Жер сілкінісі кезінде жер табанымыз астында дірілдегенде, планета қойнауында сол сәтте қандай күрделі және бір мезгілде таңғажайып физикалық сурет өрбіп жатқанын ойлайтын адам аз. Сейсмикалық толқындар — бұл жай ғана топырақтың тербелісі емес, бұл Жердің ғалымдарға өзінің ішкі құрылысы, тарихы және тіпті болашағы туралы айтатын тіліне ұқсас нәрсе. Сейсмикалық толқындар туралы қызықты деректер физика, геология және математика біздің планетаны тану үшін бірыңғай құралға бірігетін баурап алатын әлемді ашып береді. Осы толқындарды зерттеу арқасында адамзат сондай тереңдікке дейін бірде-бір ұңғыма бұрғыламай-ақ, аяғымыздың астында мыңдаған километр тереңдікте не жасырынып жатқанын білді. Сейсмикалық толқындар туралы керемет деректер бұл көзге көрінбейтін тербелістердің табиғатты ғылыми тану үшін ең қуатты құралдардың бірі екеніне сізді сендіреді.
- Сейсмикалық толқындар екі негізгі түрге бөлінеді — Жер қалыңдығы арқылы тараятын көлемдік толқындар және планета бетімен қозғалатын беттік толқындар. Көлемдік толқындар өз кезегінде бастапқы немесе P-толқындар және қайталама немесе S-толқындар деп бөлінеді. Беттік толқындардың екі түрі бар — оларды теориялық тұрғыдан сипаттаған ғалымдардың есімімен аталған Рэлей толқындары және Лав толқындары. Беттік толқындар көлемдік толқындарға қарағанда баяуырақ қозғалғанымен, жер сілкінісі кезінде ең үлкен қирауларды дәл олар тудырады.
- P-толқындар немесе бастапқы толқындар барлық сейсмикалық толқын түрлерінің ішіндегі ең жылдамдары болып табылады және жер сілкінісінен кейін сейсмографтармен бірінші болып тіркеледі — атауын алуына дәл осы себеп болды. Олар заттың бөлшектері толқын таралатын бағытта тербелетін бойлық қысу толқындарын білдіреді. P-толқындар қатты денелер, сұйықтықтар және газдар арқылы таралу қабілетіне ие, бұл оларды басқа сейсмикалық толқын түрлерінен ерекшелендіреді. Жердің жоғарғы мантиясында олардың жылдамдығы секундына шамамен 8 километрге жетеді, ал жер қыртысында ол секундына шамамен 6 километрді құрайды.
- S-толқындар немесе қайталама толқындар заттың бөлшектері толқынның таралу бағытына перпендикуляр тербелетін көлденең ығысу толқындары болып табылады. Олар P-толқындарға қарағанда шамамен екі есе баяуырақ қозғалады және сейсмографтармен екінші болып тіркеледі. S-толқындардың ең маңызды қасиеті олардың сұйықтықтар арқылы тарала алмайтындығы болып табылады. Дәл осы қасиет Жердің сыртқы ядросы сұйық күйде екенінің негізгі дәлелі болды — ғалымдар S-толқындардың оның арқылы өтпейтінін анықтады.
- 1885 жылы өздерінің өмір сүруін теориялық тұрғыдан болжаған ағылшын физигі лорд Рэлейдің есімімен аталған Рэлей толқындары бөлшектердің тік жазықтықта эллиптикалық траектория бойынша қозғалатын ерекше беттік толқын түрін білдіреді. Мұндай қозғалыс мұхит бетіндегі толқындардың қозғалысына ұқсайды, сондықтан Рэлей толқындарын кейде жерасты теңізі деп атайды. Олар S-толқындар жылдамдығының шамамен 92 пайызына тең жылдамдықпен таралады және барлық сейсмикалық толқын түрлерінің ішіндегі ең қиратушылары болып табылады. Күшті жер сілкінісі кезінде ғимараттар мен жер бетінің сипатты тербелісіне дәл Рэлей толқындары жауапты.
