Contribución de la sismologia a los estudios isostáticos

Resumen En la presente Nota se expone la evolución que la teoria isostática ha seguido desde los fundamentales trabajos deHayford yBowie hasta el momento actual en que las importantes investigaciones deHeiskanen muestran el acuerdo de la teoría deAiry con los datos que resultan de la propagación de las ondas sísmicas, cuyo estudio hecho a fondo en la California meridional por el eminente SismólogoB. Gutenberg permite determinar los espesores de los estratos granítico é intermedios, así como la profundidad de la superficie deMohorovii, lo que permite esperar una contribución esencial de la Sismología, que de solución definitiva al problema isostático.     

Sopra un'onda lenta superficiale provocata da esplosione vicina: II

Riassunto L'A. completa le proprie ricerche sull'onda superficiale () già trattata in precedenza (Parte I). Gli argomenti qui svolti rispettivamente riguardano: 1) la distribuzione spaziale del vettore spostamento totale e, correlativamente, il «locus» (traiettoria ideale stazionaria) per un punto del mezzo legato allo «strain» periodico dell'onda (); 2) il rapporto delle componenti massimali, nonchè la velocità di gruppo del moto vibratorio studiato; 3) la determinazione delle costanti elastiche e di una roccia superficiale della crosta terrestre, attraverso un metodo suggerito dall'A. e basato sulla registrazione di impulsi del tipo () (Esperienze di Genova-Fegino, 1939); 4) una dimostrazione analitica della divergenza geometrica fra i raggi sismici (rettilinei) relativi ad un'onda piana teorica ed i raggi (curvilinei) lungo i quali fluisce l'energia del moto ondoso esaminato.

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Summary The Author completes his analytical investigation on the surfacewave (), in continuation of Part I. Following subjects are treated: 1) The spatial distribution of the displacement vector and, correlatively, the trajectory-equation of a point displaced by periodic strain; 2) The ratio between the maximal components of ()-wave motion, as well as the corresponding group velocity formula; 3) An estimate of the elastic constants and of surface-rocks, trough the dynamic method give by the Author, based on the recording of any pulses () spread by an explosion (Genoa's experiences, 1939); 4) the analytical demonstration of the geometric divergence existing between seismic and energetic rays of this surface-waves.

     

Geoelektrische Messungen an Zementmörtel und Beton

Zusammenfassung Es werden die elektrischen Eigenschaften des Betons hesprochen. Der spezifische Widerstand ist abhängig vom Wassergehalt, vom Zement und von der Beschaffenheit des Sandes. Der spezifische Widerstand des Betons ändert sich nicht unbedeutend mit der Zeit. Es wird dann die geoelektrische Kontrolle der Injektion eines Dammes besprochen. Man erkennt die Zementinjektion sehr gut an einer Verminderung des spezifischen Widerstandes des Dammes.

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Summary The electrical qualities of beton are discussed. The specific resistance depends on the content of water, of cement and on the condition of sand. The specific resistance changes in the course of time within a wider range. Then the geoelectrical control of the injection of a dam is discussed. The cementinjections may be clearly recognized by the reduction of the specific resistance of the dam.

     

Sur le comportement du vecteur d'advection des perturbations et du tourbillon vertical en altitude

Résumé L'important problème de « l'advection des perturbations » ne peut Être traité d'une manière rationnelle et n'acquiert un sens précis qu'en étudiant d'une part les conséquences purement analytiques des propriétés générales de toute fonction de perturbation, et en utilisant d'autre part les résultats fondamentaux de la théorie des perturbations. On aboutit ainsi à préciser complètement la notion de « vecteur d'advection des perturbations » et l'on montre que les importantes différences qui existent entre le mouvement des perturbations au niveau de la mer (commandé par un champ de température moyenne) et en altitude (où les perturbations se déplacent plutÔt avec le vent moyen, du moins dans la troposphère moyenne) peuvent Être facilement expliquées par le comportement, suivant les verticales,d'une mÊme fonction vectorielle de vitesse d'advection des perturbations, qui intervient d'une manière essentielle dans notre théorie des perturbations.A l'aide du champ moyen de température et de vent entre l'équateur et les pÔles (du sol jusqu'à 20 km d'altitude), nous déduisons le champ moyen du vecteur d'advection des perturbations et le comparons au vent moyen. Cette comparaison donne l'explication de plusieurs faits empiriques importants. De plus, on peut en déduire les limites de la région où il peut y avoir en altitude des « ondes longues » compatibles avec la conservation du tourbillon vertical, ainsi que la longueur d'onde caractéristique de ces perturbations.Dans la deuxième partie du mémoire, nous montrons qu'une transformation simple de l'équation des variations de pression de notre théorie des perturbations conduit à une équation généralisée du tourbillon vertical pouvant Être comparée à l'équation classique du tourbillon que l'on déduit des équations de l'hydrodynamique. Ceci permet de se rendre compte dans quelle mesure on peut admettre en altitude la conservation du tourbillon vertical, propriété qui peut Être considérée comme un cas particulier de l'équation des variations de pression.

