Ko je izumio seizmograf - kada je izumljen? Ko i kada je izmislio prvi seizmograf za predviđanje zemljotresa Kako radi seizmograf.

šef laboratorije seizmometrija Instituta za fiziku Zemlje RAS

Prošlo stoljeće dalo je svijetu otkriće B.B. Golitsin galvanometrijske metode posmatranja seizmičkih pojava. Naknadni napredak seizmometrije povezan je s ovim otkrićem. Nasljednici slučaja Golitsyn bili su ruski naučnik D.P. Kirnos, Amerikanci Wood-Andersen, Press Ewing. Ruska škola seizmometrije kod D.P. Kirnos je bio poznat po pažljivom proučavanju opreme i metoda metrološke podrške za seizmička osmatranja. Snimanje seizmičkih događaja postalo je vlasništvo seizmologije pri rješavanju ne samo kinematičkih, već i dinamičkih problema. Prirodni nastavak razvoja seizmometrije bila je upotreba elektronskih sredstava za dobijanje informacija iz testne mase seizmometara, njena upotreba u oscilografiji i digitalnim metodama za merenje, akumuliranje i obradu seizmičkih podataka. Seizmometrija je oduvek uživala u plodovima naučnog i tehnološkog napretka dvadesetog veka. U Rusiji 70-80-ih godina. razvijeni su elektronski seizmografi koji pokrivaju opseg frekvencija od ultra-niskih frekvencija (formalno od 0 Hz) do 1000 Hz.

Uvod

Zemljotresi! Za one koji žive u aktivnim seizmičkim zonama, ovo nije prazna fraza. Ljudi žive u miru, zaboravljajući na prethodnu katastrofu. Ali iznenada, najčešće noću, dolazi IT. U početku samo drhtanje, čak i bacanje iz kreveta, zveckanje posuđa, padanje namještaja. Zatim huk plafona koji se ruši, nestalnih zidova, prašine, mraka, stenjanja. Tako je bilo 1948. godine u Ashgabatu. Država je za to saznala mnogo kasnije. Hot. Gotovo goli radnik Instituta za seizmologiju u Ashgabatu te noći se spremao da govori na republičkoj konferenciji o seizmičnosti i pisao je izvještaj. Počelo oko 2 sata. Uspio je da istrči u dvorište. Na ulici, u oblacima prašine i mračnoj južnoj noći, ništa se nije vidjelo. Njegova supruga, takođe seizmolog, uspela je da uđe u vrata koja su odmah sa obe strane bila zatvorena urušenim plafonima. Njenu sestru, koja je zbog vrućine spavala na podu, prekrivao je ormar čija su se vrata otvarala kako bi pružila "sklonište" za tijelo. Ali noge su bile stisnute vrhom ormarića.

U Ashgabatu je nekoliko desetina hiljada stanovnika umrlo zbog noći i nedostatka antiseizmičkih zgrada (čuo sam da je poginulo do 50.000 ljudi. U svakom slučaju, G.P. Gorshkov, šef Odsjeka za dinamičku geologiju, Moskovska država Univerzitet, tako je rekao. Ed.) Dobro je preživjela zgrada za koju je arhitekta koji ju je projektirao osuđen zbog prekomjerne potrošnje.

Sada u sjećanju čovječanstva postoje desetine povijesnih i modernih katastrofalnih potresa koji su odnijeli milione ljudskih života. Od najjačih zemljotresa mogu se navesti kao što su Lisabon 1755., japanski 1891., Asam (Indija) 1897., San Francisko 1906., Mesina (Sicilija-Kalibrija) 1908., kineski 1920. i 1976. (Već mnogo kasnije od Ašhabada 1976. u Kini, zemljotres je odnio 250.000 života, a prošlogodišnji indijski također je ubio najmanje 20.000 Ed.), Japanac 1923., Čile 1960., Agadir (Maroko) 1960. gyu, Aljaska, 1964. (Jermenija) 1988. Nakon zemljotresa na Aljasci, Benyeof, američki specijalista u oblasti seizmometrije, dobio je zapis o sopstvenim vibracijama Zemlje kao lopta koja je pogođena. Prije, a posebno nakon jakog potresa, postoji niz - stotine i hiljade - slabijih potresa (afterpotresa). Njihovo promatranje osjetljivim seizmografima omogućava da se ocrta područje glavnog udara i dobije prostorni opis izvora potresa.

Postoje dva načina izbjegavanja velikih gubitaka od potresa: antiseizmička konstrukcija i rano upozorenje na mogući zemljotres. Ali obje metode ostaju neefikasne. Antiseizmička konstrukcija nije uvijek adekvatna za vibracije uzrokovane potresima. Postoje čudni slučajevi neobjašnjivog uništavanja armiranog betona, kao što je bio slučaj u Kobeu u Japanu. Struktura betona je poremećena do te mere da se beton mrvi u prašinu na antičvorovima stajaćih talasa. Postoje rotacije zgrada, kao što je uočeno u Spitaku, Leninakan, u Rumuniji.

Potrese prate i druge pojave. Sjaj atmosfere, poremećaj radio komunikacija i ništa manje strašni fenomen cunamija, čiji se morski valovi ponekad javljaju ako se središte (centar) potresa dogodi u dubokom morskom rovu svjetskog oceana (ne svi potresi koji se dešavaju na padinama dubokomorskog rova ​​su cunamigeni, ali se potonji detektuju pomoću seizmografa karakterističnim znacima pomaka u žarištu). Tako je bilo u Lisabonu, na Aljasci, u Indoneziji. Posebno su opasni jer se gotovo iznenada pojavljuju valovi na obali, na otocima. Primjer su Havajska ostrva. Talas od zemljotresa na Kamčatki 1952. došao je neočekivano nakon 22 sata. Talas cunamija je neprimjetan na otvorenom moru, ali kada iziđe na obalu, poprima strminu vodeće fronte, brzina vala se smanjuje i dolazi do naleta vode, što dovodi do rasta valova ponekad i do 30 m, ovisno o jačina potresa i reljef obale. Takav val potpuno je odnesen u kasnu jesen 1952. godine, grad Severo-Kurilsk, koji se nalazi na obali tjesnaca između oko. Paramušir i okolo. Shumshu. Udar vala i njegovo kretanje unazad bili su toliko jaki da su tenkovi koji su se nalazili u luci jednostavno odneli i nestali "u nepoznatom pravcu". Očevidac je rekao da se probudio od vibracija jakog zemljotresa i da nije mogao brzo da zaspi. Odjednom je začuo jaku niskofrekventnu tutnjavu sa leve strane. Gledajući kroz prozor i ni sekunde ne razmišljajući u čemu se nalazi, iskočio je na snijeg i potrčao na brdo, uspjevši da pretekne talas koji je napredovao.

Gornja karta prikazuje seizmički najaktivniji pacifički tektonski pojas. Tačke označavaju epicentre jakih zemljotresa samo za 20. vijek. Karta daje predstavu o aktivnom životu naše planete, a njeni podaci govore mnogo o mogućim uzrocima potresa općenito. Postoji mnogo hipoteza o uzrocima tektonskih manifestacija na licu Zemlje, ali još uvijek ne postoji pouzdana teorija globalne tektonike koja nedvosmisleno definira teoriju fenomena.

Čemu služe seizmografi?

Prije svega, da bi se proučio sam fenomen, zatim je potrebno na instrumentalni način utvrditi jačinu potresa, mjesto njegovog nastanka i učestalost pojave ovih pojava na datom mjestu i pretežna mjesta njihovog nastanka. Elastične vibracije izazvane zemljotresom, poput snopa svjetlosti iz reflektora, sposobne su osvijetliti detalje Zemljine strukture.