- Британдық математик Огастес Лав 1911 жылы ашқан Лав толқындары топырақ бөлшектері көлденеңінен және толқынның таралу бағытына перпендикуляр тербелетін көлденең беттік толқындар болып табылады. Олар Рэлей толқындарына қарағанда жылдамырақ қозғалады және жерасты құбыр желілері, кабельдер мен ғимараттар іргетастары үшін ерекше қауіпті. Лав толқындары тек S-толқындарының жылдамдығы тереңдікпен бірге артатын жағдайда ғана пайда болады, бұл нақты геологиялық қималар үшін типтік жағдай болып табылады. Олардың сипатты көлденең қозғалысы конструктивті тұрғыдан дайындалмаған ғимараттар бүйір жүктемелерге ұшыраған кезде жиі қирауға себеп болады.
- Сейсмикалық толқындардың Жер арқылы өтуінің сипатын зерттей отырып, ғалымдар планетамыздың ішкі құрылысының егжей-тегжейлі моделін — жер қыртысын, мантияны, сұйық сыртқы ядро мен қатты ішкі ядроны анықтай алды. Сейсмикалық толқындардың көмегімен планета қойнауларын зерттеудің бұл әдісін жиі медициналық томографиямен салыстырады — екі әдіс те мөлдір емес нысанның ішін көруге мүмкіндік береді. 1909 жылы хорват сейсмологы Андрей Мохоровичич ашқан жер қыртысы мен мантия арасындағы шекара Мохо беті деп аталады және әлі де қарқынды зерттеулердің нысаны болып табылады. Сейсмикалық толқындарды талдау арқасында Жердің құрамы мен физикалық қасиеттері жағынан айтарлықтай ерекшеленетін концентрлік қабаттардан тұратынын білеміз.
- Сейсмикалық толқындардың таралу жылдамдығы олар өтетін жыныстың серпімді қасиеттері мен тығыздығына байланысты болады және сондықтан Жердің әртүрлі қабаттарында өзгереді. Әртүрлі құрамдағы қабаттар арасындағы шекараларда толқындар сынады және шағылысады, тіпті судың ауамен шекарасында жарық сынғандай. Осы эффектілерді талдау арқасында сейсмологтар үлкен тереңдіктегі геологиялық қабаттардың тереңдігі мен құрамын анықтай алады. Белгілі бір тереңдікте сейсмикалық толқындар жылдамдығының күрт өзгеруі планета қойнауларындағы заттың құрамы немесе күйінің өзгергенінің сенімді көрсеткіші болып табылады.
- Күшті жер сілкіністерінен шыққан сейсмикалық толқындар бүкіл Жерді бірнеше рет айнала алады және сейсмикалық толқыныстың өзі тоқтаған соң да бүкіл әлем бойынша сейсмографтармен ұзақ уақыт тіркеле береді. Аса күшті жер сілкінісінен кейін планета дыбысты қоңырау сияқты буырқанып, ғалымдар Жердің еркін тербелістері деп аталатын құбылысты тіркейді. Бұл тербелістердің ең ұзақ өмір сүретіндері өте төмен жиіліктерге ие, ал бір цикл ұзақтығы бірнеше минуттан бірнеше ондаған минутқа дейін созылады. Осы еркін тербелістерді зерттеу ғалымдарға Жердің терең қойнауларының серпімді қасиеттері туралы аса құнды ақпарат берді.
- Жердің қатты ішкі ядросын 1936 жылы дат сейсмологы Инге Леман дәл P-толқындардың таралу сипатын талдау арқасында ашты. Ол сұйық сыртқы ядро салдарынан тіркелмеуі керек сейсмикалық көлеңке деп аталатын аймаққа түсуі тиіс P-толқындардың сонда жылжумен бірге тіркелетінін байқады. Бұл сұйық сыртқы ядроның ішінде толқындарды сындыратын және шағылыстыратын қатты ішкі ядро болуы керек дегенді білдірді. Леманның ашылуы сейсмикалық толқындардың планетаның ең терең қойнауларына үңілуге мүмкіндік беретінінің ең жарқын мысалдарының бірі болып табылады.
