Sur la nature et l'origine des microséismes européens

S U R LA N A T U R E E T L ' O R I G I N E D E S M I C R O S ~ , I S 3 [ E S E U R O P I ~ , E N S * )

ALoes Z J~TOPEK Universitd Cha,rles, Praha**)

I. INTRODUCTION

Beaucoup d'auteurs se sont oecup6s des micros6ismes observ6s en Europe dar~ l'intervalle des p6riodes de 3 s 9 secondes. On a constat6 leur relation 6troite avee les facteurs m6t6orologiques et essay~f de trouver l 'explication des faits observ6s en 6tudiant surtout les ,,temp~tes micros6ismiqucs" qui s'616vent au-dessus du niveau des mieros6ismes ,,normaux". Ceux-ci sont tr6s faibles en 6t6, mais 6mergent comme un ph6nom6ne typique au eours des ,,p6- riodes d'activit6" allant du mois de septembre au mois de mai et poss6dant un ou plusieurs maxima pendant les mois d'hiver.

Le but de la pr6sente commtmication est de r6sumer les r6stfltats sur les mieros6ismes europ6ens qui ont 6t6 obtenus k la station s6ismologique de Praha (50~ N, 14~ E) depuis 194g. Lu recherche est bas6e principalement sur les observations de cette station dont la position au centre du continent europ6en s'est r6vdl4e tr6s favorable. Sa distance, k peu pr6s 6gale des mers au nord et au sud, est suffisante pour la filtration des perturbations, dues aux effets c6tiers, et les amplitudes -- bien qu'elles ne d6passent pas 3 microns -- sont suffisamment 41ev6es pout 4tre analys6es avec s6curit6. Cette base a 6t6 eompl6t6e par des donn6es communiqu6es dans les bulletins des stations suivan- tes: Ath6nes, Bratislava, Bucarest, Copenhague, I)e Bilt, Halle, Hurbanovo, I6na, Kiruna, Nord, Skalnat6 Pleso, Strasbourg, Stuttgart , Trieste, Uppsala et Varsovie. L'analyse eompl6mentaire des inscriptions originales a 6t6 effec- tu6e aux stations de Collm, Halle, I6na et Potsdam. En outre, on a r6analys6 nombre de cas trait6s dans la litt6rature.

Notre id6e principale a 6t4 l '6tablissement de relations plus sfires entre les variations des micros6ismes, considgrds en bloc, et l'allure de divers agents m6- t6orologiques su r tou t dans la zone frontale atlantique entre l'Am6rique du Nord et la cSte oecidentale de l 'Europe. Le trait caract6ristique est que les analyses relien~ les observations continuelles des p6riodes et des amplitudes mieros6ismiques avec la position, la profondeur, l '6tendue et te mouvement des d6pressions (ou bien souvent aussi des maxima) barom6triques, avee le carac- t~re et la marche des fronts, avec la vitesse et la direction du vent etc. en con- sid6rant aussi d'autres factcurs, p. e. la profondeur du fond de la mer dans la r6gion d'origine. L'analyse comprend done les temp4tes micros6ismiques aussi bien que les intervaUes tranquilles.

Pour leg analyses mentionn6es on a employ6 les cartes m6t6orologiques sui- vantes: Cartes ,,Dennl ptehled po~asi" de l ' Inst i tut Hydrom6t6orologique de Praha; Bulletin Quotidien d 'Etudes de l 'Etablissement Central de la M6t6oro- lo~e, Paris; Synoptic Weather Maps, U. S. A. Weather Bureau; T~glicher Wet- terberieht, :kmtsblatt des I)eutschen Wetterdienstes.

Les corr61ations quotidiennes des micros6ismes avec les donn6es m6t6oro- logiques ont 6t6 continu6es jusqu's la fin de mai 1960, except6 la p4riode activo

*) Pr6sent~ ~ la X I I ~ ,a_ssernbltle Gtin6rale de I 'U. G. G. I . , t enue h He l s ink i du 26 Ju i l l e t au 6 Ao~t~ 1960.

**) Adresse: Ins t i tu~ de G6ophysique, Ke Kar lov~ 3, P r a h a 2, Tch4coslovaquie .

Studia geoph, et geod. S (1961) 51

A. Zdt~pe]c

de 1955/56, off l'enregistrement des micros6ismes k la station de Praha a 6t6 interrompu s cause d'une calamit6 d'eau.

L'Ann~e Ggophysique Internationale 1957/58 (AGI) et ]'Ann6e de Coopera- tion G6ophysique 1959 reprdsentent la p~riode la plus importante de notre recherche. Gr's au ,,Manuel" du Professeur Roth6, officiellement adopt~ pour l 'observation et ]a mise en valeur des microsgismes pendant I'AGI, on a atteint une homog6n6it~ considerable des donn~es concernant les micros~ismes k partir du 1 ~ juillet 1957. Nous en avons profit~ pour soumettre nos r6sultats s de multiples contrSles.