Pobuđuju se četiri glavne vrste talasa: longitudinalni, koji imaju najveću brzinu širenja i dolaze do posmatrača na prvom mestu, zatim poprečne oscilacije i najsporiji - površinski talasi sa oscilacijama duž elipse u vertikalnoj ravni (Rayleigh) i u horizontalnoj ravni (Ljubav) u pravcu širenja. Razlika u vremenu dolaska prvog vala koristi se za određivanje udaljenosti do epicentra, položaja hipocentra, te za određivanje unutrašnje strukture Zemlje i lokacije izvora potresa. Snimanjem seizmičkih talasa koji su prošli kroz Zemljino jezgro, bilo je moguće utvrditi njegovu strukturu. Spoljno jezgro je bilo u tečnom stanju. U tečnosti se šire samo uzdužni talasi. Čvrsto unutrašnje jezgro se detektuje korišćenjem poprečnih talasa, koji se pobuđuju uzdužnim talasima koji pogađaju granicu između tečnosti i tvrdoće. Iz slike snimljenih oscilacija i tipova talasa, iz vremena dolaska seizmičkih talasa seizmografima na površinu Zemlje, bilo je moguće odrediti dimenzije sastavnih delova jezgra, njihove gustine.

Rješavaju se i drugi problemi za određivanje energije i potresa (veličine po Rihterovoj skali, nula magnituda odgovara energiji i 10(+5) džula, maksimalna uočena magnituda odgovara energiji i 10(+20-+21) J), spektralni sastav za rješavanje problema konstrukcije seizmičke otpornosti, za detekciju i kontrolu podzemnih ispitivanja nuklearnog oružja, kontrolu seizmike i hitno gašenje u opasnim objektima kao što su nuklearne elektrane, željeznički transport, pa čak i liftovi u visokim zgradama, kontrola hidraulične konstrukcije. Uloga seizmičkih instrumenata u seizmičkim istraživanjima minerala, a posebno u potrazi za "rezervoarima" s naftom je neprocjenjiva. Korišteni su i u istrazi uzroka smrti Kurska, uz pomoć ovih uređaja utvrđeno je vrijeme i snaga prve i druge eksplozije.

Mehanički seizmički instrumenti

Princip rada seizmičkih senzora - seizmometara - koji formiraju seizmografski sistem, koji uključuje takve čvorove - seizmometar, pretvarač njegovog mehaničkog signala u električni napon i snimač - uređaj za skladištenje informacija, zasniva se odmah na prvom i trećem Newtonovom zakonu. - svojstvo masa na inerciju i gravitaciju. Glavni element uređaja bilo kojeg seizmometra je masa, koja ima određeni ovjes na bazi uređaja. U idealnom slučaju, masa ne bi trebala imati nikakve mehaničke ili elektromagnetne veze s tijelom. Samo ostani u svemiru! Međutim, to je još uvijek neizvodljivo u uslovima Zemljine privlačnosti. Postoje vertikalni i horizontalni seizmometri. Prvo, masa ima sposobnost da se kreće samo u vertikalnoj ravni i obično je obješena oprugom kako bi se suprotstavila sili gravitacije Zemlje. U horizontalnim seizmometrima masa ima stepen slobode samo u horizontalnoj ravni. Ravnotežni položaj mase održava se i znatno slabijom ovjesnom oprugom (obično ravne ploče) i, posebno, silom vraćanja gravitacije Zemlje, koja je jako oslabljena reakcijom gotovo vertikalne ose ovjesa i djeluje u gotovo horizontalnoj ravan kretanja mase.

Najstariji uređaji za snimanje potresa otkriveni su i restaurirani u Kini [Savarensky E.F., Kirnos D.P., 1955] . Uređaj nije imao sredstva za snimanje, već je samo pomogao u određivanju jačine potresa i smjera ka njegovom epicentru. Takvi instrumenti se nazivaju seizmoskopi. Drevni kineski seizmoskop datira iz 123. godine nove ere i predstavlja umjetničko i inženjersko djelo. Unutar umjetnički dizajnirane posude nalazilo se astatično klatno. Masa takvog klatna nalazi se iznad elastičnog elementa, koji podržava klatno u okomitom položaju. U posudi, duž azimuta, nalaze se zmajeva usta, u koja su postavljene metalne kuglice. Prilikom jakog zemljotresa klatno je udarilo u kuglice i one su padale u male posude u obliku žaba otvorenih usta. Naravno, maksimalni udari klatna su pali duž azimuta na izvor potresa. Iz loptica pronađenih u žabama moglo se utvrditi odakle dolaze potresni talasi. Takvi instrumenti se nazivaju seizmoskopi. Danas se široko koriste, pružajući vrijedne informacije o velikim potresima velikih razmjera na velikom području. U Kaliforniji (SAD) postoje hiljade seizmoskopa koji snimaju astatičnim klatnom na sferičnom staklu prekrivenom čađom. Obično je vidljiva složena slika kretanja vrha klatna na staklu, u kojoj se mogu razlikovati oscilacije uzdužnih valova, što ukazuje na smjer prema izvoru. A maksimalne amplitude trajektorija snimanja daju ideju o jačini potresa. Period oscilacije klatna i njegovo prigušivanje postavljeni su na način da se modelira ponašanje tipičnih zgrada, a samim tim i procijeni intenzitet potresa. Magnituda potresa određena je vanjskim karakteristikama utjecaja vibracija na ljude, životinje, drveće, tipične zgrade, namještaj, posuđe itd. Postoje različite skale bodovanja. U medijima se koristi "Richterova skala". Ova definicija je dizajnirana za masovnog stanovnika i ne odgovara naučnoj terminologiji. Ispravno je reći - magnitude zemljotresa po Rihterovoj skali. Određuje se instrumentalnim mjerenjima uz pomoć seizmografa i uslovno označava logaritam maksimalne brzine snimanja, vezano za izvor potresa. Ova vrijednost uslovno pokazuje oslobođenu energiju elastičnih vibracija u izvoru potresa.

Sličan seizmoskop napravio je 1848. godine talijanski Cacciatore, u kojem su klatno i kuglice zamijenjeni živom. Za vrijeme vibracija tla, živa je izlivana u posude raspoređene ravnomjerno duž azimuta. U Rusiji se koriste seizmoskopi S.V. Medvedeva, u Jermeniji su razvijeni seizmoskopi AIS-a A.G. Nazarova u kojima se koristi nekoliko klatna različitih frekvencija. Oni omogućavaju da se grubo dobiju spektri vibracija, tj. zavisnost amplitude zapisa o frekvencijama vibracija tokom potresa. Ovo je vrijedna informacija za projektante antiseizmičkih objekata.

Prvi seizmograf od naučnog značaja napravio je 1879. godine u Japanu od strane Ewinga. Uteg za klatno bio je prsten od livenog gvožđa težak 25 kg, okačen na čeličnu žicu. Ukupna dužina klatna bila je skoro 7 metara. Zbog dužine dobijen je moment inercije od 1156 kgּ m 2. Relativna kretanja klatna i tla zabilježena su na zadimljenom staklu koje se okreće oko vertikalne ose. Veliki moment inercije doprinio je smanjenju efekta trenja vrha klatna o staklo. 1889. japanski seizmolog je objavio opis horizontalnog seizmografa, koji je poslužio kao prototip za veliki broj seizmografa. Slični seizmografi su napravljeni u Njemačkoj 1902-1915. Prilikom izrade mehaničkih seizmografa, problem povećanja osjetljivosti mogao se riješiti samo uz pomoć Arhimedovih poluga za uvećanje. Sila trenja prilikom snimanja oscilacija je savladana zbog ogromne mase klatna. Dakle, Wiechertov seizmograf je imao klatno mase 1000 kg. U ovom slučaju je ostvareno povećanje od samo 200 za periode zabilježenih oscilacija koje ne prelaze vlastiti period klatna od 12 sekundi. Najveću masu imao je Wiechertov vertikalni seizmograf čija je težina klatna bila 1300 kg, okačen na moćne spiralne opruge od čelične žice od 8 mm. Osjetljivost je bila 200 za periode seizmičkih valova ne dužih od 5 sekundi. Wiechert je bio veliki izumitelj i dizajner mehaničkih seizmografa i napravio je nekoliko različitih i genijalnih instrumenata. Snimanje relativnog kretanja inercijalne mase klatna i tla obavljeno je na zadimljenom papiru, rotiranom kontinuiranom trakom pomoću satnog mehanizma.

