Ποιος ανακάλυψε τον σεισμογράφο - Πότε εφευρέθηκε; Ποιος και πότε εφηύρε τον πρώτο σεισμογράφο για την πρόβλεψη σεισμών Πώς λειτουργεί ένας σεισμογράφος.

επικεφαλής εργαστηρίου σεισμομετρίας του Ινστιτούτου Φυσικής της Γης RAS

Ο περασμένος αιώνας έδωσε στον κόσμο την ανακάλυψη του B.B. Golitsyn της γαλβανομετρικής μεθόδου παρατήρησης σεισμικών φαινομένων. Η μετέπειτα πρόοδος της σεισμομετρίας συνδέθηκε με αυτήν την ανακάλυψη. Οι διάδοχοι της υπόθεσης Golitsyn ήταν ο Ρώσος επιστήμονας D.P. Kirnos, Americans Wood-Andersen, Press Ewing. Ρωσική σχολή σεισμομετρίας υπό D.P. Ο Κίρνος διακρίθηκε για την προσεκτική μελέτη του εξοπλισμού και των μεθόδων μετρολογικής υποστήριξης σεισμικών παρατηρήσεων. Οι καταγραφές σεισμικών γεγονότων έχουν γίνει ιδιοκτησία της σεισμολογίας κατά την επίλυση όχι μόνο κινηματικών, αλλά και δυναμικών προβλημάτων. Φυσική συνέχεια της ανάπτυξης της σεισμομετρίας ήταν η χρήση ηλεκτρονικών μέσων για τη λήψη πληροφοριών από τη δοκιμαστική μάζα των σεισμομέτρων, η χρήση της στην παλμογραφία και σε ψηφιακές μεθόδους μέτρησης, συσσώρευσης και επεξεργασίας σεισμικών δεδομένων. Η σεισμομετρία απολάμβανε πάντα τους καρπούς της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου του εικοστού αιώνα. Στη Ρωσία τη δεκαετία του 70-80. Έχουν αναπτυχθεί ηλεκτρονικοί σεισμογράφοι που καλύπτουν το εύρος συχνοτήτων από εξαιρετικά χαμηλές συχνότητες (τυπικά από 0 Hz) έως 1000 Hz.

Εισαγωγή

Σεισμοί! Για όσους ζουν σε ενεργές σεισμικές ζώνες, αυτή δεν είναι μια κενή φράση. Οι άνθρωποι ζουν ειρηνικά, ξεχνώντας την προηγούμενη καταστροφή. Αλλά ξαφνικά, τις περισσότερες φορές τη νύχτα, έρχεται το IT. Στην αρχή, μόνο τρέμουλο, ακόμη και πέταμα από το κρεβάτι, τσουγκρίσματα πιάτων, πτώση επίπλων. Τότε ο βρυχηθμός από ταβάνια που καταρρέουν, μη μόνιμοι τοίχοι, σκόνη, σκοτάδι, στεναγμοί. Έτσι έγινε το 1948 στο Ασγκαμπάτ. Η χώρα το έμαθε πολύ αργότερα. Ζεστό. Ένας σχεδόν γυμνός Υπάλληλος του Ινστιτούτου Σεισμολογίας στο Ασγκαμπάτ εκείνο το βράδυ ετοιμαζόταν να μιλήσει σε ένα δημοκρατικό συνέδριο για τη σεισμικότητα και έγραφε μια έκθεση. Ξεκίνησε γύρω στις 2 η ώρα. Κατάφερε να βγει τρέχοντας στην αυλή. Στο δρόμο, μέσα σε σύννεφα σκόνης και σκοτεινή νότια νύχτα, τίποτα δεν φαινόταν. Η σύζυγός του, επίσης σεισμολόγος, κατάφερε να μπει στο κατώφλι, το οποίο έκλεισε αμέσως και από τις δύο πλευρές από ταβάνια που κατέρρευσαν. Η αδερφή της, που κοιμόταν στο πάτωμα λόγω της ζέστης, καλύφθηκε από μια ντουλάπα της οποίας οι πόρτες άνοιξαν για να προσφέρουν ένα «καταφύγιο» για το σώμα. Αλλά τα πόδια ήταν τσιμπημένα από το πάνω μέρος του ντουλαπιού.

Στο Ασγκαμπάτ, αρκετές δεκάδες χιλιάδες κάτοικοι πέθαναν λόγω της νύχτας και της έλλειψης αντισεισμικών κτιρίων (άκουσα εκτιμήσεις για έως και 50.000 νεκρούς. Σε κάθε περίπτωση, ο G.P. Gorshkov, επικεφαλής του τμήματος δυναμικής γεωλογίας στο κράτος της Μόσχας Πανεπιστήμιο, είπε έτσι. Εκδ.) Επιβίωσε καλά από ένα κτίριο για το οποίο ο αρχιτέκτονας που το σχεδίασε καταδικάστηκε για υπερβολικές δαπάνες.

Τώρα στη μνήμη της ανθρωπότητας, υπάρχουν δεκάδες ιστορικοί και σύγχρονοι καταστροφικοί σεισμοί που στοίχισαν εκατομμύρια ανθρώπινες ζωές. Από τους ισχυρότερους σεισμούς, μπορεί κανείς να απαριθμήσει όπως Λισαβόνα 1755, Ιάπωνες 1891, Ασάμ (Ινδία) 1897, Σαν Φρανσίσκο 1906, Μεσίνα (Σικελία-Καλιβρία) 1908, Κινέζοι 1920 και 1976. (Ήδη πολύ αργότερα από το Ασγκαμπάτ το 1976 στην Κίνα, ένας σεισμός στοίχισε 250.000 ζωές και ο περυσινός Ινδός σκότωσε τουλάχιστον 20.000 Έκδ.), Ιαπωνικά 1923, Χιλή 1960, Αγκαντίρ (Μαρόκο) 1960 gyu, Αλάσκα ., 19 (Αρμενία) 1988 Μετά τον σεισμό στην Αλάσκα, ο Benyeoff, ένας Αμερικανός ειδικός στον τομέα της σεισμομετρίας, απέκτησε ένα αρχείο των φυσικών δονήσεων της Γης ως μπάλα που χτυπήθηκε. Πριν και ειδικά μετά από έναν ισχυρό σεισμό, υπάρχει μια σειρά - εκατοντάδες και χιλιάδες - πιο αδύναμοι σεισμοί (μετασεισμοί). Η παρατήρησή τους με ευαίσθητους σεισμογράφους καθιστά δυνατή την οριοθέτηση της περιοχής του κύριου κλονισμού και τη λήψη μιας χωρικής περιγραφής της πηγής του σεισμού.

Υπάρχουν δύο τρόποι αποφυγής μεγάλων απωλειών από τους σεισμούς: η αντισεισμική κατασκευή και η έγκαιρη προειδοποίηση για ενδεχόμενο σεισμό. Αλλά και οι δύο μέθοδοι παραμένουν αναποτελεσματικές. Η αντισεισμική κατασκευή δεν είναι πάντα επαρκής για τους κραδασμούς που προκαλούνται από τους σεισμούς. Υπάρχουν περίεργες περιπτώσεις ανεξήγητης καταστροφής οπλισμένου σκυροδέματος, όπως συνέβη στο Κόμπε της Ιαπωνίας. Η δομή του σκυροδέματος διαταράσσεται σε τέτοιο βαθμό που το σκυρόδεμα θρυμματίζεται σε σκόνη στους αντικόμβους των στάσιμων κυμάτων. Υπάρχουν εναλλαγές κτιρίων, όπως παρατηρήθηκε στο Spitak, στο Leninakan, στη Ρουμανία.

Οι σεισμοί συνοδεύονται και από άλλα φαινόμενα. Η λάμψη της ατμόσφαιρας, η διακοπή των ραδιοεπικοινωνιών και το όχι λιγότερο τρομερό φαινόμενο ενός τσουνάμι, τα θαλάσσια κύματα του οποίου συμβαίνουν μερικές φορές εάν το κέντρο (κέντρο) ενός σεισμού συμβεί σε μια τάφρο βαθέων υδάτων του παγκόσμιου ωκεανού (όχι όλοι οι σεισμοί που συμβαίνουν στις πλαγιές μιας τάφρου βαθέων υδάτων είναι τσουναμιγογόνοι, αλλά οι τελευταίοι ανιχνεύονται χρησιμοποιώντας σεισμογράφους με χαρακτηριστικά σημάδια μετατόπισης στην εστία). Έτσι έγινε στη Λισαβόνα, στην Αλάσκα, στην Ινδονησία. Είναι ιδιαίτερα επικίνδυνα γιατί σχεδόν ξαφνικά εμφανίζονται κύματα στην ακτή, στα νησιά. Ένα παράδειγμα είναι τα νησιά της Χαβάης. Το κύμα από τον σεισμό της Καμτσάτκα το 1952 ήρθε απροσδόκητα μετά από 22 ώρες. Ένα κύμα τσουνάμι είναι ανεπαίσθητο στην ανοιχτή θάλασσα, αλλά όταν έρχεται στην ξηρά, αποκτά μια απότομη κλίση της αιχμής, η ταχύτητα του κύματος μειώνεται και εμφανίζεται κύμα νερού, το οποίο οδηγεί σε ανάπτυξη κύματος μερικές φορές έως και 30 μέτρα, ανάλογα με την ισχύ του σεισμού και το ανάγλυφο της ακτής. Ένα τέτοιο κύμα ξεβράστηκε εντελώς στα τέλη του φθινοπώρου του 1952, η πόλη Severo-Kurilsk, η οποία βρίσκεται στην ακτή του στενού μεταξύ περίπου. Paramushir και περίπου. Shumshu. Η πρόσκρουση του κύματος και η μετακίνησή του προς τα πίσω ήταν τόσο ισχυρά που τα τανκς που βρίσκονταν στο λιμάνι απλώς ξεβράστηκαν και εξαφανίστηκαν «προς άγνωστη κατεύθυνση». Αυτόπτης μάρτυρας είπε ότι ξύπνησε από τις δονήσεις ενός ισχυρού σεισμού και δεν μπορούσε να κοιμηθεί γρήγορα. Ξαφνικά άκουσε ένα δυνατό βουητό χαμηλής συχνότητας από την πλευρά του λιμανιού. Κοιτώντας έξω από το παράθυρο και χωρίς να σκεφτεί ούτε δευτερόλεπτο σε τι βρισκόταν, πήδηξε πάνω στο χιόνι και έτρεξε στο λόφο, έχοντας καταφέρει να προσπεράσει το κύμα που προχωρούσε.

Ο παραπάνω χάρτης δείχνει την πιο σεισμικά ενεργή τεκτονική ζώνη του Ειρηνικού. Οι τελείες δείχνουν τα επίκεντρα ισχυρών σεισμών μόνο για τον 20ο αιώνα. Ο χάρτης δίνει μια ιδέα για την ενεργό ζωή του πλανήτη μας και τα δεδομένα του λένε πολλά για τις πιθανές αιτίες των σεισμών γενικά. Υπάρχουν πολλές υποθέσεις σχετικά με τις αιτίες των τεκτονικών εκδηλώσεων στο πρόσωπο της Γης, αλλά δεν υπάρχει ακόμα αξιόπιστη θεωρία της παγκόσμιας τεκτονικής που να ορίζει ξεκάθαρα τη θεωρία του φαινομένου.

Σε τι χρησιμεύουν οι σεισμογράφοι;

Πρώτα απ 'όλα, για να μελετήσουμε το ίδιο το φαινόμενο, τότε είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί με μια οργανική μέθοδο η ισχύς του σεισμού, ο τόπος εμφάνισής του και η συχνότητα εμφάνισης αυτών των φαινομένων σε ένα δεδομένο μέρος και οι κυρίαρχοι τόποι εμφάνισής τους. Οι ελαστικές δονήσεις που διεγείρονται από έναν σεισμό, όπως μια δέσμη φωτός από έναν προβολέα, είναι ικανές να φωτίσουν τις λεπτομέρειες της δομής της Γης.