II. ~I]~TI-IODES E~IPLOY]~ES

Les observations des micros~ismes ~tant li~es aux termes mdt~orologiques principaux "~ 0 h, 6 h, 12 het 18 h TMG rcspectivement, on a confrontal continuelle- ment l'~volution des micros~ismes avec celle des situations sSnloptiques. La richesse du mat6riel a fr~quemment exig~ l'application des m~todes graphiques et statistiques.

a) Nous sommes partis d'une representation graphiquc fondamentale des p6riodes et des amplitudes des m[cros~ismes en fonction du temps, introduite dans les m~moires [I]--[3]. La m~thode fair l'usage de quatre axes parall~les du temps corresponclant aux quatre termes m~tSorologiques mentionn~s et per- met de suivre, sur une seule feuille de papier quadrilld aumillim~tre, route une p~riode active avec routes les donn~es compl~mentaires dont on a besoin pour ~tabl[r des correlations (p. e. fig. I). Ces graphiques sont convenables pour des comparaisons de diverses p6riodes d'activit6 pour une m6me ou pour plusieurs stations. Envutre, ils peuver~t 6tre bien utilis6s pour des st~tistiques, ce qui conduit k des conclusions plus g6n6rales sur le caract6re de l 'activit6 micro- s6ismique et son rapport k la circulation atmosph6rique. On en peu t tirer m6me des iuformations pour des consid6rations g6ologo-tectoniques.

I1 est tr6s avantageux qu'on y iise imm6diatement les param~tres initiaux des temp6tes micros6ismiques, ca qui facilite le choix des cas earact6ristiques pour une analyse plus d6taill6e.

b) En construisant les sommes successives d'amplitudes en fonetion du temps pour une p6riode active consid6r6e et les rempla~an~ -- comme c'est usuel an physique -- par une courbe int6grale nette et sans k coup (voir [1], p. 190) on en peut obtenir par diff6renciation une courbe id6alisde des amplitudes. Ces courbes-ci, off on a supprim6 les temp~tes et les variations rapides, couservent les traits g6n6raux de la marche des amplitudes et nous servent

comparer l'aetivit6 microsdismique pour les diverses p6riodcs d'activit6 et les diff6rentes stations (comme exemple, voir fig. 2).

c) A c6t6 des comparaisons directes des facteurs synoptiques mentionn6s plus haut avec les microsdismes, nous avons introduit, k titre d'ess~i, un hombre caract6ristique -- un ,,indite" -- pour exprimer la corr61ation entre les microsdismes et la circulation dans le niveau isobarique de 500 millibars (voir [2], p. 177). Notre indice est proportionnel '~ la composante WE (cette eomposante joue g6n6rale.mcnt le r61e le plus important duns la zone active) de l a circulation. On le d6termine k l'aide des cartes de la surface de 500 millibars con~me le nombre moyen des lignes de ~fiveau (isohypses) orient6es, trac6es de 40 en 40 m6tres. Le sens physique de l'indice consiste dans sa relation avec la composante ~VE du vent g~ostrophique duns la surface de 500 millibars (voir p. e. [15], p. 516). On pourrait d6finir les trois autres composantes d'une mani6re analogue; ceei sera l'objet d'une 6tude ult6rieure.

5 2 Studia geoph , et geod. 5 (1961)

S u r la nature et l'c~rigine des microsdisrnr eu.ropdens

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L'a l lure des indices a gt~ eompar~e avec la marche des ampl i tudes dans les g raph iques f o n d a m e n t a u x et a jus tge p o u r eompara i son avec les eourbes des ampl i tudes iddalis~es (voir fig. 2).

d) Nous avons poursu iv i la re la t ion ent re les posi t ions des eentres des dd- pressions et les ampl i tudes des micros6ismes observ6s/~ P r a h a p e n d a n t les pdriodes individuelles d 'act iv i t~ . Les ampl i tudes inf~rieures s 0,5 microns n ' o n t pas gtd respect~es; darts l ' in terval le 0,5 u ~ A < [ u elles ont re ,u , p o u r ex-

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~'ig. 1. Les amplitudes horizontales .4 = ~h -i- hoAE~het leshPeri~ moyennes T = = �89 x + T~) des mierosgismes de Praha pour 0 , 6 , 1~ er 18 TMG pendant la pgriodo du I *r septembre 1959 au 31 mai 1960�9 Leg bases respectives pour 6 h, 12her 18 h sont suc-

cessivement d6plaedes vers le haut,.

p r imer leur impor tance , un poids s ta t i s t ique 6gal ~ 1, dans l ' in te rva l le l / t =_<A < 2 u un poids ~gal s 2 et pour A :> 2!~ un poids ~galS. 3 ( v o i r f i g . 1 et 5 du m~moire [3]).

P a r la superposi t ion de ces cartes, on a essay~ de faire ressor t i r les r6gions reli6es le plus ~ t ro i tement avee les mieros~ismcs de P r a h a et d 'd l iminer Fin- fluence de I ' inexac t i tude des car tes m6tdorologiques aussi bien que de s u p p r i m e r les cyclones seeondaires qui, pour la forme, ont 6td ins5r6s dans les car tes (voir

S t u d t a geoph , et geod. 5 (1961) $)3

A . Zdtopelr

fig. 3 et 4). Lea isobathes trac6es duns la carte r6sultante (fig. 4) expriment la relation entre les r6gions pr6f6r6es (relativement s Praha) et les profondeurs de lamer.