Seizmografi sa galvanometrijskom registracijom

Revoluciju u tehnici seizmometrije napravio je briljantni naučnik iz oblasti optike i matematike, princ B. B. Golitsyn. Izumio je metodu galvanometrijskog snimanja potresa. Rusija je osnivač seizmografa sa galvanometrijskom registracijom u svijetu. Po prvi put u svijetu razvio je teoriju seizmografa 1902. godine, stvorio seizmograf i organizirao prve seizmičke stanice na kojima su instalirani novi instrumenti. Njemačka je imala iskustva u proizvodnji seizmografa i tu su proizvedeni prvi Golitsin seizmometri. Međutim, aparat za snimanje je dizajniran i proizveden u radionicama Ruske akademije nauka u Sankt Peterburgu. I do sada ovaj uređaj ima sve karakteristične karakteristike prvog registratora. Bubanj, na koji je bio fiksiran fotografski papir, dug skoro 1 m i širok 28 cm, pokretan je u rotaciono kretanje sa pomakom pri svakom obrtaju za odabranu udaljenost i promenjenu prema zadatku posmatranja duž ose bubnja. Razdvajanje seizmometra i sredstava za snimanje relativnih kretanja inercijalne mase uređaja bilo je toliko progresivno i uspješno da su takvi seizmografi dobivali svjetsko priznanje u mnogim narednim desetljećima. B.B. Golitsyn je izdvojio sljedeće prednosti novog načina registracije.

1. Mogućnost jednostavnom tehnikom da dobijete više u tom trenutku osjetljivost .

2. Provođenje registracije za razdaljina od lokacije seizmometara. Udaljenost, suha prostorija, dostupnost seizmičkim zapisima za njihovu dalju obradu dali su novi kvalitet procesu seizmičkih osmatranja i isključivanje neželjenih efekata na seizmometre od strane osoblja seizmičke stanice.

3. Nezavisnost kvaliteta snimanja od drift nulti seizmometri.

Ove glavne prednosti odredile su razvoj i upotrebu galvanometrijske registracije u cijelom svijetu dugi niz decenija.

Težina klatna više nije igrala takvu ulogu kao u mehaničkim seizmografima. Postojao je samo jedan fenomen koji je morao biti uzet u obzir - magnetoelektrična reakcija okvira galvanometra, koji se nalazi u vazdušnom zazoru stalnog magneta, na klatno seizmometra. Ova reakcija je po pravilu smanjila prigušenje klatna, što je dovelo do pobuđivanja njegovih dodatnih vlastitih oscilacija, što je iskrivilo talasni obrazac snimljenih valova od potresa. Stoga je B.B. Golitsyn koristio masu klatna reda veličine 20 kg kako bi zanemario povratnu reakciju galvanometra na seizmometar.

Katastrofalni zemljotres 1948. u Ashgabatu podstakao je finansiranje širenja mreže seizmičkih osmatranja u SSSR-u. Za opremanje novih i starih seizmičkih stanica, profesor D.P. Kirnos, zajedno sa inženjerom V.N. Solovjevom, razvio je galvanometrijske seizmografe opšteg tipa SGK i SVK zajedno sa galvanometrom GK-VI. Radovi su započeti u zidovima Seizmološkog instituta Akademije nauka SSSR-a i njegovih instrumentalnih radionica. Kirnosovi uređaji su se odlikovali temeljnim naučnim i tehničkim proučavanjem. Tehnika kalibracije i rada je dovedena do savršenstva, čime je osigurana visoka preciznost (oko 5%) amplitudno-faznog frekvencijskog odziva (AFC) pri snimanju događaja. To je omogućilo seizmolozima da postavljaju i rješavaju ne samo kinematičke, već i dinamičke probleme prilikom interpretacije zapisa. Po tome se škola D.P. Kirnosa povoljno razlikovala od američke škole sličnih instrumenata. D.P. Kirnos je poboljšao teoriju seizmografa sa galvanometrijskom registracijom uvođenjem koeficijenta sprege seizmometra i galvanometra, što je omogućilo da se konstruiše amplitudski frekvencijski odziv seizmografa za snimanje pomaka tla, prvo u opsegu od 0,08 - 5 Hz, a zatim u opsegu od 0,05 - 10 Hz pomoću novorazvijenih seizmometara tipa SKD. U ovom slučaju govorimo o uvođenju širokopojasnog frekvencijskog odziva u seizmometriju.

Ruski mehanički seizmografi

Nakon katastrofe u Severo-Kurilsku, izdata je Vladina uredba o uspostavljanju službe za upozorenje na cunami na Kamčatki, Sahalinu i Kurilskim ostrvima. Sprovođenje Uredbe povjereno je Akademiji nauka, Hidrometeorološkoj službi SSSR-a i Ministarstvu komunikacija. Godine 1959. u ovaj kraj je poslana komisija da razjasni situaciju na terenu. Petropavlovsk Kamčatski, Severo-Kurilsk, Južno-Kurilsk, Sahalin. Prevozno sredstvo - avion LI-2 (bivši Douglas), parobrod podignut sa dna mora i restauriran, čamci. Prvi let je zakazan za 6 ujutro. Komisija je na vrijeme stigla do aerodroma "Halatyrka" (Petropavlovsk-Kamčatski). Ali avion je ranije poleteo - nebo iznad Šumšua se otvorilo. Nekoliko sati kasnije pronađen je teretni LI-2 i izvršeno je sigurno sletanje na baznu traku sa podzemnim aerodromima, koju su izgradili Japanci. Šumšu je najsjevernije ostrvo u lancu Kurila. Samo na sjeverozapadu iz voda Ohotskog mora uzdiže se prekrasan stožac vulkana Adelaide. Ostrvo izgleda potpuno ravno, kao debela palačinka među morskim vodama. Na ostrvu uglavnom graničari. Komisija je stigla na jugozapadni mol. Tamo je čekao pomorski čamac, koji je velikom brzinom jurio u luku Severo-Kurilsk. Na palubi je, pored komisije, nekoliko putnika. Sa strane, mornar i djevojka oduševljeno razgovaraju. Čamac punom brzinom ulijeće u akvatorij luke. Kormilar na ručnom telegrafu daje znak strojarnici: "Ding-ding", a drugi "Ding-ding" - nema efekta! Odjednom mornar sa strane poleti glavom dole. Nešto kasno - čamac se prilično snažno urezuje u drvene ograde ribarske škune. Čips lete, ljudi skoro padaju. Mornari su ćutke, bez ikakvih emocija, privezali čamac. Takva je specifičnost službe na Dalekom istoku.

Na putovanju je bilo svega: slabe kiše čije su kapi letjele gotovo paralelno sa zemljom, malog i tvrdog bambusa - staništa medvjeda, te ogromne "torbe sa žicama" u koju su ukrcavani putnici (žena sa djetetom u centar) i podignuta parnim vitlom na palubu obnovljenog broda zbog velikog olujnog vala i kamion GAZ-51, u čijoj je otvorenoj karoseriji komisija prešla ostrvo Kunašir od Tihog okeana do obale Ohotska i koja se mnogo puta okretala u ogromnoj lokvi na pola puta - prednji točkovi u jednom lepku, zadnji točkovi u drugom - do tada dok se kolotečina nije ispravila običnom lopatom, a linija za surfanje na ulazu u mrijesti potok, obeležena kontinuirana traka kavijara crvenog lososa.

