Kes leiutas seismograafi – millal see leiutati? Kes ja millal leiutas esimese seismograafi maavärinate ennustamiseks Kuidas seismograaf töötab.

labori juhataja Maa Füüsika Instituudi RAS seismomeetria

Möödunud sajand andis maailmale avastuse B.B. Golitsyn seismiliste nähtuste vaatlemise galvanomeetrilisest meetodist. Selle avastusega seostati seismomeetria edasist arengut. Golitsõni juhtumi järglased olid vene teadlane D.P. Kirnos, ameeriklased Wood-Andersen, Press Ewing. Vene seismomeetria koolkond D.P. Kirnos paistis silma seismiliste vaatluste metroloogilise toe seadmete ja meetodite hoolika uurimisega. Seismiliste sündmuste jäädvustused on muutunud seismoloogia omandiks mitte ainult kinemaatika, vaid ka dünaamiliste probleemide lahendamisel. Seismomeetria arengu loomulik jätk oli seismomeetrite katsemassist info saamiseks elektrooniliste vahendite kasutamine, ostsillograafiline kasutamine ning seismiliste andmete mõõtmise, akumuleerimise ja töötlemise digitaalsetes meetodites. Seismomeetria on alati nautinud 20. sajandi teaduse ja tehnika arengu vilju. Venemaal 70-80. on välja töötatud elektroonilised seismograafid, mis katavad sagedusvahemikku ülimadalatest sagedustest (formaalselt 0 Hz) kuni 1000 Hz.

Sissejuhatus

Maavärinad! Neile, kes elavad aktiivsetes seismilistes tsoonides, pole see tühi lause. Inimesed elavad rahus, unustades eelmise katastroofi. Kuid äkki, kõige sagedamini öösel, tuleb IT. Algul ainult värinad, isegi voodist välja viskamine, nõude kõlisemine, mööbli kukkumine. Siis varisevate lagede mürin, mittepüsivad seinad, tolm, pimedus, oigamine. Nii oli see 1948. aastal Ašgabatis. Riik sai sellest teada palju hiljem. Kuum. Peaaegu alasti Ashgabati seismoloogiainstituudi töötaja valmistus sel õhtul esinema seismilisuse teemalisel vabariiklikul konverentsil ja kirjutas ettekannet. Algus kella 2 paiku. Tal õnnestus õue välja joosta. Tänaval, tolmupilvedes ja pimedas lõunamaises öös ei paistnud midagi. Tema abikaasal, samuti seismoloogil, õnnestus pääseda ukseavasse, mille sissevajunud laed kohe mõlemalt poolt sulgesid. Tema õde, kes oli palavuse tõttu maas maganud, kattis riidekappi, mille uksed avanesid kehale "varjualuseks". Jalad aga näpistasid kapi otsast.

Ašgabatis suri öise aja ja seismiliste hoonete puudumise tõttu mitukümmend tuhat elanikku (kuulsin hinnanguliselt kuni 50 000 inimest. Igal juhul Moskva osariigi dünaamilise geoloogia osakonna juhataja G. P. Gorshkov Ülikool, ütles nii. Toim.) Hästi säilinud hoone, mille projekteerinud arhitekt mõisteti süüdi liigse kulutamise eest.

Nüüd on inimkonna mälus kümneid ajaloolisi ja tänapäevaseid katastroofilisi maavärinaid, mis nõudsid miljoneid inimelusid. Tugevamatest maavärinatest võib nimetada näiteks Lissabon 1755, Jaapani 1891, Assam (India) 1897, San Francisco 1906, Messina (Sitsiilia-Kaliiber) 1908, Hiina 1920 ja 1976. (Juba palju hiljem kui Ašgabat 1976 Hiinas nõudis maavärin 250 000 inimelu ja eelmisel aastal Indias hukkus samuti vähemalt 20 000 toim.), Jaapani 1923, Tšiili 1960, Agadir (Maroko) 1960 gyu, Alaska, Sp 1964 . (Armeenia) 1988 Pärast Alaska maavärinat sai seismomeetria ameeriklasest spetsialist Benyeoff rekordi Maa enda vibratsioonist kui löödud kuulist. Enne ja eriti pärast tugevat maavärinat toimub rida – sadu ja tuhandeid – nõrgemaid maavärinaid (järeltõukeid). Nende vaatlemine tundlike seismograafidega võimaldab piiritleda põhilöögi piirkonda ja saada maavärina allika ruumilise kirjelduse.