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Summary The important problem of the « advection of the perturbations » can be treated along rational lines and acquires a precise meaning only when its treatment is based, on the one hand, on the analysis of the general mathematical properties of any perturbation function, and on the main results of the hydrodynamical theory of perturbations, on the other hand. In this way, the notion of the « advection vector of the perturbations » can be completely clarified and it can be shown that the important differences between the motion of the perturbations at sea level (which is determined by a mean temperature field) and in the free atmosphere (where the perturbations move rather with the mean wind, at least in the middle troposphere) are easily explained by the behaviour of thesame vectorial advection function which plays an essential part in our theory of perturbations.By means of the observed fields of temperature and wind between the equator and the poles (from sea level to the 20 Km level) we deduce the mean field of the advection vector of the perturbations and compare it to the mean wind field. This leads to the explanation of many important empirical facts and also gives the limits of the region where « long waves » (compatible with the conservation of vertical vorticity) can exist, and also the characteristic wave length of these perturbations.In the second part of the paper, a simple transformation of the equation for pressure variations of our theory of perturbations leads to a generalised equation for the vertical vorticity, which can be compared with the classical vortieity equation derived from the hydrodynamical equations. The condition of the conservation of the vertical absolute vorticity can then be appreciated as a particular case of our equation of pressure variations.

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Communication faite le 5 Avril 1956 à la 4ième Assemblée de la « Società Italiana di Geofisica e Meteorologia » (Genova, 5–8 Avril 1956).     

Geoelektrische Verfestigung von Böden bei gleichzeitig wirksamen mechanischem Druck

Zusammenfassung Die Untersuchungen sollen einen ersten Beitrag zum Problem der Bodenverfestigung durch gleichzeitige Anwendung geoelektrischer und mechanischer Verfestigungsmittel liefern. Sie zeigen, dass die geoelektrische Bodenverdichtung durch einen wirksamen mechanischen Druck unterstützt wird. Die geoelektrische und die mechanische Bodenverdichtung müssen aber zeitlich und quantitativ richtig aufeinander eingestellt werden. Die Versuche zeigen weiter den hohen Einfluss des Fritteffektes auf die Stromleitung in der Nähe der Anode. Schliesslich wurden auch Untersuchungen bei stossweise wirksamer mechanischer Bodenverfestigung unternommen.

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Summary New experimental data are presented on the problem of soil consolidation by simultaneous application of geoelectrical and mechanical means of consolidation. Experiments were made with intermittent and continuous mechanical methods of consolidation. The experiments show that the methods of consolidation must be correctly chosen with regard to both their quantitative and temporal succession if they are to support each other. The experiments show further that close by the anode through the so-called effect of coherence the conductivity of the soil is essentially higher. The problem is by no means completely cleared. With regard to the great practical importance of this question further series of investigations will be necessary.