I I I . I%]~SULTATS E T D I S C U S S I O N

Les r6sultats eoneernant les mieros6ismes de Praha ont 6t6 pass6s en revue duns le m6moire [1]; leur validite a 6t6 6tendue ~ l 'Europe centrale duns les

communications [2] et [3.]. Mainte-

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hunt, nous voulons lea compldter pour le continent europden suivant nos analyses comparatives et tenant compte des rdsultats publids par d'autres auteurs, su r tou t au cours des dernibres anndes (-r Biblio- graphie).

1. En Europe , les microsdismes sont observds le plus frdquemment comme une succession de groupes des vibrations sinusoida]es s lea pdriodes se trouvent entre 3 et 9 secondes (sauf de rares exceptions, p. e. 10 sec. ~t Kiruna en ddcembre 1958). Les amplitudes maximum ne d6passent pas quelques microns aux stations continentalcs; les stations situdes pros de ]a c6te poss~dent re-

3 0 guliSrement des amplitudes beaucoup plus fortes, atteignant plusieurs di- zaines de microns pendant les tem- p6tes "~ puissantes. Une attdnuation gdndrale des amplitudes duns la di-

20 reetion du nord vers le sud rdsulte de la fig. 2. A l in tdr ieur du con-

Fig. 2. Les courbes des ampli tudes ajus- f0 t6es le long d 'un profi lor icntd approxive-

raativernent dana la direct ion NS: K z composante Z & Kiruna, U z c o m p o s a n t e verticale & TJppsala, C z ~ C~ P g composante horizontale ~ Praha, T~r composante horizontale ~ ~_Prieste pour la

0 p6riodedu lr 1957au 31jui l le t 1958. Courbe i: courbe ajustde des indices i.

tinent, un affaiblissement des nlicrosdismes est gdndralement observd duns la direction de l'ouest vers l'est, mais aucune loi rationnelle de l'affaiblissement des amplitudes (ce qui est 6videmment causd aussi par des raisons gdo_ logiques) n 'a 6td tronvde. Par exemple, ir Praha et Idna ]es amplitudes des microsdismes sont eonsiddrablement infdrieures s celles de Strasbourg et de Var- sovie. L'dtude plus exacte des relations tectoniques, constatdes par Gutenberg

~4 Studla geoph, et geod. S (1961)

S u r Ia ,nature et l' origine des ,microadismes europgen8

[4], exigerait l 'unification de l'appareillagc au moins duns un rdseau spgcial de stations convenablement situ~es. Ndanmoins, on reconnalt net tement qu'il existe uu ,,couplage" entre la rdgion de l 'Islande et l 'Europe centrale d'une part, et entre la rdgion avoisinant la Scandinavie du Nord et la plate-refine russe d'autre part. On n'observe pus s Praha d'effets micros6ismiques qui pour- raient 6t, re sfirement attribuds s des sources des microsdismes agissant duns le Golfe de Biscaye, duns 5Ianche ou en 5'Idditerrande, qui entrent cn jeu en Europe occidentale, respeetivement en Europe mdridionale.

2. Lorsqu'on suit la marche des micros6ismes 'au jour le jour, on vdrifie la ressembLance, connue pour les temp6tes microsdismiques, comme un fair exist, ant aussi duns l'allure gdn6rale des microsdismes ~ travers le continent europden. Ce r6gime est observable non seulement p. e. s Athbnes, mais aussi en Asie cen~rale [4, 5]. Les figures 4 a ~ h du mdmoire [3] en sent les preuves. La figure 2 nous ddmontre que cette ressemblance existe aussi si l'on consid~re route une periode d'activitd.

La circulation atmosphdrique duns la zone frontale atlantique entre l'Am6- rique du Nord et la cSte occidcntale de l 'Europe dtait depuis longtemps recon- hue comme une cause primaire des microsdismes europdens, mais on supposait

