Полигармонический резонанс сейсмических волн

Таким образом, [12, 13 и др.], сейсмические волны — это колебания, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений, взрывов и других источников. Вблизи очагов сильных землетрясений сейсмические волны обладают разрушительной силой при доминирующем периоде в десятые доли сек. На значительных расстояниях от эпицентров сейсмические волны являются упругими волнами. Продольные сейсмические волны переносят изменения объёма в среде — сжатия и растяжения. Колебания в них совершаются в направлении распространения (см. вектор на рис. 4). Поперечные сейсмические волны не образуют в среде объёмных изменений и представляют собой колебания частиц, происходящие перпендикулярно направлениям распространения волны (см. вектор на рис. 4). Известной особенностью [12] распространения сейсмических волн является их способность при косом падении на поверхность раздела сред с различными параметрами (скоростями распространения, коэффициентами поглощения, плотностями и пр.) порождать волнами одного типа, например, продольнымими, кроме отражённой и преломленной продольных волн, дополнительно волны отраженные и преломленные поперечные. Для наглядности этого феномена представим схематически на рис. 5 себе гипоцентр мелкофокусного землетрясения на глубине всего 4 слоёв с различными физическими характеристиками A, B, C, D. Легко видеть, что отмеченное свойство сейсмических волн в процессе интерференции порождает в каждом слое новые промежуточные частоты дополнительно к первичным, так что уже в слое B к первичным волнам частотами и добавятся две промежуточные частоты и, которые в частном случае приведут к образованию волн частотами и, а уже в слое C к ним добавятся волны частотами и, и далее в слое D новые волны частотами, и т. д. по числу проходимых волнами слоёв. Так как поверхностных волн Релея (LR) (см. рис. 3-в) вызывают смещения перпендикулярно своему направлению распространения, то их интерференция порождает вертикальные смещения почвы и всех сооружений на ней. Так как поверхностные волны Лява (LQ) (см. рис. 3-г) вызывают продольные смещения, то их интерференция порождает звуковые колебания соответствующих частот, осуществляя давление на все неоднородности на своём пути. Другими словами, сейсмические волны от гипоцентра наведенного запуском КЛА землетрясения у поверхности Земли порождают минимум два потока сейсмических волн, обозначенных на рис. 4 векторами и, энергии которых оказывают своё влияние на энергобаланс внутри водоёмов на пути потоков этих сейсмических волн. Пусть сейсмические волны и выражены законами:

(4),.

где и согласно эмпирическим сведениям убывающие амплитуды сейсмических волн соответствующих частот и, тогда в потоках водоёма, расположенном на пути сейсмических волн и, происходит сложение этих волн, результатом которого является изменение энергетического баланса, одним из последствий которых является результирующий импульс сил давления, то есть гидравлический удар. Как известно, волновое давление в среде.

(5),.

то есть определяется величинами частоты и амплитуды волн, что позволяет отметить большую роль волн с кратными частотами, приходящими к поверхностному слою Земли. Даже не рассматривая здесь отраженные волны, приходится признать, что к поверхности верхнего слоя D подойдёт минимум 16 различных волн, где к первичным добавляются промежуточные частоты, равные сумме и разнице первичных частот, кратные частотам первичных волн по числу слоёв данной глубины гипоцентра землетрясения. Так как скорости поперечных и продольных сейсмических волн зависит от физических характеристик породы, колеблясь от сотен метров в секунду до нескольких километров в секунду, причем скорость продольных волн превосходит скорость волн поперечных так же в зависимости от физических свойств породы, то к поверхности Земли от гипоцентра землетрясения сейсмические волны приходит двумя группами поверхностных волн Релея (LR) и волн Лява (LQ), в которых имеются волны кратных частот первичных колебаний в гипоцентре землетрясения. В итоге к поверхности Земли после землетрясения приходят потоки поверхностных продольных и поперечных сейсмических волн [13].

Рис. 5.

Рис. 6.

