Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
В третьей области вертикальное смещение поверхности грунта вдали от эпицентра может привести к образованию звуковых волн, фиксируемых на расстоянии нескольких сотен километров при выполнении определенных условий взаимодействия поверхности грунта и нижних слоев воздуха. Считается, что именно этот механизм образовал волны в атмосфере во время землетрясения в Империал-Вэлли 24/1 1951 г. [71].
На основе обработки данных сейсмограмм Донн и Посментьер пришли к выводу, что максимальное вертикальное смещение поверхности грунта в Палисейд составило 4,2 см и было вызвано волной Рэлея. В этом же городе наблюденное значение максимального колебания давления составило 40 мкбар. Таким образом, используя уравнение (6.11), получим искомое вертикальное движение равным 3,72 см при условии, что период местного вертикального колебания грунта равен периоду самых мощных волн давления, т. е. 23 с. Так как расчетное значение (3,72 см) близко к наблюденному (4,2 см), авторы заключили, что основной причиной колебания давления является в самом деле локальное вертикальное смещение поверхности грунта, вызванное землетрясением.
Донн и Посментьер пришли к выводу, что дисперсионные кривые для Палисейд и Гонолулу обнаруживают соответственно типичные континентальные и морские волны Рэлея, а записи, полученные в Беркли, содержат оба типа волн, т. е., вероятно, второй механизм работает только в Беркли. На записи в Беркли хорошо заметны долгопериодные волны большой амплитуды с диапазоном периодов 3—5 мин. Наложенные на них более (Мелкие волны являются продолжением воздушных волн, образованных ранее путем взаимодействия с поверхностью земли. Структура упомянутых долгопериодных волн отличается от структуры фоновых гравитационных волн. Донн и Посментьер связывают различие между этими волнами и волнами, вызванными ядерными взрывами (первые из них обладают более ярко выраженной дисперсией), с тем, что при землетрясениях область образования волн велика, в то время как взрыв является точечным источником.
360
Явления в ионосфере, вызываемые землетрясениями
Дэвис и Бейкер [136] обнаружили ионосферные возмущения, вызванные землетрясением на Аляске в марте 1964 г. Наблюдения были выполнены в Боулдер (штат Колорадо) на частотах 4 и 5 Мгц при вертикальном распространении и на частоте 10 Мгц на Гавайских островах в 5000 км от Боулдер. За 4 года наблюдений им удалось лишь еще один раз наблюдать подобное явление, которое было связано с взрывом ядерного устройства на о. Джонстон 9/VII 1962 г.
Исследование советскими учеными вертикального распространения звуковых волн, вызываемых землетрясениями
Большой вклад в исследование образования и вертикального распространения звуковых волн в атмосфере при землетрясениях был сделан в работах Романовой [97] и Петухова и Романовой [7] (1971). Они успешно исследовали также связанный с этими волнами нагрев воздуха на различных уровнях в атмосфере. Первая из указанных выше работ посвящена в основном развитию теории, а вторая — ее приложениям. В этом разделе sMbi сделаем краткий обзор второй работы.
Петухов и Романова применили теорию, разработанную Романовой, для расчета диссипации в атмосфере в виде тепла ин-фразвуковых волн, образованных при землетрясениях. В частности, они выполнили оценку скорости и степени нагрева атмосферы, вызываемого звуковыми волнами, направленными вверх, при двух мощных землетрясениях — на Аляске в 1964 г. и в Японии в Катиноко в 1968 г. Этот нагрев атмосферы играл большую роль в образовании наблюдаемых ионосферных возмущений.
Авторы использовали в сущности те же начальные условия, что и Донн и Посментьер [145], т. е. уравнения (6.10) и (6.11). Это значит, что волны Рэлея распространяются от эпицентра по поверхности земли со скоростью около 3 км/с (сверхзвуковая скорость для воздуха). Вертикальные движения волн Рэлея приводят к образованию в атмосфере путем импульсного эффекта колебаний давления. Связь между колебанием давления р и смещением поверхности земли а задается, в соответствии с работой Донна и Посментьера, уравнением (6.10).
Согласно линейной теории колебаний малой амплитуды, уравнение Стокса—Кирхгофа для коэффициента затухания звуковых волн а записывается в следующем виде:
(6.12)
361
где (o — частота в герцах, р —плотность воздуха, у — отношение удельных теплоємкостей, \іа — молекулярная масса воздуха, п — плотность молекул воздуха, Pr — число Прандтля, для воздуха равное 0,7.
Для нагрева атмосферы используется уравнение
#=-?^. <б-із>
где 0tt — абсолютная температура, E — энергия волн, с — скорость звука, а черта — осреднение по периоду. После некоторых преобразований уравнение (6.13) можно записать в виде:
^ = 2ca(z) (срР)-'ехр
-2 \ a(*)d*], (6.14)
где Cp — удельная теплоемкость при постоянном давлении.
Эта формула использована для расчета изменения температуры в атмосфере над Беркли, Боулдером, Палисейд при аляскинском землетрясении 1964 г. и в атмосфере над о. May и при землетрясении Катиноко 1968 г. Расчеты показали, что максимальный нагрев происходит на высотах 170—190 км. На этой высоте атмосфера над Беркли была нагрета до 900 °С. Хотя, как нам кажется, это значение и представляется несколько завышенным, полная амплитуда колебания поверхности земли с периодом 23 с была равна 12,6 ом.