Τέσσερις κύριοι τύποι κυμάτων διεγείρονται: τα διαμήκη, που έχουν μέγιστη ταχύτητα διάδοσης και έρχονται στον παρατηρητή αρχικά, μετά εγκάρσιες ταλαντώσεις και τα πιο αργά - επιφανειακά κύματα με ταλαντώσεις κατά μήκος μιας έλλειψης στο κατακόρυφο επίπεδο (Rayleigh) και στο οριζόντιο αεροπλάνο (Αγάπη) προς την κατεύθυνση διάδοσης. Η διαφορά στον χρόνο των αφίξεων του πρώτου κύματος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της απόστασης από το επίκεντρο, της θέσης του υποκέντρου και για τον προσδιορισμό της εσωτερικής δομής της Γης και της θέσης της πηγής των σεισμών. Καταγράφοντας σεισμικά κύματα που πέρασαν από τον πυρήνα της Γης, κατέστη δυνατός ο προσδιορισμός της δομής της. Ο εξωτερικός πυρήνας ήταν σε υγρή κατάσταση. Μόνο τα διαμήκη κύματα διαδίδονται σε ένα υγρό. Ο στερεός εσωτερικός πυρήνας ανιχνεύεται χρησιμοποιώντας εγκάρσια κύματα, τα οποία διεγείρονται από τα διαμήκη κύματα που χτυπούν τη διεπαφή υγρού-σκληρότητας. Από την εικόνα των καταγεγραμμένων ταλαντώσεων και των τύπων κυμάτων, από τους χρόνους άφιξης των σεισμικών κυμάτων από σεισμογράφους στην επιφάνεια της Γης, ήταν δυνατό να προσδιοριστούν οι διαστάσεις των συστατικών μερών του πυρήνα, η πυκνότητά τους.

Άλλα προβλήματα επιλύονται για τον προσδιορισμό της ενέργειας και των σεισμών (μεγέθη της κλίμακας Ρίχτερ, το μηδέν μέγεθος αντιστοιχεί σε ενέργεια και 10(+5) Joules, το μέγιστο παρατηρούμενο μέγεθος αντιστοιχεί στην ενέργεια και 10(+20-+21) J), φασματική σύνθεση για την επίλυση του προβλήματος της κατασκευής σεισμικής αντίστασης, για ανίχνευση και έλεγχο υπόγειων δοκιμών πυρηνικών όπλων, σεισμικό έλεγχο και διακοπή λειτουργίας έκτακτης ανάγκης σε επικίνδυνες εγκαταστάσεις όπως πυρηνικοί σταθμοί, σιδηροδρομικές μεταφορές, ακόμη και ανελκυστήρες σε πολυώροφα κτίρια, έλεγχος υδραυλικών κατασκευών . Ο ρόλος των σεισμικών οργάνων στη σεισμική εξερεύνηση ορυκτών και, ειδικότερα, για την αναζήτηση «δεξαμενών» με πετρέλαιο είναι ανεκτίμητος. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης στη διερεύνηση των αιτιών του θανάτου του Κουρσκ, με τη βοήθεια αυτών των συσκευών διαπιστώθηκε ο χρόνος και η ισχύς της πρώτης και της δεύτερης έκρηξης.

Μηχανικά σεισμικά όργανα

Η αρχή της λειτουργίας των σεισμικών αισθητήρων - σεισμομέτρων - που σχηματίζουν ένα σύστημα σεισμογράφου, το οποίο περιλαμβάνει τέτοιους κόμβους - ένα σεισμόμετρο, έναν μετατροπέα του μηχανικού του σήματος σε ηλεκτρική τάση και έναν καταγραφέα - μια συσκευή αποθήκευσης πληροφοριών, βασίζεται αμέσως στον πρώτο και τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα. - την ιδιότητα των μαζών στην αδράνεια και τη βαρύτητα. Το κύριο στοιχείο της συσκευής οποιουδήποτε σεισμομέτρου είναι η μάζα, η οποία έχει μια ορισμένη ανάρτηση στη βάση της συσκευής. Στην ιδανική περίπτωση, η μάζα δεν πρέπει να έχει μηχανικές ή ηλεκτρομαγνητικές συνδέσεις με το σώμα. Απλώς κρεμάστε στο κενό! Ωστόσο, αυτό είναι ακόμα απραγματοποίητο υπό τις συνθήκες της έλξης της Γης. Υπάρχουν κάθετα και οριζόντια σεισόμετρα. Πρώτον, η μάζα έχει την ικανότητα να κινείται μόνο σε κατακόρυφο επίπεδο και συνήθως κρέμεται με ένα ελατήριο για να εξουδετερώσει τη δύναμη της βαρύτητας της Γης. Στα οριζόντια σεισμόμετρα, η μάζα έχει βαθμό ελευθερίας μόνο στο οριζόντιο επίπεδο. Η θέση ισορροπίας της μάζας διατηρείται τόσο από ένα πολύ πιο αδύναμο ελατήριο ανάρτησης (γενικά επίπεδες πλάκες) όσο και, ειδικά, από τη βαρυτική έλξη της Γης, η οποία εξασθενεί πολύ από την αντίδραση του σχεδόν κάθετου άξονα ανάρτησης και δρα σε σχεδόν οριζόντιο επίπεδο των μαζικών ταξιδιών.

Οι αρχαιότερες συσκευές καταγραφής σεισμών ανακαλύφθηκαν και αποκαταστάθηκαν στην Κίνα [Savarensky E.F., Kirnos D.P., 1955] . Η συσκευή δεν είχε μέσα καταγραφής, αλλά βοήθησε μόνο στον προσδιορισμό της ισχύος του σεισμού και της κατεύθυνσης προς το επίκεντρό του. Τέτοια όργανα ονομάζονται σεισμοσκόπια. Το αρχαίο κινέζικο σεισμοσκόπιο χρονολογείται από το 123 μ.Χ. και είναι έργο τέχνης και μηχανικής. Μέσα στο καλλιτεχνικά σχεδιασμένο αγγείο υπήρχε ένα αστατικό εκκρεμές. Η μάζα ενός τέτοιου εκκρεμούς βρίσκεται πάνω από το ελαστικό στοιχείο, το οποίο υποστηρίζει το εκκρεμές σε κάθετη θέση. Στο αγγείο, κατά μήκος των αζιμουθίων, υπάρχουν τα στόματα των δράκων, στα οποία τοποθετούνται μεταλλικές μπάλες. Κατά τη διάρκεια ενός ισχυρού σεισμού, το εκκρεμές χτύπησε τις μπάλες και έπεσαν σε μικρά αγγεία με τη μορφή βατράχων με ανοιχτό στόμα. Φυσικά, οι μέγιστες κρούσεις του εκκρεμούς έπεσαν κατά μήκος του αζιμουθίου στην πηγή του σεισμού. Από τις μπάλες που βρέθηκαν στους βατράχους, ήταν δυνατό να προσδιοριστεί από πού προήλθαν τα κύματα του σεισμού. Τέτοια όργανα ονομάζονται σεισμοσκόπια. Χρησιμοποιούνται ευρέως σήμερα, παρέχοντας πολύτιμες πληροφορίες για μεγάλους σεισμούς σε μεγάλη κλίμακα σε μεγάλη περιοχή. Στην Καλιφόρνια (ΗΠΑ) υπάρχουν χιλιάδες σεισμοσκόπια που καταγράφουν με αστατικά εκκρεμή σε σφαιρικό γυαλί καλυμμένο με αιθάλη. Συνήθως, είναι ορατή μια σύνθετη εικόνα της κίνησης της άκρης του εκκρεμούς στο γυαλί, στην οποία διακρίνονται ταλαντώσεις διαμήκων κυμάτων, υποδεικνύοντας την κατεύθυνση προς την πηγή. Και τα μέγιστα πλάτη των τροχιών καταγραφής δίνουν μια ιδέα της ισχύος του σεισμού. Η περίοδος ταλάντωσης του εκκρεμούς και η απόσβεσή του ρυθμίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να μοντελοποιείται η συμπεριφορά τυπικών κτιρίων και, έτσι, να εκτιμάται η ένταση των σεισμών. Το μέγεθος των σεισμών καθορίζεται από τα εξωτερικά χαρακτηριστικά της επίδρασης των κραδασμών σε ανθρώπους, ζώα, δέντρα, τυπικά κτίρια, έπιπλα, σκεύη κ.λπ. Υπάρχουν διαφορετικές κλίμακες βαθμολόγησης. Στα μέσα ενημέρωσης χρησιμοποιείται η «κλίμακα Ρίχτερ». Αυτός ο ορισμός έχει σχεδιαστεί για έναν μαζικό κάτοικο και δεν αντιστοιχεί στην επιστημονική ορολογία. Είναι σωστό να πούμε - το μέγεθος του σεισμού στην κλίμακα Ρίχτερ. Προσδιορίζεται με μετρήσεις οργάνων με τη βοήθεια σεισμογράφων και υποδηλώνει υπό όρους τον λογάριθμο του μέγιστου ρυθμού καταγραφής, που σχετίζεται με την πηγή του σεισμού. Αυτή η τιμή δείχνει υπό όρους την εκλυόμενη ενέργεια των ελαστικών δονήσεων στην πηγή του σεισμού.

Ένα παρόμοιο σεισμοσκόπιο κατασκευάστηκε το 1848 από τον Ιταλό Cacciatore, στο οποίο το εκκρεμές και οι μπάλες αντικαταστάθηκαν από υδράργυρο. Κατά τη διάρκεια των δονήσεων του εδάφους, ο υδράργυρος χύνονταν σε δοχεία που απέχουν ομοιόμορφα κατά μήκος των αζιμουθίων. Στη Ρωσία χρησιμοποιούνται σεισμοσκόπια του S.V. Medvedev, στην Αρμενία αναπτύσσονται σεισμοσκόπια του AIS του A.G. Nazarov, στα οποία χρησιμοποιούνται πολλά εκκρεμή με διαφορετικές συχνότητες. Καθιστούν δυνατή τη χονδρική απόκτηση φασμάτων δόνησης, δηλ. εξάρτηση του πλάτους των εγγραφών από τις συχνότητες δόνησης κατά τη διάρκεια ενός σεισμού. Αυτή είναι πολύτιμη πληροφορία για τους σχεδιαστές αντισεισμικών κτιρίων.

Ο πρώτος σεισμογράφος επιστημονικής σημασίας κατασκευάστηκε το 1879 στην Ιαπωνία από τον Ewing. Το βάρος για το εκκρεμές ήταν ένας δακτύλιος από χυτοσίδηρο βάρους 25 κιλών, αναρτημένος σε ένα χαλύβδινο σύρμα. Το συνολικό μήκος του εκκρεμούς ήταν σχεδόν 7 μέτρα. Λόγω του μήκους, λήφθηκε ροπή αδράνειας 1156 kgּ m 2. Οι σχετικές κινήσεις του εκκρεμούς και του εδάφους καταγράφηκαν σε καπνιστό γυαλί που περιστρέφεται γύρω από έναν κατακόρυφο άξονα. Μια μεγάλη ροπή αδράνειας συνέβαλε στη μείωση της επίδρασης της τριβής του άκρου του εκκρεμούς στο γυαλί. Το 1889, ένας Ιάπωνας σεισμολόγος δημοσίευσε μια περιγραφή ενός οριζόντιου σεισμογράφου, ο οποίος χρησίμευσε ως πρωτότυπο για μεγάλο αριθμό σεισμογράφων. Παρόμοιοι σεισμογράφοι κατασκευάστηκαν στη Γερμανία το 1902-1915. Κατά τη δημιουργία μηχανικών σεισμογράφων, το πρόβλημα της αυξανόμενης ευαισθησίας μπορούσε να λυθεί μόνο με τη βοήθεια των μεγεθυντικών μοχλών του Αρχιμήδη. Η δύναμη της τριβής κατά την καταγραφή των ταλαντώσεων ξεπεράστηκε λόγω της τεράστιας μάζας του εκκρεμούς. Έτσι ο σεισμογράφος του Wiechert είχε ένα εκκρεμές με μάζα 1000 kg. Σε αυτή την περίπτωση, μια αύξηση μόλις 200 επιτεύχθηκε για τις περιόδους καταγεγραμμένων ταλαντώσεων που δεν υπερβαίνουν την περίοδο των 12 δευτερολέπτων του ίδιου του εκκρεμούς. Ο κατακόρυφος σεισμογράφος του Wiechert, του οποίου το βάρος του εκκρεμούς ήταν 1300 kg, είχε τη μεγαλύτερη μάζα, αναρτημένο σε ισχυρά ελικοειδή ελατήρια κατασκευασμένα από χαλύβδινο σύρμα 8 mm. Η ευαισθησία ήταν 200 για περιόδους σεισμικών κυμάτων όχι μεγαλύτερη από 5 δευτερόλεπτα. Ο Wiechert ήταν μεγάλος εφευρέτης και σχεδιαστής μηχανικών σεισμογράφων και κατασκεύασε πολλά διαφορετικά και έξυπνα όργανα. Η καταγραφή της σχετικής κίνησης της αδρανειακής μάζας των εκκρεμών και του εδάφους έγινε σε καπνιστό χαρτί, περιστρεφόμενο με συνεχή ταινία από μηχανισμό ρολογιού.