     

L'énergie des perturbations et les deux régimes du mouvement des fluides en météorologie synoptique

Résumé On commence par déduire l'équation thermo-hydrodynamique d'une masse finie quelconque du fluide. Cette équation réalise la synthèse des équations du mouvement, de l'équation de continuité, de l'équation qui exprime le premier principe de la thermodynamique et de l'équation d'état. Sous sa forme première, elle ne se prête pas, pour plusieurs raisons; à l'étude des transformations d'énergie dans une masse donnée. En considérant cependant la décomposition du mouvement réel en mouvement de base et perturbation, et en appliquant l'équation thermo-hydrodynamique à une même masse dans le mouvement réel et dans le mouvement de base (c'est-à-dire, à une masse dont la surface limite se déplace de la même manière dans le mouvement réel et dans le mouvement de base), on arrive facilement à une nouvelle forme beaucoup plus simple, quoique rigoureuse, de l'équation thermohydrodynamique. Cette nouvelle forme exprime la perturbation de l'énergie cinétique du mouvement autour du centre de gravité de la masse en fonction de la perturbation de son enthalpie (terme margulésien) et de la perturbation de la dissipation d'énergie dans la masse par les efforts de frottement. D'où un premier résultat central du mémoire qui s'énonce en disant que la perturbation de la dissipation d'énergie contribue nécessairement et efficacement, dans certains volumes de l'atmosphère, à une augmentation de l'énergie cinétique des perturbations.La variation de l'enthalpie peut être exprimée en fonction du mouvement du centre de gravité de la masse. On montre alors que la variation temporelle de la perturhation de l'enthalpie est nulle pour toute masse dont le mouvement de la surface limite n'a pas de perturbation. Ceci conduit au deuxième résultat central, d'après lequel la variation de la perturbation de l'énergie cinétique du mouvement autour du centre de gravité dans und telle masse est égale à la perturbation, changée de signe, de la vitesse de dissipation d'énergie par les efforts de frottement.Ces deux résultats impliquent, selon l'auteur, un changement radical dans la manière de traiter le problème de l'origine de l'énergie des perturbations. En particulier ils montrent qu'il faut rejeter les modèles margulésiens ou margulésiens généralisés, selon lesquels toute perturbation est essentiellement un mécanisme qui emprunte son énergie cinétique à l'enthalpie de la masse.Le mouvement de base, produit directement par l'ensemble des actions extérieures thermodynamiques et mécaniques qui agissent sur le fluide, doit être considéré comme étant celui qui réalise à chaque instant, pour ses différentes propriétés, le minimum de variation temporelle. Ceci implique l'existence, en chaque point du fluide, d'une fonction de dissipation essentiellement positive, d'où résulte que la loi des efforts de frottement dans le mouvement de base est nécessairement une loi de Hooke isotrope. Sous l'influence des mêmes actions extérieures, le fluide prend cependant un mouvement différent du mouvement de base (en d'autres termes, il se superpose à celui-ci une perturbation) parce que la loi réelle des efforts de frottement n'est pas rigoureusement une loi de Hooke isotrope. La perturbation est donc, à chaque instant, la résultat de l'action, étendue à tout le passé du fluide, de la différence des deux lois des efforts de frottement.En négligeant cependant différentiellement, à un instant donné, la partie des efforts de frottement qui ne correspond pas à une loi de Hooke isotrope, on arrive facilement à une généralisation du théorème de Helmholtz sur la fonction de dissipation, et l'on montre que la condition nécessaire et suffisante pour qu'il existe une perturbation non nulle est que le mouvement de base soit rotationnel ou divergent.

