Εισαγωγή στη Σεισμολογία

Βάση για τη συγγραφή αυτού του βιβλίου αποτέλεσε το βιβλίο με τον ίδιο τίτλο που δημοσιεύτηκε το 1989 από τον πρώτο των συγγραφέων. Από τότε, όμως, πραγματοποιήθηκε σημαντική πρόοδος σε πολλούς κλάδους της Σεισμολογίας και έχει παραχθεί νέα γνώση θεωρητικής και πρακτικής σημασίας που είναι δημοσιευμένη σε πρόσφατες εκδόσεις (βιβλία, περιοδικά, πρακτικά συνεδρίων, διαδίκτυο, κλπ.). Πέραν αυτών, κατά τη δεκαπενταετία αυτή το περιεχόμενο εκείνου του βιβλίου αλλά και πρόσθετη ύλη διδάχθηκαν σε φοιτητές διαφόρων τμημάτων των Πανεπιστημίων Θεσσαλονίκης, Αθηνών και Πατρών και αποκτήθηκε σημαντική πρόσθετη σχετική εμπειρία. Έτσι, το περιεχόμενο του παρόντος βιβλίου αποτελεί κοινή προσπάθεια των τριών συγγραφέων του αναπαραγωγής της βασικής σεισμολογικής γνώσης που ισχύει σήμερα και αξιοποίηση της σχετικής διδακτικής εμπειρίας.
Η έκταση ανάπτυξης των διαφόρων θεμάτων κάθε πανεπιστημιακού βιβλίου επηρεάζεται από τα ερευνητικά ενδιαφέροντα των συγγραφέων του. Έτσι, επειδή κατά τα τελευταία χρόνια κύριο ερευνητικό μας έργο αποτελεί η πρόγνωση των σεισμών και η μελέτη της σεισμικής επικινδυνότητας (seismic hazard) και του σεισμικού κινδύνου (seismic risk), τα θέματα αυτά αναπτύσσονται εκτενέστερα στο παρόν βιβλίο (κεφάλαια 7, 12) σε σχέση με άλλα ξενόγλωσσα βιβλία Σεισμολογίας. Αντιθέτως, οι σεισμολογικές μέθοδοι που εφαρμόζονται για τη μελέτη της γεωφυσικής δομής της Γης, οι οποίες αναπτύσσονται εκτενώς σε αρκετά ξενόγλωσσα συγγράμματα, δεν αποτελούν κύριο αντικείμενο του παρόντος βιβλίου γιατί αυτές περιλαμβάνονται στα βιβλία Φυσικής του Εσωτερικού της Γης και Εφαρμοσμένης Γεωφυσικής του πρώτου εκ των συγγραφέων.
Έτσι, αντικείμενα του παρόντος βιβλίου είναι: η θεωρία ελαστικότητας και ελαστικών κυμάτων (κεφάλαιο 2) που αποτελεί τη βάση για την κατανόηση του τρόπου διάδοσης των σεισμικών κυμάτων, τα όργανα αναγραφής των σεισμών (κεφάλαιο 3), η διάδοση των σεισμικών κυμάτων στο εσωτερικό της Γης (κεφάλαιο 4), ο τρόπος μέτρησης των διαφόρων σεισμολογικών ποσοτήτων (κεφάλαιο 5), ο τρόπος γένεσης των σεισμών και η χωροχρονική τους κατανομή (κεφάλαιο 6), η πρόγνωση των σεισμών (κεφάλαιο 7), τα μακροσεισμικά αποτελέσματα των σεισμών (κεφάλαιο 8), οι τεχνητές δονήσεις (κεφάλαιο 9), η σεισμικότητα της Σελήνης (κεφάλαιο 10), οι παράμετροι του σεισμικού ρήγματος και ο μηχανισμός γένεσης των σεισμών (κεφάλαιο 11) και η Τεχνική Σεισμολογία (κεφάλαιο 12).
Βασικός στόχος του βιβλίου είναι η κατανόηση από τον αναγνώστη της φυσικής σημασίας των περιεχομένων του και του τρόπου αξιοποίησής τους για τη λύση προβλημάτων κοινωνικής σημασίας. Για το λόγο αυτό δε γίνεται στο κείμενο πλήρης μαθηματική απόδειξη όλων των θεωρητικών σχέσεων. Στο παράρτημα, όμως, που έχει προστεθεί στην παρούσα έκδοση, υποδεικνύεται ο τρόπος λύσης των Ασκήσεων Β’ Κατηγορίας, πολλές από τις οποίες αφορούν αποδείξεις βασικών θεωρητικών σχέσεων. Δίνονται, επίσης στο παράρτημα, οι απαντήσεις των Ασκήσεων Α’ κατηγορίας, ώστε να ελέγχει ο αναγνώστης το αποτέλεσμα της δικής του λύσης.
