Seismology and Earthquake Engineering [भूकंप विज्ञान और भूकंप इंजीनियरिंग]

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Course Name: Seismology and Earthquake Engineering

[भूकंप विज्ञान और भूकंप इंजीनियरिंग]

Course Code: MZSCEA-SEE-07

Content Creator: Dr. Mohd. Zameeruddin

1. Introduction [परिचय]

An earthquake is defined as the shaking of the Earth's surface brought on by a sudden release of energy in the earth crust that results in seismic waves. The quick fracture and sliding of masses of rock straining against each other releases energy. The most common places for this to happen are along geological faults, which are small areas where rock masses shift relative to one another.

भूकंप को पृथ्वी की सतह के हिलने के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो पृथ्वी की पपड़ी में ऊर्जा के अचानक मुक्त होने के कारण होता है, जिसके परिणामस्वरूप भूकंपीय तरंगें उत्पन्न होती हैं। चट्टानों के ढेरों के एक दूसरे से टकराने और खिसकने से ऊर्जा निकलती है। ऐसा होने के लिए सबसे आम जगहें भूगर्भीय दोष [फ़ॉल्ट] हैं, जो छोटे क्षेत्र हैं जहाँ चट्टान के ढेर एक दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित होते हैं।

Seismology is the scientific study of earthquakes and how their elastic waves move through planetary bodies.  Seismology includes the study of the way earthquakes affect the environment. It includes the study of man-made processes like explosions as well as other seismic sources such as rivers, glaciers, oceanic microseisms, volcanoes, plate tectonics, and the atmosphere.  

भूकंप विज्ञान भूकंपों का वैज्ञानिक अध्ययन है और यह कि उनके लचीले तरंगें ग्रहों के शरीरों के माध्यम से कैसे चलती हैं। भूकंप विज्ञान में भूकंपों के पर्यावरण पर प्रभाव का अध्ययन शामिल है। इसमें विस्फोटों जैसे मानव निर्मित प्रक्रियाओं का अध्ययन और अन्य भूकंपीय स्रोतों जैसे नदियाँ, ग्लेशियर, महासागरीय सूक्ष्मभूकंप, ज्वालामुखी, प्लेट टेक्टोनिक्स और वायुमंडल शामिल हैं।

The intensity of earthquakes ranges from barely noticeable to strong enough to push persons and items, destroy infrastructure, and completely destroy cities. The seismic activity of an area refers to the frequency, type, and magnitude of earthquakes occurring over a period. The average rate of seismic energy release per unit volume is indicated by seismicity at the specific location. Table 1 lists the major earthquake events that have taken place worldwide.

भूकंप की तीव्रता बमुश्किल महसूस होने वाली से लेकर इतनी तीव्र हो सकती है कि वह लोगों और वस्तुओं को धकेल दे, बुनियादी ढांचे को नष्ट कर दे और शहरों को पूरी तरह से नष्ट कर दे। उत्पन्न तरंगों का प्रकार, आवृत्ति, तथा पूरे काल में आने वाले भूकंपों का आकार, सभी को किसी क्षेत्र की भूकंपीय गतिविधि का संकेतक माना जाता है। प्रति इकाई आयतन में भूकंपीय ऊर्जा उत्सर्जन की औसत दर विशिष्ट स्थान पर भूकंपीयता द्वारा इंगित की जाती है। तालिका 1 में विश्व भर में घटित प्रमुख भूकंपीय घटनाओं की सूची दी गई है।

Table 1: Fatalities and damages due to earthquakes across the world [Wikipedia]

Sr. No.	Earthquake	Year	Intensity	Fatalities
1	Hualien-Taiwan	2024	7.4	29
2	Kaharamanmarus -Turkey	2023	7.8	62013
3	Philippines – Cordillera	2022	7.0	11
4	Haite – Nippes	2021	7.7	2248
5	Greece = North Aegean Offshore	2020	7.0	119
6	Peru – Loreto	2019	8.0	02
7	Indonesia – Sulawesi	2018	7.5	4340
8	Mexico-Chiapas Offshore	2017	8.2	98
9	Ecuador-Esmeraldas	2016	7.9	676
10	Gorkha – Nepal	2015	7.8	8964
11	Yunnan – China	2014	6.2	617
12	Baluchistan-Pakistan	2013	7.7	825
13	East Azerbaijan – Iran	2012	6.4	306
14	Tohoku – Japan	2011	9.1	19747
15	Ouest, Haiti	2010	7.0	160000
16	Sumatra, Indonesia	2009	7.6	1115
17	Sichuan – China	2008	7.9	87587
18	Pisco – Peru	2007	8.0	595
19	Yogyakarta – Indonesia	2006	6.4	5749
20	Pakistan	2005	7.6	87351
21	Sumatra Offshore – Indonesia	2004	9.1	227898
22	Kerman – Iran	2003	6.6	34000
23	Hindu Kush – Afghanistan	2002	6.1	1200
24	Gujrat-India	2001	7.7	20023
25	Bengkulu Offshore - Indonesia	2000	7.9	141

