P波

P波(一次波または圧力波) は、地震学では地震波と呼ばれる弾性体波の 2 つの主な種類の 1 つです。P 波は他の地震波よりも速く伝わるため、地震が発生した場所や地震計に最初に届く地震信号となります。P 波は、気体、液体、または固体 を介して伝わることがあります。

P波という名前は、圧力波（交互に圧縮と希薄化から形成されるため）または一次波（速度が速く、地震計で最初に記録される波であるため）のいずれかを表します。 ^[1] S波という名前は、別の地震波伝播モードを表し、二次波または剪断波を表し、通常は一次波よりも破壊的な波です。

一次波と二次波は地球内部を伝わる実体波です。地球内部のP波とS波の動きと挙動を監視して、地球の内部構造を探ります。深さの関数としての速度の不連続性は、位相または組成の変化を示しています。地震などの地震イベントで発生した波の到達時間が異なる経路をたどることによって、地球の内部構造をマッピングすることができます。^{[3] [4]}

地球深部の構造に関する入手可能な情報のほとんどは、地震実体波または通常モードの伝播時間、反射、屈折、相転移の観測から得られます。P波は地球内部の流体層を通過しますが、半固体のマントルと液体の外核の間の遷移を通過するときにわずかに屈折します。その結果、地震の震源から103°から142°の間にP波の「影の領域」 ^[5]があり、そこでは初期のP波が地震計に記録されません。対照的に、S波は液体を通過しません。

破壊的な二次波やレイリー波よりも速く地殻を伝わる非破壊的な一次波を検出することで、事前の地震警報が可能になります。

警報の程度は、P 波と他の破壊的な波の到達までの遅延によって決まり、通常は数秒ですが、2011 年の東北地方太平洋沖地震のような深く遠方で発生する大地震の場合は最大で約 60 ～ 90 秒です。警報の有効性は、P 波を正確に検出し、地元の活動 (トラックや建設など) による地面の振動を​​排除できるかどうかによって決まります。地震早期警報システムは自動化できるため、警報を発したり、エレベーターを最寄の階で停止したり、電気やガスなどの公共設備をオフにしたりするなど、即座に安全対策を講じることができます。

等方性で均質な固体では、P 波は縦方向に直線的に伝わります。したがって、固体内の粒子は波エネルギーの伝播軸 (運動の方向) に沿って振動します。この種の媒体における P 波の速度は次のように表されます。 ここで、 Kは体積弾性係数(非圧縮性係数)、μはせん断弾性係数(剛性係数、Gと表記されることもあり、第 2ラメ パラメータとも呼ばれます)、ρは波が伝播する材料の密度、 λ は第 1ラメ パラメータです。 $${\displaystyle v_{\mathrm {p} }\;=\;{\sqrt {\frac {\,K+{\tfrac {4}{3}}\mu \;}{\rho }}}\;=\;{\sqrt {\frac {\,\lambda +2\mu \;}{\rho }}}}$$

地球内部の典型的な状況では、密度ρ は通常、 Kやμよりもはるかに小さく変化するため、速度は主にこれら 2 つのパラメータによって「制御」されます。

弾性係数P波係数は次のように定義され、それによって ${\displaystyle M}$${\textstyle \,M=K+{\tfrac {4}{3}}\mu \,}$$${\displaystyle v_{\mathrm {p} }={\sqrt {\frac {\,M\;}{\rho }}}}$$

地震のP波速度の典型的な値は5～8km/sの範囲です。正確な速度は地球内部の領域によって異なり、地殻では6km/s未満、下部マントルでは13.5km/s、内核では11km/sです。^[6]

地質学者フランシス・バーチは、 P 波の速度と波が伝わる物質の密度の関係を発見しました。 これは後にバーチの法則 として知られるようになりました。(記号a ()は経験的に表された関数であり、bは定数です。) $${\displaystyle v_{\mathrm {p} }=a({\bar {M}})+b\,\rho }$$

• 地震警報システム
• ラム波
• ラブウェーブ
• S波
• 表面波

• 「地震の写真用語集」。米国地質調査所。2009年2月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年3月8日閲覧。

• P波のアニメーション
• P波速度計算機
• パーデュー大学の地震波アニメーションイラストカタログ
• ジェフリー・S・バーカーによる、波の伝播の簡単な概念を説明するアニメーション
• 早期警報システムにおける地震の規模分類のためのベイジアンネットワーク