Το βιβλίο δεν απαιτεί προηγούμενη σεισμολογική γνώση. Προϋποθέτει, όμως, βασικές γνώσεις Φυσικής και ανωτέρων Μαθηματικών, όπως είναι τα στοιχεία διανυσματικού λογισμού, τανυστικού λογισμού, θεωρίας πινάκων και θεωρίας πιθανοτήτων και στατιστικής.
Το βιβλίο εκδίδεται ως διδακτικό πανεπιστημιακό σύγγραμμα και καλύπτει την ύλη που διδάσκεται σε φοιτητές του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και άλλων Πανεπιστημίων της χώρας. Περιλαμβάνει, όμως, πρόσθετα στοιχεία ώστε να μπορεί να αποτελέσει σύγγραμμα αναφοράς και για επιστήμονες που ασχολούνται επαγγελματικά με σχετικά αντικείμενα (γεωφυσικοί, γεωλόγοι, γεωδαίτες, μηχανικοί, κλπ.). Ένα τέτοιο σημαντικό στοιχείο είναι η βιβλιογραφία η οποία παρατίθεται στο τέλος του βιβλίου και χωρίζεται σε «Βιβλία» και «Δημοσιεύσεις σε Περιοδικά και Πρακτικά Συνεδρίων» και αφορά σημαντική πρόσφατη σεισμολογική γνώση, ώστε ο αναγνώστης να μπορεί να βρει πρόσθετες αξιόπιστες πληροφορίες για τα αντικείμενα που τον ενδιαφέρουν. Στο τέλος κάθε κεφαλαίου παρατίθεται η βιβλιογραφία που αναφέρεται στο κείμενό του.
Στη διαμόρφωση της ύλης της νέας αυτής έκδοσης του βιβλίου συνέβαλε αποφασιστικά ο επίκουρος καθηγητής Κ. Β. Παπαζάχος, ο οποίος πρότεινε πρόσθετα αντικείμενα και βελτιώσεις, πραγματοποίησε σχετικούς υπολογισμούς οι οποίοι αφορούν τις γραφικές παραστάσεις που περιλαμβάνονται στο βιβλίο, επαναδιατύπωσε ορισμένα τμήματα και συνέβαλε γενικώς στη βελτίωση του περιεχομένου και της μορφής του. Η καθηγήτρια της Σεισμολογίας Α. Κυρατζή και ο επίκουρος καθηγητής Σεισμολογίας Ε. Σκορδύλης συνέβαλαν επίσης στη βελτίωση του περιεχομένου του με την ανάγνωση του κειμένου και την υπόδειξη σημαντικών βελτιώσεων. Στη διαμόρφωση της ύλης του 12ου κεφαλαίου συνέβαλαν σημαντικά οι ερευνητές του Ινστιτούτου Τεχνικής Σεισμολογίας και Αντισεισμικών Κατασκευών Χ. Παπαϊωάννου και Ν. Θεοδουλίδης. Σημαντική υπήρξε, επίσης, η συμβολή των φοιτητών μας που διδάχθηκαν το μάθημα, των οποίων οι παρατηρήσεις συνέβαλαν στην ορθολογικότερη οργάνωση της ύλης του.
Στη διαμόρφωση της ύλης των προηγουμένων εκδόσεων, η οποία περιλαμβάνεται και στην παρούσα έκδοση, συνέβαλαν επίσης οι σεισμολόγοι Ν. Θεοδουλίδης, Ε. Παπαδημητρίου, Δ. Παναγιωτόπουλος, Χ. Παπαϊωάννου, Β. Καρακώστας, και Β. Μάργαρης. Οι πολιτικοί μηχανικοί Σ. Αναγνωστόπουλος, Δ. Παπασταματίου και Β. Λεκίδης διάβασαν το τελευταίο κεφάλαιο που αφορά την Τεχνική Σεισμολογία και πρότειναν σημαντικές βελτιώσεις.