Таким образом, при пологом падении на границу между слоями сейсмические волны полностью отражаются, распространяясь вдоль поверхностного слоя Земли, где происходит процесс интерференции сейсмических волн. Разумеется, интерференция происходит одновременно, в общей среде, но для волн поперечных и волн продольных относительно самостоятельно. Это значит, индикаторами результирующих волн могут выступать различные механические системы на поверхности Земли. Как известно [7], сложение периодических сил давления приводит к импульсному характеру силы результирующего давления при достижении полигармонического резонанса в случаях действия нескольких возмущающих сил давления (см. рис. 6):

(6).

в зависимости от соотношения частот и возмущающих сил. Здесь вспомним наш вывод о промежуточных частотах сейсмических волн, приходящих от гипоцентра мелкофокусного землетрясения к поверхности Земли, среди которых присутствуют кратные частотам первичных волн по числу пройденных слоёв.

Это значит, что преимущественно инфразвуковые частоты первичных сейсмических волн от землетрясений к поверхности приходят в потоке низких звуковых частот, которые воспринимаются многими животными и даже людьми, частотный порог слышимости которых находится на уровне 16−20 герц. В свете этого вывода становится понятным беспокойное поведение многих животных перед землетрясением и слышимый низкочастотный гул без видимого источника, о чём свидетельствуют, например, все жители Саяногорска перед аварией 17. 08. 2009 на СШГЭС. Важным следствием из этого же вывода об образовании кратных частот сейсмических волн по пути от мелкофокусного гипоцентра землетрясения к поверхности Земли является и возрастание энергии и эффективного давления сейсмических волн [13].

Как известно, ещё Б. Риман в 1860 году в своем мемуаре «О распространении плоских волн конечной амплитуды» [7], рассматривая распространение возмущений в среде, пришел к выводу об образовании ударных волн в баротропных средах, так как:

(7).

Как это ясно из рис. 4, потоки сейсмических волн привносят внешнее нарушение энергетического баланса во все стационарные процессы окружающей среды, в особенности водоёмы, так как вода для сейсмических волн является несжимаемой средой, порождая импульсную ударную волну, то есть, вызывая движение сплошной среды во все стороны, то есть взрыв, который может быть направлен, например, неоднородностью среды по вектору резонансной амплитуды [7]. Действительно, амплитудасейсмических волн потока вносит свой динамичный вклад в изменение члена потенциальной энергии, а изменение плотности в потоке неизбежно вносит свой энергетический дисбаланс в уравнение Бернулли.

(8).

В сущности, рис. 6 представляет собой реальное проявление теоретического вывода Б. Римана (7) об условии образования ударных волн [7].

В соответствии с известными свойствами сейсмических волн [13] теперь можно отметить минимум две модели их поведения при распространении вдоль поверхности Земли, соответствующие конкретным гидрогеологическим условиям положения поверхностного слоя под водой (океаническое дно) или поверхностного слоя земной суши. Конкретной индикацией такого полигармонического резонанса поверхностных волн Релея (LR) являются землетрясения на обширных территориях или локальные разрушения инженерных сооружений подобно катастрофе на Чернобыльской АЭС 26.04.1986 или разрушение нефтяной платформы (British Petroleum) в Мексиканском заливе 22. 04. 2010 как результаты возмущений магнитосферы Земли запусками КЛА, в зависимости от конкретных параметров наведенных запусками КЛА возмущений магнитосферы Земли и конкретными гидрогеологическими характеристиками горных пород региона. Аналогично, конкретное проявление такого полигармонического резонанса поверхностных сейсмических волн Лява (LQ) являются гидравлические удары подобно цунами в Индийском океане 27. 12. 2004 или аварии на Саяно-Шушенской ГЭС, которая произошла 17. 08. 2009 года, как результаты возмущений магнитосферы Земли запусками КЛА, в зависимости от конкретных параметров наведенных запусками КЛА возмущений магнитосферы Земли и конкретными гидрогеологическими характеристиками региона и водоёма.