امواج S : امواج برشی ثانویه که فقط در جامدات منتشر می‌شوند

امواج S: لرزه‌نگار طبیعت

امواج S چیستند و چگونه حرکت می‌کنند؟

برای درک امواج S، ابتدا باید بدانیم که وقتی زمین می‌لرزد، انرژی به شکل امواج مختلفی از کانون زمین‌لرزه به بیرون منتشر می‌شود. امواج S یکی از این انواع هستند. نام آن‌ها از کلمه ثانویه به معنای "ثانویه" گرفته شده است، زیرا پس از امواج اولیه به ایستگاه‌های لرزه‌نگاری می‌رسند.

حرکت این امواج بسیار خاص است. آن‌ها به صورت عمود بر جهت پیشروی موج، ماده را به ارتعاش درمی‌آورند. تصور کنید یک طناب را به دیواری بسته‌اید و سر دیگر آن را در دست دارید. اگر طناب را سریع به بالا و پایین تکان دهید، یک موج به سمت دیوار می‌رود. در این حالت، ذرات طناب عمود بر جهت حرکت موج نوسان می‌کنند. حرکت امواج S دقیقاً شبیه به این مثال است.

مقایسه امواج S و امواج P: یک نبرد لرزه‌ای

برای درک بهتر امواج S، مقایسه آن با نزدیک‌ترین همراهش، یعنی امواج P، بسیار مفید است. این دو در بسیاری از ویژگی‌ها با هم تفاوت دارند.

همان‌طور که در جدول دیده می‌شود، مهم‌ترین و جالب‌ترین ویژگی امواج S این است که آن‌ها قادر به عبور از مایعات و گازها نیستند. دلیل این امر به ماهیت حرکت برشی آن‌ها برمی‌گردد. مایعات و گازها در برابر تغییر شکل برشی مقاومت نمی‌کنند (شما می‌توانید به راحتی آب را هم بزنید)، بنابراین نمی‌توانند انرژی یک موج برشی را منتقل کنند. این ویژگی، کلیدی برای کشف هسته مذاب زمین بوده است.

نقش امواج S در کاوش اعماق زمین

دانشمندان نمی‌توانند مستقیماً به اعماق زمین سفر کنند. در عوض، آن‌ها مانند پزشکان که از سونوگرافی استفاده می‌کنند، از امواج لرزه‌ای برای "دیدن" درون زمین بهره می‌برند. امواج S در این زمینه نقش یک کارآگاه(کارآگاه) را ایفا می‌کنند .

وقلی یک زمین‌لرزه بزرگ رخ می‌دهد، امواج لرزه‌ای در تمام جهات پخش می‌شوند. ایستگاه‌های لرزه‌نگاری در سراسر جهان این امواج را ثبت می‌کنند. دانشمندان متوجه شدند که در طرف مقابل کره زمین نسبت به کانون یک زمین‌لرزه، یک "سایه لرزه‌ای"^۷ برای امواج S وجود دارد. این بدان معناست که امواج S از آن ناحیه ثبت نمی‌شوند.

این مشاهده تنها با یک توضیح ممکن بود: یک لایه مایع در اعماق زمین مانع از عبور امواج S می‌شود. این کشف منجر به شناسایی هسته بیرونی مذاب زمین شد. بنابراین، امواج S به طور غیرمستقیم وجود هسته مایع زمین را اثبات کردند.

امواج S در عمل: از لرزه‌نگاری تا مهندسی سازه

امواج S فقط یک مفهوم تئوری نیستند؛ کاربردهای عملی بسیار مهمی دارند. هنگام وقوع زلزله، این امواج هستند که مسئول اصلی تکان‌های شدید و مخرب جانبی هستند. این تکان‌ها می‌توانند باعث ریزش ساختمان‌ها، پل‌ها و دیگر سازه‌ها شوند.

مهندسان عمران برای طراحی ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله، باید رفتار امواج S را به دقت مطالعه کنند. آن‌ها با شبیه‌سازی اثرات این امواج بر انواع سازه‌ها، می‌توانند مصالح بهتری انتخاب کرده و روش‌های ساخت‌وساز مقاوم‌تری را ابداع کنند. برای مثال، استفاده از میراگرهای ارتعاشی^۸ در ساختمان‌های بلند، یکی از راه‌های جذب انرژی مخرب امواج S است.

یک آزمایش ساده برای درک اثر مخرب موج S: چند قطعه لگو را روی یک صفحه سفت بچینید. اگر صفحه را به آرامی به جلو و عقب بکشید (شبیه موج P)، سازه احتمالاً سالم می‌ماند. اما اگر صفحه را به سرعت به صورت جانبی تکان دهید (شبیه موج S)، سازه بلافاصله فرو می‌ریزد. این آزمایش ساده، قدرت تخریب‌گر امواج برشی را نشان می‌دهد.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

^۱امواج برشی ثانویه (S-Waves یا Shear Waves): امواج لرزه‌ای که در آن ذرات ماده عمود بر جهت انتشار موج نوسان می‌کنند.

^۲امواج اولیه (P-Waves یا Primary Waves): امواج لرزه‌ای فشاری که سریع‌ترین بوده و اولین موج ثبت شده هستند.

^۳ساختار درونی زمین (Earth's Internal Structure): لایه‌های مختلف تشکیل‌دهنده کره زمین از جمله پوسته، گوشته و هسته.

^۴زلزله (Earthquake): لرزش ناگهانی پوسته زمین در اثر آزادسازی انرژی ذخیره شده در سنگ‌ها.

^۵مدول برشی (Shear Modulus): معیاری برای سنجش مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل برشی.

^۶چگالی (Density): جرم یک ماده در واحد حجم.

^۷سایه لرزه‌ای (Shadow Zone): ناحیه‌ای روی سطح زمین که در آن امواج لرزه‌ای خاصی (مانند S-Waves) پس از یک زمین‌لرزه بزرگ ثبت نمی‌شوند.

^۸میراگرهای ارتعاشی (Seismic Dampers): وسایل مکانیکی که در سازه‌ها نصب می‌شوند تا انرژی لرزه‌ای را جذب و اتلاف کنند.

^۹مدول حجمی (Bulk Modulus): معیاری برای سنجش مقاومت یک ماده در برابر تغییر حجم تحت فشار.