, , o. �9 divers mdcanismes de transition de 1 ener~m de l'atmosphbre au sol par l'in- termddiaire des musses d'eau des mers et de leurs mouvements oscillatoires; voir Bibliographie [4--13]. Nos analyses conduisent au rdsultat que les microsgismes sent dominds, en Europe, par le rdgime de la zone frontale entre le Labra- dor, le Greenland et Ia Scandinavie [1, 2, 3]. L'augmentation la plus intense des amplitudes a 6td observde quand une ddpression profonde, avec le centre situd s l 'est de 40~ environ et au nord de 50~ environ, procddait rapidement vers l'est ou le nord-est. Les statistiques ont rgvdld des positions critiques des centres cycloniques ([3], fig. 1 et 5). Celles-ci se trouvent '~ l'ouest, sud-ouest, sud et nord-est de l 'Islande et sur la met entre l'Islande, l'Ecosse et la c6te norvdgienne lorsqu'il s'agit de l 'Europe occidentale et centrale. Pour la Scandinavie, corfform6ment aux rdsultats de B~th [7, 8, 9], c'est plut6t la partie orientale de lad i te zone parce que les cyclones atlantiques, surtout ceux qui se trouvent h l 'ouest de l 'Irlande, semblent 6ire moins: importants. La chose parait 6tre analogue pour la plate-forme russe. D'apr6s 3fonakhoff [5], les micros6ismes se propageant s de grandes distances s travers le continent eurasiatique vers le sud-est devraient se produire au voisinage de la c6te scandinave. A Praha, on observe aussi des microsdismes lorsque les centres des cyclones traversent la partie moyenne et septentrionale de la ~[er Baltique. A l'ext6rieur des dites rdgions, except6 la partie au nord de la Norv6ge, les effets des cyclones atlantiques ont dt6 trouvds insignifiants, au moins en Europe centrale.

l[1 faut mentionner que les cyclones statiormaires ou lents, aussi bien que ceux qui progressent sur le continent, pr6sentent rdguli6rement une influence tr6s faible sur les microsdismes.

]:l a dr6 constat6 plusieurs fois que les micros6ismes peuvent se produire aussi lors de situations anticycloniques, si une cr&te de haute pression se forme rapidement et joint les centres de deux anticyclones, l 'un situd au-dessus de l 'Europe du sud-est et l 'autro au-dessus du Greenland et s'il y a, sur les marges de cetto cr6te, des cyclones assez accentuds. Les exemples se trouvent duns les publications [2] et [3].

3. Les microsdismes qui se produisent en co~mexion avec l'activit6 cyclonique duns notre zone active se ddveloppent simultandment sur tout le conti-

S t u d i a g e o p h , e t g e o d . ~ (1961) 5 5

A. Zdtopek

nent. La figure 2 d4montre que cette activit4 se refl~te dans la ressemblance des eourbes des amplitudes ajust6es et pr4sente des traits communs aussi avee la courbe ajust4e de l'indice i. D'autre part, l 'analyse plus d4taill4e r6v~le dans l'allure des microsdismes des diff6rences individuelles qui parfois son t visibles dans un groupe des stations situ~es dans une m@me r4gion. La fig. 4e du m6- moire [3] peut servir d'exemple: Un deuxi~me maximum qui a 4t4 observ4 s Copenhague, Halle et Varsovie et qui se trouve en connexion avec un minimum barom6trique secondaire pros de la c6te norv4gienne m~ridionale, n'est plus visible sur le cours des amplitudes h Praha, Stut tgar t et Trieste. I1 s'agit done d 'un effet r~gional dont la port4e a gt4 considdrablement p lus faible que celle de ]a source qui a caus4 le maximum principal. Naturel]ement , on trouve aussi des effets locaux que nous ne pouvons pas inclure dans no t r e analyse.

D'apr~s ce que nous venons de dire on peut d6signer comme [es sources ,,du premier ordre" celles dont les effets s 'observent dans les dimensions continentales et comme les sources ,,du deuxi@me ordre" telles qui n 'ont qu 'une portde r4gionale. Les effets cle la derni~re esp~ce sont dfis s des d4pressions barom4- triques secondaires ou peu accentu4es, '~ des passages des fronts froids, k des vents passant de l a m e r s la terre ferme et 's la houle. Ces micros6isrnes-ci peuvent 8~re tr~s forts au voisinage de la source et peuvent masquer l ' e f fe t d'une source 41oign4e du premier ordre. C'est le cas en Islande et aux s ta t ions situ@es sur la c6te. Sur le continent, une vive activit4 frontale au-dessus d e l'oc4an se manifeste intdgralement par un accroissement et une dispersion 61e'vde des amplitudes, tandis que, gdndralement, les fronts progressant sur le cont inent (ex- ceptd le passage local) ne produisent pas d'effets observables. A des distances relativement grandes on observe une influence des fronts froids avanqant vers la c6te oecidentale et septentrionale de la Norv@ge e~, au moins ~ Praha, un effet des fronts passant la Met Baltique vers l'est. I1 est difficile de prouver s distance un effet direct des vents passant de la met/~ la terre, except6 peut- @ire la partie eentrale et septentrionale de la Norv~ge. L'X, en accord avec B~th [7, 8, 9, 12] et 5Ionakhoff [5], on doit chercher l'origine d'une pa r t des microsdismes se produisant sur la c6te par le ,,surf effect".

Parce que les microsdismes observds /~ une station donnde peuven t gtre pro- voqu6s pa.r une action simultande de plusieurs sources il semble na tu re l que les inscriptions de diverses stations situdes pr6s de la c6te peuvent diffdrer eonsi- d4rablement, surtout s'il y a encore des effets gdologiques. C'est pourquoi on dex~'ait 4tudier les mieros4ismes plutdt aux stations continentales off les conditions sont plus favorables.

