Σχέδιο μαθήματος: Οι σεισμοί στον τόπο μου

Διάρκεια: 2-3 διδακτικά δίωρα

Σκοπός - στόχοι:

Τα παιδιά να είναι σε θέση να:

1. Κατανοούν τον τρόπο υπολογισμού του επικέντρου ενός σεισμού με τριγωνισμό των μετρήσεων τριών διαφορετικών σεισμογραφικών σταθμών.

2. Έχουν τις δεξιότητες που απαιτούνται για να αποφεύγουν τις καταστρεπτικές συνέπειες μιας σεισμικής δόνησης

3. Διαπιστώνουν ότι καμία περιοχή στην Ελλάδα δεν είναι σεισμικά απρόσβλητη

Συμβατότητα με το Αναλυτικό Πρόγραμμα Σπουδών:

1. Στη Γεωγραφία της Στ΄ τάξης υπάρχει ειδική ενότητα για τους σεισμούς

2. Στα Μαθηματικά της Στ΄ τάξης διδάσκεται ο υπολογισμός των ποσοστών και η κλίμακα των χαρτών

Διαθεματική προσέγγιση:

Πολιτική Αγωγή, Γεωγραφία, Ιστορία, Γλώσσα, Μαθηματικά, Φυσική

Χωρισμός ομάδων: Η τάξη μπορεί να χωριστεί σε ομάδες των 4 παιδιών η κάθε μία με βάση την ομαδοσυνεργατική μέθοδο

Προϋπάρχουσα γνώση των μαθητών ως προς τη χρήση ΤΠΕ

1. Μικρή γνώση χειρισμού συναρτήσεων στο Excel

2. Μικρή γνώση χρήσης επεξεργαστή κειμένου

Λογισμικά που χρησιμοποιήθηκαν

1. Ελεύθερο λογισμικό: Google Earth, Javascript

2. Λογισμικό με χρήση άδειας: Microsoft Word

Εξοπλισμός εφαρμογής

1. Η γωνιά του υπολογιστή, βιντεοπροβολέας και σύνδεση στο διαδίκτυο.

2. Εκτυπωτής για την δημιουργία των φύλλων εργασίας

3. Μπορεί να υλοποιηθεί και εξ αποστάσεως με καθοδήγηση από τον εκπαιδευτικό

Φύλλα εργασίας

(Μπορείτε να κατεβάσετε όλο το περιεχόμενο αυτού του πρότζεκτ, μαζί με τα σχετικά φύλλα εργασίας  για εργασία στην τάξη ή το σπίτι, χωρίς ηλεκτρονικό υπολογιστή, σε αρχείο pdf από τον παρακάτω σύνδεσμο)

Σχέδιο Μαθήματος: Οι σεισμοι (pdf)

 

Προτεινόμενη κατανομή χρόνου και ύλης:

1ο δίωρο: α) Τί είναι οι σεισμοί, β) Σεισμοί στην Ελλάδα, γ) Μέτρηση του μεγέθους ενός σεισμού

2ο δίωρο: α) Τα σεισμικά κύματα, β) Πώς βρίσκουμε το επίκεντρο και το μέγεθος ενός σεισμού , γ) Γίνομαι σεισμολόγος, δ) Τι έμαθα;

Γιατί γίνονται σεισμοί και πού;

Αν ρίξουμε μια ματιά στα σημεία της γης που γίνονται οι περισσότεροι σεισμοί είναι ολοφάνερο ότι το μεγαλύτερο μέρος της σεισμικής δραστηριότητας συγκεντρώνεται σε έναν αριθμό διακριτών σεισμικών ζωνών. Για παράδειγμα γύρω από τις ακτές του Ειρηνικού Ωκεανού, ή στη μέση του Ατλαντικού. Αυτές οι σεισμικές ζώνες φανερώνουν με μεγάλη σιγουριά ότι η θεωρία της μετακίνησης των τεκτονικών πλακών είναι ισχυρή.

Τι λέει όμως αυτή η θεωρία;

