2.4. Maanjäristysaallot ja maapallon sisärakenne

Ennen kuin paneudut tämän osion asioihin sinun kannattaisi opiskella kirjasta

(Terrassa esim. kuvat sivuilla 95, 104, 106, 108 ja Globuksessa sivuilla 64,

66, 68, 69, 71 72 – 73, 75, 76, 77) maapallon kerroksellinen sisärakenne.

Oppimista nopeuttava muistisääntö on, että joka toinen kerroksista on kiinteä,

joka toinen pehmeä tai nestemäinen (kuva 7a).

Litosfääri (kiinteä)

Astenosfääri (puolisula)

Mesosfääri (kiinteä)

Nesteydin

Kiinteä ydin

Mannerkuori Mereinen kuori

Vaippa

Litos-fääri

Ydin

Kuva 7a. ”Kotipizzan” rakenne. Joka toinen maapallon vaipan ja ytimen sipulimaisesti järjestäytyneistä kerroksista on sula, joka toinen kiinteä. Huomaa käsitteen ”litosfääri” kaksoismerkitys: litosfääri on 1) kuori ja vaipan ylin kerros yhdessä 2 ) vaipan ylin kerros sellaisenaan.

Kuori

P- ja S-aallot

Maapallon sisärakenne on päätelty maanjäristysaaltojen avulla. Aalloista

tunnetaan kaksi päätyyppiä. Päätyyppejä kutsutaan P- ja S-aalloiksi. Nimet

viittaavat aaltojen nopeuteen. P-aallot saapuvat mittausasemille

ensimmäisinä (P = englanniksi primary = ensimmäinen), S-aallot vasta P-

aaltojen jälkeen (S = englanniksi secondary = toinen). P-aaltojen nopeus

maan kuoressa on n. 6 km / s, S-aaltojen nopeus n. 3 km / s.

Mitä tiiviimpää on väliaine sitä suuremmaksi aaltojen nopeus kasvaa. Tästä

johtuu että molemmat aaltotyypit liikkuvat kuorikerroksessa hitaammin kuin

syvemmällä maapallon sisällä. Nopeudessa tapahtuu myös Globus-kirjan

kuvan (ylempi kuvista sivulla 95) mukaisia jyrkkiä muutoksia tietyissä

syvyyksissä maapallon sisällä. Näillä kohdin väliaineen laatu muuttuu äkisti.

Aaltotyyppien keskinäinen nopeusero johtuu aaltojen muodosta. P-aallot ovat

pitkittäisiä samaan tapaan kuin Peräänajo(P)aallot ketjukolarissa. S-aallot

ovat poikittaisia. Ne kiemurtelevat (S) samaan tapaan kuin aallot veden

pinnalla. Jokaisesta maanjäristyksestä syntyy molempia aaltotyyppejä (Kuva

7b).

aallonpituus

P-aallot (viivoitetut vyöhykkeet) etenevät aallon synnyttäneen iskun suunnassa, kuten autojonoon ketjukolarissa kohdistuva sysäys.

aallonpituus

S-aaltoja syntyy, kun isku kohdistuu väliaineeseen vinosti.

Kuva 7b. P- ja S-aaltojen synty.

Mitä kauempana järistyskeskuksesta ollaan sitä pitempi on aikaväli P-aaltojen

saapumisesta S-aaltojen saapumiseen (kirjan kuva seismogrammista sivulla

110 Terrassa ja s. 90 Globuksessa). Aikaeron perusteella voidaan laskea

järistyskeskuksen etäisyys. Jo kolmen mittausaseman avulla saadaan myös

selville järistyskeskuksen tarkka sijainti (kuvat 8a ja 8b).

Väliaika-asema MAALIS. Aaltonen 3 m / sek

P. Vilpas 6 m / sek

Kuva 8a. P-S-aaltojen saapumisjärjestys seismografisille asemille. Koska P-aallot koko ajan etenevät S-aaltoja nopeammin, kasvaa P-aaltojen etumatka sitä suuremmaksi mitä kauemmaksi lähtöpisteestä edetään. Mitä suurempi on etumatka sitä kauempana maanjäristyskeskus on.

1000 km

350 km

600 km

Kuva 8b. Järistyskeskuksen sijaintipaikan päätteleminen kolmen mittausaseman (A,B ja C) avulla.

