Com són les vibracions d'un terratrèmol
La vibració del terreny les causen ones elàstiques, que també anomenem ones sísmiques. La seva descripció i caracterització permet entendre molt millor com són els terratrèmols. Quan es produeix un terratrèmolUn terratrèmol és una vibració del terreny produïda per l’arribada d’ones elàstiques que viatgen fins el punt d’observació des d’una zona on hi ha hagut un moviment brusc a l’escorça terrestre, una explosió, o bé un impacte. Més s’alliberen diversos tipus d’ones que viatgen a través de les roques i que es propaguen per la superfície, cada una a la seva velocitat.
Tipus d'ones sísmiques
- ones P (primàries), longitudinals i ràpides i que viatgen per tots els medis;
- ones S (secundàries), transversals i que només es propaguen a través de materials sòlids;
- ones superficials, que es propaguen per la superfície del terreny, són lentes, molt destructives i que a la vegada poden ser de dos tipus: Rayleigh i Love
Comparació de les ones P i les ones S. En les ones P, exemplificades amb l’exemple d’una molla espiral, la deformació de les partícules del medi que transmet les ones (la molla) es produeix en la mateixa direcció de la propagació de l’ona. En el cas de les ones S, exemplificades per l’ondulació d’una corda, el moviment de les partícules del medi transmissor (la corda) és perpendicular a la direcció de propagació de l’ona. Figura modificada de de: https://opentextbc.ca/geology/wp-content/uploads/sites/110/2015/07/image0091.png
Deformació elàstica associada a ones superficials. L’oscil·lació del medi és màxima a la superfície i es redueix en profunditat. En el cas de les ones de tipus Rayleigh el moviment de les partícules del medi és orbital, mentre que en el cas de les ones de tipus Love el moviment és de vaivé horitzontal perpendicularment a la direcció de propagació de l’ona. Ambdues són lentes i tendeixen a ser molt destructives. Figura adaptada de: https://opentextbc.ca/geology/wp-content/uploads/sites/110/2015/07/seismic-surface.png
Canvis en les ones a mesura que s'allunyen del focus
Quan s’allibera de forma sobtada l’energia d’un terratrèmolUn terratrèmol és una vibració del terreny produïda per l’arribada d’ones elàstiques que viatgen fins el punt d’observació des d’una zona on hi ha hagut un moviment brusc a l’escorça terrestre, una explosió, o bé un impacte. Més, de la zona del focus en sorgeixen una barreja d’ones de diferents tipus, cadascuna amb la seva distribució de freqüències que s’interfereixen de forma complexa. A mesura que aquestes ones s’allunyen del focus i viatgen a través de l’escorça i superficialment es van modificant.
D’una banda l’amplitud i, per tant, l’energia de l’ona tendeix a reduïr-se, amb la distància. Aquest és el fenòmen que anomenem atenuacióReducció de l’amplitud i, per tant, l’energia de l’ona sísmica a mesura que travessa el medi que la transmet. L’atenuació és deguda a: a) Dispersió geomètrica: un front d’ones que radia des d’un punt es distribueix al llarg d’una esfera que augmenta cada cop més la seva mida. b) Absorció del medi degut a les inelasticitats del material que resulten de la fricció interna del material a la deformació. Es produeix una conversió de l’energia mecànica en energia tèrmica. Al llarg del procés d’atenuació, a més d’una reducció en l’amplitud d’ona la distribució de freqüències d’ona també canvia: les ones de major freqüència s’atenuen més ràpidament que les de baixa freqüència, de manera que, a major distància, les ones predominants acaben sent les de freqüència baixa i llarg període. Més. L’atenuacióReducció de l’amplitud i, per tant, l’energia de l’ona sísmica a mesura que travessa el medi que la transmet. L’atenuació és deguda a: a) Dispersió geomètrica: un front d’ones que radia des d’un punt es distribueix al llarg d’una esfera que augmenta cada cop més la seva mida. b) Absorció del medi degut a les inelasticitats del material que resulten de la fricció interna del material a la deformació. Es produeix una conversió de l’energia mecànica en energia tèrmica. Al llarg del procés d’atenuació, a més d’una reducció en l’amplitud d’ona la distribució de freqüències d’ona també canvia: les ones de major freqüència s’atenuen més ràpidament que les de baixa freqüència, de manera que, a major distància, les ones predominants acaben sent les de freqüència baixa i llarg període. Més es produeix degut als següents fenòmens.
- pèrdues d'energia degut a la fricció en els materials geològics que transmeten l'ona.