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Summary The thermo-hydrodynamical equation for an arbitrary finite mass of the fluid is first of all deduced. This equation realizes the synthesis of the equations of motion, the equation of continuity, the equation expressing the first principle of thermodynamics and the equation of state. In its primary form, the thermo-hydrodynamical equation cannot be easily applied, for several reasons, to the investigation of the energy transformations in a given mass. However, by considering the separation of the motion in a basic motion and a perturbation, and applying the thermo-hydrodynamical equation to the same mass in the real and the basic motion (in other words, to a mass with the same displacements of its boundary surface in the real as in the basic motions), a much more simple (but still exact) form of this equation can be derived. This new form expresses the perturbation of the kinetic energy of the motion around the gravity centre of the mass as a function of the perturbation of its enthalpy (margulesian term) and the perturbation of the energy dissipation inside the mass by the frictional stresses. A first result follows from this equation, which states that the perturbation of the energy dissipation by the frictional stresses must necessarily and efficiently contribute, in some volumes of the fluid, to an increase of the kinetic energy of the perturbations.The enthalpy variation can be expressed as a function of the motion of the gravity centre of the mass. It can then be shown that the temporal variation of the enthalpy perturbation must vanish for any mass with no perturbation of the motion of its boundary surface. This property then leads to the second central result of the paper, which states that the temporal variation of the perturbation of the kinetic energy of the motion around the gravity centre of such a mass is due solely to the perturbation of the rate of energy dissipation by the frictional stresses.In the author's opinion, these results lead to a radical change of attitude towards the fundamental problem of the origin of the energy of the perturbations. They show, for instance, that any margulesian or generalized margulesian perturbation model, consisting essentially in a mechanism borrowing its kinetic energy from the enthalpy of the mass, should be rejected.The basic motion is the direct effect of the thermodynamical and mechanical external actions and must be considered as the motion which realizes, at any moment, a condition of minimum temporal variation for its properties. Consequently, an essentially positive dissipation function must exist at any point in the basic motion. The corresponding law for the frictional stresses is necessarily an isotropic Hooke's law. The real motion of the fluid, under the influence of the same external actions, differs from the basic motion because the real law of the frictional stresses is not strictly an isotropic Hooke's law. At any moment, the perturbation is the integrated result, for all the life history of the fluid, of the difference between the two laws of the frictional stresses.Neglecting however differentially, at a given moment, the part of the frictional stresses not corresponding to an isotropic Hooke's law, a generalization of Helmholtz theorem on the dissipation function can be derived, with the consequence that the necessary and sufficient condition for a non vanishing perturbation is a rotational or divergent basic motion.

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Communication à la 3ème Assemblée de la «Società Italiana di Geofisica e Meteorologia» (Gênes, 15–17 Avril 1955).     

A morphotectonic study of environmental impact on ground water in Southern Iran and under the Persian Gulf

The Zagros Mountain Ranges (ZMR) in southern and southwestern Iran consisting mainly of limestone are a large and very valuable catchment area, which recharges the aquifers in vast areas of Iran and of the Gulf States beyond the Persian Gulf. The collision resulting from the opening of the Red Sea and the convergence of Arabia towards Iran increases the rock porosity and thus the internal drainages. This helps to recharge the aquifers, but the ground water becomes more vulnerable to the growing landfill. Another source of ground water contamination is the Lower Paleozoic salt which crops out in the form of numerous salt plugs.The Makran Mountain Ranges (MMR) in southern and southeastern Iran are also a large catchment area and subjected to subduction. They have therefore different lithology and are less exposed to contamination.Because of the ongoing tectonic activities in different stages of plate convergence from subduction to incipient and advanced collision, the migration of ground water under the Persian Gulf to the Gulf States, the contamination of ground water by salt plugs and growing landfill, and the degree of rock exposure, a study of the relation of morphotectonics to ground water and its contamination in southern Iran seems to be required and promising.     

An 8-year record of gas geochemistry and isotopic composition of methane during baseline sampling at a groundwater observation well in Alberta (Canada)

Variability in baseline groundwater methane concentrations and isotopic compositions was assessed while comparing free and dissolved gas sampling approaches for a groundwater monitoring well in Alberta (Canada) over an 8-year period. Methane concentrations in dissolved gas samples (n?=?12) were on average 4,380?±?2,452 μg/L, yielding a coefficient of variation (CV) >50 %. Methane concentrations in free gas samples (n?=?12) were on average 228,756?±?62,498 ppm by volume, yielding a CV of 27 %. Quantification of combined sampling, sample handling and analytical uncertainties was assessed via triplicate sampling (CV of 19 % and 12 % for free gas and dissolved gas methane concentrations, respectively). Free and dissolved gas samples yielded comparable methane concentration patterns and there was evidence that sampling operations and pumping rates had a marked influence on the obtained methane concentrations in free gas. δ¹³C_CH4 and δ²H_CH4 values of methane were essentially constant (?78.6?±?1.3 and ?300?±?3?‰, respectively) throughout the observation period, suggesting that methane was derived from the same biogenic source irrespective of methane concentration variations. The isotopic composition of methane constitutes a robust and highly valuable baseline parameter and increasing δ¹³C_CH4 and δ²H_CH4 values during repeat sampling may indicate influx of thermogenic methane. Careful sampling and analytical procedures with identical and repeatable approaches are required in baseline-monitoring programs to generate methane concentration and isotope data for groundwater that can be reliably compared to repeat measurements once potential impact from oil and gas development, for example, may occur.