4. Le paralldlisme de la marche des pdriodes avec les amplitudes e s t gdndralement connu. II est dvident dans les graphiques fondamentaux e t se montre statist iquement confirmd pour toute l 'Europe. Les exceptions et la rbgle re@me posent de sdrieux probl@mes ~ l'6xplication physique.

L'agrandissement des pdriodcs avec la distance de la source para.i~ assez probldmatique. La relation entre la p4riode T ~ une distance D, To 4ran t la p4- riode /~ la source, T 2 = T~ + 0,01 D, publi@e par Gutenberg [14], donne des pdriodes qui, rdguli@rement, sont considdrablement sup4rieures a u x valeurs observdes. Au eontraire, il y a des eas inverses, p. e..X Kiruna les p6riodes sont patrols supdrieures 's eelles de Praha pour une source qui 6~fidemment se trouve s la c6te septentrionale de la Norvgge. En 6tudiant un grand nombre de cas on rencontre des diffdrenees de pdriodes observ@es dans des conditions analogues, ce qui est souvent tr@s diffieile h expliquer. Ii existe aussi une diffdrence

5 6 S t u d i a g e o p h , e t g e o d . 5 (1961)

S u r la na ture et I' o,rigine de~ microsdi .~nes europgens

lorsqu'on compare les p6riodes observ~es aux diverses stations pendant les temp6tes mieros6ismiques et les p6riodes des micros6ismes normaux. A titre d'exemple, on obtient ggngralemeng & Kiruna et Uppsala des p~riodes qui song sup~rieures k eelles de Praha pour les tempgtes, mais e'est l'inverse pc, ur des intervalles plus tranquilles.

En Seandinavie, les passages des fronts froids vers la eSte norv~gienne sent g6n~ralement aeeompagn~s d'un aeeroissement des p6riodes.

On observe aux stations situges sur les lies et la cdte de la M~diterran6e des mieros6ismes -k p6riodes plus eourtes. Les mieros~ismes de ee genre cortes-

Fig. 3. Une superpos i t ion des car tes des cent res eycloniques en relat ion avee les ampl i - tudes des mieros6ismes 1948/49 et 1956/57. Les amp l i t udes A < 0,5tz on t reeu un po ids s t a t i s t ique p := 0, pour 0,5~x ~ A < l g p = I, pour l a ~ A > 2~z p = 2, pour A ~ 2a p ~ 3. Les chiffres dds ignen t les sommes des poids; on a t r a c 6 les i sobathes pour 1060 m,

2000 m e t 3000 m.

pendent aux sources que nous avons ddsigndes p]us haut comme les sources ,,du second ordre", soit en plein oe6an, soig en M~diterrande (p. e. les microsdismes adriatiques [10] ou tyrrh6niens [11]). On doit remarquer qu'on n'a con- stat6 -- contrairement & ce qu'on pourrait attendre par analogie avee les in- fluences mdt5orologiques -- aucun effet du rdgime m4diterrangen ou adria- tique dans les microsdismes enregis~r6s par les stations tchdeoslovaqnes de serge que eette pattie de l'Europe est ddjg domin4e exelusivemeut par le r6gime de la zone reprdsente;e dans les fig. 3 et 4; voir aussi [l--3].

Parfois on trouve mSme sur le continent des pdriodes de 2 seeondes era, iron. Une teIIe observation fa re g Praha a 4td interpr~tde eomme un phdnomgne local dfi aux oscillations des couches dans le sous-sol de la station (volt aussi

Studia geoph, et geod. S (19810 57

A. Zdtopek

[1]). Quant ~ la relation de la p4riode observ4e 7k une station ~ e c la r4gion d'origine des micros4ismes, les observations de Praha eonduisent s la conclu- sion que les p4riodes sup6rieures ~ 5 secondes sent li4es le plus souvent avec l'aetivit5 cyelonique dans la rdgion de l'Islande. Les p4riodes p lus courtes des micros4ismes normaux se trouvent plut6t en connexion avec les circonstances r4guli~res au voisinage de la c6te norv4gienne.

5. Les figures 3 et 4 pr4sentent une information sur la posit ion des r4gions dans lesquelles l'activit4 cyelonique se trouve dans la relation l a plus 4troite avec l'aetivit4 micros4ismique par rapport k la station de Praha e t , on pourrait

Fig. 4. U n e supe rpos i t i on des ca r tes des pos i t ions des cent res cyc lon iques e n r e l a t i o n avec l ' i n t ens i t6 des micros4ismes /l P r a h a pou r les p6r iodes ac t ives de 1948/49 ~ 1959/60, ex- cept4 1955/56 (vo i r l e texte) . Les p o i d s p e o m m e darts la fig. 3; les chi f f res d g s i g n e n t n = Zp.