Maavärinatest tulenevate suurte kadude vältimiseks on kaks võimalust: seismivastane ehitus ja varajane hoiatamine võimaliku maavärina eest. Kuid mõlemad meetodid jäävad ebaefektiivseks. Seismivastane konstruktsioon ei ole alati piisav maavärinate põhjustatud vibratsioonide jaoks. On kummalisi juhtumeid raudbetooni seletamatust hävitamisest, nagu juhtus Jaapanis Kobes. Betooni struktuur on häiritud sedavõrd, et betoon mureneb seisulainete antisõlmedes tolmuks. Nagu täheldati Rumeenias Leninakanis Spitakis, toimub hoonete pöörlemine.

Maavärinatega kaasnevad muud nähtused. Atmosfääri kuma, raadioside katkemine ja mitte vähem kohutav nähtus tsunami, mille merelained tekivad mõnikord siis, kui maavärina kese (keskpunkt) toimub maailma ookeani süvamere kaevikus (mitte kõik süvamere kaeviku nõlvadel esinevad maavärinad on tsunamigeensed, kuid viimased tuvastatakse seismograafide abil fookuses iseloomulike nihkemärkide järgi). Nii oli ka Lissabonis, Alaskal, Indoneesias. Need on eriti ohtlikud, sest peaaegu ootamatult tekivad kaldale, saartele lained. Näiteks võib tuua Havai saared. 1952. aasta Kamtšatka maavärina laine tuli ootamatult 22 tunni pärast. Tsunamilaine on avamerel märkamatu, kuid kaldale tulles omandab see juhtiva frondi järsuse, laine kiirus väheneb ja tekib veetõus, mis põhjustab kohati kuni 30 m lainekasvu, sõltuvalt maavärina tugevus ja ranniku reljeef. Selline laine uhus täielikult minema 1952. aasta hilissügisel Severo-Kurilski linn, mis asub väina kaldal ca. Paramushir ja umbes. Shumshu. Laine löök ja selle tagasiliikumine olid nii tugevad, et sadamas olnud tankid uhuti lihtsalt minema ja kadusid "tundmatus suunas". Pealtnägija ütles, et ta ärkas tugeva maavärina vibratsioonidest ega saanud kiiresti uinuda. Järsku kuulis ta tugevat madalsageduslikku mürinat vasaku poolelt. Aknast välja vaadates ja hetkekski mõtlemata, milles ta on, hüppas ta välja lumele ja jooksis künkale, olles suutnud edenevast lainest mööduda.

Ülaltoodud kaart näitab seismiliselt kõige aktiivsemat Vaikse ookeani tektoonivööd. Täpid näitavad tugevate maavärinate epitsentreid ainult 20. sajandil. Kaart annab aimu meie planeedi aktiivsest elust ja selle andmed räägivad palju maavärinate võimalike põhjuste kohta üldiselt. Tektooniliste ilmingute põhjuste kohta Maa pinnal on palju hüpoteese, kuid endiselt pole usaldusväärset globaalse tektoonika teooriat, mis selle nähtuse teooriat üheselt defineeriks.

Milleks seismograafid on?

Kõigepealt tuleb uurida nähtust ennast, seejärel on vaja instrumentaalselt määrata maavärina tugevus, toimumiskoht ja nende nähtuste esinemissagedus antud kohas ning nende esinemiskohad. Maavärinast ergastuvad elastsed vibratsioonid, nagu prožektori valgusvihk, on võimelised valgustama Maa ehituse detaile.