1.2 Understanding the Structure of Earth [पृथ्वी की संरचना को समझना]

Of all the planets in the galaxy, Earth is the most beautiful creation of the Almighty. The Earth is made up of multiple layers. Every layer has a unique chemical and physical characteristic. These layers are divided into two categories: mechanical and chemical. Mechanical layers comprise the lithosphere, asthenosphere, mesosphere, outer core, and inner core; chemical layers include the crust, mantle, and core. Figure 1 shows the layers of the earth. According to their sequence of presence, these layers are called the Crust, Upper Mantle, Lower Mantle, Outer Core, and Inner Core.

आकाशगंगा के सभी ग्रहों में से पृथ्वी सर्वशक्तिमान की सबसे सुंदर रचना है। पृथ्वी कई परतों से बनी है। हर परत की अपनी अलग रासायनिक और भौतिक विशेषताएँ होती हैं। इन परतों को दो श्रेणियों में बांटा गया है: यांत्रिक और रासायनिक। यांत्रिक परतों में स्थलमंडल, एस्थेनोस्फीयर, मध्यमंडल, बाहरी कोर और आंतरिक कोर शामिल हैं; रासायनिक परतों में क्रस्ट, मेंटल और कोर शामिल हैं। चित्र 1 पृथ्वी की परतों को दर्शाता है। उनकी उपस्थिति के अनुक्रम के अनुसार, इन परतों को क्रस्ट, ऊपरी मेंटल, निचला मेंटल, बाहरी कोर और आंतरिक कोर कहा जाता है।

1.    Crust [क्रस्ट] - www.sciencefacts.net

It is our planet's thinnest and outermost layer, and it has the lowest density of all the layers. There are two types of crust based on its location and thickness: oceanic crust and continental crust. Continental crust is around 25 miles (32 km) thick, while oceanic crust is about 3–5 miles (8 km) thick. The oceanic crust has a density of about 3000 kg/m³, while the continental crust has a density of 2830 kg/m³. At the surface, the temperature is 475 K (about 200°C), whereas at the inner deep, it is 1300 K (about 1000°C). The elements oxygen, silicon, aluminum, iron, and calcium are the most common in the crust of the planet.

यह हमारे ग्रह की सबसे पतली और सबसे बाहरी परत है, और इसका घनत्व सभी परतों में सबसे कम है। इसके स्थान और मोटाई के आधार पर दो प्रकार की पपड़ी होती है: महासागरीय पपड़ी और महाद्वीपीय पपड़ी। महाद्वीपीय पपड़ी लगभग 25 मील (32 किमी) मोटी है, जबकि महासागरीय पपड़ी लगभग 3-5 मील (8 किमी) मोटी है। महासागरीय पपड़ी का घनत्व लगभग 3000 kg/m³ है, जबकि महाद्वीपीय पपड़ी का घनत्व 2830 kg/m³ है। सतह पर, तापमान 475 K (लगभग 200°C) है, जबकि भीतरी गहराई में, यह 1300 K (लगभग 1000°C) है। ग्रह की पपड़ी में ऑक्सीजन, सिलिकॉन, एल्युमिनियम, लोहा और कैल्शियम तत्व सबसे आम हैं।

2.    Upper Mantle [भूप्रावार] - www.sciencefacts.net

It is the earth's thickest and biggest layer. The earth's lithosphere, which is composed of the crust and upper mantle, is physically different from the layers below because of its large thickness and low temperature. The asthenosphere layer, which starts at the bottom of the lithosphere and reaches up to 450 miles (700 km) deep down, is a much hotter and more malleable section of the upper mantle that lies underneath it. It has been found that the upper mantle's composition is never in a steady state but rather is constantly changing. Large regions of crust known as tectonic plates are moved by the upper mantle, which causes earthquakes, mountains, and volcanoes to occur. There is a zone of transition between the upper and lower mantles that is between 250 to 410 miles (410 to 660 km) deep. Its density is approximately 3000 kg/m³, and its temperature ranges from 1200 K (approximately 932°C) at the upper boundary with the crust to 1900 K (approximately 1652°C) at the lower mantle boundary.