Περιεχόμενα

Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή

1. Αντικείμενο της Σεισμολογίας
2. Γενικοί Τρόποι Έρευνας στη Σεισμολογία
3. Η Επιστημονική και Κοινωνική Σημασία της Σεισμολογίας
4. Σύντομη Ιστορία της Σεισμολογίας

Κεφάλαιο 2: Στοιχεία θεωρίας ελαστικότητας και ελαστικών κυμάτων

1. Εισαγωγή
2. Τάση σε Σημείο Σώματος
3. Παραμόρφωση σε Σημείο Σώματος
4. Σχέση μεταξύ Τάσης και Ανηγμένης Παραμόρφωσης
5. Εξίσωση της Κίνησης
6. Εξίσωση του Κύματος
7. Εξίσωση Διανυσματικού Κύματος
8. Στάσιμα Κύματα
9. Ελαστικά Κύματα Χώρου
10. Επιφανειακά Κύματα
    Ασκήσεις

Κεφάλαιο 3: Όργανα Αναγραφής των Σεισμών

1. Εισαγωγή
2. Βασικές Αρχές Λειτουργίας των Σεισμογράφων
3. Θεωρία Σεισμομέτρου
4. Μηχανικοί Σεισμογράφοι
5. Ηλεκτρομαγνητικοί Σεισμογράφοι
6. Ηλεκτρονικοί Σεισμογράφοι
   Ασκήσεις

Κεφάλαιο 4: Σεισμικά κύματα και διάδοση αυτών στο εσωτερικό της γης

1. Εισαγωγή
2. Εστία, Επίκεντρο και Χρόνος Γένεσης Σεισμού
3. Καμπύλες Χρόνων Διαδρομής των Κυμάτων Χώρου
4. Μεταβολή των Ταχυτήτων Διάδοσης των Σεισμικών Κυμάτων Χώρου με το Βάθος μέσα στη Γη
5. Διάδοση των Σεισμικών Κυμάτων Χώρου στο Εσωτερικό της Γης
6. Επιφανειακά Κύματα και Διάδοση Αυτών στη Γη
7. Ελεύθερη Ταλάντωση της Γης
8. Μεταβολή των Πλατών των Σεισμικών Κυμάτων κατά τη Διάδοσή τους στη Γη
   Ασκήσεις

Κεφάλαιο 5: Σεισμομετρία

1. Εισαγωγή
2. Εύρεση του Χρόνου Αφιξης
3. Εύρεση του Πλάτους και της Περιόδου
4. Φάσμα της Σεισμικής Κίνησης
5. Διάγραμμα της Κίνησης του Υλικού Σημείου
6. Εκπόνηση Πινάκων και Καμπύλων Χρόνων Διαδρομής των Κυμάτων Χώρου
7. Εύρεση της Επικεντρικής Απόστασης και του Χρόνου Γένεσης
8. Προσδιορισμός των Συντεταγμένων της Εστίας Σεισμού
9. Μέγεθος Σεισμού
10. Ενέργεια Σεισμού
    Ασκήσεις

Κεφάλαιο 6: Η γένεση των σεισμών και η χωροχρονική κατανομή τους

1. Εισαγωγή
2. Τρόπος Γένεσης των Επιφανειακών Σεισμών
3. Τρόπος Γένεσης των Πλουτωνίων Σεισμών
4. Η θεωρία των Εμποδίων και Φραγμάτων
5. Χωρική Κατανομή των Σεισμών
6. Η Θεωρία των Λιθοσφαιρικών Πλακών
7. Χρονική Κατανομή της Σεισμικής Δράσης
8. Σεισμικότητα
9. Ερμηνεία της Γένεσης και της Χωροχρονικής Κατανομής των Σεισμών με τη Θεωρία του Χάους
   Ασκήσεις

Κεφάλαιο 7: Πρόγνωση σεισμών

1. Εισαγωγή
2. Μακροπρόθεσμη Πρόγνωση των Σεισμών
3. Μεσοπρόθεσμη Πρόγνωση των Σεισμών
4. Βραχυπρόθεσμη Πρόγνωση των Σεισμών
5. Κοινωνικές Επιπτώσεις της Πρόγνωσης των Σεισμών
   Ασκήσεις