Το εξωτερικό κέλυφος της Γης, (η Λιθόσφαιρα), αποτελείται από έναν αριθμό άκαμπτων τμημάτων που λέγονται τεκτονικές πλάκες. Αυτές οι πλάκες κινούνται συνεχώς με ρυθμούς λίγων εκατοστών το χρόνο (περίπου όσο γρήγορα μεγαλώνουν τα νύχια σας), καθοδηγούμενες από δυνάμεις βαθιά μέσα στη Γη. Κάτω από τις λιθοσφαιρικές πλάκες, βρίσκεται λεγόμενη Ασθενόσφαιρα. Η Ασθενόσφαιρα, παρ' όλο που αποτελείται από στερεά υλικά όπως άμμος και πέτρες, συμπεριφέρεται σαν υγρό σε πολύ μεγάλες χρονικές κλίμακες, κι έτσι μπορούν να "επιπλέουν" πάνω της οι λιθοσφαιρικές πλάκες και να μετακινούνται. Η ασθενόσφαιρα δηλαδή λειτουργεί σαν ένα γιγαντιαίος μεταφορικός ιμάντας που μετακινεί τις πλάκες που βρίσκονται από πάνω. Αυτές, σύμφωνα με τη θεωρία των λιθοσφαιρικών πλακών, βρίσκονται σε αέναη κίνηση στη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου, και μας δείχνουν ότι ο πλανήτης μας είναι ζωντανός. Το μεγαλύτερο μέρος της σεισμικής δραστηριότητας της Γης συμβαίνει κοντά στα όρια αυτών των πλακών.

Η εξωτερική λιθόσφαιρα αποτελείται από δώδεκα περίπου μεγάλες πλάκες και αρκετές μικρότερες. Στο εσωτερικό της κάθε πλάκας, τα πετρώματα του γήινου φλοιού κινούνται ως ενιαίο άκαμπτο σώμα με μικρή κάμψη και δεν υπάρχουν πολλά ηφαίστεια ή σεισμοί. Στα όριά τους όμως, εκδηλώνεται τo 80% της ηφαιστειακής και σεισμικής δραστηριότητας.

 

Στα σημεία ακριβώς όπου οι πλάκες συγκρούονται  ή όπου η μία πλάκα, ανεβαίνει πάνω στην άλλη,  συσσωρεύονται τεράστιες πιέσεις και είναι οι περιοχές όπου συμβαίνουν οι περισσότεροι σεισμοί.

Οι σεισμοί και τα ηφαίστεια είναι δύο γεωλογικά φαινόμενα που έχουν κοινά αίτια δημιουργίας. Συνυπάρχουν στις περιοχές τις οποίες ονομάζουμε τεκτονικά ενεργές ζώνες και οι οποίες είναι κατά κανόνα όπως είπαμε και παραπάνω, τα όρια των λιθοσφαιρικών πλακών. Εμφανίζονται δηλαδή εκεί όπου οι λιθοσφαιρικές πλάκες είτε πλησιάζουν-συγκλίνουν μεταξύ τους (και επομένως συγκρούονται) είτε αποκλίνουν-απομακρύνονται η μία από την άλλη. Συχνά εμφανίζονται σεισμοί και εκεί όπου οι λιθοσφαιρικές πλάκες κινούνται παράλληλα.

Χώρες με έντονη σεισμικότητα και ηφαιστειότητα είναι η Ισλανδία (που αποτελεί την πλέον ηφαιστειογενή χώρα της Ευρώπης), η Ιταλία και βέβαια η Ελλάδα. Στην Ισλανδία γεωθερμικά φαινόμενα όπως οι εντυπωσιακοί θερμοπίδακες (γκέιζερς) αναδεικνύουν την έντονη ηφαιστειακή δραστηριότητα της περιοχής.

Σεισμική δραστηριότητα εκδηλώνεται επίσης στην Ισπανία, στην Κροατία, στην Αλβανία και σε άλλα ευρωπαϊκά κράτη που βρίσκονται στα όρια μεγάλων ή μικρότερων λιθοσφαιρικών πλακών.

Η Ελλάδα βρίσκεται πολύ κοντά στο όριο σύγκλισης των λιθοσφαιρικών πλακών της Ευρασίας και της Αφρικής. Η μετακίνηση αυτών των δύο πλακών οδηγεί στη σύγκρουσή τους σε ένα μέτωπο μεγαλύτερο των δύο χιλιάδων χιλιομέτρων κατά μήκος της νότιας Ευρώπης!Επειδή η απόσταση της Ελλάδας από το μέτωπο της σύγκρουσης είναι μικρή, η χώρα μας έχει σχεδόν καθημερινά σεισμούς, μικρού ή μεγάλου μεγέθους, ενώ στον τόπο μας δρουν και αρκετά ηφαίστεια.

Το γεγονός ότι η χώρα μας τυχαίνει να βρίσκεται σε εκείνο το σημείο της Γης όπου συναντώνται η αφρικανική και η ευρασιατική λιθοσφαιρική πλάκα έχει ως συνέπεια να είναι η πρώτη σε σεισμικότητα χώρα στη Μεσόγειο και σε όλη την Ευρώπη, ενώ βρίσκεται μέσα στις έξι πιο σεισμογενείς χώρες του κόσμου!