Ergastatakse nelja peamist tüüpi laineid: pikisuunalised, millel on maksimaalne levimiskiirus ja mis tulevad kõigepealt vaatlejale, seejärel põikivõnkumised ja kõige aeglasemad pinnalained võnkumisega piki ellipsit vertikaaltasandil (Rayleigh) ja horisontaaltasapinnal. tasapind (Armastus) levimissuunas. Esimeste lainete saabumise aja erinevust kasutatakse epitsentri kauguse, hüpotsentri asukoha ning Maa siseehituse ja maavärinate allika asukoha määramiseks. Maa tuuma läbinud seismiliste lainete registreerimisega oli võimalik kindlaks teha selle struktuur. Välimine tuum oli vedelas olekus. Vedelikus levivad ainult pikisuunalised lained. Tahke sisemine südamik tuvastatakse põiklainete abil, mida erutavad pikisuunalised lained, mis tabavad vedeliku-kareduse liidest. Salvestatud võnkumiste ja lainetüüpide pildilt, seismiliste lainete Maa pinnale jõudmise aegadest seismograafide abil oli võimalik määrata südamiku moodustavate osade mõõtmeid, nende tihedusi.

Energia ja maavärinate määramiseks on lahendamisel ka muid probleeme (magnituudid Richteri skaalal, nullmagnituud vastab energiale ja 10(+5) džauli, maksimaalne vaadeldav magnituud vastab energiale ja 10(+20-+21) J), spektraalkompositsioon seismilise takistuse ehituse probleemi lahendamiseks, tuumarelvade maa-aluste katsete avastamiseks ja juhtimiseks, seismiliseks juhtimiseks ja hädaseiskamiseks sellistes ohtlikes rajatistes nagu tuumaelektrijaamad, raudteetransport ja isegi liftid kõrghoonetes, hüdrokonstruktsioonid. Seismiliste instrumentide roll mineraalide seismilises uurimises ja eriti naftaga "reservuaaride" otsimisel on hindamatu. Neid kasutati ka Kurski hukkumise põhjuste uurimisel, just nende seadmete abil tehti kindlaks esimese ja teise plahvatuse aeg ja võimsus.

Mehaanilised seismilised instrumendid

Seismiliste andurite - seismomeetrite - tööpõhimõte, mis moodustavad seismograafisüsteemi, mis sisaldab selliseid sõlme - seismomeeter, selle mehaanilise signaali muundur elektripingeks ja salvesti - teabesalvestusseade, põhineb koheselt Newtoni esimesel ja kolmandal seadusel. - masside omadus inertsile ja gravitatsioonile. Mis tahes seismomeetri seadme põhielement on mass, millel on teatud vedrustus seadme põhja külge. Ideaalis ei tohiks massil kehaga olla mehaanilisi ega elektromagnetilisi ühendusi. Lihtsalt riputage ruumi! See on aga Maa külgetõmbe tingimustes endiselt teostamatu. Seal on vertikaalsed ja horisontaalsed seismomeetrid. Esiteks on massil võime liikuda ainult vertikaaltasandil ja tavaliselt riputatakse see vedruga välja, et neutraliseerida Maa gravitatsioonijõudu. Horisontaalsetes seismomeetrites on massil vabadusaste ainult horisontaaltasandil. Massi tasakaaluasendit hoiab nii palju nõrgem vedrustusvedru (tavaliselt lamedad plaadid) kui ka eelkõige Maa gravitatsiooni taastav jõud, mida nõrgestab oluliselt peaaegu vertikaalse vedrustuse telje reaktsioon ja mis toimib peaaegu horisontaalses suunas. massi liikumise tasapind.

