Землетрус посилає два типи хвиль через надра Землі: швидкі компресійні P-хвилі та повільніші зсувні S-хвилі. Вони згинаються, відбиваються і перетворюються, проходячи через різні шари — і їхні патерни на протилежному боці розкривають існування рідкого зовнішнього ядра.
P-хвилі (компресійні) проходять через рідину і тверде тіло; S-хвилі (зсувні) не можуть пройти через рідину. Тіньова зона — кільце на 103°–142° від епіцентру, куди не дістають прямі P-хвилі — спричинена рефракцією на межі ядро-мантія. S-хвилі не виходять за межі 103°.
Клацніть точку на поперечному перерізі Землі, щоб викликати землетрус. Спостерігайте, як P (червоні) та S (сині) хвильові фронти поширюються вздовж променів, обчислених за законом Снелла. Перемкніть Шари для відображення профілю швидкостей кора/мантія/зовнішнє ядро/внутрішнє ядро.
Річард Олдхем вперше визначив тіньову зону 1906 року, виявивши рідке ядро. Інге Леманн відкрила тверде внутрішнє ядро 1936 року на основі слабких хвиль усередині тіньової зони. Обидва відкриття були зроблені на основі даних сейсмографів — та сама фізика, що показана в цій симуляції.
Ця симуляція показує, як енергія землетрусу поширюється крізь поперечний переріз Землі у вигляді двох різних об'ємних хвиль: швидких компресійних P-хвиль і повільніших зсувних S-хвиль. Хвильові фронти розширюються від епіцентру крізь вкладені шари — внутрішнє ядро, рідке зовнішнє ядро, мантію та кору — а кільце з шести сейсмографічних станцій реєструє кожне надходження. Оскільки S-хвилі не можуть проходити крізь рідину, модель відтворює зону тіні S-хвиль, яка вперше виявила рідке зовнішнє ядро Землі.
Анімований 2D-переріз надр Землі з п'ятьма шарами. P-хвильові фронти (сині) та S-хвильові фронти (червоні) розширюються від епіцентру у вигляді зростаючих кілець. Кількість кілець залежить від обраної магнітуди, а надходження S-хвиль придушуються в межах зони тіні (змодельованої приблизно від 104° до 140° від епіцентру з кожного боку), щоб імітувати рефракцію на межі ядро-мантія.
Натисніть «Викликати Землетрус» або клацніть будь-де на поверхні земної кулі, щоб задати новий епіцентр; також можна перетягувати маркер епіцентру. Повзунок магнітуди (M5.0-M9.0) задає силу хвиль, а повзунок швидкості (0.5x-3.0x) керує відтворенням. Перемикайте «P-хвилі», «S-хвилі» та «Зона Тіні», щоб виділити кожну особливість. Інформаційна панель відстежує час, що минув, і скільки з шести станцій спрацювало.
Річард Діксон Олдхем визначив сейсмічну зону тіні 1906 року, дійшовши висновку, що Земля має окреме ядро. У 1936 році Інге Леманн проаналізувала слабкі хвилі, що надходили всередину цієї зони, і виснувала, що ядро має тверду внутрішню частину, оточену рідиною.
P-хвилі (первинні хвилі) є компресійними: ґрунт рухається вперед і назад уздовж напрямку поширення хвилі, і вони проходять як крізь тверді тіла, так і крізь рідини. S-хвилі (вторинні хвилі) — це зсувні хвилі, які рухають ґрунт під прямим кутом до напрямку їхнього руху, і вони можуть рухатися лише крізь тверді тіла. P-хвилі швидші, тому вони завжди досягають станції першими, через що тут вони показані синім кольором і надходять раніше за червоні S-хвилі.
S-хвилі не можуть проходити крізь рідину, а зовнішнє ядро Землі є розплавленим. Коли шлях до віддаленої станції перетинав би рідке зовнішнє ядро, жодна пряма S-хвиля не може пройти, утворюючи зону тіні S-хвиль. У цій симуляції ця зона охоплює приблизно від 104° до 140° дуги від епіцентру з кожного боку, а станції в її межах залишаються позначеними як такі, що не зазнали S-хвилі.
Повзунок магнітуди працює від M5.0 до M9.0 і задає, скільки кілець хвильового фронту випускається і наскільки великими є коливання сейсмографа, тож сильніший землетрус створює потужніші та численніші хвилі. Повзунок швидкості, від 0.5x до 3.0x, просто масштабує, наскільки швидко відтворюється анімація; він не змінює фізику, лише те, як швидко ви спостерігаєте, як хвилі розширюються і досягають станцій.
Це навчальна модель, а не точний геофізичний розв'язувач. Структура шарів, той факт, що S-хвилі блокуються рідким зовнішнім ядром, та існування зони тіні — усе це реальне. Однак хвильові фронти намальовані як спрощені розширювані кола, а кути зони тіні й швидкості хвиль є наближеннями, обраними для наочності, тож вона правильно передає концепції без обчислення точних шляхів променів.
Порівнюючи, коли і де P-хвилі та S-хвилі надходять до станцій по всій земній кулі, сейсмологи визначають розмір, глибину та фізичний стан кожного внутрішнього шару. Картина відсутніх прямих хвиль у зоні тіні виявила рідке зовнішнє ядро, а ледь помітні хвилі, що згинаються в цю зону, виявили тверде внутрішнє ядро. По суті, кожен землетрус діє як природне сканування надр планети.