bien dire, pour l 'Europe centrale. 5[a]gr4 l 'inexactitude des cartes m4t4oro- logiques, on obtient par superposition de plusieurs cartes une image fort stable. D'apr~s ce que nous avons dit, ilsemble justifi4 d'interpr4ter ces cartes-el comme cartes des r4gions d'origine par rapport aux micros~ismes reli4s a~ree l'activit4 cyclonique. Les r6gions en question -- qui du reste correspondent aux domaines de r~g4n4ration des cyclones -- se manifestent par do hautes valeurs des poids statistiques. On pourrait aussi aborder ici ]a question du d6calage de temps entre le passage du centre cyclonique et la g4n6ration des micros4.ismes. Pour Praha, il semble qu'un d6calage de quelques heures existe, mais d 'au t re part les observations d4montrent que la naissance des micros4ismes rl'est pas n4- cessairement li4e au centre de la d4pression. Pour nos cartes, url retard des

58 Studia geoph, et geod. 5 (1961)

,5'ur la nagure et l 'origine des ~icrosdismes europgens

microsdismes voudrait dire quenos rdgions d'origine devraient ~tre ddplacdes 16g6rement vers l'ouest.

Ii serait intgressant d'analyser les cartes de ee genre dressdes pour plusieurs stations convenablement r@arties sur le continent..

Statistiquement -- d'aprgs les figures 3 et "4 -- les r6gions d'origine semblent prdfdrer des profondeurs entre 1000 m et 3000 m s'il s'agit du plein ocdan; la Met Baltique prdsente, ~tant nn bassin ferm6, pour la g~n6ration des mierosdismes des conditions diff~,rentes par la possibilit6 d'une formation directe des ondes stationnaires.

6. Dans le travail [l] on a exprim~ l'idge d'appliquer les microsdismes s l'6tude de la circulation atmosphgrique et de ses variations avee ]e temps. L'allure de l'indiee ~ (fig. 2) ddmontre que ce serait possible en principe, mais on devrait considdrer aussi les autres composantes de la circulation. En com- parant les deux pdriodes actives tombant dans I'AGI ([3], fig..()) on eonstate le earactgre diff'.rent de leurs mierosdismes et par suite aussi de la circulation. I1 y aurait done une nouvelle mdthode qualitative pour l'~,tude de la circulation dans notre zone active, applicable pour ehaque dpoque pour laquelle on dispose- rait des inscriptions des mieros6ismes.

I1 faut ajouter que la gen~se des microsgismes ne pourrait pas 5tre ex- pliqude seulement par la circulation au niveau de 500 millibars sans existence d 'un cyclone de surface dans la r~gion d'origine.

La eomparaison des figures 2 et 6 du m~moire [3] f l i t souvent ressortir un ddealage de temps (positif ou ndgatif) entre l'allure des indices et des microsdismes qui at teint parfois deux ou trois jours, ce qui peut rendre la eomparaison iueertaine. Les indices i eonservent, relativement aux amplitudes des mi- cros6ismes, un minimum d'~td qui est assez 61evd. Ils ressemblent donc plut6t aux pdriodes qu'aux amplitudes microsgismiques.

7. ~[. Bg~h [7, 9, 12] a trouv~ pour les micros6ismes observgs en Scandinavie qu'ils se produisent aussi bien par des effets des cyclones que par des effets de c6te, sp~cialement par le ,,surf effect". Les rdsultats de nos analyses se trouvent en accord avee eette interprdtation pour les microsdismes europdens en g~n~ral.

Nos connaissances sur les ph5nom~nes physiques au cours de la formation des cyclones d~ns leur centre et ses environs ne sent pas encore suffisantes pour ~tablir une th6orie universelle, capable de d~crire la transmission de l'~nergic entre l'atmosph~re et les couches superfieielles de la erofite terrestre par l'inter- mddiaire des masses d'eau duns tons les cas. Des thdories existant s pr5sent, celle de Longuet-Itiggins [16] nous paralt la plus plausible. Les ondes Station- naires suppos~es par cette thdorie peuvent se produire m~me au large sous des conditions assez gdndrales (volt [17], p. 150) ,,dans la zone centrale des cyclones et, d'une faTon moins aeeentude, aux endroits off se produisent des rdflexions de la boule". Les ondes stationnaires peuvent subsister m~me quelque temps aprgs le passage d 'un centre bien aceentu6, spdcialement si 1~ vitesse de propa- gation du dernier est comparable avec celle des ondes progressives [10]. Ce serait probablement de eette manigre qu'on pourrait expliquer de forts microsdismes persistant parfois une d~Scade ou plus pendant des pgriodes earactdri- sdes par une rive aetivit6 eyclonique. D'~pr~s la thdorie de Longuet-ttiggins, on pourrait ~clairer le parallglisme des p~riodes et des amplitudes. Dans ]es cas off il n 'y a pas de variations des p~roides avec les amplitudes, on pourrait pen- ser s une application de la thdorie de Press et Ewing [18] d 'un milieu homog~ne surmont~ d'une eouehe liquide d'@aisseur eonstante.

Studla geoph, et geod. 5 (1961) 59

A. Zdtopelc

On peut dire en g6n6ral que les situations mgtdorologiques plus compliqu~.es se manifestent dans les mieros6ismes par des interfdrences qui indiquent une action simultan6e des plusieurs sources. Les r6sonances des couches de la crefite avec un renforcement correspondant des micros6ismes, pourrtdent aussi 6clairer quelques anomalies observ6es. I1 pourrait s'agir de m~me d'ondes guid6es.