Είναι χαρακτηριστικό πως κάθε χρόνο συμβαίνουν στη χώρα μας περισσότεροισεισμοί από όσους σε όλη την υπόλοιπη Ευρώπη , αποτελεί όμως ευτύχημα για τη χώρα μας το ότι οι πιο πολλοί σεισμοί γίνονται κάτω από τη θάλασσα. Ωστόσο, όλες οι περιοχές της Ελλάδας δεν έχουν την ίδια σεισμικότητα. Η περιοχή κατά μήκος του νοητού τόξου που δημιουργούν τα νησιά του Ιονίου, η Κρήτη και η Ρόδος είναι η πιο σεισμογενής στον ελλαδικό χώρο. Ενεργά ηφαίστεια υπάρχουν στα Μέθανα, στη Μήλο, στη Νίσυρο κ.α., όμως το πιο σημαντικό από όλα τα ελληνικά ηφαίστεια είναι αυτό της Σαντορίνης. Όλα τα παραπάνω συγκροτούν το ηφαιστειακό τόξο του Αιγαίου.

Η ύπαρξη θερμομεταλλικών και ιαματικών πηγών σε πολλά σημεία της χώρας μας συνδέεται στενά με την ηφαιστειακή δράση. Περίπου 750 θερμομεταλλικές πηγές είναι γνωστές στη χώρα μας, 80 από τις οποίες έχουν αναγνωριστεί επίσημα ως ιαματικές. Ιαματικές πηγές υπάρχουν, ενδεικτικά, στην Αιδηψό, στα Μέθανα, στην Τραϊανούπολη Έβρου, στο Λουτράκι Κορινθίας, στην Αριδαία, στην Υπάτη Φθιώτιδας κ.α.

 

Το σεισμογράφημα είναι μια ταινία χαρτιού που καταγράφει τα σεισμικά κύματα. Με μια ματιά στο σεισμογράφημα μπορούμε να καταλάβουμε αν ο σεισμός ήταν πολύ ισχυρός ή όχι. Όσο πιο πλατιές γραμμές έχει, δηλαδή, τόσο πιο δυνατός ήταν ο σεισμός. Στη διπλανή εικόνα φαίνεται πώς μοιάζει ένα σεισμογράφημα. Παρακάτω θα εξηγήσουμε και τι σημαίνουν αυτές οι γραμμές.

Μπορούμε να φτιάξουμε μόνοι μας έναν σεισμογράφο με πολύ απλά υλικά, όπως φαίνεται στην διπλανή εικόνα. Μόλις το φτιάξουμε, το βάζουμε πάνω σε ένα τραπέζι, ένας συμμαθητής μας κουνάει το τραπέζι πίσω-μπρος κι εμείς τραβάμε σταθερά το χαρτί, πάνω στο οποίο ο μαρκαδόρος θα καταγράψει την κίνηση. Όσο πιο δυνατό "σεισμό" κάνει ο συμμαθητής μας, τόσο μεγαλύτερες θα είναι οι κορυφές του σεισμογραφήματος που θα πάρουμε.

Ποιά είναι η μονάδα μέτρησης ενός σεισμού

Όπως είπαμε, μπορούμε να καταλάβουμε πόσο μεγάλος είναι ένας σεισμός κοιτάζοντας το μέγεθος του σήματος απευθείας στο σεισμογράφημα.

Το 1932 ο Τσαρλς Ρίχτερ επινόησε την πρώτη κλίμακα μεγέθους για τη μέτρηση των σεισμών και γι' αυτό η κλίμακά του έμεινε γνωστή ως "κλίμακα Ρίχτερ". Ο Ρίχτερ παρατήρησε τους σεισμούς της Καλιφόρνια ώστε να έχει μια βάση για τις μετρήσεις του. Έτσι μπορούσε να υπολογίσει το μέγεθος ενός σεισμού συγκρίνοντας το πλάτος του σήματος με έναν παλιότερο σεισμό που είχε μετρήσει ήδη.

Η κλίμακα Ρίχτερ μετράει το συνολικό ποσό ενέργειας που εκλύεται, ανεξάρτητα από την ένταση. Με βάση αυτή την κλίμακα, το το πλάτος ενός σεισμού μεγέθους 6 είναι δέκα φορές μεγαλύτερο από έναν σεισμό μεγέθους 5.  Αυτό σημαίνει ότι ένας σεισμός μεγέθους 4.1 είναι περίπου 3 φορές μεγαλύτερος από έναν σεισμό 4.0.