Σεισμογράφοι με γαλβανομετρική εγγραφή

Επανάσταση στην τεχνική της σεισμομετρίας έκανε ένας λαμπρός επιστήμονας στον τομέα της οπτικής και των μαθηματικών, ο πρίγκιπας B.B. Golitsyn. Εφηύρε μια μέθοδο γαλβανομετρικής καταγραφής των σεισμών. Η Ρωσία είναι ο ιδρυτής των σεισμογράφων με γαλβανομετρική εγγραφή στον κόσμο. Για πρώτη φορά στον κόσμο, ανέπτυξε τη θεωρία του σεισμογράφου το 1902, δημιούργησε έναν σεισμογράφο και οργάνωσε τους πρώτους σεισμικούς σταθμούς στους οποίους εγκαταστάθηκαν νέα όργανα. Η Γερμανία είχε εμπειρία στην παραγωγή σεισμογράφων και εκεί κατασκευάστηκαν τα πρώτα σεισμόμετρα Golitsyn. Ωστόσο, η συσκευή εγγραφής σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε στα εργαστήρια της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών στην Αγία Πετρούπολη. Και μέχρι τώρα, αυτή η συσκευή έχει όλα τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του πρώτου καταχωρητή. Το τύμπανο, πάνω στο οποίο ήταν στερεωμένο φωτογραφικό χαρτί, μήκους σχεδόν 1 m και πλάτους 28 cm, τέθηκε σε περιστροφική κίνηση με μετατόπιση σε κάθε περιστροφή κατά μια απόσταση που επιλέχθηκε και άλλαζε σύμφωνα με την εργασία παρατήρησης κατά μήκος του άξονα του τυμπάνου. Ο διαχωρισμός του σεισμομέτρου και των μέσων καταγραφής των σχετικών κινήσεων της αδρανειακής μάζας της συσκευής ήταν τόσο προοδευτικός και επιτυχημένος που τέτοιοι σεισμογράφοι έλαβαν παγκόσμια αναγνώριση για πολλές επόμενες δεκαετίες. Ο B.B. Golitsyn ξεχώρισε τα ακόλουθα πλεονεκτήματα της νέας μεθόδου εγγραφής.

1. Η δυνατότητα μιας απλής τεχνικής να πάρεις περισσότερα εκείνη τη στιγμή ευαισθησία .

2. Πραγματοποίηση εγγραφής για απόστασηαπό τη θέση των σεισμομέτρων. Η απόσταση, το ξηρό δωμάτιο, η προσβασιμότητα σε σεισμικά αρχεία για την περαιτέρω επεξεργασία τους έδωσαν νέα ποιότητα στη διαδικασία των σεισμικών παρατηρήσεων και τον αποκλεισμό ανεπιθύμητων επιπτώσεων στα σεισόμετρα από το προσωπικό του σεισμικού σταθμού.

3. Ανεξαρτησία της ποιότητας εγγραφής από τάσημηδενικά σεισμόμετρα.

Αυτά τα κύρια πλεονεκτήματα καθόρισαν την ανάπτυξη και τη χρήση της γαλβανομετρικής καταχώρισης σε όλο τον κόσμο για πολλές δεκαετίες.

Το βάρος του εκκρεμούς δεν έπαιζε πλέον τόσο ρόλο όσο στους μηχανικούς σεισμογράφους. Υπήρχε μόνο ένα φαινόμενο που έπρεπε να ληφθεί υπόψη - η μαγνητοηλεκτρική αντίδραση του πλαισίου του γαλβανόμετρου, που βρίσκεται στο διάκενο αέρα ενός μόνιμου μαγνήτη, στο εκκρεμές του σεισμομέτρου. Κατά κανόνα, αυτή η αντίδραση μείωσε την απόσβεση του εκκρεμούς, η οποία οδήγησε στη διέγερση των επιπλέον δικών του ταλαντώσεων, οι οποίες παραμόρφωσαν το μοτίβο κυμάτων των καταγεγραμμένων κυμάτων από τους σεισμούς. Ως εκ τούτου, ο B.B. Golitsyn χρησιμοποίησε μια μάζα εκκρεμών της τάξης των 20 kg για να αγνοήσει την πίσω αντίδραση του γαλβανόμετρου στο σεισμόμετρο.

Ο καταστροφικός σεισμός του 1948 στο Ασγκαμπάτ τόνωσε τη χρηματοδότηση της επέκτασης του δικτύου σεισμικών παρατηρήσεων στην ΕΣΣΔ. Για τον εξοπλισμό νέων και παλαιών σεισμικών σταθμών, ο καθηγητής Δ.Π. Κίρνος, μαζί με τον μηχανικό Β.Ν. Η εργασία ξεκίνησε εντός των τειχών του Σεισμολογικού Ινστιτούτου της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ και των εργαστηρίων οργάνων του. Οι συσκευές του Κίρνου διακρίνονταν για την ενδελεχή επιστημονική και τεχνική μελέτη τους. Η τεχνική της βαθμονόμησης και της λειτουργίας έχει τελειοποιηθεί, γεγονός που εξασφάλιζε υψηλή ακρίβεια (περίπου 5%) του πλάτους και της απόκρισης συχνότητας φάσης (AFC) κατά την καταγραφή συμβάντων. Αυτό επέτρεψε στους σεισμολόγους να θέτουν και να λύνουν όχι μόνο κινηματικά, αλλά και δυναμικά προβλήματα κατά την ερμηνεία αρχείων. Με αυτόν τον τρόπο η σχολή του Δ.Π. Κίρνου διέφερε ευνοϊκά από την αμερικανική σχολή ομοειδών οργάνων. Ο Δ.Π. Κίρνος βελτίωσε τη θεωρία των σεισμογράφων με γαλβανομετρική καταχώριση εισάγοντας τον συντελεστή σύζευξης του σεισμομέτρου και του γαλβανόμετρου, ο οποίος κατέστησε δυνατή την κατασκευή της απόκρισης συχνότητας πλάτους του σεισμογράφου για την καταγραφή της μετατόπισης του εδάφους, πρώτα στη ζώνη των 0,08 - 5 Hz. και στη συνέχεια στη ζώνη των 0,05 - 10 Hz με τη χρήση νέων σεισμομέτρων τύπου SKD. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για την εισαγωγή της ευρυζωνικής απόκρισης συχνότητας στη σεισμομετρία.

Ρωσικοί μηχανικοί σεισμογράφοι

Μετά την καταστροφή στο Severo-Kurilsk, εκδόθηκε κυβερνητικό διάταγμα για τη δημιουργία υπηρεσίας προειδοποίησης για τσουνάμι στην Καμτσάτκα, τη Σαχαλίνη και τα νησιά Κουρίλ. Η εφαρμογή του Διατάγματος ανατέθηκε στην Ακαδημία Επιστημών, στην Υδρομετεωρολογική Υπηρεσία της ΕΣΣΔ και στο Υπουργείο Συγκοινωνιών. Το 1959, μια επιτροπή στάλθηκε στην περιοχή αυτή για να διευκρινίσει την κατάσταση επί τόπου. Petropavlovsk Kamchatsky, Severo-Kurilsk, Yuzhno-Kurilsk, Sakhalin. Μεταφορικά μέσα - Αεροσκάφος LI-2 (πρώην Ντάγκλας), ατμόπλοιο ανυψωμένο από τον βυθό της θάλασσας και αναπαλαιωμένο, βάρκες. Η πρώτη πτήση είναι προγραμματισμένη για τις 6 το πρωί. Η επιτροπή έφτασε εγκαίρως στο αεροδρόμιο "Khalatyrka" (Petropavlovsk-Kamchatsky). Αλλά το αεροπλάνο απογειώθηκε νωρίτερα - ο ουρανός πάνω από το Shumshu άνοιξε. Λίγες ώρες αργότερα, βρέθηκε ένα φορτίο LI-2 και πραγματοποιήθηκε ασφαλής προσγείωση στη λωρίδα βάσης με υπόγεια αεροδρόμια, που κατασκεύασαν οι Ιάπωνες. Το Shumshu είναι το βορειότερο νησί στην αλυσίδα των Kuril. Μόνο στα βορειοδυτικά από τα νερά της Θάλασσας του Οχότσκ υψώνεται ο όμορφος κώνος του ηφαιστείου της Αδελαΐδας. Το νησί μοιάζει εντελώς επίπεδο, σαν μια χοντρή τηγανίτα ανάμεσα στα θαλασσινά νερά. Στο νησί, ως επί το πλείστον συνοριοφύλακες. Η επιτροπή έφτασε στη νοτιοδυτική προβλήτα. Εκεί περίμενε ένα σκάφος του λιμενικού, το οποίο έσπευσε με μεγάλη ταχύτητα στο λιμάνι Severo-Kurilsk. Στο κατάστρωμα, εκτός από την προμήθεια, υπάρχουν αρκετοί επιβάτες. Στο πλάι ένας ναύτης και μια κοπέλα συζητούν με ενθουσιασμό. Το σκάφος με πλήρη ταχύτητα πετά στην υδάτινη περιοχή του λιμανιού. Ο τιμονιέρης στον χειροκίνητο τηλέγραφο δίνει ένα σήμα στο μηχανοστάσιο: "Ding-ding", και ένα άλλο "Ding-ding" - κανένα αποτέλεσμα! Ξαφνικά ένας ναύτης στο πλάι πετάει με τα μούτρα. Κάπως αργά - το σκάφος κόβει αρκετά δυνατά στα ξύλινα κιγκλιδώματα της γολέτας ψαρέματος. Οι μάρκες πετούν, οι άνθρωποι σχεδόν πέφτουν. Οι ναύτες αθόρυβα, χωρίς κανένα συναίσθημα, έδεσαν τη βάρκα. Αυτή είναι η ιδιαιτερότητα της υπηρεσίας στην Άπω Ανατολή.

Υπήρχαν τα πάντα στο ταξίδι: ελαφριά βροχή, οι σταγόνες της οποίας πέταξαν σχεδόν παράλληλα με το έδαφος, μικρό και σκληρό μπαμπού - ο βιότοπος των αρκούδων, και μια τεράστια "τσάντα με κορδόνια" στην οποία φορτώθηκαν οι επιβάτες (μια γυναίκα με ένα παιδί στο το κέντρο) και ανυψώθηκε με ένα βαρούλκο ατμού στο κατάστρωμα του ανακαινισμένου πλοίου λόγω ενός μεγάλου κύματος καταιγίδας και το φορτηγό GAZ-51, στο ανοιχτό σώμα του οποίου η επιτροπή διέσχισε το νησί Kunashir από τον Ειρηνικό Ωκεανό στην ακτή του Okhotsk και που γύριζε πολλές φορές σε μια τεράστια λακκούβα στα μισά - οι μπροστινοί τροχοί σε μια κόλλα, οι πίσω τροχοί σε μια άλλη - μέχρι τότε η αυλάκωση διορθώθηκε με ένα συνηθισμένο φτυάρι και η γραμμή του σερφ στην είσοδο του ρέματος ωοτοκίας, με σημάδι μια συνεχόμενη λωρίδα χαβιαριού κόκκινου σολομού.