Järistyskeskus

A

B C

Väliaineen laatu vaikuttaa S- ja P-aaltoihin eri tavalla. P-aallot etenevät sekä

kiinteässä että nestemäisessä aineessa. Ilmiötä ovat hyödyntäneet jo

muinaiset suomalaiset pyydystäessään mateita kirkkaan syysjään läpi . Jos

mateen kohdalla jäätä napauttaa voimakkaasti nuijalla, made kuolee. P-aalto

etenee ensin kiinteässä väliaineessa (jää) ja jatkaa kulkuaan nestemäisessä

väliaineessa (vesi). S-aallot etenevät vain kiinteässä, mutta eivät

nestemäisessä väliaineessa (liike rajoittuu nestemäiseen väliaineen pintaan).

Pinta- ja runkoaallot

Sekä P- että S-aallot voidaan jakaa pinta- ja runkoaaltoihin. Pinta-aallot

etenevät maan kuoressa, runkoaallot oikaisevat maan sisäosien läpi.

Kaukaisiin mittauspisteisiin P-runkoaallot saapuvat nopeimmin. Viimeisinä

mittauspisteissä rekisteröidään S-pinta-aaltoja.

P- ja S-runkoaaltokatveet

Kun maanjäristys tapahtuu, muodostuu maapallon vastakkaiselle puolelle

alue, jonne S-runkoaaltoja ei saavu ollenkaan. Aluetta kutsutaan S-

runkoaaltokatveeksi. Katve johtuu ytimen ulommaisesta laadultaan

nestemäisestä osasta. Se estää laajoilla alueilla S-runkoaaltojen suoran

saapumisen (kuva 9).

Nesteydin

S-runkoaaltokatve

Kuva 9. S-runkoaaltokatve syntyy nestemäisen ytimen vaikutuksesta.

Vastaavan kaltainen, mutta kapeampi katve muodostuu P-runkoaalloille.

Tämän synty voidaan selittää ilmiöllä, jota kutsutaan aaltojen taittumiseksi.

Taittuminen tarkoittaa sitä, että aalto muuttaa hivenen suuntaansa aina, kun

väliaineen laatu muuttuu. Mehulasissa seisova imupilli näyttää tekevän

mutkan nesteen pinnan kohdalla. Tässä valoaallot muuttavat hieman

suuntaansa väliaineen vaihtuessa mehusta ilmaksi tai päinvastoin (kuva 10).

Kuva 10. Valoaallot taittuvat, kun väliaine muuttuu ilmasta vedeksi. Ilman ja nesteen rajapinnassa imupilli näyttää taipuvan.

Samalla tavalla P-runkoaallot muuttavat hieman suuntaansa siirtyessään

vaipasta nestemäiseen ytimeen. Taittumisen perussääntö on, että

aaltoliikkeen suunnan muutos sen saapuessa ytimeen on yhtäsuuri kuin on

suunnanmuutos sen poistuessa ytimestä ulos (kuva 11). Kuvasta 12 näkyy,

miten taittuminen synnyttää P-runkoaaltokatveen tietylle etäisyydelle

järistyskeskuksesta. P-aaltojen taittumisen ja S-aaltojen pysähtymisen

perusteella on päädytty tulokseen, että nestemäisen ytimen halkaisija on n.

3000 km.

Kuva 11. Maanjäristysaaltojen taittuminen. Tulo- ja poistumiskulma ovat yhtä suuret maanjäristysaallon läpäistessä tiheydeltään erilaisia kerroksia.

Tulokulma

Poistumiskulma

Kerroksen muodostamaa pallopintaa vasten piirretyt kohtisuorat.

Esimerkiksi vaipan ja ytimen välinen rajakerros.

P-runkoaalto-katve

Kuva 12. Esimerkki aaltojen taittumisesta. P-runkoaaltokatve muodostuu paikkaan, minne vaipan ja nesteytimen välisen epäjatkuvuuspinnan vuoksi ei saavu lainkaan maapallon läpäiseviä (siis runko-) P-aaltoja.

Nesteydin Vaippa

Kiinteä ydin

Taittumisen ohella aalloilla on taipumus heijastua. Heijastumisessa aaltojen

tulokulma heijastavaan pintaan on yhtä suuri kuin on heijastuskulma pinnasta

pois (Kuva 13). Peili ja kaiku ovat tästä arkisia esimerkkejä.

Maanjäristysaallot voivat heijastua takaisin maapallon sisään maapallon

kuoresta.

Kuva 13. Aaltojen heijastuminen. Tulokulma α on sama kuin heijastuskulma β.

α

β