоядерных испытаниях в начале 60-х годов. По-видимому, ионосферные возмущения, распространяющиеся с групповой скоростью большей или равной 500 м/с, являются поверхностными гравитационными волнами. С меньшей груповой скоростью распространяются внутренние гравитационные волны [231]. Распространение в виде акустических мод [688] возможно для спектральных составляющих с периодами меньше 10 мин.
Выше уже упоминалась проблема, связанная с амплитудой давления атмосферных гравитационных волн. В начале исследований казалось, что, для того чтобы соответствовать значениям амплитуд давления у поверхности земли, вертикальные смещения в атмосфере на высоте свыше 100 км должны быть нереально большими. Позднее это несоответствие объяснили тем, что в расчетах не была учтена аномальная зона. Толстой и Херрон [632, с. 60] предположили, что «с помощью сильно упрощенной однослойной модели атмосферы можно получить значение полного (от вершины до подошвы) перепада давления в 2 мкбара на 1 км смещения на высотах свыше 100 км.
Этот результат не представлялся бы вполне удовлетворительным, если бы не тот факт, что использование более реальной двуслойной модели приводит к уменьшению значения амплитуды до 0,2 мкбар или еще меньше. Надлежащий учет в модели свойств слоя, лежащего на высоте от 110 до 150 км, в котором предельная звуковая частота среды меньше частот Вяйсяля, может устранить это несоответствие, как показано в работе [633]».
Хайнс [231] объяснил некоторую путаницу, возникшую в связи с ионосферными возмущениями в верхней атмосфере, вызванными ядерными испытаниями. Обайяси [495, .496] отнес эти возмущения в F-слое к поверхностным гравитационным волнам в атмосфере с периодами больше 10 мин. Виккерс-хэм [688] высказал другое мнение. Он предположил, что ионо-
358
сферные возмущения были вызваны полностью канализированными акустико-гравитационными волнами в атмосфере. Хайнс показал, что объяснение Виккерсхэма не вполне обосновано, а выводы Обайяси правильны.
6.6. Атмосферные возмущения, вызванные землетрясениями и извержениями вулканов
Беньёф и другие [71] опубликовали данные о звуковых волнах в атмосфере, образованных при землетрясениях. Так, они связали с землетрясением, происшедшим 24/1 1951 г., показания микробарографа в Пасадене, зафиксировавшего последовательность волн с периодами, меняющимися от 3/4 до 1 с.
Донн и Посментьер [145] исследовали взаимодействовавшие с поверхностью Земли воздушные волны, вызванные землетрясением на Аляске в марте 1964 г., по данным о микрофлуктуа-циях давления, записанных микробаровариографами в Гонолулу, Беркли и Палисейде. Микробаровариографы имеют чувствительность в диапазоне от нескольких до сотен мик-робар и ровную частотную характеристику вплоть до периода 300 с. Авторы показали, что колебания давления в атмосфере, вызванные землетрясениями, могут образовываться под действием трех механизмов в области, лежащей вблизи станции наблюдений, в области эпицентра и в области, где имеет место резонансное взаимодействие грунт—воздух. Волны Рэлея, распространяющиеся от эпицентра, при наличии значительных вертикальных смещений могут приводить к образованию сильных колебаний давления в атмосфере посредством импульсного эффекта. Между возмущением давления воздуха р, плотностью воздуха р, скоростью звука в воздухе с и скоростью вертикального движения грунта v существует следующее соотношение [145]:
р = рс\\ (6.10)
Формула предполагает, что влияние со стороны звуковых волн в окружающих областях пренебрежимо мало. Это условие выполняется, если резонансное взаимодействие :между грунтом и воздухом невелико, а длина волн Рэлея значительно больше высоты установки прибора (микробарографа) над поверхностью земли.
Если р = 1,10XlO-3 г/см и с = 330 м/с, уравнение (6.10) имеет вид
р= 247-f, (6.11)
359
где р — полный размах колебаний давления в микробарах, а — двойная амплитуда колебания грунта в сантиметрах, a t — период движения в секундах.
Во второй области образование в атмосфере звуковых волн происходит в результате вертикальных смещений поверхности грунта. Донн и Посментьер [195] рассматривали этот механизм как подобный механизму образования акустико-гравитационных волн во время производства ядерных взрывов.