Έκτοτε, έχουν επινοηθεί κι άλλες κλίμακες βασισμένες στην διαφορά του χρόνου άφιξης των σεισμικών κυμάτων όπως παρατηρούνται στο σεισμογράφημα. Ωστόσο, πολλές δεν καταφέρνουν να περιγράψουν ακριβώς τους μεγάλους σεισμούς. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη μιας ακόμη κλίμακας που ονομάζεται κλίμακα μεγέθους ροπής. Το πλεονέκτημά της είναι ότι σχετίζεται πιο ξεκάθαρα με τις φυσικές ιδιότητες της πηγής του σεισμού, και λαμβάνει υπόψη το μέγεθος του ρήγματος, το πόσο μετακινήθηκαν τα πετρώματα, πόση ενέργεια χρειάστηκε για να ξεπεραστεί η τριβή που συγκρατούσε τα πετρώματα στη θέση τους και πολλές ακόμη παραμέτρους.

Πάντως παρά τις αδυναμίες που έχει η κλίμακα του Ρίχτερ, εξακολουθεί ακόμη και σήμερα να χρησιμοποιείται ευρέως γιατί είναι αρκετά ευνόητη. Στον παρακάτω πίνακα βλέπετε τους βαθμούς της κλίμακας Ρίχτερ  και το ισοδύναμο των αποτελεσμάτων ενός σεισμού σε έκρηξη ΤΝΤ (δυναμίτη). Υπάρχουν επίσης και παραδείγματα σεισμών της κάθε τάξης.

Μέγεθος	Ισοδύναμο TNT	Παράδειγμα
1.0	15 κιλά	Έκρηξη σε εργοτάξιο διάνοιξης δρόμων
2.0	1 τόνος	Μεγάλο λατομείο ή έκρηξη σε ορυχείο
3.0	29 τόνοι
4.0	1 κιλότονος	Μικρή ατομική βόμβα
5.0	32 κιλότονοι	Ατομική βόμβα στο Ναγκασάκι
6.0	1 μεγάτονος	Σεισμός της Πάρνηθας το 1999 (5,9 ρίχτερ, 143 θύματα)
7.0	32 μεγάτονοι	Η ισχύς της μεγαλύτερης θερμοπυρηνικής βόμβας Σεισμός στους Σοφάδες το 1954 με 25 θύματα
8.0	1 γιγατόνος	Σαν Φρανσίσκο το 1906 και Ρόδος το 1856 (8,2 ρίχτερ, 618 θύματα)
9.0	32 γιγατόνοι	Σεισμός Ινδικού Ωκεανού 2004 (9,1 ρίχτερ, 280.000 θύματα σε 14 χώρες και τεράστιο τσουνάμι)

Ενταση

Ενώ η κλίμακα Ρίχτερ μετράει την ποσότητα της ενέργειας που εκλύεται, δεν μπορεί να μετρήσει την ένταση ενός σεισμού Αυτή καθορίζεται από τις παρατηρούμενες επιπτώσεις, δηλαδή από τις ζημιές. Σε κάθε σεισμό η ένταση μειώνεται ανάλογα με την απόσταση από το επίκεντρο. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί καταγράφουν τις ζημιές και φτιάχνουν χάρτες που δείχνουν πού συνέβησαν οι περισσότερες καταστροφές σαν τον παρακάτω.  Οι χάρτες αυτοί λέγονται "μακροζημικοί".

Η Ευρωπαϊκή Κλίμακα Μακροζημικής Έντασης

1 - Ανεπαίσθητος - ανιχνεύεται μόνο από σεισμικά όργανα

2 - Πολύ αδύναμος - αισθητός από πολύ λίγα άτομα

3 - Αδύναμος - αισθητός από μερικούς ανθρώπους σε εσωτερικούς χώρους

4 - Αισθητός - Τον αισθάνονται πολλοί άνθρωποι, τα παράθυρα και οι πόρτες τρίζουν

5 - Ισχυρός - μερικά μικρά αντικείμενα πέφτουν

6 - Ελαφρώς επιβλαβής - Κάποια αντικείμενα πέφτουν από τα ράφια

7 - Επιβλαβής - πέφτουν κομμάτια καπνοδόχων και καμπαναριά

8 - Πολύ επιβλαβής - μεγάλες ρωγμές στους τοίχους

9 - Καταστροφικός - κάποια σπίτια καταρρέουν

10 - Πολύ καταστροφικός - πολλά σπίτια καταρρέουν

11 - Ολέθριος - τα περισσότερα συνηθισμένα κτίρια καταρρέουν

12 - Πλήρως ολέθριος - σχεδόν όλες οι κατασκευές πάνω και κάτω από το έδαφος υφίστανται ζημιές ή καταστρέφονται

Αφού μιλήσαμε γενικά για τους σεισμούς, τώρα είναι καιρός να περάσουμε σε πραγματικά επιστημονικά δεδομένα.