Κεφάλαιο 8: Μακροσεισμικά αποτελέσματα των σεισμών

1. Εισαγωγή
2. Αποτελέσματα των Σεισμών στο Έδαφος
3. Αποτελέσματα των Σεισμών στο Νερό της Ξηράς
4. Αποτελέσματα των Σεισμών στη Θάλασσα
5. Αποτελέσματα των Σεισμών στις Τεχνικές Κατασκευές
6. Επίδραση των Σεισμών στους Ανθρώπους
7. Επίδραση των Σεισμών στα Ζώα
8. Εκτίμηση των Μακροσεισμικών Αποτελεσμάτων
9. Ισόσειστες Καμπύλες
   Ασκήσεις

Κεφάλαιο 9: Τεχνητές δονήσεις

1. Εισαγωγή
2. Παραγόμενες Εργαστηριακά Δονήσεις
3. Εδαφικός Θόρυβος
4. Πυρηνικές Εκρήξεις και Σημασία αυτών για τη Σεισμολογία
5. Δονήσεις που Οφείλονται σε Χημικές Ενώσεις
   Ασκήσεις

Κεφάλαιο 10: Σεισμολογία της σελήνης

1. Αντικείμενο της Σεισμολογίας της Σελήνης
2. Το Πρώτο Δίκτυο Σεισμολογικών Σταθμών στη Σελήνη
3. Ιδιότητες των Σεισμικών Αναγραφών στη Σελήνη
4. Μέθοδοι Διάκρισης των Δονήσεων της Σελήνης
5. Σεισμικότητα της Σελήνης
6. Μηχανισμός και Αίτια Γένεσης των Σεισμών της Σελήνης
7. Γεωφυσική Δομή του Εσωτερικού της Σελήνης

Κεφάλαιο 11: Παράμετροι του σεισμικού ρήγματος και σεισμικές μέθοδοι καθορισμού τους

1. Εισαγωγή
2. Γεωμετρικές Παράμετροι του Σεισμικού Ρήγματος
3. Μετάθεση στην Εστία Σεισμού
4. Κινηματικοί Αξονες και Κύριοι Αξονες Τάσης
5. Σχέσεις Παραμέτρων του Ρήγματος με το Σεισμικό Μέγεθος
6. Τρόπος Ακτινοβολίας των Σεισμικών Κυμάτων στην Εστία Σεισμού
7. Καθορισμός του Μηχανισμού Γένεσης των Σεισμών με τη Μέθοδο των Πρώτων Αποκλίσεων των Επιμήκων Κυμάτων
8. Καθορισμός του Μηχανισμού Γένεσης των Σεισμών με τη Μέθοδο των Γραμμών Πόλωσης των Εγκαρσίων Κυμάτων
9. Καθορισμός του Μηχανισμού Γένεσης των Σεισμών με τη Μέθοδο των Επιφανειακών Κυμάτων
10. Καθορισμός του Μηχανισμού Γένεσης των Σεισμών με Μοντελοποίηση Κυματομορφών
    Ασκήσεις

Κεφάλαιο 12: Τεχνική Σεισμολογία

1. Εισαγωγή
2. Ισχυρές Σεισμικές Κινήσεις του Εδάφους και Μέτρηση Αυτών
3. Παράγοντες που Καθορίζουν την Ισχυρή Σεισμική Κίνηση
4. Υπολογισμός των Μέγιστων Τιμών των Παραμέτρων της Ισχυρής Σεισμικής Κίνησης
5. Εκτίμηση της Επίδρασης των Τοπικών Συνθηκών στην Ισχυρή Σεισμική Κίνηση
6. Σεισμική Επικινδυνότητα
7. Απόκριση των Τεχνικών Κατασκευών στις Σεισμικές Κινήσεις
8. Σεισμικές Κινήσεις Σχεδιασμού
9. Καθορισμός των Σεισμικών Δυνάμεων
10. Πρακτικοί Κανόνες Αντισεισμικής Κατασκευής
    Ασκήσεις

Παραρτήματα

• Βοήθημα για τις λύσεις των ασκήσεων
• Προσαρμογή ευθείας γραμμής σε δεδομένα με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων
• Πίνακας τιμών της σωρευτικής κανονικής κατανομής F(z)