onda P

En mecánica de medios continuos , una onda P ( onda primaria u onda de presión ) es uno de los dos tipos principales de ondas elásticas de cuerpo u ondas sísmicas . Las ondas P viajan más rápido que otras ondas sísmicas y, por lo tanto, son la primera señal de un terremoto en llegar a cualquier lugar afectado o a un sismógrafo . Las ondas P pueden transmitirse a través de gases, líquidos o sólidos.

Nomenclatura

El nombre onda P puede referirse tanto a onda de presión (ya que se forma a partir de compresiones y rarefacciones alternas ) como a onda primaria (ya que tiene alta velocidad y, por lo tanto, es la primera onda que registra un sismógrafo). ^{[ 1 ]} El nombre onda S representa otro modo de propagación de ondas sísmicas, que significa onda secundaria u onda de cizallamiento, una onda generalmente más destructiva que la onda primaria.

Ondas sísmicas en la Tierra

Las ondas primarias y secundarias son ondas de cuerpo que viajan dentro de la Tierra. El movimiento y el comportamiento de las ondas P y S en la Tierra se monitorean para investigar la estructura interna de la Tierra . Las discontinuidades en la velocidad en función de la profundidad indican cambios de fase o composición. Las diferencias en los tiempos de llegada de las ondas originadas en un evento sísmico, como un terremoto, como resultado de que las ondas tomen diferentes trayectorias, permiten mapear la estructura interna de la Tierra. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

zona de sombra de la onda P

Casi toda la información disponible sobre la estructura del interior profundo de la Tierra se deriva de observaciones de los tiempos de viaje, reflexiones , refracciones y transiciones de fase de las ondas sísmicas de cuerpo, o modos normales . Las ondas P viajan a través de las capas fluidas del interior de la Tierra , pero se refractan ligeramente al pasar por la transición entre el manto semisólido y el núcleo externo líquido . Como resultado, existe una " zona de sombra " de ondas P entre 103° y 142° ^{[ 5 ]} desde el foco del terremoto, donde las ondas P iniciales no se registran en los sismómetros. En cambio, las ondas S no viajan a través de líquidos.

Como advertencia de terremoto

Es posible obtener alertas tempranas de terremotos detectando las ondas primarias no destructivas, que viajan más rápidamente a través de la corteza terrestre que las ondas secundarias y de Rayleigh, que sí son destructivas .

El tiempo de aviso depende del retraso entre la llegada de la onda P y otras ondas destructivas, generalmente del orden de segundos, hasta aproximadamente 60 a 90 segundos para terremotos profundos, distantes y de gran magnitud, como el terremoto de Tohoku de 2011. La eficacia de la alerta depende de la detección precisa de las ondas P y del rechazo de las vibraciones del suelo causadas por la actividad local (como camiones o obras de construcción). Los sistemas de alerta temprana de terremotos pueden automatizarse para permitir acciones de seguridad inmediatas, como emitir alertas, detener los ascensores en los pisos más cercanos y cortar el suministro eléctrico.

Propagación

Velocidad

En sólidos isótropos y homogéneos, una onda P viaja en línea recta longitudinalmente ; por lo tanto, las partículas en el sólido vibran a lo largo del eje de propagación (la dirección del movimiento) de la energía de la onda. La velocidad de las ondas P en ese tipo de medio viene dada por $v_{\mathrm {p} }\;=\;{\sqrt {\frac {\,K+{\tfrac {4}{3}}\mu \;}{\rho }}}\;=\;{\sqrt {\frac {\,\lambda +2\mu \;}{\rho }}}$ donde $K$ es el módulo de compresibilidad (el módulo de incompresibilidad), $μ$ es el módulo de cizallamiento (módulo de rigidez, a veces denotado como $G$ y también llamado segundo parámetro de Lamé ), $ρ$ es la densidad del material a través del cual se propaga la onda y $λ$ es el primer parámetro de Lamé .

En situaciones típicas en el interior de la Tierra, la densidad $ρ$ suele variar mucho menos que $K$ o $μ$ , por lo que la velocidad está principalmente "controlada" por estos dos parámetros.

Los módulos elásticos Módulo de onda P , $M$ , se define de manera que ${\textstyle \,M=K+{\tfrac {4}{3}}\mu \,}$ y por lo tanto $v_{\mathrm {p} }={\sqrt {\frac {\,M\;}{\rho }}}$

Los valores típicos de la velocidad de las ondas P en los terremotos oscilan entre 5 y 8 km/s. La velocidad precisa varía según la región del interior de la Tierra, desde menos de 6 km/s en la corteza terrestre hasta 13,5 km/s en el manto inferior y 11 km/s a través del núcleo interno. ^{[ 6 ]}

El geólogo Francis Birch descubrió una relación entre la velocidad de las ondas P y la densidad del material en el que viajan dichas ondas: $v_{\mathrm {p} }=a({\bar {M}})+b\,\rho$ que más tarde se conoció como la ley de Birch . (El símbolo $a ()$ es una función tabulada empíricamente, y $b$ es una constante).

Véase también

Referencias

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«Glosario fotográfico de terremotos» . Servicio Geológico de los Estados Unidos. Archivado del original el 27 de febrero de 2009. Consultado el 8 de marzo de 2009 .

Enlaces externos

Animación de una onda P
Calculadora de velocidad de onda P
Catálogo de ilustraciones animadas de ondas sísmicas de Purdue
Animaciones que ilustran conceptos simples de propagación de ondas, por Jeffrey S. Barker. Archivadas el 10 de mayo de 2017 en Wayback Machine.
Redes bayesianas para la clasificación de la magnitud de terremotos en un sistema de alerta temprana.

[John-1] Milsom, J. (2003). Geofísica de campo . Serie de guías de campo geológicas. Vol. 25. John Wiley and Sons. pág. 232. ISBN 978-0-470-84347-5. Consultado el 25 de febrero de 2010 .

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[Negendank-3] Rubinstein, Justin L.; Shelly, DR; Ellsworth, WL (2009). "Temblor no volcánico: Una ventana a las raíces de las zonas de falla" . En Cloetingh, S.; Negendank, Jorg (eds.). Nuevas fronteras en ciencias integradas de la Tierra sólida . Springer. pág. 287 y ss . ISBN 978-90-481-2736-8El análisis de las ondas sísmicas proporciona un medio directo de alta resolución para estudiar la estructura interna de la Tierra ...

[Fowler-4] Fowler, CMR (2005). «§4.1 Ondas a través de la Tierra» . La Tierra sólida: una introducción a la geofísica global (2.ª ed.). Cambridge University Press. p. 100. ISBN 978-0-521-58409-8La sismología es el estudio del paso de ondas elásticas a través de la Tierra. Es, sin duda, el método más potente disponible para estudiar la estructura del interior de la Tierra, especialmente la corteza y el manto.

[5] Lowrie, William. Los fundamentos de la geofísica . Cambridge University Press, 1997, pág. 149.

[6] Dziewonski, Adam M.; Anderson, Don L. (1981). "Modelo preliminar de referencia de la Tierra". Física de la Tierra y los Interiores Planetarios . 25 (4): 297– 356. Bibcode : 1981PEPI...25..297D . doi : 10.1016/0031-9201(81)90046-7 .

[7] "Registro acústico" . Geofísica. Agencia de Protección Ambiental de EE. UU . 12 de diciembre de 2011. Archivado del original el 22 de octubre de 2011. Consultado el 3 de febrero de 2015 .

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