P波

P波（一次波または圧力波）は、地震学では地震波と呼ばれる弾性体波の2つの主要なタイプの1つです。P波は他の地震波よりも速く伝わるため、地震が発生した場所や地震計に最初に到達する信号となります。P波は気体、液体、または固体を透過します。

命名法

P波という名称は、圧力波（圧縮と希薄化が交互に繰り返されることから形成される）または一次波（速度が速く、地震計で最初に記録される波であることから）のいずれかを表すことができます。 ^{[ 1 ]} S波という名称は、別の地震波伝播モードを表し、二次波または剪断波、通常は一次波よりも破壊的な波を表します。

地球の地震波

一次波と二次波は地球内部を伝わる実体波です。地球内部におけるP波とS波の動きと挙動は、地球内部の構造を探るために監視されています。深度に応じた速度の不連続性は、位相または組成の変化を示しています。地震などの地震発生時に発生する波の到達時刻は、波の進路の違いによって異なるため、これを利用して地球内部の構造をマッピングすることができます。^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

P波シャドウゾーン

地球深部構造に関するほぼすべての情報は、地震実体波（通常モード）の伝播時間、反射、屈折、相転移の観測から得られます。P波は地球内部の流体層を通過しますが、半固体のマントルと液体の外核との間の遷移部を通過する際にわずかに屈折します。その結果、地震の震源から103°から142°の間にP波の「影の領域」 ^[⁵^]が形成され、そこでは初期のP波が地震計に記録されません。一方、S波は液体を伝播しません。

地震警報として

破壊的な二次波やレイリー波よりも速く地殻を伝播する非破壊的な一次波を検出することにより、事前の地震警報が可能になります。

警報の威力は、P波の到達から他の破壊的な波の到達までの遅延時間に依存し、通常は数秒単位ですが、2011年東北地方太平洋沖地震のような深く遠距離で発生する大地震の場合は最大60～90秒です。警報の有効性は、P波を正確に検知し、トラックや建設工事などの地域活動による地盤振動を排除できるかどうかにかかっています。地震早期警報システムは自動化が可能で、警報の発令、エレベーターを最寄り階で停止させる、電気やガスなどの公共設備の停止といった、即時の安全対策を講じることができます。

伝搬

速度

等方性かつ均質な固体では、P波は縦方向に直線的に伝播します。そのため、固体中の粒子は波動エネルギーの伝播軸（運動方向）に沿って振動します。このような媒質におけるP波の速度は次式で与えられます。ここで、 $K$ は体積弾性係数（非圧縮性係数）、 $μ$ はせん断弾性係数（剛性率、 $G$ と表記されることもあり、第2ラメパラメータとも呼ばれます）、 $ρ$ は波が伝播する物質の密度、 $λ$ は第1ラメパラメータです。 $v_{\mathrm {p} }\;=\;{\sqrt {\frac {\,K+{\tfrac {4}{3}}\mu \;}{\rho }}}\;=\;{\sqrt {\frac {\,\lambda +2\mu \;}{\rho }}}$

地球内部の典型的な状況では、密度 $ρ の変化は通常$ $K$ や $μ$ よりもはるかに小さいため、速度は主にこれら 2 つのパラメータによって「制御」されます。

弾性係数 P波係数は次のように定義され、それによって $M$ ${\textstyle \,M=K+{\tfrac {4}{3}}\mu \,}$ $v_{\mathrm {p} }={\sqrt {\frac {\,M\;}{\rho }}}$

地震におけるP波速度の典型的な値は5～8km/sの範囲です。正確な速度は地球内部の領域によって異なり、地殻では6km/s未満、下部マントルでは13.5km/s、内核では11km/sに達します。^{[ 6 ]}

一般的な岩石の速度^{[ 7 ]}
岩石の種類	速度 [m/s]	速度 [ft/s]
未固結砂岩	4,600～5,200	15,000～17,000
固結砂岩	5,800	19,000
シェール	1,800～4,900	6,000～16,000
石灰岩	5,800～6,400	19,000～21,000
ドロマイト	6,400～7,300	21,000～24,000
無水石膏	6,100	2万
花崗岩	5,800～6,100	19,000～20,000
斑れい岩	7,200	23,600

