Hvers vegna heyrist í jarðskjálfta áður en hann kemur?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hvers vegna heyrist í jarðskjálfta áður en hann kemur?
Hljóðið sem við heyrum frá jarðskjálftum kemur frá skjálftabylgjunum undir fótum okkar. Okkur finnst það stundum berast á undan skjálftanum vegna þess að fyrstu jarðskjálftabylgjurnar eru þá of veikar til að við finnum þær glöggt en hins vegar nógu sterkar til að mynda hljóð í loftinu, enda er eyrað býsna næmt mælitæki.

Hraði hljóðs í lofti er um 330 metrar á sekúndu. Það er vissulega allmikill hraði í ýmsu samhengi en þó ekki alltaf. Þannig þýðir þessi tala til dæmis að hljóðið er 300 sekúndur eða 5 mínútur að berast 100 km leið. Ef jarðskjálftar bærust aðeins með slíkum hraða væri margt öðruvísi um þá en raun ber vitni. Hljóð sem kann að myndast í loftinu fyrir ofan upptök skjálftans berst hins vegar miklu hægar út en skjálftabylgjurnar og dofnar auk þess ört með fjarlægð.

Hraða jarðskjálftabylgna í jörð er ekki hægt að lýsa með einni tölu því að hann fer mjög eftir efninu sem bylgjan fer um. Auk þess eru tegundir þessara bylgna að minnsta kosti fjórar og hafa hver sinn hraða sem er ekki endilega tengdur hinum eftir einfaldri reglu. Fljótustu bylgjurnar nefnast P-bylgjur og hraði þeirra í efstu jarðlögum hér á landi er á bilinu 2-3 km á sekúndu en í neðri hluta jarðskorpunnar fara þær um 6,5 km á sekúndu. Fartími þessara bylgna frá upptökum til staðar í nágrenni þeirra ákvarðast af fyrri tölunni en ef fjarlægðin milli staðanna er til dæmis 100 km þá fer fljótasta bylgjan dýpra og fartíminn samsvarar þá hraða um 6,5 km/s. Bylgjan er því aðeins um það bil 15 sekúndur að berast 100 km leið.

Eins og kunnugt er myndast hljóð í lofti þegar hlutur sem sveiflast er í snertingu við loftið. Hljóðið er í rauninni sveiflur í þrýstingi, færslu og hraða loftsins, í takti við hlutinn sem vekur þær. Tíðni hljóðsins ákvarðast til dæmis af tíðninni í sveiflum hljóðgjafans. Hins vegar þarf líka að hafa í huga að mannseyrað heyrir aðeins sveiflur á ákveðnu tíðnibili sem hljóð. Algengt er að þetta tíðnibil nái frá 20 riðum (sveiflum á sekúndu) upp í til dæmis 20.000 rið.

Jarðskjálftabylgjur vekja sveiflur í loftinu samkvæmt því sem hér hefur verið sagt. Tíðni bylgnanna í jarðskjálftanum er hins vegar svo lág að við heyrum minnst af sveiflunum í loftinu sem hljóð. Þó nær tíðni P-bylgna, fljótustu bylgnanna, upp fyrir 30 rið. Hljóðinu sem jarðskjálftabylgjur vekja í loftinu hefur verið líkt við drunurnar á stöðvum neðanjarðarbrauta þegar lest er að nálgast.

Við skynjum P-bylgjur yfirleitt síður sem skjálfta en til dæmis S-bylgjurnar sem koma á eftir þeim. Ef jarðskjálfti hefur ekki verið mjög sterkur eða við erum þokkalega langt frá honum finnum við P-bylgjurnar því ekki sem jarðskjálfta heldur heyrum eingöngu hljóðið sem þær vekja í loftinu, en við finnum hins vegar S-bylgjurnar greinilega og síðan aðrar bylgjur sem fylgja oft í kjölfarið, ekki síst þegar fjær dregur frá upptökum skjálftans. Ástæðan til þessa misgengis í skynjun er sem sagt fólgin í mismunandi næmni skynfæranna.

Þegar Ragnar Sigbjörnsson prófessor var að ræða við húsfreyju í grennd við upptök þjóðhátíðarskjálftans sagðist hún strax hafa vitað að upptökin væru nálægt sér af því að ekkert hljóð fór þar á undan skjálftanum. Þetta er hárrétt athugað samkvæmt því sem hér hefur verið rakið. Bæði hafa menn fundið P-bylgjurnar sem skjálfta á slíkum stað í þessum jarðskjálfta og auk þess hafa þær ekki verið komnar verulega fram úr S-bylgjunum.

Heimildir:

• Páll Einarsson, 1985. „Jarðskjálftaspár.“ Náttúrufræðingurinn, 55 (1), bls. 9-28.
• Páll Einarsson, 1991. „Jarðskjálftabylgjur.“ Náttúrufræðingurinn, 61 (1), bls. 57-69.

Mynd:

• Freedom Scope. Sótt 28.2.2011.

Spurningin var upphaflega sem hér segir:

Hversvegna heyrir maður í jarðskjálfta áður en hann kemur? Mér fannst nokkuð einkennilegt að heyra að jarðskjálftar fari með margföldum hljóðhraða því maður heyrir alltaf drunur í jarðskjálftum áður en þeir skella á.

...