- per una qüestió purament geomètrica: l'energia continguda en una ona a l'epicentre es concentra en una zona molt petita. En allunyar-se del centre, de forma aproximadament concèntrica, l'energia de l'ona es conserva però es va repartint en perímetres cada cop més grans. Això fa que l'ona experimentada a localitats cada cop més allunyades rebin menys energia per unitat de superfície (una amplitud d'ona reduïda respecte a la inicial). És el mateix que passa amb les ones que s'allunyen del punt d'impacte d'una pedra en un bassal, o l'atenuació amb la distància de la llum d'una bombeta, o del so d'un petard de Sant Joan.
D’altra banda, l’atenuacióReducció de l’amplitud i, per tant, l’energia de l’ona sísmica a mesura que travessa el medi que la transmet. L’atenuació és deguda a: a) Dispersió geomètrica: un front d’ones que radia des d’un punt es distribueix al llarg d’una esfera que augmenta cada cop més la seva mida. b) Absorció del medi degut a les inelasticitats del material que resulten de la fricció interna del material a la deformació. Es produeix una conversió de l’energia mecànica en energia tèrmica. Al llarg del procés d’atenuació, a més d’una reducció en l’amplitud d’ona la distribució de freqüències d’ona també canvia: les ones de major freqüència s’atenuen més ràpidament que les de baixa freqüència, de manera que, a major distància, les ones predominants acaben sent les de freqüència baixa i llarg període. Més no afecta a totes les ones de la mateixa manera. Les ones d’elevada freqüència s’atenuen més ràpidament que les ones de baixa freqüència. Això fa que els terratrèmols amb epicentres propers al nostre punt d’observació siguin proporcionalment més rics en freqüències elevades que no pas els d’epicentres més llunyans. Per tant, es perceben de forma molt diferent els terratrèmols amb focus llunyans que els de focus propers no només perquè la seva amplitud (energia) és percep més baixa, sinó també per la seva distribució de freqüències, que s’enriqueix gradualment amb freqüències baixes a mesura que la distància creix.
Selecció de material didàctic
Durada: 3’07»
Nivell d’ensenyament: ESO / Batxillerat
Llengua: Anglès
Títol: Pupil molecules
Font: Earthlearningidea.com
El video utilitza ninots de Playmobil per il·lustrar de forma molt senzilla les diferències entre sòlids i líquids en la propagació d’ones P i S. La mateixa analogia es pot dur a la pràctica amb alumnes a classe.
Nivell d’ensenyament: ESO / Batxillerat
Llengua: Anglès
Títol: Waves in the Earth 2 – Human Molecules
Waves in the Earth 2 – Human molecules. Pupils are pushed around to demostrate the properties or seismic waves!
Earthlearningideas
Document (PDF) que sintetitza una activitat de 10′ per dur a terme a l’aula, per tal d’il·lustrar la diferència de propietats entre ones sísmiques P i S, i dels medis de propagació, depenent de si són líquids o sòlids. Es pot inserir en una sessió dedicada a mostrar la capacitatCombinació de totes les fortaleses, atributs i recursos disponibles en una organització, comunitat o societat per gestionar i reduir el risc de desastres i enfortir la resiliència. La capacitat i la vulnerabilitat són l’invers l’un de l’altre. L’augment de capacitat en una societat en redueix la vulnerabilitat. Més de les ones de diferents tipus per revelar la diferenciació de l’interior de la Terra en capes de diferents propietats mecàniques.
Durada: 3’37»
Nivell d’ensenyament: Batxillerat
Llengua: Anglès
Títol: The slinky seismic waves demo; using slinkies to show
how earthquakes produce P-, S- and surface waves
El video utilitza una molla i un sistema de dues molles com a anàlegs del comportament elàstic de l’escorça terreste per a il·lustrar les diferències entre les ones P, S i superficials
Durada: 5’16»
Nivell d’ensenyament: Batxillerat
Llengua: Anglès
Seismic Slinky – An analogy for P & S waves (educational)
Roger Groom, Earth science teacher. Mount Taber Middle School 8th grade class
Iris Earthquake Science
El vídeo mostra un experiment a classe en què s’utilitza el comportament d’una molla elàstica com a anàleg al comportament de les ones sísmiques P i S. El model anàleg il·lustra característiques essencials d’aquests dos tipus d’ones. També s’hi comenten i raonen les limitacions del model anàleg a l’hora de reflectir les diferències en la velocitat relativa de les ones P i S.