- Сейсмикалық толқындар жер сілкіністерін зерттеу үшін ғана емес, сонымен қатар қолданбалы мақсаттарда — ең алдымен мұнай-газ барлауында — қолданылады. Сейсморазведка әдісі жасанды жарылыстардан немесе вибрациялық көздерден шыққан шағылысқан және сынған толқындарды талдауға негізделген және бірнеше километр тереңдіктегі геологиялық құрылымдарды картаға түсіруге мүмкіндік береді. Осы әдістің арқасында бүкіл әлемдегі белгілі мұнай мен газ кен орындарының басым бөлігі ашылды. Қазіргі үшөлшемді сейсморазведка метрлермен өлшенетін ажыратымдылықпен жерасты геологиялық құрылымдарының егжей-тегжейлі көлемдік модельдерін жасауға мүмкіндік береді.
- Сейсмикалық толқындармен жиі шатастырылатын цунами шын мәнінде бөлек құбылыс болып табылады — бұл су астындағы жер сілкінісі, жанартау атқылауы немесе су астындағы көшкін қоздырған мұхит бетіндегі толқындар. Алайда су астындағы жер сілкінісі мұхит түбінің қатты жыныстарындағы нақты сейсмикалық толқындарды да, су қабатындағы цунамиді де тудырады. Су астындағы жер сілкінісінен шыққан сейсмикалық толқындар цунамиден әлдеқайда ерте жағалауға жетеді, бұл оларды қауіп туралы ертерек хабарлау үшін пайдалануға мүмкіндік береді. Цунамиден ертерек хабарлаудың қазіргі жүйелері дәл сейсмикалық толқындарды лезде тіркеуге және ықтимал цунами параметрлерін есептеуге негізделген.
- Сейсмикалық толқындар тек Жерде ғана тіркелмейді — сейсмометрлер Аполлон миссиялары шеңберінде Айда орнатылып, ай жер сілкіністерін немесе айсілкіністерін тіркеді. Айсілкіністер жер сілкіністерімен салыстырғанда өте ерекше болып шықты — олар жер сілкіністері секунд немесе минут бойы созылатынына қарамастан, кейде бір сағатқа дейін ұзаққа созылады. Мұндай айырмашылықтың себебі Айда су болмауы және сейсмикалық энергияны іс жүзінде сіңірмейтін ай жыныстарының неғұрлым сынғыш, біртекті құрылымы болып табылады. Ай сейсмикалық толқындарын талдау Айдың да қыртысы, мантиясы және мүмкін, шағын металл ядросы бар ішкі құрылымға ие екенін көрсетті.
- Аса күшті ядролық жарылыстар таралу сипаты бойынша жерасты жер сілкіністерінен шыққан толқындарға өте ұқсас сейсмикалық толқындар тудырады, бұл тыйым салынған ядролық сынақтарды бақылау үшін сейсмографтардың жаһандық желісін пайдалануға мүмкіндік береді. Ядролық сынақтарды жан-жақты тыйым салу туралы Шарт шеңберінде жұмыс істейтін халықаралық мониторинг жүйесі бүкіл әлем бойынша 170-тен астам сейсмикалық станцияны қамтиды. Тәжірибелі сейсмологтар P- және S-толқындарының амплитудалар арақатынасындағы сипатты айырмашылықтар бойынша жерасты ядролық жарылысты табиғи жер сілкінісінен ажырата алады. Бұл қабілет сейсмологияны халықаралық қауіпсіздік пен ядролық қаруды бақылаудың маңызды құралына айналдырды.
Сейсмикалық толқындар туралы тамаша деректер бұл көзге көрінбейтін тербелістердің жер сілкіністерінің жай ғана жанама әсерінен әлдеқайда көп нәрсе екенін айқын көрсетеді. Олардың арқасында адамзат планета қойнауларына мыңдаған километр тереңдікте үңілу, басқа аспан денелерінің құрылысын тану және тіпті ядролық қарусыздану жөніндегі халықаралық келісімдердің орындалуын бақылау мүмкіндігін алды. Сейсмикалық толқындар туралы сіз білмеген болуы мүмкін деректер табиғи құбылысты түсіну қажеттілігінен туған іргелі ғылымның технологиялық және әлеуметтік прогрестің қуатты құралына қалай айналатынына жаңа көзқарас ашып береді. Сейсмикалық толқындар — бұл планетаның тілі, ал адамзат оны бірте-бірте оқуға үйренуде.