La passivit6 des cyclones stationn~ires et l'6volution tranquille des micro- s6ismes dans les situations anticycloniques se trouvent en accord avec les deux th6ories mentionn6es plus haut.

IV. CON'CLUSIONS

1. En Europe, les micros6ismes se prgsentent comme un ph@nom6ne en principe domind par la circulation, notamment l'activit6 cyclonique, dans la pattie de l'est de la zone frontale entre l'Am6rique du Nord et la c6te occidentale de l 'Europe (fig. 1, 3 et 4). Les p6riodes se situent entre 3 et 9 secondes, les amplitudes diminuent gdndralement vers le sud et vers l'est. Aucune formule pour l'affaiblissement des amplitudes avec la distance n'a 6t6 trouv6e.

2. I1 existe un parall6lisme g6n6ral non seuiement pour les temp6tes micro- s6ismiques, mais aussi pour les p6riodes d'aetivit6, considgr6es comme ensem- ble, .k l'aide des courbes d'amplitudes ajust6es. Ce paralldlisme est observ6 k l'6chelle continentale ([3], fig. 4a--h). II existe pour certaines r6gions des positions critiques des centres cycloniques. Ce sont la r6gion de l ' Is lande et la c6te (surtout septentrionale) de la Norvgge pour l 'Europe centrale, la zone avoisinant la c6te norvdgienne pour la Scandinavie et la plate-forme russe. Cela se trouve en accord avec les r6sultats de Gutenberg, ]3Ath et Monakhoff. Les relations tectoniques indiqudes par Gutenberg n'ont pu ~tre dtudi6es avee pr6cision. On n'a trouv6 aucnne discr6pance.

3. Le parall61isme des micros6ismes de dimensions continentales doi t ~tre at- tribu6 ~ des sources ,,du premier ordre" avec des dimensions g6om6triques con- siddrables des masses d'eau qui participent A la gen6se des micros6ismes. Les diff6rences individuelles, se manifestant k l'6chelle r6gionale, ont 6t6 attribu6es aux sources ,,du second ordre" ([3], fig. ~ ) avec des dimensions infdrieures (centres des d6pressions barom6triques secondaires, vents, passages des fronts froids de la met ~ la terre et la houle) paraissant plutSt au voisinage de la c6te.

Les micros6ismes europ6ens se produiscnt de m6me par l'effet barom6trique eomme pat" des effets de c6te, surtout le ,,surf effect". Ce r6sultat repr6sente une gdn6ralisation de celui que BAth a trouv6 pour la Scandinavie.

4. Les p6riodes varicnt g~n6ralement avec les amplitudes. Les pgriodes plus courtes provenant des sources relativement proches sont filtr6cs avec l'accroissement de distance; ~ l'int6rieur du continent elles ne sont plus observables. On n'a pas confirm6 la formule de Gutenberg [14] qui exprime l 'accroissement des p6riodes avec la distance. Les p6riodes observ~es sont g6n6ralement inf6- rieures aux p6riodes calcul6es. On constate des effets structurels.

5. II semble justifi6 d'inrerpr6ter les r6gions dans lesquelles l 'activit6 cyclonique se trouve statistiquement dans la relation la plus 6troite avec l'activit6 micros6ismique comme r6gions d'origine des micros6ismes se produisant par activit6 eyclonique. Ces r6gions peuvent varier d'une station A l 'autrc (pour l 'Europe centrale: fig. 3, 4). Pour l 'Europe centrale, les cartes semblexat indiquer des profondeurs pr6f6rdes entre 1000 m e t 3000 m.

60 Studia geoph, e t geod. 5 (1961)

Nut la nat, tare eg l 'origlne des m icrosdismes europgens

6. La figure 2 indique l'objeetivit@ des courbes ajustges des amplitudes. Leur analogie avecla courbe ajust6e des indices caract6risant la circulation ddmontre que, en principe, il serait possible d 'dtudier]a circulation par l'interm6diaire des microsdismes. L'applicabilitd de cette m6thode dolt encore @tre soumise

une 6rude plus approfondie. Si le r6sultat est positif, on pourra disposer d'une m6thode objective rev@tant une certaine importance pour des consid@rations climatologiques.

7. La th@orie de Longuet-Higgins parait la plus plausible pour expliquer la production des microsdismes en connexion avec l'activitd au centre du cyclone aussi bien qu'g proximit6 du rivage. Elle admct de m6me la production des micros@ismes directement par le ,,surf effect". Certaines ph6nom~nes corn- me la passivit6 des cyclones stationnaires et la variation des p@riodes avec les amplitudes soulignent l ' importance de eette thdorie. D'autre part , dans les cas oit les p@riodes restent constantes si les amplitudes varient, il est probable que les conditions rgelles correspondent mieux g la thdorie de Press et Ewing. L'analyse d 'un hombre plus 61ev@ de cas d@montre qu'il serait tr@s difficile d'6~ablir une th@orie universelle.

