Náttúrufræðingurinn - 1991, Page 64

P- OG S-BYLGJUR
Venjulegt fjaðrandi fast efni fjaðrar
á tvo mismunandi vegu. Annars vegar
má aflaga það með því að þrýsta efn-
isögnum þess þéttar saman. Rúmmál
efnisins minnkar en þrýstingur vex.
Fjaðurkraftarnir leitast við að ýta efn-
isögnunum í sundur aftur. Hins vegar
má aflaga efnið með því að ýta efnis-
ögnunum hverri framhjá annarri,
þannig að hornin milli tengilína þeirra
breytist. Fjaðurkraftarnir sem nú
verka leitast við að rétta hornin af aft-
ur. Fjarlægð milli aðliggjandi efnis-
agna breytist ekki. Efnið svignar en
þrýstingur í því er óbreyttur. Þessir
tvenns konar fjaðurkraftar eru óháðir
eða lítt háðir hver öðrum. Af þessu
leiðir að til eru tvenns konar fjaður-
bylgjur í föstu efni, P-bylgjur og S-
bylgjur. P-bylgjurnar fara hraðar en
S-bylgjurnar og draga þær af því nafn
sitt (P = prímer, þ.e. fyrsta bylgja, og
S = sekúnder, þ.e. önnur bylgja).
Hlutfallið á milli hraðanna er á bilinu
1,70 - 1,80 fyrir flest föst efni.
P-bylgjan er þrýstingsbylgja, efnið
þjappast saman og gengur sundur á
víxl þegar bylgjan gengur yfir (1.
mynd). Hver efnisögn hreyfist fram
og til baka í útbreiðslustefnu bylgj-
unnar. Þennan eiginleika má nota til
að ákvarða stefnu til upptaka skjálfta
frá skjálftamælistöð þar sem allir þrír
þættir hreyfingarinnar eru mældir. Ef
til dæmis fyrsta hreyfing bylgjunnar er
upp og til norðausturs er hún komin
úr suðvestri. Ef fyrsta hreyfing er nið-
ur og til vesturs, er bylgjan komin úr
vestri. Hljóðbylgjur í lofti og vatni eru
sama eðlis og P-bylgjur.
P-bylgjur eru öðrum bylgjum meira
notaðar til könnunar á innri gerð jarð-
ar. Bylgjur frá stórum jarðskjálftum
og kjarnorkusprengingum berast í
gegnum jörðina og mælast um allan
heim. Bylgjur til könnunar á efstu
jarðlögum má auðveldlega búa til með
litlum sprengingum, loftbyssum eða
hristivélum. Þannig hefur til dæmis
jarðskorpan á íslandi verið könnuð
með P-bylgjum (Guðmundur Pálma-
son, 1971, Ólafur Flóvenz, 1980, Ól-
afur Flóvenz og Karl Gunnarsson,
1991). Samkvæmt niðurstöðum mæl-
inganna má skipta jarðskorpunni hér í
tvo hluta, efri og neðri hluta. Efri
hlutinn er víðast 3-6 km þykkur og
einkennist af því að bylgjuhraðinn vex
nokkuð hratt með dýpi. Við yfirborð
er P-bylgjuhraðinn á bilinu 2-3 km/s,
en hann vex jafnt og þétt niður á við,
u.þ.b. 0,6 km/s fyrir hvern kílómetra.
Þessi aukning er talin stafa af um-
myndun basaltsins sem skorpan er
gerð úr. í neðri hluta skorpunnar
virðist bylgjuhraðinn vera um 6,5
km/s og vex hann lítillega með dýpi.
Jarðskorpan á íslandi er misþykk eftir
svæðum, en víðast er hún talin 8-15
km þykk. Það er raunar umdeilt
hvernig skilgreina á jarðskorpuna hér
á landi og verður ekki farið út í það
nánar hér.
S-bylgjur mætti kalla sveigjubylgj-
ur. Efnið svignar, horn breytast, en
þrýstingur breytist ekki þar sem bylgj-
urnar berast um. Hver efnisögn hreyf-
ist hornrétt á útbreiðslustefnu bylgj-
unnar, þ.e. hreyfingarvektorinn liggur
í fleti, hornréttum á útbreiðslustefn-
an. S-bylgjan er þannig þverbylgja,
líkt og rafsegulbylgjur eru, t.d. ljós-
bylgjur. Þessu fylgir að S-bylgjur geta
verið skautaðar, líkt og ljósbylgjur.
Talað er um línuskautun ef hreyfingin
er eftir beinni línu, en hringskautun ef
hreyfingin er eftir hringferli. S-bylgja
sem er skautuð eftir láréttri línu hefur
stundum sérstakt nafn og er kölluð
SH-bylgja. Ef skautunin er hornrétt á
þennan þátt er talað um SV-bylgju.
Líta má á allar S-bylgjur sem sam-
bland af SH- og SV-bylgjum.
58