Οι σεισμοί και οι υπόγειες εκρήξεις μπορούν να απελευθερώσουν πολλή ενέργεια. Αυτή η ενέργεια εκπέμπεται από την πηγή της με διάφορους τρόπους. Μερικές από αυτές τις δονήσεις θα κινηθούν σαν κύματα κατά μήκος του εδάφους και θα ταξιδέψουν όπως τα κύματα της θάλασσας. Και ενώ κάποια από αυτά τα κύματα μπορούν να ταξιδέψουν  βαθιά μέσα στον πλανήτη, κάποια άλλα κινούνται μόνο κατά μήκος της επιφάνειας. Οι επιστήμονες μελετώντας αυτά τα είδη των κυμάτων μπορούν να εντοπίσουν πού συνέβη ένας σεισμός αλλά και να καταλάβουν πώς είναι φτιαγμένος ο πλανήτης μας εσωτερικά. Τα επιφανειακά κύματα δεν πάνε πολύ μακριά, αλλά είναι πολύ δυνατά και είναι αυτά που δημιουργούν τις καταστροφές κοντά στο επίκεντρο του σεισμού. Τα υπόγεια όμως κύματα μπορούν να ταξιδέψουν σε ολόκληρη τη γη και να τα συλλάβουν σεισμογράφοι που βρίσκονται στην άλλη άκρη του πλανήτη. Υπάρχουν δύο τύποι υπόγειων κυμάτων και καθένας από αυτούς ταξιδεύει με διαφορετικές ταχύτητες. Αυτό ακριβώς βοηθάει τους επιστήμονες  να τα ξεχωρίσουν. Εάν τα κύματα έφταναν την ίδια στιγμή στα όργανα μέτρησης, θα ήταν πολύ δύσκολο να ξεχωρίσουμε τα είδη τους. Μια άλλη σημαντική διαφορά μεταξύ αυτών των τύπων κυμάτων είναι ο τρόπος με τον οποίο "κουνάνε" το υλικό μέσα στο οποίο κινούνται. Ας δούμε πιο αναλυτικά αυτούς τους τύπους υπόγειων σεισμικών κυμάτων και σε τι μας χρησιμεύουν.

Κύματα P (Π) και S (Σ)

Κύματα Π

Σεισμολόγοι είναι οι επιστήμονες που μελετούν τους σεισμούς. Μελετούν επίσης και τον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια ενός σεισμού εξαπλώνεται στην επιφάνεια της Γης αλλά και μέσα στα βαθύτερα στρώματα του πλανήτη μας. Όπως είπαμε στην προηγούμενη παράγραφο υπάρχουν δύο είδη υπόγειων κυμάτων, τα γρήγορα και τα λιγότερο γρήγορα. Τα πιο γρήγορα σεισμικά κύματα τα ονομάζουμε κύματα Π. Αυτό το "π" σημαίνει "πρωτεύον, πρώτο". Ο λόγος που τα ονόμασαν έτσι είναι γιατί είναι τα πρώτα που φτάνουν στους σεισμογράφους, όταν γίνει ένας σεισμός κάπου μακριά.

Τα κύματα Π ταξιδεύουν με ταχύτητα 6 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο (21600 χλμ/ω) στην επιφάνεια της Γης. Πιο βαθιά μέσα στον πλανήτη όμως, όπου οι πιέσεις είναι υψηλότερες και το υλικό είναι συνήθως πιο πυκνό, αυτά τα κύματα μπορούν να ταξιδέψουν με ταχύτητα έως και 13 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο (ή 46800 χλμ/ω).

Για να πάρετε μια ιδέα πόσο μεγάλη είναι αυτή η ταχύτητα, δείτε τον παρακάτω πίνακα και κάντε μόνοι σας τις συγκρίσεις.

Ταχύτητα αυτοκινήτου στην εθνική οδό	0,036 χλμ/δευτ ή 130 χλμ/ω
Ταχύτητα φόρμουλα 1 σε ευθεία	0,080 χλμ/δευτ ή 310 χλμ/ω
Ταχύτητα ήχου στον αέρα	0,340 χλμ./δευτ. ή 1224 χλμ/ω
Ταχύτητα σφαίρας	0,7 χλμ./δευτ. ή 25000 χλμ/ω
Ταχύτητα πυραύλου Falcon 9	11 χλμ./δευτ. ή 40000 χλμ/ω

Σκεφτείτε! Τα κύματα Π ταξιδεύουν με ταχύτητες ανάμεσα σε αυτής της σφαίρας και του μεγαλύτερου πυραύλου... Δηλαδή, αφού η διάμετρος της γης είναι 12742 χλμ, τότε, αν γίνει αυτή τη στιγμή ένας σεισμός στη χώρα μας, οι σεισμογράφοι στην Αυστραλία που βρίσκεται στην άλλη άκρη της γης, θα καταγράψουν τα πρώτα κύματα σε  980 δευτερόλεπτα ή μετά από 15 λεπτά περίπου το συντομότερο.