Komisija je utvrdila da do sada jedini seizmički instrument koji može ispuniti zadatak službe upozorenja na cunami može biti samo mehanički seizmograf sa registracijom na čađavom papiru. Seizmografi su razvijeni u seizmometrijskoj laboratoriji Instituta za fiziku Zemlje Akademije nauka. Za opremanje posebno izgrađenih cunami stanica isporučeni su seizmograf sa malim povećanjem od 7 i seizmograf sa povećanjem od 42. Bubnjeve od dimljenog papira pokretali su opružni satni mehanizmi. Težina mase seizmografa sa uvećanjem od 42 sakupljena je sa željeznih diskova i iznosila je 100 kg. Time je okončana era mehaničkih seizmografa.

Održana je sjednica Predsjedništva Akademije nauka posvećena sprovođenju Vladine uredbe. Predsedavajući akademik Nesmejanov sa krupnim, impozantnim, preplanulim licem, nizak akademik-sekretar Topčijev, članovi Prezidijuma. Poznati seizmolog E.F.Savarensky je izvijestio, demonstrirajući fotografiju mehaničkog seizmografa u punoj veličini [Kirnos D.P., Rykov A.V., 1961] . U diskusiji je učestvovao akademik Artsimovich: "Problem cunamija se lako rešava prenošenjem svih objekata na obali na visine iznad 30 metara!" . Ekonomski je to nemoguće i ne rješava se pitanje jedinica Pacifičke flote.

U drugoj polovini 20. veka počinje era elektronskih seizmografa. Parametarski pretvarači se postavljaju na klatna seizmometara u elektronskim seizmografima. Ime su dobili po terminu - parametar. Kapacitet zračnog kondenzatora, induktivna reaktancija visokofrekventnog transformatora, otpor fotootpornika, provodljivost fotodiode ispod LED snopa, Hall senzor i sve što je došlo pod ruku izumiteljima elektronskog seizmografa može poslužiti kao varijabilni parametar. Među kriterijima odabira, glavni su se pokazali jednostavnost uređaja, linearnost, nizak nivo unutrašnje buke, efikasnost u napajanju. Glavne prednosti elektronskih seizmografa u odnosu na seizmografe sa galvanometrijskom registracijom su da a) dolazi do smanjenja frekvencijskog odziva prema niskim frekvencijama, u zavisnosti od frekvencije signala f, ne kao f^3, već kao f^2 - znatno sporije, b) moguće je koristiti električni izlaz seizmografa u savremenim snimačima, i, što je najvažnije, u upotrebi digitalne tehnologije za mjerenje, akumuliranje i obradu informacija, c) mogućnost utjecaja na sve parametre seizmografa korištenjem dobro poznato automatsko upravljanje povratnom spregom (OS) [Rykov A.V., 1963] . Međutim, tačka c) ima svoju specifičnu primjenu u seizmometriji. Uz pomoć OS formira se frekvencijski odziv, osjetljivost, tačnost i stabilnost seizmometra. Otkriven je metod povećanja sopstvenog perioda oscilovanja klatna uz pomoć negativne povratne sprege, koji je nepoznat ni u automatskom upravljanju ni u seizmometriji koja postoji u svetu [Rykov A.V.,].

U Rusiji je jasno formulisan fenomen glatkog prelaska inercijalne osetljivosti vertikalnog i horizontalnog seizmometra u njegovu gravitacionu osetljivost kako frekvencija signala opada [Rykov AV, 1979]. Na visokoj frekvenciji signala prevladava inercijalno ponašanje klatna; na vrlo niskoj frekvenciji inercijski efekat se toliko smanjuje da gravitacijski signal postaje dominantan. Šta to znači? Na primjer, tijekom vertikalnih oscilacija tla nastaju obje inercijalne sile, koje tjeraju klatno da zadrži svoj položaj u svemiru, i promjena gravitacijskih sila zbog promjene udaljenosti uređaja od centra Zemlje. Kako se rastojanje između mase i centra Zemlje povećava, sila gravitacije se smanjuje i masa prima dodatnu silu koja podiže klatno prema gore. I obrnuto, pri spuštanju uređaja - masa prima dodatnu silu, spuštajući je.

Za visoke frekvencije vibracija tla, inercijski efekat je višestruko veći od gravitacionog. Na niskim frekvencijama je suprotno - ubrzanja su izuzetno mala, a inercijski efekat je praktički vrlo mali, a efekat promjene gravitacije za klatno seizmometra bit će višestruko veći. Za horizontalni seizmometar, ove pojave će se manifestirati kada os zamaha klatna odstupi od viska, što je određeno istom gravitacijskom silom. Radi jasnoće, amplitudni frekvencijski odziv vertikalnog seizmometra prikazan je na Sl.1. Jasno je prikazano kako se, sa smanjenjem frekvencije signala, osjetljivost seizmometra mijenja od inercijalnog do gravitacijskog. Bez uzimanja u obzir ove tranzicije nemoguće je objasniti činjenicu da gravimetri i seizmometri mogu bilježiti lunisolarne plime. Prema tradiciji, bilo bi potrebno proširiti liniju "brzine" na tako nisku osjetljivost da plime s periodima od do 25 sati i amplituda od 0,3 m u Moskvi ne bi mogla biti otkrivena. Primjer snimanja plime i nagiba u plimnom valu prikazan je na Sl.2. Ovdje je Z zapis pomjeranja Zemljine površine u Moskvi za 45 sati, H je zapis nagiba u plimnom talasu. Jasno se vidi da maksimalni nagib ne pada na grbu plime, već na nagib plimnog vala.

Dakle, karakteristične karakteristike modernih elektronskih seizmografa su širokopojasni frekvencijski odziv od 0 do 10 Hz oscilacija Zemljine površine i digitalna metoda za mjerenje ovih oscilacija. Činjenica da je Bennioff 1964. godine promatrao prirodne vibracije Zemlje nakon jakog potresa pomoću mjerača naprezanja (strainmetera) sada je dostupna običnom elektronskom seizmografu (Najveći zabilježeni potres u Sjedinjenim Državama bio je magnitude 9,2 koji je pogodio zaliv Prince Williama na Aljasci na Veliki petak, 28. marta 1964. Posljedice tog potresa su još uvijek jasno vidljive, uključujući i na prostranim područjima izumrle šume, jer je dio kopna spušten na udaljenosti od 500 km, u nekim slučajevima i do 16 m, a na mnogim mjestima morska voda je otišla u podzemne vode, šuma je umrla. Napomena, ur.).

Na slici 3 prikazana je radijalna (vertikalna) oscilacija Zemlje na osnovnom tonu u 3580 sekundi. nakon zemljotresa.

Fig.3. Vertikalne Z i horizontalne H komponente vibracijskog zapisa nakon potresa u Iranu, 14. marta 1998., M = 6,9. Može se vidjeti da radijalne vibracije prevladavaju nad torzijskim vibracijama horizontalne orijentacije.

Pokažimo na slici 4 kako izgleda trokomponentni zapis jakog potresa nakon pretvaranja digitalnog fajla u vizuelni.

Fig.4. Uzorak digitalnog snimka zemljotresa u Indiji, M=7,9, 26.01.2001., primljen na stalnoj širokopojasnoj stanici KSESH-R.

Prvi dolasci dva longitudinalna talasa jasno su vidljivi do 25 minuta, zatim na horizontalnim seizmografima poprečni talas ulazi na oko 28 minuta i talas Love na 33 minuta. Na srednjoj vertikalnoj komponenti nema Love talasa (horizontalni je), a vremenom počinje Rayleighov talas (38 minuta), koji je vidljiv i na horizontalnim i na vertikalnim tragovima.