Hiinas avastati ja taastati kõige iidsemad seadmed maavärinate registreerimiseks [Savarensky E.F., Kirnos D.P., 1955]. Seadmel polnud salvestusvahendeid, vaid see aitas määrata vaid maavärina tugevust ja suunda selle epitsentrisse. Selliseid instrumente nimetatakse seismoskoobideks. Vana-Hiina seismoskoop pärineb aastast 123 pKr ning see on kunsti- ja inseneritöö. Kunstiliselt kujundatud anuma sees oli astaatiline pendel. Sellise pendli mass asub elastse elemendi kohal, mis toetab pendlit vertikaalasendis. Anumas on mööda asimuute draakonite suud, millesse asetatakse metallkuulid. Tugeva maavärina ajal tabas pendel kuule ja need kukkusid avatud suuga konnade kujul väikestesse anumatesse. Loomulikult langesid pendli maksimaalsed mõjud maavärina allikale mööda asimuuti. Konnadest leitud pallide järgi oli võimalik kindlaks teha, kust maavärinalained tulid. Selliseid instrumente nimetatakse seismoskoobideks. Neid kasutatakse tänapäeval laialdaselt, pakkudes väärtuslikku teavet suurte maavärinate kohta suurel alal. Californias (USA) on tuhandeid seismoskoope, mis salvestavad astaatiliste pendlitega tahmaga kaetud sfäärilisele klaasile. Tavaliselt on pendli otsa liikumisest klaasil näha komplekspilt, milles on eristatavad pikisuunaliste lainete võnkumised, mis näitavad suunda allikale. Ja salvestustrajektooride maksimaalsed amplituudid annavad aimu maavärina tugevusest. Pendli võnkeperiood ja selle sumbumine on seatud selliselt, et modelleerida tüüpiliste hoonete käitumist ja seeläbi hinnata maavärinate intensiivsust. Maavärinate tugevuse määravad vibratsiooni mõju välised omadused inimestele, loomadele, puudele, tüüpilistele hoonetele, mööblile, riistadele jne. Seal on erinevad punktiskaalad. Meedias on kasutusel "Richteri skaala". See määratlus on mõeldud massilisele elanikule ega vasta teaduslikule terminoloogiale. Õige on öelda – maavärina tugevus Richteri skaalal. See määratakse seismograafide abil instrumentaalsete mõõtmiste põhjal ja tähistab tinglikult maavärina allikaga seotud maksimaalse salvestuskiiruse logaritmi. See väärtus näitab tinglikult maavärina allika elastsete vibratsioonide vabanenud energiat.

Sarnase seismoskoobi valmistas 1848. aastal itaallane Cacciatore, milles pendel ja kuulid asendati elavhõbedaga. Maapinna vibratsiooni ajal valati elavhõbedat anumatesse, mis paiknesid ühtlaselt mööda asimuuti. Venemaal kasutatakse S. V. Medvedevi seismoskoope, Armeenias töötatakse välja A. G. Nazarovi AIS seismoskoobid, milles kasutatakse mitut erineva sagedusega pendlit. Need võimaldavad umbkaudselt saada vibratsioonispektreid, s.t. salvestuste amplituudi sõltuvus vibratsiooni sagedustest maavärina ajal. See on väärtuslik teave seismiliste ehitiste projekteerijatele.

Esimese teadusliku tähtsusega seismograafi ehitas 1879. aastal Jaapanis Ewing. Pendli raskuseks oli terastraadile riputatud 25 kg kaaluv malmrõngas. Pendli kogupikkus oli ligi 7 meetrit. Tänu pikkusele saadi inertsmoment 1156 kgּ m 2. Pendli ja maapinna suhtelised liikumised registreeriti ümber vertikaaltelje pöörleval suitsuklaasil. Suur inertsimoment aitas vähendada pendli otsa hõõrdumise mõju klaasile. 1889. aastal avaldas Jaapani seismoloog kirjelduse horisontaalsest seismograafist, mis oli paljude seismograafide prototüüp. Sarnaseid seismograafe valmistati Saksamaal aastatel 1902-1915. Mehaaniliste seismograafide loomisel sai tundlikkuse suurendamise probleemi lahendada vaid Archimedese suurendushoobade abil. Hõõrdejõud võnkumiste salvestamisel sai üle pendli tohutu massi tõttu. Niisiis oli Wiecherti seismograafil pendel massiga 1000 kg. Sel juhul saavutati registreeritud võnkumiste perioodide kasv ainult 200 võrra, mis ei ületanud pendli enda perioodi 12 sekundit. Suurima massiga oli Wiecherti vertikaalseismograaf, mille pendli kaal oli 1300 kg, riputatud võimsatele 8 mm terastraadist valmistatud spiraalvedrudele. Tundlikkus oli 200 seismiliste lainete perioodidel, mis ei ületa 5 sekundit. Wiechert oli suurepärane mehaaniliste seismograafide leiutaja ja disainer ning ehitas mitmeid erinevaid ja geniaalseid instrumente. Pendlite ja maapinna inertsiaalmassi suhtelise liikumise registreerimine viidi läbi suitsupaberil, mida pöörati pideva lindi abil kellamehhanismi abil.