Ο τρόπος με τον οποίο ταξιδεύουν μέσα στα πετρώματα είναι ίδιος με αυτόν που ταξιδεύουν τα ηχητικά κύματα στον αέρα. Δηλαδή, κινούνται ως κύματα πίεσης. Όταν ένα κύμα πίεσης περνά από ένα συγκεκριμένο σημείο, το υλικό από το οποίο διέρχεται κινείται συνέχεια πίσω-μπρος, στην ίδια κατεύθυνση με την οποία κινείται το κύμα. Τα κύματα Π μπορούν να ταξιδέψουν σε όλα τα υλικά, είτε είναι στερεά, είτε υγρά είτε αέρια. Αυτή είναι και η μεγάλη τους διαφορά από το άλλο είδος κυμάτων, τα οποία συνήθως ταξιδεύουν μόνο μέσω στερεών σωμάτων (όπως είναι τα βράχια και οι πέτρες).

Κύματα S

Ο επόμενος τύπος υπόγειων σεισμικών κυμάτων είναι τα κύματα Σ. Ονομάστηκαν έτσι διότι συνήθως είναι το δεύτερο σετ κυμάτων που συνακολουθεί μετά τα πρωτεύοντα κύματα που φτάνουν στους σεισμογράφους από έναν μακρινό σεισμό. Έτσι λοιπόν δεν μας εκπλήσσει που ονομάστηκαν S από το πρώτο γράμμα της αγγλικής λέξης "Secondary" που θα πει δευτερεύον. Εμείς όμως θα τα λέμε Σ, και θα το θυμόμαστε από τη λέξη "Συνακόλουθα".

Αυτή η εικόνα δείχνει πώς κινείται ένα κύμα S.

Προσέξτε το μαύρο τετραγωνάκι. Κινείται πάνω-κάτω, κάνοντας μια ταλάντωση κάθετα στην κατεύθυνση του κύματος.

Γενικά, τα κύματα S μεταδίδονται με ταχύτητα 40% πιο αργά από τα κύματα Π. Έτσι, κοντά στην επιφάνεια της Γης κινούνται με ταχύτητα 4 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο ή 14400 χλμ την ώρα.

Καθώς ένα κύμα S περνάει μέσα από ένα υλικό, τα σημεία από όπου περνάει κινούνται πάνω - κάτω, ή κάθετα προς κατεύθυνση που κινείται το κύμα). Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο τα κύματα S μερικές φορές λέγονται και εγκάρσια κύματα. Το «εγκάρσιο» προέρχεται από τις αρχαίες ελληνικές λέξεις εν + κείρω, που θα πει "ψαλιδίζω, κουρεύω" και από αυτή τη λέξη προέρχονται και οι λέξεις κορμός, κέρμα, κατακερματίζω κλπ.)

Τα κύματα S δεν μπορούν να ταξιδέψουν στα υγρά ή τα αέρια. Αυτό συμβαίνει επειδή οι τύποι των τάσεων που δημιουργούνται από αυτά τα κύματα μπορούν να μεταδοθούν μόνο στα στερεά υλικά.

Άλλες χρήσεις για τα σεισμικά κύματα

Το μεγαλύτερο βάθος που έχει σκάψει ο άνθρωπος είναι λιγότερο από τεσσερισήμισι χιλιόμετρα κάθετα στο φλοιό της Γης. Επομένως, δεν μπορούμε να ξέρουμε στα σίγουρα τι υπάρχει στα χιλιάδες χιλιόμετρα βράχων που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια. Οι γεωλόγοι όμως,  χρησιμοποιούν συχνά τα σεισμικά κύματα για να χαρτογραφήσουν με λεπτομέρεια την εσωτερική δομή του πλανήτη μας. Για παράδειγμα, ο χρόνος που χρειάζεται τα κύματα Π και τα κύματα Σ για να ταξιδέψουν μέσα στο υπέδαφος, και στη συνέχεια να επιστρέψουν ξανά στην επιφάνεια βοηθούν τους επιστήμονες να υπολογίσουν τι υπάρχει χιλιόμετρα κάτω από τα πόδια μας. Σκάβουν δηλαδή μια βαθιά τρύπα, βάζουν μέσα εκρηκτικό, κάνουν μια μικρή έκρηξη και καθώς το κύμα ταξιδεύει προς τα κάτω αυτοί μετρούν πόση ώρα κάνει να πάει και να γυρίσει κι έτσι υπολογίζουν το βάθος. Αν τα κύματα Σ σταματήσουν εντελώς, σημαίνει ότι συνάντησαν κάποιο υγρό, ίσως νερό ή πετρέλαιο ή ίσως λιωμένο μάγμα. Έτσι ανακαλύπτουν αν υπάρχει πετρέλαιο σε μια περιοχή, διότι δεν είναι δυνατό να σκάψουμε τόσο βαθιά. Αυτό ονομάζεται "σεισμική έρευνα", και φυσικά δεν προκαλεί σεισμούς όπως λένε ορισμένοι, διότι η έκρηξη που γίνεται είναι πολύ μικρή. Ο όρος "σεισμική έρευνα", αναφέρεται στα κύματα και όχι στους "σεισμούς".