Η Επιτροπή διαπίστωσε ότι μέχρι στιγμής το μόνο σεισμικό όργανο που μπορεί να εκπληρώσει το καθήκον μιας υπηρεσίας προειδοποίησης για τσουνάμι μπορεί να είναι μόνο ένας μηχανικός σεισμογράφος με καταγραφή σε χαρτί αιθάλης. Οι σεισμογράφοι αναπτύχθηκαν στο σεισμομετρικό εργαστήριο του Ινστιτούτου Φυσικής της Γης, Ακαδημία Επιστημών. Ένας σεισμογράφος χαμηλής μεγέθυνσης 7 και ένας σεισμογράφος μεγέθυνσης 42 παρασχέθηκαν για τον εξοπλισμό ειδικά κατασκευασμένων σταθμών για τσουνάμι. Τα καπνιστά χάρτινα τύμπανα κινούνταν με μηχανισμούς ρολογιού ελατηρίου. Το βάρος της μάζας του σεισμογράφου με μεγέθυνση 42 συλλέχθηκε από σιδερένιους δίσκους και ανήλθε στα 100 κιλά. Αυτό τελείωσε την εποχή των μηχανικών σεισμογράφων.

Πραγματοποιήθηκε συνεδρίαση του Προεδρείου της Ακαδημίας Επιστημών αφιερωμένη στην εφαρμογή του Κυβερνητικού Διατάγματος. Πρόεδρος Ακαδημαϊκός Νεσμεγιάνοφ με μεγαλόσωμο, επιβλητικό, μαυρισμένο πρόσωπο, κοντός Ακαδημαϊκός-Γραμματέας Τοπτσιέφ, μέλη του Προεδρείου. Ο γνωστός σεισμολόγος E.F.Savarensky ανέφερε, επιδεικνύοντας μια ολόσωμη φωτογραφία ενός μηχανικού σεισμογράφου [Kirnos D.P., Rykov A.V., 1961] . Στη συζήτηση συμμετείχε ο ακαδημαϊκός Artsimovich: "Το πρόβλημα του τσουνάμι λύνεται εύκολα μεταφέροντας όλα τα αντικείμενα στην ακτή σε ύψη άνω των 30 μέτρων!" . Οικονομικά αυτό είναι αδύνατο και δεν λύνεται το θέμα των μονάδων του Στόλου του Ειρηνικού.

Στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα ξεκίνησε η εποχή των ηλεκτρονικών σεισμογράφων. Παραμετρικοί μετατροπείς τοποθετούνται στα εκκρεμή των σεισμομέτρων σε ηλεκτρονικούς σεισμογράφους. Πήραν το όνομά τους από τον όρο - παράμετρος. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή αέρα, η επαγωγική αντίδραση ενός μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας, η αντίσταση μιας φωτοαντίστασης, η αγωγιμότητα μιας φωτοδιόδου κάτω από μια δέσμη LED, ένας αισθητήρας Hall και ό,τι ήρθε στο χέρι στους εφευρέτες ενός ηλεκτρονικού σεισμογράφου μπορεί να χρησιμεύσει ως μεταβλητή παράμετρος. Μεταξύ των κριτηρίων επιλογής, τα κύρια αποδείχθηκε ότι ήταν η απλότητα της συσκευής, η γραμμικότητα, το χαμηλό επίπεδο εγγενούς θορύβου, η απόδοση στην τροφοδοσία ρεύματος. Τα κύρια πλεονεκτήματα των ηλεκτρονικών σεισμογράφων έναντι των σεισμογράφων με γαλβανομετρική καταχώρηση είναι ότι α) η μείωση της απόκρισης συχνότητας προς χαμηλές συχνότητες συμβαίνει, ανάλογα με τη συχνότητα σήματος f, όχι όπως f^3, αλλά όπως f^2 - πολύ πιο αργά, β) είναι δυνατή η χρήση της ηλεκτρικής εξόδου ενός σεισμογράφου σε σύγχρονους καταγραφείς και, κυρίως, στη χρήση ψηφιακής τεχνολογίας για τη μέτρηση, τη συσσώρευση και την επεξεργασία πληροφοριών, γ) την ικανότητα να επηρεάζει όλες τις παραμέτρους του σεισμομέτρου χρησιμοποιώντας το γνωστός αυτόματος έλεγχος ανάδρασης (OS) [Rykov A.V., 1963] . Ωστόσο, το σημείο γ) έχει τη δική του ειδική εφαρμογή στη σεισμομετρία. Με τη βοήθεια του ΛΣ διαμορφώνεται η απόκριση συχνότητας, η ευαισθησία, η ακρίβεια και η σταθερότητα του σεισμομέτρου. Ανακαλύφθηκε μια μέθοδος για την αύξηση της ίδιας της περιόδου ταλάντωσης του εκκρεμούς με τη βοήθεια μιας αρνητικής ανάδρασης, η οποία είναι άγνωστη είτε στην αυτόματη ρύθμιση είτε στη σεισμομετρία που υπάρχει στον κόσμο [Rykov A.V.,].

Στη Ρωσία, το φαινόμενο της ομαλής μετάβασης της αδρανειακής ευαισθησίας ενός κατακόρυφου και οριζόντιου σεισμομέτρου στη βαρυτική του ευαισθησία καθώς μειώνεται η συχνότητα του σήματος [Rykov AV, 1979] διατυπώνεται σαφώς. Σε υψηλή συχνότητα σήματος, κυριαρχεί η αδρανειακή συμπεριφορά του εκκρεμούς· σε πολύ χαμηλή συχνότητα, το αδρανειακό φαινόμενο μειώνεται τόσο πολύ που το βαρυτικό σήμα γίνεται κυρίαρχο. Τι σημαίνει? Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια κάθετων δονήσεων του εδάφους, προκύπτουν τόσο αδρανειακές δυνάμεις, αναγκάζοντας το εκκρεμές να διατηρήσει τη θέση του στο διάστημα, όσο και αλλαγή στις δυνάμεις βαρύτητας λόγω αλλαγής της απόστασης της συσκευής από το κέντρο της Γης. Καθώς η απόσταση μεταξύ της μάζας και του κέντρου της Γης αυξάνεται, η δύναμη της βαρύτητας μειώνεται και η μάζα δέχεται μια πρόσθετη δύναμη που σηκώνει το εκκρεμές προς τα πάνω. Και, αντίθετα, όταν χαμηλώνετε τη συσκευή - η μάζα δέχεται μια πρόσθετη δύναμη, χαμηλώνοντάς την.

Για υψηλές συχνότητες δονήσεων εδάφους, το αδρανειακό αποτέλεσμα είναι πολλές φορές μεγαλύτερο από το βαρυτικό. Στις χαμηλές συχνότητες, ισχύει το αντίθετο - οι επιταχύνσεις είναι εξαιρετικά μικρές και η αδρανειακή επίδραση είναι πρακτικά πολύ μικρή και η επίδραση της αλλαγής της βαρύτητας για το εκκρεμές του σεισμομέτρου θα είναι πολλαπλάσια. Για ένα οριζόντιο σεισμόμετρο, αυτά τα φαινόμενα θα εκδηλωθούν όταν ο άξονας ταλάντευσης του εκκρεμούς αποκλίνει από τη γραμμή βαρύτητας, η οποία καθορίζεται από την ίδια βαρυτική δύναμη. Για λόγους σαφήνειας, η απόκριση συχνότητας πλάτους του κατακόρυφου σεισμομέτρου φαίνεται στο Σχ.1. Δείχνεται ξεκάθαρα πώς, με τη μείωση της συχνότητας του σήματος, η ευαισθησία του σεισμομέτρου αλλάζει από αδρανειακή σε βαρυτική. Χωρίς να ληφθεί υπόψη αυτή η μετάβαση, είναι αδύνατο να εξηγηθεί το γεγονός ότι τα βαρύμετρα και τα σεισμόμετρα είναι ικανά να καταγράφουν τις σεληνιακές παλίρροιες.Σύμφωνα με την παράδοση, θα ήταν απαραίτητο να επεκταθεί η γραμμή "ταχύτητα" σε τόσο χαμηλή ευαισθησία που παλίρροιες με περιόδους έως και 25 ώρες και ένα πλάτος 0,3 m στη Μόσχα δεν θα μπορούσε να ανακαλυφθεί. Ένα παράδειγμα καταγραφής παλίρροιας και κλίσης σε παλιρροϊκό κύμα φαίνεται στο Σχ.2. Εδώ το Z είναι μια καταγραφή της μετατόπισης της επιφάνειας της Γης στη Μόσχα για 45 ώρες, το H είναι μια καταγραφή της κλίσης σε ένα παλιρροϊκό κύμα. Φαίνεται ξεκάθαρα ότι η μέγιστη κλίση δεν πέφτει στην παλίρροια, αλλά στην κλίση του παλιρροϊκού κύματος.

Έτσι, τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των σύγχρονων ηλεκτρονικών σεισμογράφων είναι μια ευρυζωνική απόκριση συχνότητας από 0 έως 10 Hz ταλαντώσεων της επιφάνειας της Γης και μια ψηφιακή μέθοδος μέτρησης αυτών των ταλαντώσεων. Το γεγονός ότι ο Bennioff το 1964 παρατήρησε τις φυσικές ταλαντώσεις της Γης μετά από έναν ισχυρό σεισμό χρησιμοποιώντας μετρητές τάσεως (strainmeters) είναι πλέον διαθέσιμο σε έναν συνηθισμένο ηλεκτρονικό σεισμογράφο (Ο μεγαλύτερος καταγεγραμμένος σεισμός στις Ηνωμένες Πολιτείες ήταν μεγέθους 9,2 βαθμών που έπληξε τον Prince William Sound, στην Αλάσκα Μεγάλη Παρασκευή, 28 Μαρτίου 1964 Οι συνέπειες εκείνου του σεισμού είναι ακόμη ορατές, συμπεριλαμβανομένων των τεράστιων εκτάσεων του εξαφανισμένου δάσους, καθώς μέρος της γης έχει υποχωρήσει σε απόσταση 500 km, σε ορισμένες περιπτώσεις έως και 16 m, και σε πολλά σημεία το θαλασσινό νερό έχει μπει στα υπόγεια ύδατα, το δάσος έχει πεθάνει. Σημείωση Έκδ.).

Το σχήμα 3 δείχνει την ακτινική (κάθετη) ταλάντωση της Γης στον θεμελιώδη τόνο σε 3580 sec. μετά τον σεισμό.

Εικ.3. Κατακόρυφα Z και οριζόντια συστατικά H της καταγραφής δονήσεων μετά τον σεισμό στο Ιράν, 14 Μαρτίου 1998, M = 6,9. Μπορεί να φανεί ότι οι ακτινικές δονήσεις υπερισχύουν έναντι των στρεπτικών δονήσεων που έχουν οριζόντιο προσανατολισμό.

Ας δείξουμε στο σχήμα 4 πώς μοιάζει μια εγγραφή τριών συστατικών ενός ισχυρού σεισμού μετά τη μετατροπή ενός ψηφιακού αρχείου σε οπτικό.

Εικ.4. Δείγμα ψηφιακής καταγραφής σεισμού στην Ινδία, M=7,9, 26/01/2001, ελήφθη σε μόνιμο ευρυζωνικό σταθμό KSESH-R.

Οι πρώτες αφίξεις δύο διαμήκων κυμάτων είναι καθαρά ορατές έως και 25 λεπτά, στη συνέχεια στους οριζόντιους σεισμογράφους ένα εγκάρσιο κύμα εισέρχεται στα 28 λεπτά περίπου και ένα κύμα αγάπης στα 33 λεπτά. Στη μεσαία κατακόρυφη συνιστώσα, δεν υπάρχει κύμα Αγάπης (είναι οριζόντιο) και με την πάροδο του χρόνου αρχίζει το κύμα Rayleigh (38 λεπτά), το οποίο είναι ορατό τόσο σε οριζόντια όσο και σε κάθετα ίχνη.