Galvanomeetrilise registreerimisega seismograafid

Seismomeetria tehnikas tegi revolutsiooni optika ja matemaatika valdkonna suurepärane teadlane prints B.B. Golitsyn. Ta leiutas meetodi maavärinate galvanomeetriliseks registreerimiseks. Venemaa on galvanomeetrilise registreeringuga seismograafide asutaja maailmas. Esimest korda maailmas töötas ta 1902. aastal välja seismograafi teooria, lõi seismograafi ja organiseeris esimesed seismilised jaamad, kuhu paigaldati uued instrumendid. Saksamaal oli seismograafide tootmise kogemus ja seal valmistati esimesed Golitsyni seismomeetrid. Salvestusaparaat projekteeriti ja toodeti aga Venemaa Teaduste Akadeemia töökodades Peterburis. Ja siiani on sellel seadmel kõik esimesele registripidajale iseloomulikud omadused. Trummel, millele oli kinnitatud ligi 1 m pikkune ja 28 cm laiune fotopaber, pandi pöörlevale liikumisele nihkega igal pöördel valitud ja vastavalt vaatlusülesandele piki trumli telge muudetud vahemaa võrra. Seismomeetri ja seadme inertsiaalmassi suhteliste liikumiste registreerimisvahendite eraldamine oli nii progressiivne ja edukas, et sellised seismograafid pälvisid ülemaailmse tunnustuse veel paljudeks aastakümneteks. B. B. Golitsyn tõi välja järgmised uue registreerimismeetodi eelised.

1. Lihtsa tehnika võimalus saada sel ajal rohkem tundlikkus .

2. Registreerimise läbiviimine vahemaa seismomeetrite asukohast. Kaugus, kuiv ruum, seismiliste andmete kättesaadavus nende edasiseks töötlemiseks andis seismiliste vaatluste protsessile uue kvaliteedi ja seismilise jaama personali poolt seismomeetritele ebasoovitavate mõjude välistamise.

3. Salvestuskvaliteedi sõltumatus alates triivida null seismomeetrit.

Need peamised eelised määrasid galvanomeetrilise registreerimise arengu ja kasutamise kogu maailmas paljudeks aastakümneteks.

Pendli kaal ei mänginud enam sellist rolli kui mehaanilistes seismograafides. Arvestada tuli vaid ühe nähtusega - püsimagneti õhupilus paikneva galvanomeetri raami magnetoelektriline reaktsioon seismomeetri pendlile. Reeglina vähendas see reaktsioon pendli sumbumist, mis viis selle täiendavate omavõnkumiste ergutamiseni, mis moonutas maavärinatest registreeritud lainete lainemustrit. Seetõttu kasutas B.B. Golitsyn pendlite massi suurusjärgus 20 kg, et jätta tähelepanuta galvanomeetri vastureaktsioon seismomeetrile.