Όμως, αυτά που γνωρίζουμε για το εσωτερικό της Γης προέρχονται δεν προέρχονται από σεισμικές έρευνες, αλλά από τη μελέτη των κυμάτων που δημιουργούν οι φυσικοί σεισμοί. Τα κύματα των μεγάλων σεισμών, διαπερνούν ολόκληρη τη Γη και μας δίνουν ζωτικές πληροφορίες για το πώς είναι στο εσωτερικό της. Καθώς την διαπερνούν, διαθλώνται (λυγίζουν), όπως οι ακτίνες του φωτός κάμπτονται όταν περνούν μέσα από ένα γυάλινο πρίσμα. Επειδή η ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων εξαρτάται από την πυκνότητα του υλικού που διασχίζουν, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον χρόνο μετάδοσής τους για να χαρτογραφήσουμε την αλλαγή στην πυκνότητα  και να δείξουμε ότι η Γη αποτελείται από πολλά στρώματα. Έτσι έχουμε ανακαλύψει ότι η Γη αποτελείται από τα εξής επίπεδα:

Τον Φλοιό: αυτό το εύθραυστο εξωτερικό  στρώμα ποικίλλει σε πάχος από 25 έως 60 χλμ κάτω από τις ηπείρους και από 4 έως 6 χλμ κάτω από τους ωκεανούς. Ο ηπειρωτικός φλοιός έχει αρκετά περίπλοκη δομή και είναι κατασκευασμένος από πολλά διαφορετικά είδη πετρωμάτων.

Τον μανδύα: κάτω από το φλοιό βρίσκεται ο πυκνός μανδύας, που εκτείνεται σε βάθος 2890 χλμ. (απόσταση περίπου από την Ελλάδα ως τη Γερμανία) Αποτελείται από πυκνούς πυριτικούς βράχους. Τόσο τα κύματα P  όσο και τα S ταξιδεύουν μέσω του μανδύα, αποδεικνύοντας ότι είναι συμπαγής. Ωστόσο, υπάρχουν σημαντικές ενδείξεις ότι τμήματα του μανδύα συμπεριφέρνονται ως υγρό στη διάρκεια πολύ μεγάλων γεωλογικών χρονικών διαστημάτων, με τους βράχους να κυλούν αργά σαν να βρίσκονται πάνω σε γιγαντιαίους ιμάντες μεταφοράς.

Τον πυρήνα: σε βάθος 2890 χλμ. βρίσκεται το όριο μεταξύ του μανδύα και του πυρήνα της γης. Ο πυρήνας αποτελείται από σίδηρο και γνωρίζουμε ότι υπάρχει επειδή διαθλά τα σεισμικά κύματα δημιουργώντας μια «ζώνη σκίασης» σε αποστάσεις μεταξύ 103° και 143°. Γνωρίζουμε επίσης ότι το εξωτερικό μέρος του πυρήνα είναι υγρό, επειδή τα κύματα S δεν μπορούν να το περάσουν.

Για να καταλάβουμε πώς μπόρεσαν οι επιστήμονες να υπολογίσουν τη σύσταση του εσωτερικού της γης ας δούμε ένα παράδειγμα. Ας υποθέσουμε ότι γίνεται ένας μεγάλος σεισμός στην περιοχή 0° όπου υπάρχει το αστεράκι στην διπλανή εικόνα.

• Στο σεισμολογικό κέντρο Α, 3 λεπτά μετά την έναρξη του σεισμού φτάνουν τα πρώτα κύματα Π. Αμέσως μετά φτάνουν και τα S. Από αυτό καταλαβαίνουμε ότι η διαδρομή 1 που ακολούθησαν τα κύματα είναι γεμάτη βράχια, διότι τα κύματα S μπορούν να μεταδοθούν μόνο σε στερεά σώματα. Άρα, ο μανδύας της γης σε αυτό το σημείο είναι στερεός και όχι υγρός.