Στη φωτογραφία Νο. 3 .4 μπορείτε να δείτε ένα σύγχρονο ηλεκτρονικό κατακόρυφο σεισμόμετρο, το οποίο δείχνει παραδείγματα καταγραφών παλίρροιας, φυσικών δονήσεων της Γης και καταγραφές ισχυρού σεισμού. Τα κύρια δομικά στοιχεία του κάθετου εκκρεμούς είναι ευδιάκριτα: δύο δίσκοι μάζας συνολικού βάρους 2 kg, δύο κυλινδρικά ελατήρια για να αντισταθμίσουν τη γήινη βαρύτητα και να συγκρατούν τη μάζα του εκκρεμούς σε οριζόντια θέση. Μεταξύ των μαζών στη βάση της συσκευής υπάρχει ένας κυλινδρικός μαγνήτης, στο διάκενο αέρα του οποίου μπαίνει ένα πηνίο σύρματος. Το πηνίο περιλαμβάνεται στο σχέδιο του εκκρεμούς. Στη μέση «βλέπει» η ηλεκτρονική πλακέτα του χωρητικού μετατροπέα. Ο συμπυκνωτής αέρα βρίσκεται πίσω από τον μαγνήτη και είναι μικρός σε μέγεθος. Η περιοχή του πυκνωτή είναι μόνο 2 cm (+2). Ένας μαγνήτης με πηνίο χρησιμοποιείται για να πιέσει το εκκρεμές με τη βοήθεια της ανάδρασης για τη μετατόπιση, την ταχύτητα και το ολοκλήρωμα της μετατόπισης. Τα λειτουργικά συστήματα παρέχουν απόκριση συχνότητας που φαίνεται στο σχήμα 1, τη σταθερότητα του σεισμομέτρου με την πάροδο του χρόνου και την υψηλή ακρίβεια μέτρησης των δονήσεων του εδάφους της τάξης του εκατοστού του τοις εκατό.

Φωτογραφία Νο 34. Κατακόρυφο σεισμόμετρο εγκατάστασης KSESH-R με αφαιρεμένο το σώμα.

Στη διεθνή πρακτική, οι σεισμογράφοι Wieland-Strekaizen έχουν κερδίσει αναγνώριση και ευρεία διανομή. Αυτά τα όργανα υιοθετούνται ως βάση για το Παγκόσμιο Δίκτυο Ψηφιακών Σεισμικών Παρατηρήσεων (IRIS) . Η απόκριση συχνότητας των σεισμομέτρων IRIS είναι παρόμοια με την απόκριση συχνότητας που φαίνεται στο Σχ.1. Η διαφορά είναι ότι για συχνότητες μικρότερες από 0,0001 Hz, τα σεισμόμετρα Wieland είναι πιο «σφιγμένα» από την ενσωματωμένη ανάδραση, η οποία οδήγησε σε μεγαλύτερη χρονική σταθερότητα, αλλά μείωσε την ευαισθησία σε εξαιρετικά χαμηλές συχνότητες σε σύγκριση με τους σεισμογράφους KSESh κατά περίπου 3 φορές.

Τα ηλεκτρονικά σεισμόμετρα είναι ικανά να ανακαλύπτουν εξωτικά θαύματα που μπορεί ακόμη να αμφισβητηθούν. Ο καθηγητής E. M. Linkov στο Πανεπιστήμιο του Peterhof, χρησιμοποιώντας έναν κατακόρυφο σεισμογράφο μάγνητρον, ερμήνευσε τις ταλαντώσεις με περιόδους 5 - 20 ημερών ως «επιπλέουσες» ταλαντώσεις της Γης σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο. Η απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου παραμένει παραδοσιακή και η Γη ταλαντώνεται κάπως σαν να βρίσκεται σε λουρί στην επιφάνεια ενός ελλειψοειδούς με διπλό πλάτος έως 400 μικρά. Υπήρχε μια σύνδεση μεταξύ αυτών των διακυμάνσεων και της ηλιακής δραστηριότητας [βλέπε επιπλέον Αναφ. 22].

Έτσι, οι σεισμογράφοι έχουν βελτιωθεί ενεργά κατά τον 20ο αιώνα. Η αρχή της επαναστατικής αρχής αυτής της διαδικασίας έθεσε ο πρίγκιπας Boris Borisovich Golitsyn, ένας Ρώσος επιστήμονας. Στη συνέχεια, μπορούμε να αναμένουμε νέες τεχνολογίες σε μεθόδους αδρανειακής και βαρυτικής μέτρησης. Είναι πιθανό οι ηλεκτρονικοί σεισμογράφοι να είναι τελικά σε θέση να ανιχνεύσουν τα βαρυτικά κύματα στο Σύμπαν.

Βιβλιογραφία

1. Golitzin B. Izv. Μόνιμη Αντισεισμική Επιτροπή ΑΝ 2, γ. 2, 1906.

2. Golitsyn B.B. Izv. Μόνιμη Αντισεισμική Επιτροπή ΑΝ 3, γ. 1, 1907.

3. Golitsyn B.B. Izv. Μόνιμη Αντισεισμική Επιτροπή ΑΝ 4, γ. 2, 1911.

4. Golitsyn B., Lectures on seismometry, ed. ΑΝ, Αγία Πετρούπολη, 1912.

5. E.F.Savarensky, D.P.Kirnos, Στοιχεία σεισμολογίας και σεισμομετρίας. Εκδ. Δεύτερον, αναθεωρημένο, Κράτος. Εκδ. Τεχν.-θεωρ. Λιτ., Μ.1955

6. Εξοπλισμός και μέθοδοι σεισμομετρικών παρατηρήσεων στην ΕΣΣΔ. Εκδοτικός οίκος «Επιστήμη», Μ. 1974

7. Δ.Π.Κίρνος. Πρακτικά Geophys. Ινστιτούτο της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ, αρ. 27 (154), 1955

8. D.P.Kirnos και A.V.Rykov. Ειδικός σεισμικός εξοπλισμός υψηλής ταχύτητας για προειδοποίηση για τσουνάμι. Ταύρος. Συμβούλιο Σεισμολογίας, «Προβλήματα Τσουνάμι», Αρ. 9, 1961

9. A.V. Rykov. Επίδραση της ανατροφοδότησης στις παραμέτρους του εκκρεμούς. Izv. Ακαδημία Επιστημών της ΕΣΣΔ, σερ. Geofiz., Νο. 7, 1963

10. A.V. Rykov. Για το πρόβλημα της παρατήρησης των ταλαντώσεων της Γης. Εξοπλισμός, μέθοδοι και αποτελέσματα σεισμομετρικών παρατηρήσεων. Μ., «Επιστήμη», Σάββ. «Σεισμικά Όργανα», αρ. 12, 1979

11. A.V. Rykov. Σεισμόμετρο και δονήσεις της γης. Izv. Ρωσική Ακαδημία Επιστημών, ser. Φυσική της Γης, Μ., "Επιστήμη", 1992

12. Wieland E.., Streckeisen G. Το σεισμόμετρο φύλλου-ελατηρίου - σχεδιασμός και απόδοση // Δελτίο.Seismol..Soc. Αμέρ., 1982. Τομ. 72. Σελ.2349-2367.

13. Wieland Ε., Stein J.M. Ένας ψηφιακός σεισμογράφος πολύ ευρείας ζώνης // Ann.Geophys. Ser. Β. 1986. Τομ. 4, Νο. 3. Σελ. 227 - 232.

14. A.V. Rykov, I.P. Bashilov. Ψηφιακό σετ σεισμομέτρων υπερευρείας ζώνης. Σάβ. «Σεισμικά Όργανα», αρ. 27, Μ., Εκδοτικός Οίκος ΟΙΦΗ ΡΑΣ, 1997

15. K. Krylov Ισχυρός σεισμός στο Σιάτλ 28 Φεβρουαρίου 2001 http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

16. K. Krylov Καταστροφικός σεισμός στην Ινδία 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 Αυτοί είναι οι ισχυρότεροι σεισμοί στον κόσμο.

22. http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1580#1580 Προάγγελοι σεισμών στο διάστημα κοντά στη Γη - Ένα νέο άρθρο εμφανίστηκε στο περιοδικό Urania (στα ρωσικά και τα αγγλικά). Το έργο των εργαζομένων του MEPhI είναι αφιερωμένο στην πρόβλεψη σεισμών με βάση δορυφορικές παρατηρήσεις.

Σεισμογράφος- μια συσκευή που καταγράφει τις δονήσεις του εδάφους κατά τη διάρκεια ενός σεισμού. Σήμερα, πρόκειται για πολύπλοκες ηλεκτρονικές συσκευές. Οι σύγχρονοι σεισμογράφοι είχαν τους προκατόχους τους. Ο πρώτος σεισμογράφος εφευρέθηκε το 132 στην Κίνα και οι πραγματικοί σεισμογράφοι εμφανίστηκαν τη δεκαετία του 1890. Ο σύγχρονος σεισμογράφος χρησιμοποιεί την ιδιότητα της αδράνειας (την ιδιότητα να διατηρεί την αρχική κατάσταση ηρεμίας ή ομοιόμορφης κίνησης). Για πρώτη φορά, οι οργανικές παρατηρήσεις εμφανίστηκαν στην Κίνα, όπου το 132 ο Chang-Khen εφηύρε ένα σεισμοσκόπιο, το οποίο ήταν ένα σκάφος κατασκευασμένο με δεξιοτεχνία. Στην εξωτερική πλευρά του αγγείου με ένα εκκρεμές τοποθετημένο μέσα, τα κεφάλια των δράκων που κρατούσαν μπάλες στο στόμα τους ήταν χαραγμένα κυκλικά. Όταν το εκκρεμές ταλαντεύεται από σεισμό, μία ή περισσότερες μπάλες πέφτουν στα ανοιχτά στόματα των βατράχων, τοποθετημένων στη βάση των αγγείων για να μπορούν να τα καταπιούν οι βάτραχοι. Ένας σύγχρονος σεισμογράφος είναι ένα σύνολο οργάνων που καταγράφουν τις δονήσεις του εδάφους κατά τη διάρκεια ενός σεισμού και τις μετατρέπουν σε ηλεκτρικό σήμα που καταγράφεται σε σεισμογράμματα σε αναλογική και ψηφιακή μορφή. Ωστόσο, όπως και πριν, το κύριο ευαίσθητο στοιχείο είναι ένα εκκρεμές με φορτίο.

Σεισμικά κύματα περνούν μέσα στην υδρόγειο σε σημεία που είναι απρόσιτα για παρατήρηση. Όλα όσα συναντούν στο δρόμο τους αλλάζουν με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Επομένως, η ανάλυση των σεισμικών κυμάτων βοηθά στην αποσαφήνιση της εσωτερικής δομής της Γης.