Na fotografiji br. 3.4 možete vidjeti savremeni elektronski vertikalni seizmometar, koji pokazuje primjere zapisa plime, prirodnih oscilacija Zemlje i zapisa jakog potresa. Jasno su vidljivi glavni strukturni elementi vertikalnog klatna: dva diska mase ukupne težine 2 kg, dvije cilindrične opruge koje kompenziraju Zemljinu gravitaciju i drže masu klatna u horizontalnom položaju. Između masa na bazi uređaja nalazi se cilindrični magnet u čiji zračni zazor ulazi zavojnica žice. Zavojnica je uključena u dizajn klatna. U sredini "gleda" elektronska ploča kapacitivnog pretvarača. Kondenzator zraka se nalazi iza magneta i male je veličine. Površina kondenzatora je samo 2 cm (+2). Magnet sa zavojnicom se koristi za prisiljavanje klatna uz pomoć povratne sprege o pomaku, brzini i integralu pomaka. OS obezbjeđuju frekvencijski odziv prikazan na slici 1, stabilnost seizmometra tokom vremena i visoku tačnost mjerenja vibracija tla reda veličine stoti dio procenta.

Fotografija br. 34. Vertikalni seizmometar instalacije KSESH-R sa uklonjenim tijelom.

U međunarodnoj praksi, Wieland-Strekaizen seizmografi su stekli priznanje i široku distribuciju. Ovi instrumenti su usvojeni kao osnova za Svjetsku mrežu digitalnih seizmičkih opservacija (IRIS). Frekvencijski odziv IRIS seizmometara je sličan frekvencijskom odzivu prikazanom na Sl.1. Razlika je u tome što su za frekvencije manje od 0,0001 Hz Wieland seizmometri više "zategnuti" integriranom povratnom spregom, što je dovelo do veće vremenske stabilnosti, ali smanjene osjetljivosti na ultra niskim frekvencijama u odnosu na KSESh seizmografe za oko 3 puta.

Elektronski seizmometri su u stanju otkriti egzotična čuda koja se još mogu osporiti. Profesor E.M. Linkov sa Univerziteta u Peterhofu, koristeći magnetron vertikalni seizmograf, interpretirao je oscilacije sa periodima od 5 - 20 dana kao "lebdeće" oscilacije Zemlje u orbiti oko Sunca. Udaljenost između Zemlje i Sunca ostaje tradicionalna, a Zemlja oscilira pomalo kao na uzici na površini elipsoida dvostruke amplitude do 400 mikrona. Postojala je veza između ovih fluktuacija i solarne aktivnosti [vidi dodatno Ref. 22].

Stoga su seizmografi aktivno unapređivani tokom 20. stoljeća. Početak revolucionarnog početka ovog procesa postavio je knez Boris Borisovič Golitsin, ruski naučnik. Sljedeće na redu, možemo očekivati ​​nove tehnologije u inercijskim i gravitacijskim metodama mjerenja. Moguće je da će upravo elektronski seizmografi konačno moći da detektuju gravitacione talase u svemiru.

Književnost

1. Golitzin B. Izv. Stalna seizmička komisija AN 2, c. 2, 1906.

2. Golitsyn B.B. Izv. Stalna seizmička komisija AN 3, c. 1, 1907.

3. Golitsyn B.B. Izv. Stalna seizmička komisija AN 4, c. 2, 1911.

4. Golitsyn B., Predavanja o seizmometriji, ur. AN, Sankt Peterburg, 1912.

5. E.F.Savarensky, D.P.Kirnos, Elementi seizmologije i seizmometrije. Ed. Drugo, revidirano, država. Ed. Tehn.-teor. Lit., M.1955

6. Oprema i metode seizmometrijskog osmatranja u SSSR-u. Izdavačka kuća "Nauka", M. 1974

7. D.P. Kirnos. Proceedings of Geophys. Institut Akademije nauka SSSR-a, br. 27 (154), 1955.

8. D.P.Kirnos i A.V.Rykov. Specijalna seizmička oprema velike brzine za upozorenje na cunami. Bik. Vijeće za seizmologiju, "Problemi cunamija", br. 9, 1961

9. A.V. Rykov. Utjecaj povratne sprege na parametre klatna. Izv. Akademija nauka SSSR, ser. Geofiz., br. 7, 1963

10. A.V. Rykov. O problemu posmatranja oscilacija Zemlje. Oprema, metode i rezultati seizmometrijskih osmatranja. M., "Nauka", sub. "Seizmički instrumenti", br. 12, 1979

11. A.V. Rykov. Seizmometar i Zemljine vibracije. Izv. Ruska akademija nauka, ser. Fizika Zemlje, M., "Nauka", 1992

12. Wieland E.., Streckeisen G. Seizmometar sa lisnatim oprugama - dizajn i performanse // Bull.Seismol..Soc. Amer., 1982. Vol. 72. P.2349-2367.

13. Wieland E., Stein J.M. Digitalni vrlo širokopojasni seizmograf // Ann.Geophys. Ser. B. 1986. Vol. 4, br. 3. str. 227 - 232.

14. A.V. Rykov, I.P. Bašilov. Ultraširokopojasni digitalni set seizmometara. Sat. "Seizmički instrumenti", br. 27, M., Izdavačka kuća OIPH RAN, 1997

15. K. Krylov Snažan zemljotres u Sijetlu 28. februara 2001 http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

16. K. Krylov Katastrofalni potres u Indiji http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1549#1549

17. http://earthquake.usgs.gov/ 21. http://neic.usgs.gov/neis/eqlists/10maps_world.html Ovo su najjači zemljotresi na svijetu.

22. http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1580#1580 Predznaci zemljotresa u svemiru blizu Zemlje - Pojavio se novi članak u časopisu Urania (na ruskom i engleskom). Rad zaposlenika MEPhI-a posvećen je predviđanju potresa na osnovu satelitskih opservacija.

Seizmograf- uređaj koji registruje vibracije tla tokom zemljotresa. Danas su to složeni elektronski uređaji. Moderni seizmografi imali su svoje prethodnike. Prvi seizmograf izumljen je 132. godine u Kini, a pravi seizmografi pojavili su se 1890-ih. Moderni seizmograf koristi svojstvo inercije (osobina održavanja prvobitnog stanja mirovanja ili ravnomjernog kretanja). Po prvi put, instrumentalna zapažanja pojavila su se u Kini, gdje je 132. godine Chang-Khen izumio seizmoskop, koji je bio vješto napravljeno plovilo. Na vanjskoj strani posude s klatnom smještenim u krugu urezane su glave zmajeva koji drže kuglice u ustima. Prilikom zamaha klatna od potresa, jedna ili više kuglica upala je u otvorena usta žaba, postavljena na podnožje posuda na način da ih žabe mogu progutati. Savremeni seizmograf je skup instrumenata koji registruju vibracije tla tokom potresa i pretvaraju ih u električni signal snimljen na seizmogramima u analognom i digitalnom obliku. Međutim, kao i prije, glavni osjetljivi element je klatno s teretom.

Seizmički valovi prolaze unutar globusa na mjestima koja su nepristupačna za posmatranje. Sve što sretnu na putu ih na ovaj ili onaj način mijenja. Stoga analiza seizmičkih valova pomaže u razjašnjavanju unutrašnje strukture Zemlje.

