Szeizmikus tomográfia
A geofizika , szeizmikus tomográfia egy olyan módszer, amely nyilvántartást földrengések feltérképezésére belső szerkezete a föld és annak fizikai és ásványtani tulajdonságait .
Összehasonlítva a különböző szeizmikus hullámok érkezési idejét egymáshoz képest és különböző helyeken, megállapíthatjuk, hogy ezeknek a hullámoknak a terjedési sebessége hogyan változik a földön belül. Ezekből a kísérleti adatokból háromdimenziós hullámsebességi modelleket építünk fel. A térbeli sebesség változását ezután a helyi hőmérséklet vagy az anyagok összetételének (kémiai vagy ásványtani) változásaként értelmezik .
A szeizmikus tomográfiát különösen a Föld palástjának heterogenitásának feltérképezésére használják . Ezek a térképek, használt lemeztektonika , magyarázza közötti kapcsolatok litoszféra elmozdulások és köpeny konvekciós .
Elv
Egy természetes vagy kiváltott földrengés a fókuszától vagy hipocentrumától minden irányba szeizmikus rezgéseket bocsát ki, amelyek hullámok formájában terjednek a környező környezetben. Ezek különböző természetűek és különböző sebességűek: P típusú (kompressziós) vagy S (nyíró) térfogathullámok, a régiók közötti interfészek mentén felszíni hullámok, amelyeknek a fizikai-mechanikai tulajdonságok kellő kontrasztban vannak. A bejárt közeg ezen tulajdonságai, különös tekintettel a μ és λ Lamé rugalmas modulusokra és a ρ sűrűségre, meghatározzák e hullámok sebességét és az általuk megtett utat.
Tömeges hullámok esetén a P hullám sebességét egy pontban és egy S hullám sebességét adja meg .
A mélységgel növekszik a nyomás, a kőzetek sűrűsége és a rugalmassági együtthatók. Ezek gyorsabban nőnek, mint a sűrűség, így a hullámok sebessége mélységben növekszik. A szeizmikus hullámok görbe utat követnek.
Egy hullám egy bizonyos idő alatt érkezik egy szeizmikus állomásra, és meg lehet határozni a köpenyben lévő hullám "utazási idejének" nevezett fizikai mennyiségét. Ez az idő a két állomás közötti szögtávolság és a földrengés mélységének függvénye.
Ha a szeizmikus hullám átmegy a köpeny litológiai anomáliáján, jellemzően egy süllyedő litoszférán, akkor annak valós utazási ideje különbözik az elméletiétől (amely a homogén köpenyt veszi figyelembe), a sűrűség és a rugalmassági modulusok lokális módosulása miatt. A kísérletileg mért sebességi anomália globálisan az utazási idő ezrelékének nagyságrendjébe esik, ami a méréseket pontosra kényszeríti.
Nagyon sok hullámút sebességellenőrzési adatainak keresztellenőrzésével lehetőség nyílik heterogenitások feltérképezésére és ezeknek a sebesség-anomáliáknak a Föld palástjában háromdimenziós digitális modelljének létrehozására. A gyakorlatban a köpeny térképei egy adott mélységben vannak ábrázolva, vagy függőleges metszetek szerint egy sugaras síkban (amely tartalmazza a Föld közepét).
A tomográfiában használt szeizmikus hullámok nomenklatúrája
A kétféle P és S hullám sebessége az áthaladt anyagtól függően változik. Ezek a hullámok Snell-Descartes törvényeinek megfelelően törnek és tükröződnek. Amikor egy P hullám ferdén érkezik két anyag közötti átmenetre (például a köpeny-mag interfészre), akkor energiájának egy kis része átalakul egy másik hullámformává (a P töredéke S-vé válik). A szeizmográfiai leolvasások értelmezése ezért nehéz, mert a sokféle hullám cselekményei átfedésben vannak egymással, és ezeket el kell választani, és meg kell magyarázni az eredetüket. Kicsit jobb navigáláshoz ezeket a hullámokat különféle betűkkel jelöltük meg, amelyek aztán alakulásukkal kombinálhatók (lásd az alábbi táblázatot).
P hullám: P palást; K külső mag; belső mag I
S hullám: S palást; külső mag, nincs S hullám; belső mag J
Így a PP hullám egy P hullám, amely miután visszatükröződött a földi földgömb külső felülete alatt, a köpenyben maradt, mielőtt újra megjelent volna azon a felszínen, ahol észlelték. A PKP hullám P hullám lesz, amely a folyékony külső mag keresztezése után jelenik meg a felszínen (út = köpeny / külső mag / köpeny). Így meghosszabbíthatjuk a nevet, amennyire szükséges. Vegyünk egy meglehetősen összetett példát: egy majdnem függőleges hullám, amely a földi földgömbön átjut, közvetlenül azután, hogy visszapattant a felszínre, és kétszer áthaladt (menni és visszatérni) a magon keresztül, és a mag újra megjelenik a szép becenév felszíni affubléján , teljesen kimondhatatlan palindrom, a PKIKPPKIKP-től!
Megjegyezzük a külső magon (mag-köpeny interfész) visszaverődő hullámokat: PcP, PcS, ScP ... Megjegyezzük a belső magon (mag burkolatán) visszaverődő hullámokat: PKiKP, PKiKS stb.