Ένας σεισμογράφος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της ενέργειας ενός σεισμού. Οι σχετικά ασθενείς σεισμοί απελευθερώνουν ενέργεια της τάξης των 10.000 kg/m, δηλ. επαρκής για την ανύψωση φορτίου βάρους 10 τόνων σε ύψος 1 μ. Αυτό το ενεργειακό επίπεδο λαμβάνεται ως μηδέν, ένας σεισμός με 100 φορές περισσότερη ενέργεια αντιστοιχεί σε 1, ένας άλλος 100 φορές ισχυρότερος αντιστοιχεί σε 2 μονάδες της κλίμακας. Μια τέτοια κλίμακα ονομάζεται κλίμακα Ρίχτερ προς τιμήν του διάσημου Αμερικανού σεισμολόγου από την Καλιφόρνια C. Richter. Ο αριθμός σε μια τέτοια κλίμακα ονομάζεται μέγεθος και συμβολίζεται με Μ. Στην ίδια την κλίμακα, δεν υπάρχει ανώτατο όριο, για αυτό το λόγο η κλίμακα Ρίχτερ ονομάζεται ανοιχτή. Στην πραγματικότητα, η ίδια η Γη δημιουργεί ένα πρακτικό ανώτατο όριο. Ο ισχυρότερος καταγεγραμμένος σεισμός είχε μέγεθος 8,9 Ρίχτερ. Δύο τέτοιοι σεισμοί έχουν καταγραφεί από την αρχή των οργανικών παρατηρήσεων, και οι δύο κάτω από τον ωκεανό. Το ένα συνέβη το 1933 στα ανοικτά των ακτών της Ιαπωνίας, το άλλο το 1906 στα ανοικτά των ακτών του Ισημερινού. Έτσι, το μέγεθος ενός σεισμού χαρακτηρίζει την ποσότητα ενέργειας που εκλύεται από την πηγή προς όλες τις κατευθύνσεις. Αυτή η τιμή δεν εξαρτάται από το βάθος της πηγής, ούτε από την απόσταση από το σημείο παρατήρησης. Η ισχύς μιας εκδήλωσης σεισμού εξαρτάται όχι μόνο από το μέγεθος, αλλά και από το βάθος της πηγής (όσο πιο κοντά είναι η πηγή στην επιφάνεια, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς της εκδήλωσης), από την ποιότητα των εδαφών (όσο πιο χαλαρά και ασταθή το έδαφος, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη της εκδήλωσης). Φυσικά, σημασία έχει και η ποιότητα των κτιρίων εδάφους. Η ισχύς της εκδήλωσης ενός σεισμού στην επιφάνεια της γης καθορίζεται από την κλίμακα Mercalli σε σημεία. Τα σημεία σημειώνονται με αριθμούς από I έως XII.

Συσκευή καταγραφής δονήσεων της επιφάνειας της γης κατά τη διάρκεια σεισμών ή εκρήξεων

Κινουμένων σχεδίων

Περιγραφή

Οι σεισμογράφοι (SF) χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση και καταγραφή όλων των τύπων σεισμικών κυμάτων. Η αρχή λειτουργίας του σύγχρονου SF βασίζεται στην ιδιότητα της αδράνειας. Κάθε SF αποτελείται από έναν σεισμικό δέκτη ή σεισμόμετρο και μια συσκευή καταγραφής (καταγραφής). Το κύριο μέρος του SF είναι ένα αδρανειακό σώμα - ένα φορτίο που αιωρείται σε ένα ελατήριο από ένα στήριγμα, το οποίο είναι άκαμπτα προσαρτημένο στο σώμα (Εικ. 1).

Γενική άποψη του απλούστερου σεισμογράφου καταγραφής κάθετων ταλαντώσεων

Ρύζι. ένας

Το σώμα του SF είναι στερεωμένο σε συμπαγή βράχο και επομένως τίθεται σε κίνηση κατά τη διάρκεια ενός σεισμού, και λόγω της ιδιότητας της αδράνειας, το εκκρεμές υστερεί σε σχέση με την κίνηση του εδάφους. Για την απόκτηση καταγραφής σεισμικών δονήσεων (σεισμογράμματα), χρησιμοποιείται ένα τύμπανο καταγραφής με μια χαρτοταινία που περιστρέφεται με σταθερή ταχύτητα, προσαρτημένη στο σώμα του SF και ένα στυλό συνδεδεμένο με το εκκρεμές (βλ. Εικ. 1). Το διάνυσμα μετατόπισης της επιφάνειας της γης καθορίζεται από τις οριζόντιες και κάθετες συνιστώσες. Αντίστοιχα, οποιοδήποτε σύστημα σεισμικών παρατηρήσεων αποτελείται από οριζόντια (για καταγραφή μετατοπίσεων κατά μήκος των αξόνων X, Y) και κάθετα (για καταγραφή μετατοπίσεων κατά μήκος του άξονα Z) σεισόμετρα.

Για τα σεισμόμετρα, τα εκκρεμή χρησιμοποιούνται συχνότερα, το κέντρο ταλάντευσης των οποίων παραμένει σχετικά ήρεμο ή υστερεί σε σχέση με την κίνηση της επιφάνειας της ταλαντούμενης γης και τον άξονα ανάρτησης που σχετίζεται με αυτήν. Ο βαθμός ηρεμίας του κέντρου αιώρησης του γεωφώνου χαρακτηρίζει τη λειτουργία του και καθορίζεται από τον λόγο της περιόδου T p των ταλαντώσεων του εδάφους προς την περίοδο T των φυσικών ταλαντώσεων του εκκρεμούς του γεωφώνου. Αν το T p ¤ T είναι μικρό, τότε το κέντρο των ταλαντώσεων είναι πρακτικά ακίνητο και οι ταλαντώσεις του εδάφους αναπαράγονται χωρίς παραμόρφωση. Σε T p ¤ T κοντά στο 1, είναι πιθανές παραμορφώσεις λόγω συντονισμού. Σε μεγάλες τιμές T p ¤ T, όταν οι κινήσεις του εδάφους είναι πολύ αργές, οι ιδιότητες της αδράνειας δεν εμφανίζονται, το κέντρο ταλάντωσης κινείται σχεδόν ως σύνολο με το έδαφος και ο σεισμικός δέκτης παύει να καταγράφει τις δονήσεις του εδάφους. Κατά την καταγραφή ταλαντώσεων στη σεισμική εξερεύνηση, η περίοδος των φυσικών ταλαντώσεων είναι αρκετά εκατοστά ή δέκατα του δευτερολέπτου. Κατά την καταγραφή δονήσεων από τοπικούς σεισμούς, η περίοδος μπορεί να είναι ~ 1 δευτερόλεπτο και για σεισμούς απομακρυσμένους στα χίλια χιλιόμετρα, θα πρέπει να είναι της τάξης των 10 δευτερολέπτων.

Η αρχή λειτουργίας του SF μπορεί να εξηγηθεί με τις ακόλουθες εξισώσεις: Έστω ένα σώμα μάζας M να αιωρείται σε ένα ελατήριο, του οποίου το άλλο άκρο και η κλίμακα είναι στερεωμένα στο έδαφος. Όταν το έδαφος κινείται προς τα πάνω κατά την τιμή Z κατά μήκος του άξονα Z (μεταφραστική κίνηση), η μάζα M υστερεί λόγω αδράνειας και μετατοπίζεται προς τα κάτω στον άξονα Z κατά την τιμή z (σχετική κίνηση), η οποία δημιουργεί μια δύναμη εφελκυσμού το ελατήριο - cz (c - ακαμψία ελατηρίου). Αυτή η δύναμη κατά την κίνηση πρέπει να εξισορροπείται από τη δύναμη αδράνειας της απόλυτης κίνησης:

M d 2 z¤ dt 2 = - cz,

όπου z = Z - z.

Από αυτό προκύπτει η εξίσωση:

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

του οποίου η λύση συσχετίζει την πραγματική μετατόπιση εδάφους Ζ με το παρατηρούμενο z.

Συγχρονισμός

Χρόνος έναρξης (καταγραφή σε -3 έως -1).

Διάρκεια ζωής (log tc από -1 έως 3).

Χρόνος υποβάθμισης (log td -3 έως -1).

Βέλτιστος χρόνος ανάπτυξης (log tk από -1 έως 1).

Διάγραμμα:

Τεχνικές υλοποιήσεις του αποτελέσματος

Οριζόντιο σεισμόμετρο τύπου SKGD

Μια γενική άποψη ενός οριζόντιου σεισμομέτρου τύπου SKGD φαίνεται στο σχ. 2.

Σχέδιο οριζόντιου σεισμομέτρου ΣΚΓΔ

Ρύζι. 2

Ονομασίες:

2 - μαγνητικό σύστημα.

3 - πηνίο μετατροπέα.

4 - σφιγκτήρας ανάρτησης.

5 - ελατήριο ανάρτησης.

Η συσκευή αποτελείται από ένα εκκρεμές 1 αναρτημένο σε ένα σφιγκτήρα 4 σε μια βάση στερεωμένη στη βάση της συσκευής. Το συνολικό βάρος του εκκρεμούς είναι περίπου 2 κιλά. το δεδομένο μήκος είναι περίπου 50 cm. Το φυλλώδες ελατήριο είναι υπό τάση. Στο πλαίσιο που στερεώνεται στο εκκρεμές υπάρχει ένα επίπεδο επαγωγικό πηνίο 3 που έχει τρεις περιελίξεις από μονωμένο χάλκινο σύρμα. Μια περιέλιξη χρησιμεύει για την καταγραφή της κίνησης του εκκρεμούς και ένα κύκλωμα γαλβανομέτρου συνδέεται σε αυτό. Η δεύτερη περιέλιξη χρησιμεύει για τη ρύθμιση της εξασθένησης του σεισμομέτρου και μια αντίσταση απόσβεσης συνδέεται με αυτό. Επιπλέον, υπάρχει ένα τρίτο τύλιγμα για την παροχή παλμού ελέγχου (το ίδιο για τα κατακόρυφα σεισμόμετρα). Ένας μόνιμος μαγνήτης 2 είναι στερεωμένος στη βάση της συσκευής, στο διάκενο αέρα του οποίου υπάρχουν τα μεσαία μέρη των περιελίξεων. Το μαγνητικό σύστημα είναι εξοπλισμένο με μια μαγνητική διακλάδωση, η οποία αποτελείται από δύο μαλακές πλάκες σιδήρου, η κίνηση των οποίων προκαλεί αλλαγή στην ισχύ του μαγνητικού πεδίου στο διάκενο αέρα του μαγνήτη και, κατά συνέπεια, αλλαγή στη σταθερά εξασθένησης.

Στο άκρο του εκκρεμούς, στερεώνεται ένα επίπεδο βέλος, κάτω από το οποίο υπάρχει μια κλίμακα με διαιρέσεις χιλιοστών και ένας μεγεθυντικός φακός μέσω του οποίου φαίνονται η κλίμακα και το βέλος. Η θέση του δείκτη μπορεί να διαβαστεί σε μια κλίμακα με ακρίβεια 0,1 mm. Η βάση του εκκρεμούς παρέχεται με τρεις ρυθμιστικές βίδες. Οι δύο πλευρές χρησιμεύουν για τη ρύθμιση του εκκρεμούς στη θέση μηδέν. Η μπροστινή βίδα ρύθμισης χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της φυσικής περιόδου του εκκρεμούς. Για την προστασία του εκκρεμούς από διάφορες παρεμβολές, η συσκευή τοποθετείται σε προστατευτική μεταλλική θήκη.

Εφαρμογή εφέ

Τα SF που χρησιμοποιούνται για την καταγραφή των δονήσεων του εδάφους κατά τη διάρκεια σεισμών ή εκρήξεων αποτελούν μέρος τόσο των μόνιμων όσο και των κινητών σεισμικών σταθμών. Η ύπαρξη ενός παγκόσμιου δικτύου σεισμικών σταθμών καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό με υψηλή ακρίβεια των παραμέτρων σχεδόν κάθε σεισμού που συμβαίνει σε διάφορες περιοχές του πλανήτη, καθώς και τη μελέτη της εσωτερικής δομής της Γης με βάση τα χαρακτηριστικά της διάδοσης του σεισμικά κύματα διαφόρων τύπων. Οι κύριες παράμετροι ενός σεισμού περιλαμβάνουν κυρίως: τις συντεταγμένες του επικέντρου, το βάθος της εστίας, την ένταση, το μέγεθος (ενεργειακό χαρακτηριστικό). Ειδικότερα, για τον υπολογισμό των συντεταγμένων ενός σεισμικού γεγονότος, απαιτούνται δεδομένα για τους χρόνους άφιξης των σεισμικών κυμάτων τουλάχιστον τρεις σεισμικοί σταθμοί που βρίσκονται σε επαρκή απόσταση μεταξύ τους.

Σεισμογράφος(από άλλα ελληνικά σεισμός - σεισμός και άλλα ελληνικά γράφω - να γράφω) ή σεισμόμετρο- μια συσκευή μέτρησης που χρησιμοποιείται στη σεισμολογία για την ανίχνευση και την καταγραφή όλων των τύπων σεισμικών κυμάτων. Ένα όργανο για τον προσδιορισμό της ισχύος και της κατεύθυνσης ενός σεισμού.

