Κύμα P

Τα κύματα P είναι ένα είδος ελαστικού κύματος, επονομαζόμενα σεισμικά κύματα στην σεισμολογία, τα οποία μπορούν να ταξιδέψουν σε ένα συνεχές μέσο. Το συνεχές μέσο αποτελείται από αέρια (όπου τα κύματα P διαδίδονται ως ηχητικά κύματα), υγρά, ή στερεά, συμπεριλαμβανομένης της Γης. Τα κύματα P μπορούν να προκληθούν από σεισμούς και να καταγραφούν από σεισμογράφους. Η ονομασία «κύμα P» προέρχεται ετυμολογικά, από την αγγλική ορολογία, από τον όρο είτε primary wave (πρωτεύον κύμα), καθότι έχει την υψηλότερη ταχύτητα και άρα είναι το πρώτο που καταγράφεται, είτε pressure wave (κύμα πίεσης),
καθότι σχηματίζεται από εναλλασσόμενες συμπιέσεις και αραιώσεις.

Σε ισοτροπικά και ομοιογενή στερεά, η διεύθυνση διάδοσης ενός κύματος P είναι πάντα διαμήκης. Έτσι τα σωματίδια στο στερεό δονούνται κατά μήκος ή παράλληλα προς την κατεύθυνση της ενέργειας του κύματος.

Ταχύτητα 

Η ταχύτητα των κυμάτων P σε ένα ομοιογενές ισοτροπικό μέσο δίνεται από την εξίσωση:
,
όπου K είναι το μέτρο ελαστικότητας όγκου (το μέτρο συνέχειας της ασυμπιεστότητας),  είναι το μέτρο διάτμησης (μέτρο συνέχειας της ακαμψίας, μερικές φορές σημειώνεται ως G και επίσης καλείται η δεύτερη παράμετρος του Λαμέ),  είναι η πυκνότητα του υλικού μέσω του οποίου διαδίδεται το κύμα, και  είναι η πρώτη παράμετρος του Λαμέ.

Από αυτές, η πυκνότητα εμφανίζει την λιγότερη διαφορά, οπότε η ταχύτητα ελέγχεται περισσότερο από τα K και μ.

Το μέτρο συνέχειας διαμήκους ελαστικότητας ή μέτρο συνέχειας κύματος P, συμβολιζόμενο ως , ορίζεται ώστε  και άρα ισχύει:

Οι τυπικές τιμές για την ταχύτητα των κυμάτων P σε σεισμούς βρίσκονται στην κλίμακα 5 ως 8 km/s.
Η ακριβής ταχύτητα διαφέρει ανάλογα με την περιοχή του εσωτερικού της Γης, ξεκινώντας από 6 km/s, στον φλοιό της Γης, και φτάνοντας μέχρι 13 km/s, στον πυρήνα.

Σεισμικά κύματα μέσα στην Γη 

Σχετικά θέματα: όριο πυρήνα-μανδύα, ασυνέχεια Μοχορόβιτς, ζώνη χαμηλής ταχύτητας και ασυνέχεια Λίμαν

Τα πρωτεύοντα και δευτερεύοντα κύμα είναι κύματα χώρου τα οποία ταξιδεύουν μέσα στην Γη. Η κίνηση και συμπεριφορά και των δύο μέσα στην Γη παρακολουθείται για να εξακριβωθεί η εσωτερική δομή της Γης. Ασυνέχειες στην ταχύτητα ως συνάρτηση του βάθους είναι ενδεικτικές αλλαγών στην φάση ή στην σύσταση. Διαφορές στους χρόνους άφιξης των κυμάτων τα οποία δημιουργούνται από ένα σεισμικό γεγονός, όπως ένας σεισμός, είναι αποτέλεσμα του ότι κάποια κύματα διαδίδονται σε διαφορετικά μονοπάτια και επιτρέπει την χαρτογράφηση της εσωτερικής δομής της Γης.

Ζώνη σκίασης κυμάτων P 

Σχεδόν όλες οι διαθέσιμες πληροφορίες για την δομή του βαθέος εσωτερικού της Γης εξάγονται από παρατηρήσεις των χρόνων ταξιδιού, ανακλάσεις, διαθλάσεις και μεταβολές φάσης των σεισμικών κυμάτων χώρου, ή κανονικών τρόπων. Τα κύματα χώρου ταξιδεύουν διαμέσου των ρευστών επιπέδων του εσωτερικού της Γης, αλλά τα κύματα P διαθλώνται ελαφρώς όταν περνούν μέσα από την μετάβαση μεταξύ του ημίρρευστου μανδύα και του υγρού εξωτερικού πυρήνας. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μια «ζώνη σκίασης» των κυμάτων P μεταξύ των 103° και 142°
από το επίκεντρο του σεισμού, όπου τα αρχικά κύματα P δεν καταγράφονται στους σεισμογράφους. Αντίθετα, τα κύματα S δεν ταξιδεύουν διαμέσου υγρών, αλλά εξασθενούν.

Προειδοποίηση επικείμενου σεισμού 

Η έγκαιρη προειδοποίηση για σεισμούς είναι δυνατή μέσω του εντοπισμού των μη καταστρεπτικών πρωτευόντων κυμάτων τα οποία ταξιδεύουν γρήγορα διαμέσου του φλοιού της Γης από ότι τα καταστρεπτικά δευτερεύοντα κύματα και τα κύματα Ράλεϊ, με τον ίδιο τρόπο με τον οποίο οι αστραπές φτάνουν στα μάτια μας πριν ακούσουμε την βροντή, κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας. Το περιθώριο έγκαιρης προειδοποίησης εξαρτάται από την καθυστέρηση από την άφιξη του κύματος P μέχρι την άφιξη των άλλων καταστρεπτικών κυμάτων, και γενικά είναι της τάξης μερικών δευτερολέπτων μέχρι και 60-90 δευτερολέπτων για βαθείς, μακρινούς, μεγάλους σεισμούς όπως θα είχε λάβει το Τόκιο πριν από τον σεισμό και το τσουνάμι στο Σεντάι της Ιαπωνίας το 2011. Η αποτελεσματικότητα της έγκαιρης προειδοποίησης εξαρτάται από τον ακριβή εντοπισμό των κυμάτων P και την απόρριψη των δονήσεων του εδάφους, οι οποίες προκαλούνται από τοπικές δραστηριότητες (όπως φορτηγά και δομικές εργασίες), διαφορετικά αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα θετικά εσφαλμένες προειδοποιήσεις. Τα Συστήματα Έγκαιρης Προειδοποίησης μπορούν να αυτοματοποιηθούν ώστε να επιτρέπεται η άμεση εκτέλεση ενεργειών ασφαλείας, όπως η έκδοση προειδοποιήσεων, το σταμάτημα ανελκυστήρων σε προκαθορισμένους ορόφους και το κλείσιμο των παροχών φυσικού αερίου.

Δείτε επίσης 

 Κύμα S
 Κύμα Λαμπ
 Διαμήκες κύμα
 Κύμα Λαβ
 Κύμα επιφάνειας
 Πρώιμη Προειδοποίηση Σεισμού (Ιαπωνία)

Αναφορές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

Animation of a P-Wave
Purdue's catalog of animated illustrations of seismic waves
Animations illustrating simple wave propagation concepts by Jeffrey S. Barker  
Detection of P-waves and Rejection of Environmental Noise for Accurate Earthquake Early Warning

Κυματικά φαινόμενα
Δυναμική ρευστών
Σεισμολογία