1948. aasta katastroofiline maavärin Ašgabatis stimuleeris NSV Liidu seismiliste vaatluste võrgu laiendamise rahastamist. Uute ja vanade seismiliste jaamade varustamiseks töötas professor D.P.Kirnos koos insener V.N.Solovijeviga välja üldtüüpi SGK ja SVK galvanomeetrilised seismograafid koos galvanomeetriga GK-VI. Tööd alustati NSVL Teaduste Akadeemia Seismoloogia Instituudi ja selle instrumentaaltöökodade seinte vahel. Kirnose seadmed paistsid silma põhjaliku teadusliku ja tehnilise uurimuse poolest. Täiuslikuks on viidud kalibreerimise ja töötamise tehnika, mis tagas sündmuste salvestamisel amplituudi ja faasisageduse (AFC) suure täpsuse (umbes 5%). See võimaldas seismoloogidel rekordite tõlgendamisel seada ja lahendada mitte ainult kinemaatilisi, vaid ka dünaamilisi probleeme. Sellega erines D.P.Kirnose koolkond soodsalt Ameerika sarnaste pillide koolkonnast. D.P. Kirnos täiustas galvanomeetrilise registreerimisega seismograafide teooriat, võttes kasutusele seismomeetri ja galvanomeetri sidestusteguri, mis võimaldas konstrueerida seismograafi amplituudi sageduskarakteristikut maapinna nihke registreerimiseks, esmalt sagedusalas 0,08–5 Hz. ja seejärel sagedusalas 0,05–10 Hz, kasutades äsja väljatöötatud SKD tüüpi seismomeetreid. Sel juhul räägime lairiba sagedusreaktsiooni kasutuselevõtust seismomeetrias.

Vene mehaanilised seismograafid

Pärast Severo-Kurilski katastroofi anti välja valitsuse määrus tsunamihoiatusteenistuse loomise kohta Kamtšatkal, Sahhalinil ja Kuriili saartel. Määruse elluviimine usaldati Teaduste Akadeemiale, NSVL Hüdrometeoroloogiateenistusele ja Sideministeeriumile. 1959. aastal saadeti sellesse piirkonda komisjon, kes selgitas olukorda kohapeal. Petropavlovsk Kamtšatski, Severo-Kurilsk, Južno-Kurilsk, Sahhalin. Liikumisvahendid - LI-2 lennukid (endine Douglas), merepõhjast tõstetud ja taastatud aurik, paadid. Esimene lend on planeeritud kell 6 hommikul. Komisjon jõudis Khalatyrka (Petropavlovsk-Kamtšatski) lennujaama õigeaegselt. Kuid lennuk tõusis varem õhku – Shumshu kohal avanes taevas. Paar tundi hiljem leiti veos LI-2 ja turvaline maandumine toimus jaapanlaste rajatud maa-aluste lennuväljadega baasribal. Shumshu on Kuriili ahela põhjapoolseim saar. Ainult Ohhotski mere vetest loodes kõrgub Adelaide'i vulkaani kaunis koonus. Saar näeb välja täiesti tasane, nagu paks pannkook merevete vahel. Saarel valdavalt piirivalvurid. Komisjon saabus edelakaile. Seal ootas mereväe kaater, mis kihutas suurel kiirusel Severo-Kurilski sadamasse. Tekil on lisaks komisjonile mitu reisijat. Kõrval räägivad entusiastlikult meremees ja tüdruk. Paat täiskiirusel lendab sadama akvatooriumi. Manuaaltelegraafi tüürimees annab masinaruumi signaali: "Ding-ding" ja veel üks "Ding-ding" - ei mingit mõju! Järsku lendab külje peal üks madrus ülepeakaela alla. Mõnevõrra hilja - paat lõikab päris tugevalt kalakuunari puitreelingute sisse. Laastud lendavad, inimesed peaaegu kukuvad. Meremehed sildusid vaikides, ilma igasuguste emotsioonideta paadi. Selline on teenuse eripära Kaug-Idas.

Reisil oli kõike: kerget vihmasadu, mille piisad lendasid peaaegu paralleelselt maapinnaga, väikest ja kõva bambust – karude elupaika ning tohutut "nöörikotti", kuhu reisijad laaditi (naine lapsega. keskus) ja tõsteti suure tormilaine tõttu auruvintsiga taastatud laeva tekile ning veoauto GAZ-51, mille lahtises keres ületas komisjon Kunaširi saare Vaiksest ookeanist Ohhoota rannikule ja mis poolel teel tohutus lombis palju kordi ümber keeras - esirattad ühes liimis, tagarattad teises - kuni selle ajani sai tavalise labidaga roopa korrigeeritud ja kudejoa sissepääsu juures surfijoon, mida tähistas pidev riba punase lõhe kaaviari.