(Ábra: Szeizmikus hullámok nomenklatúrája)
Felfedezések története a szeizmikus tomográfia miatt
A XX . Század folyamán a szeizmikus tomográfia segítségével számos fontos felfedezés történt.
- A 1909 , Andrija Mohorovičić alatt felismeri Horvátország a kéreg / köpeny interfész most hívott, és hódolatul felfedezője, Moho .
- A 1912 , Beno Gutenberg ( 1889-ben - 1960-ban ) elhelyezett palást / mag interfész mélységben 2900 km-köszönhetően a tanulmány a P.
- A 1926 , Harold Jeffreys ( 1891- - 1989-ben ) létrehozott fluiditása a fém mag.
- A 1936 , Inge Lehmann ( 1888-ban - 1993-ban ) fedezte fel a vetőmag: fémes része belül a sejtmagban. Szilárdsága a következő évtizedekben fog megteremtődni.
Ugyanakkor 1923 és 1952 között más geofizikusok (Adams, Williamson, Bullen , Birch stb.) Olyan egyenleteken dolgoztak, amelyek lehetővé tették a sűrűség variációjának meghatározását a mélységi nyomás növekedésével. Földgömbünk szerkezetének nagy része le van rakva. Továbbra is javítani kell a belső dinamikus megértést, hogy jobban megértsük az evolúcióját, a lökéseit, a mágneses mező variációit stb.
Lithosphere tomográfia
A nagy felbontású, sekély mélységű tomográfia képes megjeleníteni az óceáni lemezek sűrűségének fokozatos növekedését, amelyek lehűlnek, amikor eltávolodnak az óceángerincektől. Ezzel szemben a szárazföldi archeiai pajzsok szokatlanul nagy szeizmikus sebességgel rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy sűrűek és ezért hidegek. Ennek oka gyenge hővezetésük és nagy vastagságuk, amelyet a tomográfia néha 300 km-re becsül.
Az Afar-régió érdekes sajátossággal rendelkezik: a tomográfia kimutatja, hogy szokatlanul nagyon meleg van, ami azt jelenti, hogy a mély és forró asztenoszféra felemelkedik a kontinentális kéreg alatt, és nagy valószínűséggel okozza az óceán megnyílását.
Felső palástomográfia
Megfigyelések
A regionális szeizmikus tomográfiával kapott modellek ferde sávokat mutatnak, abnormálisan nagy szeizmikus sebességgel, a palástba merülve. A szeizmikus adatok azt mutatják, hogy ezek szubsztrált litoszferikus lemezek, amelyek mártogatnak legalább a felső köpeny és az alsó köpeny felületén. Ezeket a struktúrákat klasszikusan az Égei-tenger alatt figyelik meg , ahol az Afrika-tábla Kréta alatt zuhan .
Nem tudjuk pontosan, hogy egy lemez milyen messzire merülhet el. A megfigyelt helyzetek sokfélék: a Marianas régió csendes-óceáni szubdukciója esetén a süllyedő lemez egyértelműen bejut az alsó palástba, míg Japán szintjén úgy tűnik, hogy stagnál és ellapul a palást felső határán - az alsó paláston.
Az olivin-fázisok szerepe
Ez a jelenség az olivin fázisátalakulásainak tudható be. 410 km mélységben bekövetkezik az olivin β - spinell átmenet, amely exoterm. Mivel a süllyesztő lemez hűvösebb, mint a környező palást, és csökkenti a közelében lévő izotermákat, ez az átmenet kevésbé mélyen megy végbe, mint normál körülmények között, és Archimedes ereje megnő. Éppen ellenkezőleg, a spinell és a perovszkit közötti átmenet 660 km mélységben - jelezve a felső és az alsó palást közötti határt - endoterm, ezért rendellenesen nagy mélységben következik be, amelynek következménye az arkhimédészi erő csökkentése. vagy akár törölni, ami a lemez ezen a határértéken belüli lehetséges stagnálását vonja maga után. Az információ hiánya erről a témáról azonban számos kérdést megoldatlanul hagy, például a "kisebb" ásványok fázisátmeneteinek szerepe a köpenyben a lemezdőlés dinamikájában.
Alsó palást tomográfia
A szeizmikus tomográfia kimutatta, hogy az alsó köpeny kevésbé heterogén, mint a felső köpeny, és a megfigyelt anomáliák nincsenek kapcsolatban a jelenlegi litoszferikus tektonikával. Ugyanakkor rendellenesen hideg területek figyelhetők meg, amelyek megfelelnek azoknak a területeknek, ahol az óceáni litoszféra korábban visszafogott volt.
Megjegyzések és hivatkozások
- (vagy sebességi anomáliák az 1. rendű radiális modellhez, PREM modellhez képest)
Lásd is
Kapcsolódó cikkek
Külső linkek
Bibliográfia
- Cote, P. és Lagabrielle, R. (1986). A szeizmikus tomográfia, mint a részletes alagsori felderítés módszere. Példa az injekciók ellenőrzésére történő alkalmazásra: Rev Fr Geotech, (36)