技能一覧 › 高校地学 地震と火山(知識)

地震波の種類と性質

P 波(縦波・固体も液体も伝わる・速い)、S 波(横波・固体だけを伝わる)、表面波(地表に沿って伝わる・周期が長い)の性質と、初期微動・主要動・初期微動継続時間の関係について、正しい記述を選べる

前提

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  1. 音の伝わり方と大きさ・高さ (中学理科 物理分野の用語と知識)
  2. 音の振動数と波形 (中学理科 光と音)
  3. 横波・縦波と波の要素 (高校物理 波動(知識))

説明

地震が起こると、震源(地下で岩盤が最初にずれ始めた場所)から、性質の違う何種類かの波が同時に出て、地球の内部や地表を伝わっていきます。この技能では、P 波・S 波・表面波のそれぞれについて、横波か縦波か、どんな物質を伝わるか、どれくらい速いかを整理します。そのうえで、観測地点で感じる「初期微動」「主要動」とそれぞれの波の対応、初期微動が続く時間と震源までの距離の関係について、正しい記述を選べるようになります。

なぜそうしてよいのか

P 波は、波の進む向きと同じ向きに物質が押し縮められたり引きのばされたりして伝わる縦波です。押し縮める変形に対しては、固体でも液体でも気体でも元に戻ろうとする力がはたらくので、P 波は固体も液体も伝わります。S 波は、波の進む向きと垂直な向きに物質がずらされて伝わる横波です。固体は横にずらされると元に戻ろうとしますが、液体(水など)は横にずらしても形が戻らず、そのまま流れてしまいます。元に戻ろうとする力がなければ振動が隣へ伝わらないので、S 波は固体の中だけを伝わり、液体の中は伝わりません。

地震波の速さは P 波のほうが S 波より大きく(地表付近で P 波はおよそ 5〜7 km/s、S 波はおよそ 3〜4 km/s)、P 波が先に到着します。観測地点では、まず P 波によって小さくカタカタと揺れ始め(初期微動)、遅れて S 波が着くと大きくユサユサと揺れます(主要動)。P 波(Primary:最初の)と S 波(Secondary:2 番目の)という名前も、到着の順を表しています。

2 つの波は同じ時刻に震源を出るので、震源から遠い地点ほど、速い P 波と遅い S 波の到着時刻の差が開いていきます。この差、つまり P 波が着いてから S 波が着くまでの時間が初期微動継続時間で、震源からの距離にほぼ比例して長くなります。また、地震波が地表に達すると、地表に沿って伝わる表面波も生じます。表面波は S 波より遅く、周期が長いゆっくりとした揺れで、遠くまで振幅があまり小さくならずに伝わります。

手順

  1. 文がどの波(P 波・S 波・表面波)について述べているのかを確認する

  2. 横波か縦波かを確かめる:P 波は縦波、S 波は横波

  3. 伝わる物質を確かめる:P 波は固体も液体も伝わる、S 波は固体だけを伝わる(液体は伝わらない)、表面波は地表に沿って伝わる

  4. 速さの順を確かめる:P 波 > S 波 > 表面波。初期微動は P 波、主要動は S 波によるゆれ

  5. 初期微動継続時間についての文なら、P 波と S 波の到着時刻の差であり、震源からの距離が大きいほど長くなる(ほぼ比例する)ことと照らし合わせる

例題

地震波について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア P 波は横波であり、S 波より速く伝わる。
イ S 波は縦波であり、液体の中も伝わる。
ウ 初期微動継続時間は、震源からの距離が大きい観測地点ほど長い。
エ 表面波は、P 波や S 波より速く伝わり、最初に観測地点に到着する。

例題の解答

手順 1 で各文がどの波についての文かを確認し、手順 2〜5 で順に照らし合わせる。

ア:P 波についての文。手順 2 より P 波は縦波であり、横波ではない(S 波より速いことは手順 4 より正しいが、前半が誤り)。よって誤り。

イ:S 波についての文。手順 2 より S 波は横波であり、手順 3 より液体の中は伝わらない。よって誤り。

ウ:初期微動継続時間についての文。手順 5 より、P 波と S 波の速さの差のため、震源から遠いほど到着時刻の差が開き、初期微動継続時間は長くなる。よって正しい。

エ:表面波についての文。手順 4 より、速さは P 波 > S 波 > 表面波であり、最初に到着するのは P 波である。よって誤り。

したがって、正しいものはウである。

答え:

ウ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

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この技能の次に学べること