Komisjon leidis, et seni ainsaks tsunamihoiatusteenistuse ülesannet täitvaks seismiliseks vahendiks saab olla vaid tahmapaberil registreeritud mehaaniline seismograaf. Seismograafid töötati välja Teaduste Akadeemia Maa Füüsika Instituudi seismomeetrilises laboris. Spetsiaalselt ehitatud tsunamijaamade varustamiseks tarniti seismograaf väikese suurendusega 7 ja seismograaf suurendusega 42. Suitsutatud paberitrumlid olid vedrukellamehhanismide jõul. 42-kordse suurendusega seismograafi mass koguti raudketastelt ja ulatus 100 kg-ni. Sellega lõppes mehaaniliste seismograafide ajastu.

Toimus Teaduste Akadeemia Presiidiumi koosolek, mis oli pühendatud valitsuse määruse täitmisele. Esimees akadeemik Nesmejanov suure, imposantse, pruunistunud näoga, lühikest kasvu akadeemik-sekretär Toptšiev, presiidiumi liikmed. Tuntud seismoloog E.F. Savarensky teatas, demonstreerides täispikka fotot mehaanilisest seismograafist [Kirnos D.P., Rykov A.V., 1961] . Arutelus osales akadeemik Artsimovitš: "Tsunamiprobleem on lihtsalt lahendatav, kui kõik rannikul asuvad objektid üle 30 meetri kõrgusele teisaldada!" . Majanduslikult on see võimatu ja Vaikse ookeani laevastiku üksuste küsimus ei ole lahendatud.

20. sajandi teisel poolel algas elektrooniliste seismograafide ajastu. Elektrooniliste seismograafide seismomeetrite pendlitele asetatakse parameetrilised muundurid. Nad said oma nime terminist - parameeter. Õhkkondensaatori mahtuvus, kõrgsagedustrafo induktiivne reaktiivtakistus, fototakisti takistus, fotodioodi juhtivus LED-kiire all, Halli andur ja kõik see, mis elektroonilise seismograafi leiutajatele käepärast tuli. võib toimida muutuva parameetrina. Valikukriteeriumitest osutusid peamisteks seadme lihtsus, lineaarsus, madal sisemüra tase, toiteallika efektiivsus. Elektrooniliste seismograafide peamised eelised galvanomeetrilise registreerimisega seismograafide ees seisnevad selles, et a) sageduskarakteristiku vähenemine madalate sageduste suunas toimub sõltuvalt signaali sagedusest f mitte kui f^3, vaid kui f^2 - palju aeglasem, b) on võimalik kasutada seismograafi elektrilist väljundit tänapäevastes salvestites ja mis kõige olulisem – digitehnoloogia kasutamisel info mõõtmisel, kogumisel ja töötlemisel, c) võimalus mõjutada kõiki seismomeetri parameetreid kasutades tuntud automaatne tagasiside juhtimine (OS ) [Rykov A.V., 1963] . Siiski on punktil c seismomeetrias oma spetsiifiline rakendus. OS-i abil kujundatakse seismomeetri sageduskarakteristik, tundlikkus, täpsus ja stabiilsus. On avastatud meetod pendli enda võnkeperioodi suurendamiseks negatiivse tagasiside abil, mis ei ole teada ei automaatjuhtimises ega maailmas eksisteerivas seismomeetrias [Rykov A.V.,].

