地球自由振荡

地球自由振荡

free oscillations of the Earth

局部受到某种因素的激发时，地球整体产生的连续振动。地球在受到大地震、火山爆发或地下核爆炸的激发后，会发生整体的振动，并能持续一段时间。

由于地球很大，地球自由振荡的频率很低，振动周期一般为数十秒至数十分钟。通常振动亦很微弱，只有用灵敏的、可探测长周期振动的重力仪、应变地震仪和长周期地震仪等才能记录到。大地震激发的地球长周期自由振荡往往延续几天甚至几个星期才会逐渐消失。人类对地球自由振荡的认识是从理论研究开始的。

1829年法国人S.D.泊松最早研究完全弹性固体球的振动问题。此后的理论工作延续多年，20世纪地震学有了发展，使人类对地球内部构造有了更加清楚的认识，从而自由振荡的理论模式才比较接近真实地球。理论研究表明，自由振荡只能取一些特定的频率，称为地球的本征频率。与本征频率相应的振动叫做本征振荡。每一种本征振荡都对应一种驻波，是地球的一种谐振形式。本征振荡分成两类：①球型振荡。地球作球形振荡时，其质点位移既有径向分量，也有水平分量。这是一种无旋转振动。重力仪、应变地震仪和长周期地震仪均可记录到这种振动。②环型振荡。地球作环型振荡时，各质点只在以地心为球心的同心球面上振动，位移无径向分量，地球介质只产生剪切形变，无体积变化，地球的重力场不受扰动 ， 重力仪记录不到这种振荡。

1952 年11月4日堪察加大地震时，美国人H.贝尼奥夫首次在他自己设计制做的应变地震仪上发现周期约为57分钟的长周期振动，经研究属于地球的自由振荡。1960 年5月22日智利大地震时，贝尼奥夫和其他几个研究集体都观测到多种频率的谐振振型。地球长周期自由振荡的真实性遂被最后证实。已观测到的本征频率已达1000多个，其中球型振荡约占2／3，环型振荡约占1／3。