Seizmograf se može koristiti za procjenu energije potresa. Relativno slabi potresi oslobađaju energiju reda veličine 10.000 kg/m, tj. dovoljan za podizanje tereta težine 10 tona na visinu od 1 m. Ovaj energetski nivo se uzima kao nula, potres sa 100 puta više energije odgovara 1, drugi 100 puta jači odgovara 2 jedinice skale. Takva skala se zove Richterova skala u čast poznatog američkog seizmologa iz Kalifornije C. Richtera. Broj u takvoj skali naziva se magnituda i označava se sa M. U samoj skali ne postoji gornja granica, zbog čega se Rihterova skala naziva otvorena. U stvarnosti, sama Zemlja stvara praktičnu gornju granicu. Najjači zabilježeni zemljotres bio je magnitude 8,9. Od početka instrumentalnih posmatranja zabilježena su dva takva zemljotresa, oba ispod okeana. Jedan se dogodio 1933. na obali Japana, a drugi 1906. na obali Ekvadora. Dakle, magnituda potresa karakterizira količinu energije koju izvor oslobađa u svim smjerovima. Ova vrijednost ne zavisi od dubine izvora, niti od udaljenosti do tačke posmatranja. Jačina manifestacije potresa ne ovisi samo o jačini, već i o dubini izvora (što je izvor bliže površini, to je jačina njegove manifestacije veća), o kvaliteti tla (što je rastresitije i nestabilnije tlo, to je veća snaga manifestacije). Naravno, bitna je i kvaliteta prizemnih zgrada. Jačina manifestacije potresa na zemljinoj površini određena je Mercallijevom skalom u bodovima. Bodovi su označeni brojevima od I do XII.

Uređaj za snimanje vibracija zemljine površine tokom potresa ili eksplozija

Animacija

Opis

Seizmografi (SF) se koriste za detekciju i snimanje svih vrsta seizmičkih talasa. Princip rada modernih SF zasniva se na svojstvu inercije. Svaki SF se sastoji od seizmičkog prijemnika ili seizmometra i uređaja za snimanje (snimanje). Glavni dio SF-a je inercijalno tijelo - teret okačen na oprugu sa nosača, koji je čvrsto pričvršćen za tijelo (slika 1).

Opći pogled na najjednostavniji seizmograf za snimanje vertikalnih oscilacija

Rice. jedan

Tijelo SF-a je fiksirano u čvrstoj stijeni i zbog toga se pokreće tijekom zemljotresa, a zbog svojstva inercije klatno zaostaje za kretanjem tla. Za snimanje seizmičkih vibracija (seizmograma) koriste se bubanj za snimanje sa papirnom trakom koja se rotira konstantnom brzinom, pričvršćen za tijelo SF-a i olovka povezana sa klatnom (vidi sliku 1). Vektor pomaka zemljine površine određen je horizontalnom i vertikalnom komponentom; U skladu s tim, svaki sistem za seizmička promatranja sastoji se od horizontalnih (za bilježenje pomaka duž X, Y osa) i vertikalnih (za snimanje pomaka duž Z ose) seizmometara.

Za seizmometre se najčešće koriste klatna čiji centar ljuljanja ostaje relativno miran ili zaostaje za kretanjem oscilirajuće zemljine površine i s njom povezane osi ovjesa. Stepen mirovanja centra ljuljanja geofona karakteriše njegov rad i određen je omjerom perioda T p oscilacija tla prema periodu T prirodnih oscilacija klatna geofona. Ako je T p ¤ T mali, tada je centar oscilacija praktično nepokretan i oscilacije tla se reproduciraju bez izobličenja. Pri T p ¤ T blizu 1, moguća su izobličenja zbog rezonancije. Pri velikim vrijednostima T p ¤ T , kada su kretanja tla vrlo spora, svojstva inercije se ne pojavljuju, centar ljuljanja se pomiče gotovo kao cjelina sa tlom, a seizmički prijemnik prestaje bilježiti vibracije tla. Prilikom registracije oscilacija u seizmičkim istraživanjima, period prirodnih oscilacija je nekoliko stotinki ili desetinki sekunde. Prilikom registracije vibracija od lokalnih potresa, period može biti ~ 1 sec, a za potrese udaljene na hiljadu km trebao bi biti reda veličine 10 sec.

Princip rada SF može se objasniti sljedećim jednačinama: Neka je tijelo mase M okačeno na oprugu čiji su drugi kraj i vaga pričvršćeni za tlo. Kada se tlo pomakne gore za Z vrijednost duž Z ose (translacijsko kretanje), masa M zaostaje zbog inercije i pomiče se niz Z os za vrijednost z (relativno kretanje), što stvara vlačnu silu u oprugu - cz (c je krutost opruge). Ova sila tokom kretanja mora biti uravnotežena inercijskom silom apsolutnog kretanja:

M d 2 z¤ dt 2 = - cz,

gdje je z = Z - z.

Iz ovoga slijedi jednačina:

d 2 z ¤ dt 2 + cz ¤ M = d 2 Z ¤ dt 2 ,

čije rješenje povezuje pravi pomak tla Z sa uočenim z.

Tajming

Vrijeme inicijacije (log od -3 do -1);

Životni vijek (log tc od -1 do 3);

Vrijeme degradacije (log td -3 do -1);

Optimalno vrijeme razvoja (log tk od -1 do 1).

dijagram:

Tehničke realizacije efekta

Horizontalni seizmometar tipa SKGD

Opšti prikaz horizontalnog seizmometra tipa SKGD prikazan je na sl. 2.

Shema horizontalnog seizmometra SKGD

Rice. 2

Oznake:

2 - magnetni sistem;

3 - namotaj pretvarača;

4 - ovjesna stezaljka;

5 - opruga ovjesa.

Uređaj se sastoji od klatna 1 okačenog na stezaljku 4 na postolje pričvršćeno na osnovu uređaja. Ukupna težina klatna je oko 2 kg; data dužina je oko 50 cm. Lisnata opruga je pod zatezanjem. U okviru pričvršćenom na klatno nalazi se ravna indukcijska zavojnica 3 koja ima tri namota izolirane bakarne žice. Jedan namotaj služi za registraciju kretanja klatna, a na njega je spojeno kolo galvanometra. Drugi namotaj služi za podešavanje slabljenja seizmometra, a na njega je povezan otpor prigušenja. Osim toga, postoji i treći namotaj za napajanje kontrolnog impulsa (isto za vertikalne seizmometre). Trajni magnet 2 pričvršćen je na osnovu uređaja, u čijem se zračnom razmaku nalaze srednji dijelovi namotaja. Magnetni sistem je opremljen magnetnim šantom, koji se sastoji od dvije meke željezne ploče, čije kretanje uzrokuje promjenu jačine magnetnog polja u vazdušnom zazoru magneta i, posljedično, promjenu konstante slabljenja.

Na kraju klatna je fiksirana ravna strelica ispod koje se nalazi skala sa milimetarskim podjelama i uveličavajuće sočivo kroz koje se gledaju skala i strelica. Položaj pokazivača može se očitati na skali s tačnošću od 0,1 mm. Baza klatna je opremljena sa tri zavrtnja. Dvije bočne služe za postavljanje klatna u nulti položaj. Prednji vijak za podešavanje se koristi za podešavanje prirodnog perioda klatna. Kako bi se klatno zaštitilo od raznih smetnji, uređaj se stavlja u zaštitno metalno kućište.

Primjena efekta

SF koji se koriste za registraciju vibracija tla tokom potresa ili eksplozija dio su i stalnih i mobilnih seizmičkih stanica. Postojanje globalne mreže seizmičkih stanica omogućava da se sa velikom preciznošću odrede parametri gotovo svakog potresa koji se dogodio u različitim delovima sveta, kao i da se proučava unutrašnja struktura Zemlje na osnovu karakteristika širenja seizmički talasi raznih vrsta. Glavni parametri potresa prvenstveno su: koordinate epicentra, dubina žarišta, intenzitet, magnituda (energetska karakteristika). Konkretno, da bi se izračunale koordinate seizmičkog događaja, potrebni su podaci o vremenu dolaska seizmičkih valova za najmanje tri seizmičke stanice koje se nalaze na dovoljnoj udaljenosti jedna od druge.