यह पृथ्वी की सबसे मोटी और सबसे बड़ी परत है। पृथ्वी का स्थलमंडल, जो कि क्रस्ट और ऊपरी मेंटल से बना है, अपनी बड़ी मोटाई और कम तापमान के कारण नीचे की परतों से शारीरिक रूप से भिन्न है। एस्थेनोस्फीयर परत, जो कि लिथोस्फीयर के नीचे से शुरू होती है और 450 मील (700 किमी) गहराई तक पहुँचती है, ऊपरी मेंटल का एक बहुत गर्म और अधिक लचीला भाग है जो इसके नीचे स्थित है। यह पाया गया है कि ऊपरी मेंटल की संरचना कभी भी स्थिर अवस्था में नहीं होती है, बल्कि लगातार बदलती रहती है। टेक्टोनिक प्लेटों के रूप में ज्ञात क्रस्ट के बड़े क्षेत्रों को ऊपरी मेंटल द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, जिससे भूकंप, पर्वत और ज्वालामुखी उत्पन्न होते हैं। ऊपरी और निचले मेंटल के बीच संक्रमण का एक क्षेत्र है जो 250 से 410 मील (410 से 660 किमी) गहरा है। इसका घनत्व लगभग 3000 kg/m³ है, तथा इसका तापमान भूपर्पटी के साथ ऊपरी सीमा पर 1200 K (लगभग 932°C) से लेकर निचली मेंटल सीमा पर 1900 K (लगभग 1652°C) तक है।

3.    Lower Mantle [निचले मेंटल] - www.sciencefacts.net

It is typically found between 400 miles (650 km) and 1,800 miles (2,900 km) below the upper mantle. It occupies the majority of the earth's volume and is incredibly large. Its density is roughly 4400 kg/m³, and its temperature ranges from 1900 K (approximately 1600°C) at the outer portions to 4300 K (approximately 4000°C) near the bottom.

यह आमतौर पर ऊपरी मेंटल के नीचे 400 मील (650 किमी) और 1,800 मील (2,900 किमी) के बीच पाया जाता है। यह पृथ्वी के अधिकांश भाग पर कब्जा करता है और अविश्वसनीय रूप से बड़ा है। इसका घनत्व लगभग 4400 kg/m³ है, और इसका तापमान बाहरी भागों में 1900 K (लगभग 1600°C) से लेकर तल के पास 4300 K (लगभग 4000°C) तक होता है।

4.    Outer Core [बाहरी कोर]- www.sciencefacts.net

Located beneath the mantle, it is composed of 80% iron, nickel, and a few other lighter elements, much like the inner core. The outer core is always found to exist in the viscous-liquid form because of its extremely high density, which prevents it from having enough pressure to be compacted into a solid. Its density is roughly 12200 kg/m³, and its temperature ranges from 4300 K (approximately 4030°C) at the outer portions to 6000 K (approximately 5730°C) near the bottom.

मेंटल के नीचे स्थित, यह 80% लोहा, निकल और कुछ अन्य हल्के तत्वों से बना है, जो आंतरिक कोर की तरह ही है। बाहरी कोर हमेशा चिपचिपा-तरल रूप में पाया जाता है क्योंकि इसका घनत्व बहुत अधिक होता है, जो इसे ठोस रूप में संकुचित होने के लिए पर्याप्त दबाव नहीं देता है। इसका घनत्व लगभग 12200 kg/m³ है, और इसका तापमान बाहरी भागों में 4300 K (लगभग 4030°C) से लेकर तल के पास 6000 K (लगभग 5730°C) तक होता है।

5.    Inner Core [आंतरिक क्रोड]- www.sciencefacts.net

It is situated at the earth's center. Of all the layers, the inner core has the maximum density and is mostly made of iron and nickel. With a temperature of 5700 K, or roughly 5500°C, it is the hottest region of the Earth with density of 13000 kg/m³, which is highest among all other layers of the Earth.

यह पृथ्वी के केंद्र में स्थित है। सभी परतों में से, आंतरिक कोर का घनत्व सबसे अधिक है और यह ज़्यादातर लोहे और निकल से बना है। 5700 K या लगभग 5500°C के तापमान के साथ, यह पृथ्वी का सबसे गर्म क्षेत्र है जिसका घनत्व 13000 kg/m³ है, जो पृथ्वी की अन्य सभी परतों में सबसे अधिक है।