• Στο σεισμολογικό κέντρο Β, 5 λεπτά μετά το σεισμό φτάνουν τα πρώτα κύματα Π και αμέσως μετά φτάνουν και τα S. Είναι αυτά που ακολουθούν τη διαδρομή 2. Ξαφνικά όμως μόλις τελειώσει η καταγραφή των κυμάτων S, ο σεισμογράφος αρχίζει να σημειώνει ξανά κύματα Π (P) χωρίς να ακολουθήσουν κύματα S. Τι έχει συμβεί; Είναι τα κύματα που ακολούθησαν τη διαδρομή 3 που είναι μεγαλύτερη, γι' αυτό άργησαν λίγο. Τα κύματα S δεν μπόρεσαν να μπουν στον εξωτερικό πυρήνα γιατί είναι υγρός. Μπήκαν όμως τα κύματα P, αλλά επειδή μίκρυνε η ταχύτητά τους "στράβωσε" η πορεία τους, ξαναβγήκαν προς τα αριστερά, και έφτασαν λίγο αργότερα στον σταθμό Β. Από αυτό καταλαβαίνουμε ότι ο εξωτερικός πυρήνας είναι υγρός.

• Στο σεισμολογικό κέντρο Γ, 7 λεπτά μετά το σεισμό φτάνουν τα πρώτα κύματα Π και αμέσως μετά φτάνουν και τα Σ. Από αυτό καταλαβαίνουμε ότι, όπως και στην πρώτη περίπτωση, η διαδρομή 4 που ακολούθησαν τα κύματα είναι γεμάτη βράχια, διότι τα κύματα S μπορούν να μεταδοθούν μόνο σε στερεά σώματα. Άρα και πάλι διαπιστώνουμε ότι ο μανδύας της γης είναι στερεός και όχι υγρός σε αυτό το βάθος.

• Τώρα, από το γεωγραφικό πλάτος 103° ως το 143°, κανένα σεισμογραφικό κέντρο δεν παίρνει κύματα από το σεισμό. Υπάρχει μια "γκρίζα ζώνη". Γιατί συμβαίνει αυτό; Μα φυσικά διότι τα κύματα Π διαθλώνται (αλλάζουν πορεία) προς τα πάνω ή προς τα κάτω κι έτσι διαπιστώνουμε για μια ακόμη φορά ότι ο εξωτερικός πυρήνας είναι υγρός. Εννοείται ότι κύματα S δεν περνάνε από τον υγρό εξωτερικό πυρήνα, έτσι κι αλλιώς.

• Στο σεισμολογικό κέντρο Δ, 10 λεπτά μετά τον σεισμό,  φτάνουν μόνο κύματα Π. Για ποιο λόγο; Είναι αυτά που ακολούθησαν τη διαδρομή 5, χάθηκαν τα S, διότι δεν περνάνε από υγρά και πέρασαν μόνο τα κύματα Π. Και πάλι από αυτό συμπεραίνουμε ότι ο εξωτερικός πυρήνας είναι υγρός.

• Τέλος στο σεισμολογικό κέντρο Ε, 9 λεπτά μετά το σεισμό,  φτάνουν μόνο κύματα Π. Κι εδώ καταλαβαίνουμε ότι στη διαδρομή 6 χάθηκαν τα κύματα S, διότι συνάντησαν υγρό. Γιατί όμως έφτασαν τα κύματα Π γρηγορότερα στο Ε, κι ας είναι πιο μακριά από το Δ; Απλά γιατί φαίνεται ότι ο ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΣ πυρήνας της γης είναι στερεός και τα κύματα εκεί κινήθηκαν πιο γρήγορα, προσπέρασαν αυτά που έκαναν την διαδρομή 5 κι έφτασαν γρηγορότερα στο σεισμολογικό κέντρο Ε, απ' ότι αυτά που κινούνταν προς το σεισμολογικό κέντρο Δ.

ΠΩΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΜΕ ΤΗΝ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΑΠΟ ΤΟ ΣΕΙΣΜΟΛΟΓΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΓΙΑ ΝΑ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΟΥΜΕ ΤΟ ΕΠΙΚΕΝΤΡΟ ΤΟΥ ΣΕΙΣΜΟΥ

Ωραία! Ας συνεχίσουμε.... Μέχρι στιγμής έχουμε τα εξής δεδομένα. Υπάρχουν τρεις σεισμοί με τα παρακάτω χαρακτηριστικά:

 

 

Καθαρισμός όλων   Τέλειωσα. Πώς τα πήγα;