Seizmograf(od drugog grčkog σεισμός - zemljotres i drugog grčkog γράφω - pisati) ili seismometar- mjerni uređaj koji se koristi u seizmologiji za detekciju i snimanje svih vrsta seizmičkih valova. Instrument za određivanje jačine i smjera potresa.

Prvi poznati pokušaj da se napravi prediktor zemljotresa pripada kineskom filozofu i astronomu Zhang Hengu.

ZhangHeng je izumio uređaj, koji je nazvao Houfeng " ” i koji bi mogao snimiti vibracije zemljine površine i smjer njihovog širenja.

Houfeng i postao je prvi svjetski seizmograf. Naprava se sastojala od velike bronzane posude prečnika 2 m, na čijim se zidovima nalazilo osam zmajevih glava. Čeljusti zmajeva su se otvorile i svaki je imao loptu u ustima.

Unutar posude nalazilo se klatno sa šipkama pričvršćenim za glave. Kao rezultat podzemnog udara, klatno se počelo kretati, djelovalo na glave, a lopta je ispala iz zmajevih usta u otvorena usta jedne od osam žaba koje su sjedile u dnu posude. Uređaj je uhvatio podrhtavanje na udaljenosti od 600 km od njega.

1.2. Moderni seizmografi

Prvi seizmograf moderan dizajn izmislio je ruski naučnik, princ B. Golitsyn, koji je koristio pretvaranje energije mehaničkih vibracija u električnu struju.

Dizajn je prilično jednostavan: uteg je okačen na vertikalno ili horizontalno postavljenu oprugu, a olovka za snimanje je pričvršćena na drugi kraj utega.

Rotirajuća papirna traka se koristi za snimanje vibracija tereta. Što je pritisak jači, pero više odstupa i opruga duže oscilira.

Vertikalna težina vam omogućava da snimite horizontalno usmjerene udare, i obrnuto, horizontalni snimač snima udare u vertikalnoj ravni.

U pravilu, horizontalno snimanje se vrši u dva smjera: sjever-jug i zapad-istok.

U seizmologiji, ovisno o zadacima koji se rješavaju, koriste se različite vrste seizmografa: mehanički, optički ili električni sa različitim vrstama pojačanja i metodama obrade signala. Mehanički seizmograf uključuje osjetljivi element (obično klatno i amortizer) i snimač.

Baza seizmografa čvrsto je povezana sa objektom koji se proučava, pri čijim vibracijama dolazi do pomicanja tereta u odnosu na podlogu. Signal se snima u analognom obliku na snimače sa mehaničkim snimanjem.

1.3. Izrada seizmografa

Materijali: Kartonska kutija; šilo; traka; plastelin; olovka; flomaster; konac ili jak konac; komad tankog kartona.

Okvir za seizmograf služiće kao kartonska kutija. Mora biti napravljen od prilično čvrstog materijala. Njegova otvorena strana bit će prednji dio uređaja.

Potrebno je napraviti rupu u gornjem poklopcu budućeg seizmografa šilom. Ako je ukočenost za " okviri» nije dovoljno, potrebno je uglove i ivice kutije zalijepiti ljepljivom trakom, ojačavajući je, kao što je prikazano na fotografiji.

Zarolajte kuglicu plastelina i napravite rupu u njoj olovkom. Gurnite flomaster u otvor tako da njegov vrh malo viri sa suprotne strane kuglice od plastelina.

Ovo je seizmografski pokazivač dizajniran za crtanje linija zemljinih vibracija.

Provucite kraj konca kroz rupu na vrhu kutije. Postavite kutiju na donju stranu i zategnite konac tako da flomaster slobodno visi.

Zavežite gornji kraj konca za olovku i rotirajte olovku oko ose dok ne uklonite labavost konca. Kada marker visi na odgovarajućoj visini (tj. samo lagano dodiruje dno kutije), pričvrstite olovku na mjesto trakom.

Gurnite list kartona ispod vrha flomastera do dna kutije. Podesite sve tako da vrh flomastera lako dodiruje karton i ostavlja linije.

Seizmograf je spreman za rad. Koristi isti princip rada kao prava oprema. Ponderirani ovjes, ili klatno, će biti inercijski u odnosu na tresenje od okvira.

Za testiranje uređaja u praksi, nema potrebe čekati potres. Samo treba da protresete okvir. Kardan će ostati na svom mjestu, ali će početi crtati linije na kartonu, baš kao pravi.

Teško je zamisliti, ali svake godine na našoj planeti se dogodi oko milion zemljotresa! Naravno, to su uglavnom slabi potresi. Zemljotresi razorne snage dešavaju se znatno rjeđe, u prosjeku jednom u dvije sedmice. Srećom, većina ih se javlja na dnu okeana i ne donose nikakve probleme čovječanstvu, osim ako se cunami ne dogodi kao rezultat seizmičkih pomaka.

Svi znaju za katastrofalne posljedice zemljotresa: tektonska aktivnost budi vulkane, džinovski plimni talasi zapljuskuju čitave gradove u okean, rasjedi i klizišta uništavaju zgrade, izazivaju požare i poplave i oduzimaju stotine i hiljade ljudskih života.

Stoga su ljudi u svakom trenutku nastojali proučavati potrese i spriječiti njihove posljedice. Dakle, Aristotel u IV veku. to i. e. vjerovali da atmosferski vrtlozi prodiru u zemlju, u kojoj ima mnogo praznina i pukotina. Vihori se pojačavaju vatrom i traže izlaz, izazivajući zemljotrese i vulkanske erupcije. Aristotel je takođe posmatrao pomeranje tla tokom zemljotresa i pokušao da ih klasifikuje, identifikujući šest tipova kretanja: gore i dole, s jedne na drugu stranu, itd.

Prvi poznati pokušaj da se napravi prediktor zemljotresa bio je kineski filozof i astronom Zhang Heng. U Kini su se ove prirodne katastrofe dešavale i dešavaju izuzetno često, štaviše, tri od četiri najveća zemljotresa u ljudskoj istoriji dogodila su se u Kini. A 132. godine Zhang Heng je izumio uređaj kojem je dao ime Houfeng "potresna vremenska lopatica" i koji je mogao snimiti vibracije zemljine površine i smjer njihovog širenja. Houfeng je postao prvi seizmograf na svijetu (od grčkog seismos "fluktuacija" i grapho "pišem") uređaj za detekciju i snimanje seizmičkih valova.

Posledice zemljotresa u San Franciscu 1906

Strogo govoreći, uređaj je više ličio na seizmoskop (od grčkog skopeo "gledam"), jer njegova očitanja nisu snimana automatski, već rukom posmatrača.

Houfeng je napravljen od bakra u obliku vinske posude prečnika 180 cm i tankih stijenki. Izvan plovila bilo je osam zmajeva. Zmajeve glave bile su usmjerene u osam smjerova: istok, jug, zapad, sjever, sjeveroistok, jugoistok, sjeverozapad i jugozapad. Svaki zmaj je u ustima držao bakrenu kuglu, a ispod njegove glave sjedila je krastača otvorenih usta. Pretpostavlja se da je okomito unutar posude postavljeno klatno sa šipkama koje su bile pričvršćene za glave zmajeva. Kada se, kao rezultat zemljotresa, klatno pokrenulo, štap povezan sa glavom okrenutom prema udaru otvorio je zmajeva usta i lopta se iz nje otkotrljala u usta odgovarajuće žabe. Kad bi se dvije kugle otkotrljale, moglo bi se pretpostaviti jačinu potresa. Ako je uređaj bio u epicentru, onda su se sve kuglice otkotrljale. Posmatrači instrumenta mogli su odmah snimiti vrijeme i smjer zemljotresa. Uređaj je bio vrlo osjetljiv: uhvatio je čak i slabe potrese, čiji je epicentar bio 600 km udaljen od njega. Godine 138, ovaj seizmograf je tačno ukazao na potres koji se dogodio u regiji Lunxi.

