我们都知道,地震面波是沿着地球表面或岩层分界面传播的地震波,那么有多少人知道,在它们中间还有一条名为“love”的波。初闻其名,可能有人会心生疑问,这难道是条浪漫的爱情之波?不不不,它是由英国地球物理学家和数学家Augustus
Edward Hough Love在1911年首先发现而得名。真是个有趣的巧合!那么,在这个情人节,就让我们抛开甜腻的巧克力与玫瑰,一起走进地震波的神秘家族,去认识这条名字里散发着爱的波吧。
地球的心跳——地震波家族: 既然说到地震波,那么地震波是什么呢?
地震波(Seismic wave)是由地震震源向四处传播的振动,指从震源产生向四周辐射的弹性波。作为目前人类所知唯一一种能够穿透地球介质内部的物理波,地震波是我们了解地球内部结构最有利的工具。如同给地球做了个心电图,科学家就是利用地震产生的地震波,结合一定的数学和物理的方法,把地球内部的结构解析出来。
地震波分为体波和面波。
体波是指在地球内部传播的地震波,分为纵波(P波)和横波(S波),纵波能量小但是传播速度最快,横波传播速度慢但是能量大。
面波是由纵波和横波传播到地球表面相遇时激发产生的混合波,沿地球表面或岩层分界面传播,传播速度大致与横波相当,也是造成建筑物强烈破坏的主要因素。面波主要分为勒夫波(L波)和瑞利波(R波),分别由英国科学家A.E.H.
Love和Lord Rayleigh最早描述而得名。
以吾之身,冠之汝名,面波家族的命名方式尽显科学浪漫主义。而勒夫波与瑞利波这对“双生姊妹”演绎着截然不同的运动美学:
勒夫波(L波)是一种垂直于传播方向且在水平面内振动的波。由于振动平行于地面,结果导致地面发生一种蛇形前进的横向波动,产生剪切位移,类似于横波,但振幅比横波大。它的振幅随着深度的增加而衰减。当表层较薄时,会出现很强的勒夫波。而瑞利波(R波)的振动方式兼有纵波和横波的特点,类似于质点做圆周式振动的水波。
除了传播方式的区别,勒夫波和瑞利波在传播介质和传播速度方面也并不相同,勒夫波需要存在速度随深度增加的地层结构,通常在低速层(地震波传播速度比其上覆和下伏层都低的地层)覆盖在高速层(同低速层相反)的情况下才能形成。而瑞利波则可以不需要分层结构。
速度方面,勒夫波的传播速度比瑞利波稍快,且勒夫波的传播速度随频率变化,具有频散现象(波的传播速度随频率变化的现象)。而瑞利波虽然也有频散,但更常用于垂直分层分析。与之相比,勒夫波的频散现象更显著,尤其在多层结构中,可用于反演地下结构的横向变化。
这种速度-频率依赖关系恰似加密的情书,使科学家得以推演地下数十公里深处的岩层结构。基于这种特性,勒夫波和瑞利波常被应用于工程勘察、空洞探测、工程无损检测、地质灾害勘察等多个领域。不仅如此,勒夫波和瑞利波这对双生花在地震速报方面也发挥着重要作用,通过专门的计算公式,它们可以用于演算面波震级,从而更加快速和准确地为人们提供地震速报信息。
这个情人节,当我们走近勒夫波,会发现科学与浪漫并非遥不可及,就像勒夫波(Love波),它带着科学的严谨与探索,又莫名散发一丝爱的蜜意。希望在未来的日子里,我们能带着这份对科学的热爱,继续探寻更多像勒夫波这样既充满科学奥秘又富有浪漫色彩的事物。
参考文章:
1、上海科普微信号:生活 | 地震中有哪几种波,究竟哪个波厉害?https://mp.weixin.qq.com/s/J2o8r_35ggdF4bVsaqe9ig
2、防灾科技学院网站:地震波http://quake.cidp.edu.cn/n224c2.aspx
3、复杂浅地表弹性介质面波分析方法研究https://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10491-1019826180.htm