Η πρώτη γνωστή προσπάθεια να γίνει πρόβλεψη σεισμών ανήκει στον Κινέζο φιλόσοφο και αστρονόμο Zhang Heng.

Ο ZhangHeng εφηύρε τη συσκευή, την οποία ονόμασε Houfeng " ” και το οποίο μπορούσε να καταγράψει τις δονήσεις της επιφάνειας της γης και την κατεύθυνση διάδοσής τους.

Houfeng και έγινε ο πρώτος σεισμογράφος στον κόσμο. Η συσκευή αποτελούνταν από ένα μεγάλο χάλκινο αγγείο διαμέτρου 2 m, στους τοίχους του οποίου βρίσκονταν οκτώ κεφάλια δράκων. Τα σαγόνια των δράκων άνοιξαν και ο καθένας είχε μια μπάλα στο στόμα του.

Μέσα στο αγγείο υπήρχε ένα εκκρεμές με ράβδους προσαρτημένες στα κεφάλια. Ως αποτέλεσμα ενός υπόγειου σοκ, το εκκρεμές άρχισε να κινείται, έδρασε στα κεφάλια και η μπάλα έπεσε από το στόμα του δράκου στο ανοιχτό στόμιο ενός από τους οκτώ φρύνους που κάθονταν στη βάση του σκάφους. Η συσκευή ανέλαβε δονήσεις σε απόσταση 600 km από αυτήν.

1.2. Σύγχρονοι σεισμογράφοι

Πρώτος σεισμογράφοςΤο μοντέρνο σχέδιο εφευρέθηκε από έναν Ρώσο επιστήμονα, πρίγκιπα Β. Γκολίτσιν, το οποίο χρησιμοποιούσε τη μετατροπή της ενέργειας μηχανικής δόνησης σε ηλεκτρικό ρεύμα.

Ο σχεδιασμός είναι αρκετά απλός: το βάρος αιωρείται σε ένα κάθετα ή οριζόντια τοποθετημένο ελατήριο και ένα στυλό καταγραφής είναι προσαρτημένο στο άλλο άκρο του βάρους.

Μια περιστρεφόμενη χαρτοταινία χρησιμοποιείται για την καταγραφή των κραδασμών του φορτίου. Όσο πιο δυνατή είναι η ώθηση, τόσο περισσότερο αποκλίνει το φτερό και τόσο περισσότερο ταλαντώνεται το ελατήριο.

Το κατακόρυφο βάρος σάς επιτρέπει να καταγράφετε κραδασμούς με οριζόντια κατεύθυνση και αντίστροφα, η οριζόντια συσκευή εγγραφής καταγράφει κραδασμούς στο κατακόρυφο επίπεδο.

Κατά κανόνα, η οριζόντια καταγραφή πραγματοποιείται σε δύο κατευθύνσεις: βορρά-νότου και δύση-ανατολή.

Στη σεισμολογία, ανάλογα με τις εργασίες που πρέπει να επιλυθούν, χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι σεισμογράφων: μηχανικοί, οπτικοί ή ηλεκτρικοί με διαφορετικούς τύπους μεθόδων ενίσχυσης και επεξεργασίας σήματος. Ένας μηχανικός σεισμογράφος περιλαμβάνει ένα ευαίσθητο στοιχείο (συνήθως ένα εκκρεμές και έναν αποσβεστήρα) και έναν καταγραφέα.

Η βάση του σεισμογράφου συνδέεται άκαμπτα με το υπό μελέτη αντικείμενο, κατά τις δονήσεις του οποίου συμβαίνει η κίνηση του φορτίου σε σχέση με τη βάση. Το σήμα καταγράφεται σε αναλογική μορφή σε συσκευές εγγραφής με μηχανική εγγραφή.

1.3. Κατασκευή σεισμογράφου

Υλικά: Κουτί από χαρτόνι; σουβλί; ταινία; πλαστελίνη; μολύβι; μαρκαδόρο? σπάγκος ή ισχυρό νήμα? ένα κομμάτι λεπτό χαρτόνι.

Το πλαίσιο για τον σεισμογράφο θα χρησιμεύσει ως κουτί από χαρτόνι. Πρέπει να είναι κατασκευασμένο από ένα αρκετά άκαμπτο υλικό. Η ανοιχτή πλευρά του θα είναι το μπροστινό μέρος της συσκευής.

Είναι απαραίτητο να κάνετε μια τρύπα στο επάνω κάλυμμα του μελλοντικού σεισμογράφου με ένα σουβλί. Εάν η ακαμψία για " πλαίσια» δεν αρκεί, είναι απαραίτητο να κολλήσετε τις γωνίες και τις άκρες του κουτιού με κολλητική ταινία, ενισχύοντάς το, όπως φαίνεται στη φωτογραφία.

Τυλίξτε μια μπάλα πλαστελίνης και κάντε μια τρύπα με ένα μολύβι. Σπρώξτε το μαρκαδόρο μέσα στην τρύπα έτσι ώστε η άκρη του να προεξέχει ελαφρώς από την αντίθετη πλευρά της μπάλας από πλαστελίνη.

Αυτός είναι ένας σεισμογράφος δείκτης που έχει σχεδιαστεί για να σχεδιάζει γραμμές των δονήσεων της γης.

Περάστε την άκρη του νήματος από την τρύπα στο πάνω μέρος του κουτιού. Τοποθετήστε το κουτί στην κάτω πλευρά και σφίξτε το νήμα έτσι ώστε το μαρκαδόρο να κρέμεται ελεύθερα.

Δέστε το πάνω άκρο της κλωστής στο μολύβι και περιστρέψτε το μολύβι γύρω από τον άξονα μέχρι να βγάλετε τη χαλαρότητα στο νήμα. Όταν ο μαρκαδόρος κρέμεται στο σωστό ύψος (δηλαδή, αγγίζοντας ελαφρά το κάτω μέρος του κουτιού), στερεώστε το μολύβι στη θέση του με ταινία.

Σύρετε ένα φύλλο χαρτονιού κάτω από την άκρη του μαρκαδόρου στο κάτω μέρος του κουτιού. Προσαρμόστε τα πάντα έτσι ώστε η άκρη του μαρκαδόρου να αγγίζει εύκολα το χαρτόνι και να αφήνει γραμμές.

Ο σεισμογράφος είναι έτοιμος για χρήση. Χρησιμοποιεί την ίδια αρχή λειτουργίας με τον πραγματικό εξοπλισμό. Μια σταθμισμένη ανάρτηση, ή εκκρεμές, θα είναι πιο αδρανειακή σε σχέση με το τίναγμα παρά ένα πλαίσιο.

Για να δοκιμάσετε τη συσκευή στην πράξη, δεν χρειάζεται να περιμένετε για σεισμό. Απλά πρέπει να κουνήσετε το πλαίσιο. Το gimbal θα παραμείνει στη θέση του, αλλά θα αρχίσει να τραβάει γραμμές στο χαρτόνι, ακριβώς όπως ένα πραγματικό.

Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς, αλλά κάθε χρόνο στον πλανήτη μας γίνονται περίπου ένα εκατομμύριο σεισμοί! Φυσικά, αυτά είναι ως επί το πλείστον αδύναμα δονήματα. Σεισμοί καταστροφικής ισχύος συμβαίνουν πολύ λιγότερο συχνά, κατά μέσο όρο, μία φορά κάθε δύο εβδομάδες. Ευτυχώς, τα περισσότερα από αυτά συμβαίνουν στον πυθμένα των ωκεανών και δεν προκαλούν προβλήματα στην ανθρωπότητα, εκτός και αν συμβεί τσουνάμι ως αποτέλεσμα σεισμικών μετατοπίσεων.

Όλοι γνωρίζουν για τις καταστροφικές συνέπειες των σεισμών: η τεκτονική δραστηριότητα ξυπνά ηφαίστεια, τα γιγάντια παλιρροϊκά κύματα ξεβράζουν ολόκληρες πόλεις στον ωκεανό, τα ρήγματα και οι κατολισθήσεις καταστρέφουν κτίρια, προκαλούν πυρκαγιές και πλημμύρες και στοιχίζουν εκατοντάδες και χιλιάδες ανθρώπινες ζωές.

Ως εκ τούτου, οι άνθρωποι προσπάθησαν ανά πάσα στιγμή να μελετήσουν τους σεισμούς και να αποτρέψουν τις συνέπειές τους. Έτσι, ο Αριστοτέλης τον IV αιώνα. στο i. μι. πίστευε ότι οι ατμοσφαιρικές δίνες διεισδύουν στη γη, στις οποίες υπάρχουν πολλά κενά και ρωγμές. Οι ανεμοστρόβιλοι εντείνονται από τη φωτιά και αναζητούν διέξοδο, προκαλώντας σεισμούς και ηφαιστειακές εκρήξεις. Ο Αριστοτέλης παρατήρησε επίσης τις κινήσεις του εδάφους κατά τους σεισμούς και προσπάθησε να τις ταξινομήσει, εντοπίζοντας έξι είδη κινήσεων: πάνω και κάτω, από πλευρά σε πλευρά κ.λπ.

Η πρώτη γνωστή προσπάθεια να γίνει πρόβλεψη σεισμών ήταν από τον Κινέζο φιλόσοφο και αστρονόμο Zhang Heng. Στην Κίνα, αυτές οι φυσικές καταστροφές έχουν συμβεί και συμβαίνουν εξαιρετικά συχνά, επιπλέον, τρεις από τους τέσσερις μεγαλύτερους σεισμούς στην ανθρώπινη ιστορία συνέβησαν στην Κίνα. Και το 132, ο Zhang Heng εφηύρε μια συσκευή στην οποία έδωσε το όνομα Houfeng «σεισμός ανεμοδείκτης» και η οποία μπορούσε να καταγράψει τις δονήσεις της επιφάνειας της γης και την κατεύθυνση της διάδοσής τους. Ο Χούφενγκ έγινε ο πρώτος σεισμογράφος στον κόσμο (από το ελληνικό σεισμός «διακύμανση» και γραφικό «γράφω») μια συσκευή ανίχνευσης και καταγραφής σεισμικών κυμάτων.

Επακόλουθα του σεισμού του Σαν Φρανσίσκο του 1906

Αυστηρά μιλώντας, η συσκευή έμοιαζε περισσότερο με σεισμοσκόπιο (από το ελληνικό skopeo "κοιτάζω"), επειδή οι ενδείξεις της καταγράφηκαν όχι αυτόματα, αλλά από το χέρι του παρατηρητή.

Το Houfeng ήταν φτιαγμένο από χαλκό σε σχήμα δοχείου κρασιού με διάμετρο 180 cm και λεπτά τοιχώματα. Έξω από το σκάφος υπήρχαν οκτώ δράκοι. Τα κεφάλια των δράκων έδειχναν προς οκτώ κατευθύνσεις: ανατολικά, νότια, δυτικά, βόρεια, βορειοανατολικά, νοτιοανατολικά, βορειοδυτικά και νοτιοδυτικά. Κάθε δράκος κρατούσε μια χάλκινη μπάλα στο στόμα του και κάτω από το κεφάλι του καθόταν ένας βάτραχος με ανοιχτό στόμα. Εικάζεται ότι ένα εκκρεμές με ράβδους τοποθετήθηκε κάθετα στο εσωτερικό του αγγείου, οι οποίες ήταν προσαρτημένες στα κεφάλια των δράκων. Όταν, ως αποτέλεσμα ενός σεισμού, το εκκρεμές τέθηκε σε κίνηση, μια ράβδος συνδεδεμένη με το κεφάλι που έβλεπε το σοκ άνοιξε το στόμα του δράκου και η μπάλα κύλησε έξω από αυτό στο στόμιο του αντίστοιχου φρύνου. Αν έβγαιναν δύο μπάλες, θα μπορούσε κανείς να υποθέσει τη δύναμη του σεισμού. Εάν η συσκευή βρισκόταν στο επίκεντρο, τότε όλες οι μπάλες βγήκαν έξω. Οι παρατηρητές οργάνων μπορούσαν να καταγράψουν αμέσως την ώρα και την κατεύθυνση του σεισμού. Η συσκευή ήταν πολύ ευαίσθητη: έπιασε ακόμη και ασθενείς δονήσεις, το επίκεντρο των οποίων ήταν 600 χιλιόμετρα μακριά της. Το 138, αυτός ο σεισμογράφος έδειξε με ακρίβεια έναν σεισμό που συνέβη στην περιοχή Lunxi.

