您的瀏覽器不支援JavaScript功能,若網頁功能無法正常使用時,請開啟瀏覽器JavaScript狀態。 中央氣象局數位科普網-天搖地動感受地震波
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2018/09/05
天搖地動感受地震波

很多人在小時候應該都有嘗試過,將一顆小石頭丟到平靜的湖中,會看到一圈又一圈的波紋往外擴散開來;但是,卻很少人知道,當地震發生時,也會產生波紋,往外傳送。

我們知道聲音在傳遞時,聲波會因為介質不同成為橫波或縱波;相同的道理,  斷層錯動引發大地震動,從震源開始以波的形式向四面八方傳遞,稱為地震波;而地震波在地球內部傳遞時,也會因為地球內部構造組成的不同,而有所分別。

地震波從震源處以波的形式向四面八方傳遞。

震源與震央位置示意圖

 

科學家將地震波依照傳播路徑分為兩大類:

體波(body wave):在地球內部傳播,依波動性質之不同又分為:

  • P波(primary wave,縱波或壓縮波):傳遞速度較快,通常是地震發生後,最早被地震儀偵測到的波。波的行進方式,就像抓住彈簧的一端前後推拉,產生波動一樣,波的行進方向與介質運動的方向平行,藉由介質的壓縮和伸張,能量向外傳遞。
  • S波(shear wave or secondary wave,橫波或剪力波):傳遞速度較慢,S波的行進就像將彈簧的一端固定在牆上,另一端用手抓住上下甩動,波的行進方向與介質的振動方向是垂直的,藉由介質的變形,能量向外傳遞。

P波的行進方向與介質運動的方向平行;S波的行進方向與介質的振動方向垂直。

P波和S波傳遞示意圖 

表面波(surface wave):只能沿地球表層傳播,是威力最強、水平傳播距離最遠的地震波,雖然能量會隨著傳播距離而減少,但是頻率低、振幅大的表面波仍可以傳到幾千公里外的地區。表面波由運動方式可區分為:

  • 雷利波(Rayleigh wave):上下混合震動,運動軌跡為橢圓形震動,它的運動方式就像海浪一樣,而震動振幅會隨深度增加而減少。
  • 洛夫波(Love wave):振動方向和波前進方向垂直,振動只發生在水平方向上,沒有垂直分量,只有左右震動,側向震動振幅會隨深度增加而減少。

雷利波是上下混合震動,運動軌跡為橢圓形震動;洛夫波沿著水平面產生和波傳播方向垂直的運動。

雷利波和洛夫波傳遞示意圖

P波帶給人的感受是地表、房屋等上下震動,不過震動通常較小。而S波帶給人的感受,則是歷時較長而且強烈的水平搖晃,所帶來的破壞性通常也較高。

 P波帶給人的感受是地表、房屋等上下震動;而S波帶給人的感受則是強烈的水平搖晃。

P波和S波造成地表晃動方向的差異

以上四種波的速度為 P 波> S波 > 雷利波 > 洛夫波。因此,體波於地震發生時產生,經過地球內部,傳達至地球表面時轉變為表面波作傳播,若先不考慮地震波動的衰減與幾何擴散特性,那麼在地表所感受到的振動應該是先由 P 波引起的短週期上下振動,隨後為由 S 波引起的短週期水平振動,最後是由表面波引起的長週期振動。因此地震時,我們會先感受上下振動,再來水平振動。

地震波在地球內部傳遞時,依地球內部構造所表現出來的震波特性,可幫助科學家了解地球構造,進而了解到地震時斷層的變動情形,可說是地震學說非常重要的一環。

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