U Evropi su se zemljotresi počeli ozbiljno proučavati mnogo kasnije. Godine 1862. objavljena je knjiga irskog inženjera Roberta Maleta "Veliki napuljski zemljotres 1857: Osnovni principi seizmoloških opažanja". Malet je izvršio ekspediciju u Italiju i napravio kartu pogođene teritorije, podijelivši je na četiri zone. Zone koje je uveo Malet predstavljaju prvu, prilično primitivnu skalu intenziteta podrhtavanja.

Ali seizmologija se kao nauka počela razvijati tek raširenom pojavom i uvođenjem u praksu instrumenata za snimanje vibracija tla, odnosno pojavom naučne seizmometrije.

Godine 1855. Italijan Luigi Palmieri izumio je seizmograf koji je mogao snimiti udaljene potrese. Postupio je prema sljedećem principu: tokom zemljotresa živa se izlila iz sfernog volumena u poseban spremnik, ovisno o smjeru vibracija. Indikator kontakta kontejnera zaustavio je sat, pokazujući tačno vreme, i počeo da beleži vibracije zemlje na bubnju.

Godine 1875. drugi talijanski naučnik, Filippo Sechi, dizajnirao je seizmograf koji je uključio sat u trenutku prvog udara i zabilježio prvu oscilaciju. Prvi seizmički zapis koji je došao do nas napravljen je pomoću ovog uređaja 1887. godine. Nakon toga počinje nagli napredak na polju stvaranja instrumenata za snimanje vibracija tla. Godine 1892. grupa engleskih naučnika koji su radili u Japanu stvorila je prvi instrument koji je prilično jednostavan za korištenje, seizmograf Johna Milnea. Već 1900. godine funkcionirala je svjetska mreža od 40 seizmičkih stanica opremljenih Milne instrumentima.

Seizmograf se sastoji od klatna jednog ili drugog dizajna i sistema za snimanje njegovih oscilacija. Prema načinu snimanja oscilacija klatna, seizmografi se mogu podijeliti na uređaje sa direktnom registracijom, pretvarače mehaničkih vibracija i seizmografe sa povratnom spregom.

Seizmografi za direktno snimanje koriste mehaničku ili optičku metodu snimanja. U početku, mehaničkom metodom snimanja, olovka je postavljena na kraj klatna, grebući liniju na dimljenom papiru, koji je zatim prekriven smjesom za fiksiranje. Ali na klatno seizmografa sa mehaničkom registracijom snažno utiče trenje olovke o papir. Da bi se smanjio ovaj uticaj, potrebna je veoma velika masa klatna.

Optičkom metodom snimanja na osi rotacije je fiksirano ogledalo koje je osvjetljavano kroz sočivo, a reflektirani snop padao je na fotografski papir namotan na rotirajući bubanj.

Metoda direktnog snimanja još uvijek se koristi u seizmički aktivnim zonama, gdje su pomjeranja tla prilično velika. Ali da bi se registrovali slabi potresi i na velikim udaljenostima od izvora, potrebno je pojačati oscilacije klatna. To se izvodi raznim pretvaračima mehaničkih pomaka u električnu struju.

Dijagram širenja seizmičkih valova od izvora potresa, odnosno hipocentra (dolje) i epicentra (gore).

Transformaciju mehaničkih vibracija prvi je predložio ruski naučnik Boris Borisovič Golitsin 1902. godine. Bila je to galvanometrijska registracija zasnovana na elektrodinamičkoj metodi. U polje stalnog magneta postavljena je indukcijska zavojnica čvrsto pričvršćena za klatno. Kada je klatno osciliralo, magnetni tok se mijenjao, u zavojnici je nastala elektromotorna sila, a struja je zabilježena zrcalnim galvanometrom. Snop svjetlosti bio je usmjeren na ogledalo galvanometra, a reflektirani snop, kao u optičkoj metodi, padao je na fotografski papir. Takvi seizmografi osvajali su svjetsko priznanje u narednim decenijama.

Nedavno su takozvani parametarski pretvarači postali široko rasprostranjeni. Kod ovih pretvarača mehaničko kretanje (kretanje mase klatna) uzrokuje promjenu nekog parametra električnog kola (na primjer, električni otpor, kapacitivnost, induktivnost, svjetlosni tok, itd.).

B. Golitsyn.

Seizmološka stanica adit. Oprema koja je tamo instalirana hvata i najmanje vibracije tla.

Mobilna instalacija za geofizička i seizmološka istraživanja.

Promjena ovog parametra dovodi do promjene struje u krugu, a u ovom slučaju je pomak klatna (a ne njegova brzina) ono što određuje veličinu električnog signala. Od raznih parametarskih pretvarača u seizmometriji, dva se uglavnom koriste fotoelektrični i kapacitivni. Najpopularniji je Benioff kapacitivni pretvarač. Među kriterijima odabira, glavni su se pokazali jednostavnost uređaja, linearnost, nizak nivo unutrašnje buke, efikasnost u napajanju.

Seizmografi su osjetljivi na vertikalne vibracije zemlje ili na horizontalne. Za praćenje kretanja tla u svim smjerovima obično se koriste tri seizmografa: jedan s vertikalnim klatnom i dva s horizontalnim orijentiranim na istok i sjever. Vertikalna i horizontalna klatna se razlikuju po svom dizajnu, pa se ispostavlja da je prilično teško postići potpunu istovjetnost njihovih frekvencijskih karakteristika.

Pojavom kompjutera i analogno-digitalnih pretvarača, funkcionalnost seizmičke opreme dramatično se povećala. Postalo je moguće istovremeno snimati i analizirati signale sa nekoliko seizmičkih senzora u realnom vremenu, uzimajući u obzir spektre signala. Ovo je omogućilo fundamentalni skok u sadržaju informacija seizmičkih mjerenja.

Seizmografi se prvenstveno koriste za proučavanje samog fenomena zemljotresa. Uz njihovu pomoć moguće je na instrumentalni način odrediti jačinu potresa, mjesto njegovog nastanka, učestalost javljanja na datom mjestu, te pretežna mjesta nastanka potresa.

Oprema seizmološke stanice na Novom Zelandu.

Osnovne informacije o unutrašnjoj strukturi Zemlje dobivene su i iz seizmičkih podataka tumačenjem polja seizmičkih valova uzrokovanih potresima i snažnim eksplozijama i uočenih na površini Zemlje.

Uz pomoć snimanja seizmičkih talasa provode se i studije strukture zemljine kore. Na primjer, studije iz 1950-ih pokazuju da se debljina slojeva kore, kao i brzine valova u njima, razlikuju od mjesta do mjesta. U srednjoj Aziji debljina kore dostiže 50 km, au Japanu -15 km. Napravljena je karta debljine zemljine kore.

Može se očekivati ​​da će se uskoro pojaviti nove tehnologije u inercijskim i gravitacionim metodama mjerenja. Moguće je da će upravo seizmografi nove generacije moći detektovati gravitacione talase u svemiru.

Snimanje seizmografa

Naučnici širom svijeta razvijaju projekte za stvaranje satelitskih sistema za upozoravanje na zemljotres. Jedan od takvih projekata je radar sa interferometrijskom sintetičkom aperturom (InSAR). Ovaj radar, odnosno radari, prati pomicanje tektonskih ploča na određenom području, a zahvaljujući podacima koje dobijaju mogu se zabilježiti čak i suptilni pomaci. Naučnici smatraju da je zbog ove osjetljivosti moguće preciznije odrediti područja visokonaponskih seizmički opasnih zona.