Země je dobrým zvukovým vodičem, proto nás zvukové vlny šířící se Zemí informují o procesech uvnitř Země. Tyto vlny nazýváme seismické. Jsou to vlastně zvukové vlny o velmi nízké frekvenci (s periodou 0,1 s až 25 s). Porovnáním časů, kdy dorazily na různé seizmické stanice, můžeme určit rychlost jejich šíření v různých hloubkách pod povrchem Země. Tato rychlost závisí jednak na hustotě prostředí, jednak na jeho pružnosti. Analýzou velkého množství seizmických dat bylo zjištěno, že rychlost seizmických vln se prudce mění v hloubce přibližně 12 km (pod oceány) až 60 km (pod kontinenty) a dále v hloubkách 2 900 km a 4 980 km pod povrchem. Tyto tři hranice dělí nitro Země na zemskou kůru, plášť, vnější jádro a vnitřní jádro. Seismické vlny se vyskytují ve čtyřech základních typech: p-vlny, s-vlny, Rayleighovy vlny a Loveovy vlny.
P-vlny jsou seismické vlny, které dosahují nejvyšších rychlostí. Na seismickou stanici dorazí jako první (primae – první, odtud název p-vlny). Jedná se o podélné vlnění tj. o vlny, které průchozí těleso/hmotu stlačují a rozpínají ve směru šíření vln. Někdy se také nazývají elastické tlakové vlny. Jsou schopny projít skrz celé zemské těleso, což nám přináší cenné poznatky o složení Země. P-vlny mají tendenci na přechodných oblastech měnit svojí rychlost a směr, z čehož se dá zpětně odvodit, jaké minerály/horniny se ve vrstvách nacházejí.
S-vlny jsou příčným vlněním, jehož rychlost je nižší než u p-vln. Dorazí na pozorovací stanici až tedy jako druhé (secundae – druhý, odtud název s-vlny). Při jejich průchodu začne těleso oscilovat, částice tělesa začnou kmitat kolmo ke směru procházejícího vlnění, což má destruktivní účinky. Protože jsou s-vlny příčným vlněním, nemohou procházet kapalným prostředím.
Rayleighovy vlny se dají popsat jako kruhové vlnění (podobá se vlnění, které probíhá v mořských vlnách). Tyto vlny se šíří při povrchu Země a vyvolávají jeho oscilaci. Jedná se o nejpomalejší zemětřesné vlny.
Loveovy vlny jsou druhem vlnění, kdy se částice pohybují vzhledem ke směru vlnění na šířku v pravém úhlu. Podobně jako Rayleighovy vlny se i tyto vlny šíří při povrchu Země. Pro Loveovy vlny se používá také označení q-vlny. Jejich existence byla matematicky předpovězena roku 1911 Augustem Lovem.
Seismické vlny.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Intenzita podélných a příčných vln klesá se čtvercem vzdálenosti od zdroje, protože se šíří prostorem v kulových vlnoplochách. Jako poslední dorazí povrchová vlna, jejíž intenzita klesá se vzdáleností, protože se šíří v ploše v kruhových vlnoplochách. Z toho důvodu je také nejintenzivnější, má největší účinky. Rychlost p-vln je na povrchu asi 5,6 km/s, s-vln asi 3,2 km/s. Obě rychlosti rostou s hloubkou. Podle průkopníka české geofyziky Václava Lásky lze přibližně stanovit vzdálenost epicentra od místa pozorování D (platí jen pro vzdálenost menší než 10 000 km)
Kde S a P jsou doby příchodu obou fází s-vlny a p-vlny do místa pozorování vyjádřená v minutách a D vzdálenost v tisíci kilometrech. Pokud byl pozorován příchod p-vlny v 8 h 7,7 min a příchod s-vlny v 8 h 13,3 min, pak je epicentrum vzdáleno D = 493,3 – 487,7 – 1 = 4,6 tisíc kilometrů.
Prvními detektory zemětřesení byly seismoskopy – nádoby vrchovatě naplněné vodou staré asi dva tisíce let. Při zemětřesení se voda vylila, podle množství a směru vylití se dalo usuzovat na intenzitu a směr zemětřesení.
V současnosti se seismické vlny zaznamenávají velmi citlivými seismografy. Při průchodu seizmických vln seismografem dochází k relativnímu pohybu mezi částí seismografu spojenou s vlnící se zemí a druhou částí, setrvačnou hmotou seizmografu, která má určitý stupeň volnosti pohybu. Seismografy jsou konstruovány k zaznamenání co nejširšího rozsahu frekvencí (lokální slabá zemětřesení mají frekvenci až do 60 Hz, silná vzdálená zeměřesení až setiny Hz). Záznam seismografu se nazývá seismogram. Jako zemětřesení označujeme jakékoli vychýlení seismografu. Není proto divu, že ročně jich je několik set tisíc.
Jestliže k měření použijeme víc seismických stanic, získáme z doby šíření jednotlivých druhů vln informace o rychlosti i směru jakéhokoli posunu. Na základě těchto informací pak můžeme lokalizovat ohnisko na dálku. Při husté síti seismických stanic je možné takové místo získat s přesností desítek nebo stovek metrů. Při řídké síti seismických stanic se chyba zvyšuje až na desítky kilometrů.