地質学者フランシス・バーチは、P波の速度と波が伝わる物質の密度の関係を発見しました。これは後にバーチの法則として知られるようになりました。（記号 $a$ $（）$ は経験的に表された関数、 $b$ は定数です。） $v_{\mathrm {p} }=a({\bar {M}})+b\,\rho$

参照

参考文献

^ミルソム, J. (2003).フィールド地球物理学. 地質学フィールドガイドシリーズ. 第25巻. ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. p. 232. ISBN 978-0-470-84347-5. 2010年2月25日閲覧。
^ GR Helffrich & BJ Wood (2002). 「地球のマントル」(PDF) . Nature . 412 (8月2日): 501–7 . doi : 10.1038/35087500 . PMID 11484043. S2CID 4304379 .
^ Rubinstein, Justin L.; Shelly, DR; Ellsworth, WL (2009). 「非火山性微動：断層帯の根源を探る窓」 Cloetingh, S.; Negendank, Jorg (編). New Frontiers in Integrated Solid Earth Sciences Springer. p. 287 ff . ISBN 978-90-481-2736-8地震波の解析は、地球の内部構造を直接的に高解像度で研究する手段となります。
^ Fowler, CMR (2005). 「§4.1 地球を貫く波動」 . 『固体地球：地球地球物理学入門』（第2版）. ケンブリッジ大学出版局. p. 100. ISBN 978-0-521-58409-8地震学は、地球を伝わる弾性波を研究する学問です。地球内部、特に地殻とマントルの構造を研究するための最も強力な方法と言えるでしょう。
^ローリー、ウィリアム.地球物理学の基礎. ケンブリッジ大学出版局, 1997年, 149ページ.
^ Dziewonski, Adam M.; Anderson, Don L. (1981). 「予備的地球モデル」.地球惑星内部の物理学. 25 (4): 297– 356. Bibcode : 1981PEPI...25..297D . doi : 10.1016/0031-9201(81)90046-7 .
^ 「音響検層」 . 地球物理学. 米国環境保護庁. 2011年12月12日. 2011年10月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年2月3日閲覧。

「地震の写真用語集」。米国地質調査所。2009年2月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年3月8日閲覧。

外部リンク

[John-1] ミルソム, J. (2003).フィールド地球物理学. 地質学フィールドガイドシリーズ. 第25巻. ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. p. 232. ISBN 978-0-470-84347-5. 2010年2月25日閲覧。

[Helffrich-2] GR Helffrich & BJ Wood (2002). 「地球のマントル」(PDF) . Nature . 412 (8月2日): 501–7 . doi : 10.1038/35087500 . PMID 11484043. S2CID 4304379 .

[Negendank-3] Rubinstein, Justin L.; Shelly, DR; Ellsworth, WL (2009). 「非火山性微動：断層帯の根源を探る窓」 Cloetingh, S.; Negendank, Jorg (編). New Frontiers in Integrated Solid Earth Sciences Springer. p. 287 ff . ISBN 978-90-481-2736-8地震波の解析は、地球の内部構造を直接的に高解像度で研究する手段となります。

[Fowler-4] Fowler, CMR (2005). 「§4.1 地球を貫く波動」 . 『固体地球：地球地球物理学入門』（第2版）. ケンブリッジ大学出版局. p. 100. ISBN 978-0-521-58409-8地震学は、地球を伝わる弾性波を研究する学問です。地球内部、特に地殻とマントルの構造を研究するための最も強力な方法と言えるでしょう。

[5] ローリー、ウィリアム.地球物理学の基礎. ケンブリッジ大学出版局, 1997年, 149ページ.

[6] Dziewonski, Adam M.; Anderson, Don L. (1981). 「予備的地球モデル」.地球惑星内部の物理学. 25 (4): 297– 356. Bibcode : 1981PEPI...25..297D . doi : 10.1016/0031-9201(81)90046-7 .

[7] 「音響検層」 . 地球物理学. 米国環境保護庁. 2011年12月12日. 2011年10月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年2月3日閲覧。

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[

[ 6 ]

[ 7 ]