Στην Ευρώπη, οι σεισμοί άρχισαν να μελετώνται σοβαρά πολύ αργότερα. Το 1862 εκδόθηκε το βιβλίο του Ιρλανδού μηχανικού Robert Malet «Ο μεγάλος ναπολιτάνικος σεισμός του 1857: Βασικές αρχές των σεισμολογικών παρατηρήσεων». Ο Malet έκανε μια αποστολή στην Ιταλία και έφτιαξε έναν χάρτη της πληγείσας περιοχής, χωρίζοντάς την σε τέσσερις ζώνες. Οι ζώνες που εισήγαγε ο Malet αντιπροσωπεύουν την πρώτη, μάλλον πρωτόγονη κλίμακα της έντασης της δόνησης.

Όμως η σεισμολογία ως επιστήμη άρχισε να αναπτύσσεται μόνο με την ευρεία εμφάνιση και εισαγωγή στην πράξη οργάνων καταγραφής των δονήσεων του εδάφους, δηλαδή με την εμφάνιση της επιστημονικής σεισμομετρίας.

Το 1855, ο Ιταλός Luigi Palmieri εφηύρε έναν σεισμογράφο ικανό να καταγράφει μακρινούς σεισμούς. Ενήργησε σύμφωνα με την ακόλουθη αρχή: κατά τη διάρκεια ενός σεισμού, ο υδράργυρος χύθηκε από έναν σφαιρικό όγκο σε ένα ειδικό δοχείο, ανάλογα με την κατεύθυνση των δονήσεων. Η ένδειξη επαφής του δοχείου σταμάτησε το ρολόι, υποδεικνύοντας την ακριβή ώρα, και άρχισε να καταγράφει τις δονήσεις της γης στο τύμπανο.

Το 1875, ένας άλλος Ιταλός επιστήμονας, ο Filippo Sechi, σχεδίασε έναν σεισμογράφο που άνοιξε το ρολόι τη στιγμή του πρώτου σοκ και κατέγραψε την πρώτη ταλάντωση. Η πρώτη σεισμική καταγραφή που έφτασε σε εμάς έγινε με τη χρήση αυτής της συσκευής το 1887. Μετά από αυτό, άρχισε η ταχεία πρόοδος στον τομέα της δημιουργίας οργάνων για την καταγραφή των δονήσεων του εδάφους. Το 1892, μια ομάδα Άγγλων επιστημόνων που εργάζονταν στην Ιαπωνία δημιούργησαν το πρώτο αρκετά εύχρηστο όργανο, τον σεισμογράφο του John Milne. Ήδη το 1900, λειτουργούσε ένα παγκόσμιο δίκτυο 40 σεισμικών σταθμών εξοπλισμένων με όργανα Milne.

Ένας σεισμογράφος αποτελείται από ένα εκκρεμές του ενός ή του άλλου σχεδίου και ένα σύστημα για την καταγραφή των ταλαντώσεων του. Σύμφωνα με τη μέθοδο καταγραφής των ταλαντώσεων του εκκρεμούς, οι σεισμογράφοι μπορούν να χωριστούν σε συσκευές με άμεση καταγραφή, μετατροπείς μηχανικών δονήσεων και σεισμογράφους με ανάδραση.

Οι σεισμογράφοι άμεσης καταγραφής χρησιμοποιούν μηχανική ή οπτική μέθοδο καταγραφής. Αρχικά, με μηχανική μέθοδο καταγραφής, τοποθετήθηκε στυλό στο άκρο του εκκρεμούς, ξύνοντας μια γραμμή σε καπνιστό χαρτί, το οποίο στη συνέχεια καλύφθηκε με σύνθεση στερέωσης. Όμως το εκκρεμές ενός σεισμογράφου με μηχανική καταγραφή επηρεάζεται έντονα από την τριβή του στυλό στο χαρτί. Για να μειωθεί αυτή η επίδραση, χρειάζεται μια πολύ μεγάλη μάζα του εκκρεμούς.

Με την οπτική μέθοδο καταγραφής, στερεώθηκε ένας καθρέφτης στον άξονα περιστροφής, ο οποίος φωτιζόταν μέσω του φακού και η ανακλώμενη δέσμη έπεσε σε φωτογραφικό χαρτί τυλιγμένο σε περιστρεφόμενο τύμπανο.

Η μέθοδος άμεσης καταγραφής εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε σεισμικά ενεργές ζώνες, όπου οι κινήσεις του εδάφους είναι αρκετά μεγάλες. Αλλά για να καταγράψουμε ασθενείς σεισμούς και σε μεγάλες αποστάσεις από τις πηγές, είναι απαραίτητο να ενισχύσουμε τις ταλαντώσεις του εκκρεμούς. Αυτό πραγματοποιείται από διάφορους μετατροπείς μηχανικών μετατοπίσεων σε ηλεκτρικό ρεύμα.

Ένα διάγραμμα της διάδοσης των σεισμικών κυμάτων από την πηγή ενός σεισμού, ή υποκέντρο (κάτω) και επίκεντρο (πάνω).

Ο μετασχηματισμός των μηχανικών δονήσεων προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Ρώσο επιστήμονα Boris Borisovich Golitsyn το 1902. Ήταν μια γαλβανομετρική καταχώρηση βασισμένη στην ηλεκτροδυναμική μέθοδο. Ένα επαγωγικό πηνίο στερεωμένο άκαμπτα στο εκκρεμές τοποθετήθηκε στο πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη. Όταν το εκκρεμές ταλαντώθηκε, η μαγνητική ροή άλλαξε, μια ηλεκτροκινητική δύναμη προέκυψε στο πηνίο και το ρεύμα καταγράφηκε από ένα γαλβανόμετρο καθρέφτη. Μια δέσμη φωτός κατευθύνθηκε στον καθρέφτη του γαλβανόμετρου και η ανακλώμενη δέσμη, όπως στην οπτική μέθοδο, έπεσε σε φωτογραφικό χαρτί. Τέτοιοι σεισμογράφοι κέρδισαν την παγκόσμια αναγνώριση για πολλές επόμενες δεκαετίες.

Πρόσφατα έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένοι οι λεγόμενοι παραμετρικοί μετατροπείς. Σε αυτούς τους μετατροπείς, η μηχανική κίνηση (κίνηση της μάζας του εκκρεμούς) προκαλεί αλλαγή σε κάποια παράμετρο του ηλεκτρικού κυκλώματος (για παράδειγμα, ηλεκτρική αντίσταση, χωρητικότητα, επαγωγή, φωτεινή ροή κ.λπ.).

Β. Γκολίτσιν.

Σεισμολογικός σταθμός addit. Ο εξοπλισμός που είναι εγκατεστημένος εκεί καταγράφει ακόμη και τους παραμικρούς κραδασμούς του εδάφους.

Κινητή εγκατάσταση για γεωφυσικές και σεισμολογικές μελέτες.

Μια αλλαγή σε αυτή την παράμετρο οδηγεί σε αλλαγή του ρεύματος στο κύκλωμα και σε αυτή την περίπτωση είναι η μετατόπιση του εκκρεμούς (και όχι η ταχύτητά του) που καθορίζει το μέγεθος του ηλεκτρικού σήματος. Από τους διάφορους παραμετρικούς μετατροπείς στη σεισμομετρία, δύο χρησιμοποιούνται κυρίως φωτοηλεκτρικοί και χωρητικός. Ο πιο δημοφιλής είναι ο χωρητικός μετατροπέας Benioff. Μεταξύ των κριτηρίων επιλογής, τα κύρια αποδείχθηκε ότι ήταν η απλότητα της συσκευής, η γραμμικότητα, το χαμηλό επίπεδο εγγενούς θορύβου, η απόδοση στην τροφοδοσία ρεύματος.

Οι σεισμογράφοι είναι ευαίσθητοι σε κάθετες δονήσεις της γης ή σε οριζόντιους. Για την παρατήρηση της κίνησης του εδάφους προς όλες τις κατευθύνσεις χρησιμοποιούνται συνήθως τρεις σεισμογράφοι: ένας με κάθετο εκκρεμές και δύο με οριζόντιους προσανατολισμένους ανατολικά και βόρεια. Τα κάθετα και τα οριζόντια εκκρεμή διαφέρουν ως προς το σχεδιασμό τους, επομένως αποδεικνύεται ότι είναι αρκετά δύσκολο να επιτευχθεί πλήρης ταυτότητα των χαρακτηριστικών συχνότητάς τους.

Με την εμφάνιση των υπολογιστών και των μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό, η λειτουργικότητα του σεισμικού εξοπλισμού έχει αυξηθεί δραματικά. Κατέστη δυνατή η ταυτόχρονη καταγραφή και ανάλυση σημάτων από πολλούς σεισμικούς αισθητήρες σε πραγματικό χρόνο, λαμβάνοντας υπόψη τα φάσματα των σημάτων. Αυτό παρείχε ένα θεμελιώδες άλμα στο περιεχόμενο πληροφοριών των σεισμικών μετρήσεων.

Οι σεισμογράφοι χρησιμοποιούνται κυρίως για τη μελέτη του ίδιου του φαινομένου του σεισμού. Με τη βοήθειά τους, είναι δυνατό να προσδιοριστεί οργανικά η ισχύς ενός σεισμού, ο τόπος εμφάνισής του, η συχνότητα εμφάνισης σε ένα δεδομένο μέρος και οι κυρίαρχοι τόποι εμφάνισης των σεισμών.

Σεισμολογικός εξοπλισμός σταθμών στη Νέα Ζηλανδία.

Βασικές πληροφορίες για την εσωτερική δομή της Γης λαμβάνονται επίσης από σεισμικά δεδομένα ερμηνεύοντας τα πεδία των σεισμικών κυμάτων που προκαλούνται από σεισμούς και ισχυρές εκρήξεις και παρατηρούνται στην επιφάνεια της Γης.

Με τη βοήθεια καταγραφής σεισμικών κυμάτων πραγματοποιούνται και μελέτες της δομής του φλοιού της γης. Για παράδειγμα, μελέτες στη δεκαετία του 1950 δείχνουν ότι το πάχος των στρωμάτων του φλοιού, καθώς και οι ταχύτητες κυμάτων σε αυτά, ποικίλλουν από μέρος σε μέρος. Στην Κεντρική Ασία, το πάχος του φλοιού φτάνει τα 50 km και στην Ιαπωνία -15 km. Έχει δημιουργηθεί ένας χάρτης του πάχους του φλοιού της γης.

Αναμένεται ότι σύντομα θα εμφανιστούν νέες τεχνολογίες σε μεθόδους αδρανειακής και βαρυτικής μέτρησης. Είναι πιθανό οι σεισμογράφοι της νέας γενιάς να είναι σε θέση να ανιχνεύσουν τα βαρυτικά κύματα στο Σύμπαν.

Καταγραφή σεισμογράφου

Επιστήμονες σε όλο τον κόσμο αναπτύσσουν έργα για τη δημιουργία δορυφορικών συστημάτων προειδοποίησης σεισμών. Ένα τέτοιο έργο είναι το Interferometric-Synthetic Aperture Radar (InSAR). Αυτό το ραντάρ, ή μάλλον τα ραντάρ, παρακολουθεί τη μετατόπιση των τεκτονικών πλακών σε μια συγκεκριμένη περιοχή και χάρη στα δεδομένα που λαμβάνουν, μπορούν να καταγραφούν ακόμη και ανεπαίσθητες μετατοπίσεις. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι λόγω αυτής της ευαισθησίας, είναι δυνατό να προσδιοριστούν με μεγαλύτερη ακρίβεια περιοχές σεισμικά επικίνδυνων ζωνών υψηλής τάσης.