Remarq~e: Notre analyse, bas6e sur une 6rude continuelle des micros6ismes observ6s darts une station pendant plus de 12 ann6es et compl6tde par des comparaisons avec un hombre de stations relativement dlev6 et par une r@@la- boration de cas d6jg 6tudids par d'autres auteurs, a fourni quelques r6sultats qui, peut-6tre, pr@sentent un certain int@r6t. Ndanmoins, la re@rhode et les ma- tdriaux laissent beaucoup de probl@mes ouverts, par exemple une caraetdrisa- tion plus ad@quate de la nature physique des ondes constituant les micros@ismes.

Les caract@ristiques que nous avons obtenues sent, pour la plupart, qualita- tires. Tout de m~me, il semble qu'il serait d@sirable de les poss@der pour un nombre plus dlevd de stations convenablement r6parties sur le continent. Pour ~tre capable d'@tudier les probl~mes d'amp]itudes, d'6nergie et spdcialement les questions tectoniques, il faudrait unifier ]es instruments employds pour ce but. I1 res~e r6~erv6 aux recherches futures de remplacer successive- ment les caract@ristiques qualitatives par des donn@es quantitatives reposant sur des formulations physiques exactes des probl&mes.

Re~u lo 3. 10. 1960 Crit ique: V. K d r n l k

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62 Studia geoph, et geod. 5 (196I)

Sur la nature et l'origine des micros~is~es euro,pgens

HtI~ aMn;IHTy~l eu~a.~ornqsa nO~Ta 2an Bcex pa3~'IHqHhtX cTaHIln~. ~TO no~ITnepm~laeT cyme- CTBOBaH~le TeCHOH CBfI3rI M e ~ y MHHp0ce~c,'vtHqecI(Ol~ aKTHBIIOCTbIO F~ n~pKy,2n~Hefi aTMO- c~epl~l B yHOM~IHyTOI~ BhlIlle ~pOHTaJII~HO~ 30He. H~cnonofi noKa3aTe.]i,, cB~tuanH~fi c ~V--E c o c T a m ~ ) n l e ~ ~ H p K y ~ I l n n ~a ~:~ogap~i~ecKofi nosepxnocTt~ 500 ~ 5 06 f fapy ;~aaeT xo;~ H3MeHeHH~, aHa~0rHqHMfi XO;~/ ~I3MeIIeHHI~ aMH~ITy~ MItHpoceHCM.

C~'IOH~tIOCTI~ ~ln~poceficM CBH~eTeHBCTByeT O I~X BO3H~KHOBeHHH B pe~y.~{STaTe Bo3~eH- CTBH.~I p a 3 n ~ x MexaHH3MOB. HX BOSHHI~HOBeHHe B O6JIaCTII 0HeatloB, n o - n ~ n M o M y , Mo~eT 6MTI, o6"~cne~o n~Me~em~n~H . ~ a m ] e ~ , n e p e n e c e H ~ M ~ c nonepxaocT~ MOp~ ~a ;~HO, xa~ ~T0 o 6 ~ c ~ e ~ T e O p ~ L o n g u e t - H i g g i n s . Taxoe sax.~o~em[e, no-B~nMoMy, O6OCHOBaHO IlaCCHBHOCTBIO ~OJIBIIIHHCTBa CT~IIDIoHapHMX ~III{:IOHOB. CTaHtIotIapHhI{~ BOJIPIM �9 MOryT 6arts T a ~ e np~q~mofi o6pa3o~annn MnI~poeeficM a 3a,~F~yT~ZX 6aecefi~ax, ~a~ Hanp. ~ t~aJIT~CI<OM Mope. ~{aCTB . ~ p o c e f i c M OOpa3OBaBmHXC~I Ha noSepe~hH MOmeT 6~Th uenocpe~Icvaenuo ow~ece~a ~ , ,surf e f f e c t " .

Batna yewanoB~e~a ~ o p e . n n ~ t u e ~ y paeno~o~re~eM q~,~.~om~qec~x ueuwpos ~r a~- nnnTy~aM~ ,~,gspoceficM n H e u ~ p a n ~ o f i E~po~ie, r~e ~ e ~ T a M ~ n o g e p e ~ MO~UO npe- negpe~s. B ~ no~y~en~r CTaT~[CTHqec~e ~a~a~e OTHOC~ITen~HO p a c n o n o ~ e n n ~ o6~-~acTefi o6pa3osan-n~ M~,~pocefic.~ s ~enTpa,~uofi E~pone; Tagoe paeno~romeH~e xapa~wep~:tyewca IIOBBIIIIettHBIM 'II.lCJIO:~ cTaWHCTl4qeeHoro aeca.

Ha CTaHIDI~ I Ipara ;~n~l ogeaHH~eeH~IX reHeTnuecKux o6.,IacTe~ 6~JIO o6~apy;~etto Hpe- o5.~a~a~ne r n y S ~ 1000--3000 ,~.

IIocTynm]o 3. 10. 1960

Studla geoph, et geod. 5 (1961) 63

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Sur la nature et l'origine des microséismes européens