Venemaal on selgelt sõnastatud nähtus vertikaalse ja horisontaalse seismomeetri inertsiaalse tundlikkuse sujuvast üleminekust gravitatsioonitundlikkusesse, kui signaali sagedus väheneb [Rykov AV, 1979]. Kõrge signaali sageduse korral domineerib pendli inertsiaalne käitumine, väga madalal sagedusel väheneb inertsiaalne mõju nii palju, et gravitatsioonisignaal muutub valdavaks. Mida see tähendab? Näiteks maapinna vertikaalvõnkumiste ajal tekivad nii inertsijõud, mis sunnivad pendlit ruumis oma asendit säilitama, kui ka gravitatsioonijõudude muutus, mis on tingitud seadme kauguse muutumisest Maa keskpunktist. Massi ja Maa keskpunkti vahelise kauguse suurenemisega gravitatsioonijõud väheneb ja mass saab lisajõu, mis tõstab pendli üles. Ja vastupidi, seadme langetamisel - mass saab lisajõu, langetades selle alla.

Maapinna kõrge sagedusega vibratsiooni korral on inertsiaalne mõju mitu korda suurem kui gravitatsiooniline mõju. Madalatel sagedustel on vastupidi – kiirendused on üliväikesed ja inertsiaalne efekt praktiliselt väga väike ning gravitatsioonimuutuse mõju seismomeetri pendlile on kordades suurem. Horisontaalse seismomeetri puhul ilmnevad need nähtused siis, kui pendli pöördetelg kaldub kõrvale loodijoonest, mille määrab sama gravitatsioonijõud. Selguse huvides on vertikaalseimomeetri amplituudi sagedusreaktsioon näidatud joonisel 1. On selgelt näidatud, kuidas signaali sageduse vähenemisega muutub seismomeetri tundlikkus inertsiaalsest gravitatsiooniliseks. Ilma seda üleminekut arvesse võtmata on võimatu seletada tõsiasja, et gravimeetrid ja seismomeetrid on võimelised registreerima lunisolaarset loodet.. Traditsiooni kohaselt oleks vaja "kiiruse" joont pikendada nii madala tundlikkuseni, et loodete ja loodete perioodidega kuni 25 tundi ja 0,3 m amplituudi Moskvas ei saaks avastada. Tõusulaine ja tõusulaine salvestamise näide on näidatud joonisel 2. Siin on Z Maa pinna nihke rekord Moskvas 45 tunni jooksul, H on tõusulaine kalde rekord. Selgelt on näha, et maksimaalne kalle ei lange mitte tõusulaine, vaid tõusulaine nõlvale.

Seega on tänapäevaste elektrooniliste seismograafide iseloomulikeks tunnusteks Maa pinna võnkumiste lairiba sagedusreaktsioon 0–10 Hz ja digitaalne meetod nende võnkumiste mõõtmiseks. Asjaolu, et Bennioff jälgis 1964. aastal Maa loomulikku vibratsiooni pärast tugevat maavärinat pingemõõturite (pingemõõturite) abil, on nüüd kättesaadav tavalisele elektroonilisele seismograafile (Ameerika Ühendriikide suurim registreeritud maavärin magnituudiga 9,2, mis tabas Alaskal asuvat Prince William Soundi Suurel reedel, 28. märtsil 1964 Selle maavärina tagajärjed on siiani selgelt nähtavad, sealhulgas suurtel väljasurnud metsaaladel, kuna osa maast langetati 500 km, mõnel juhul kuni 16 m kaugusel. mitmel pool läks merevesi põhjavette, mets suri. Märkus Toim).

Joonis 3 kujutab Maa radiaalset (vertikaalset) võnkumist põhitoonil 3580 sek. pärast maavärinat.

Joonis 3. Vibratsioonirekordi vertikaalsed Z ja horisontaalsed H komponendid pärast maavärinat Iraanis 14. märtsil 1998, M = 6,9. On näha, et radiaalsed vibratsioonid prevaleerivad horisontaalse orientatsiooniga väändevibratsiooniga.

Näitame joonisel 4, kuidas näeb välja tugeva maavärina kolmekomponendiline rekord pärast digitaalse faili teisendamist visuaalseks failiks.

Joonis 4. Indias toimunud maavärina digitaalsalvestise näidis, M=7,9, 26.01.2001, saadi püsivas lairibajaamas KSESH-R.

Kahe pikisuunalise laine esimesed saabumised on selgelt nähtavad kuni 25 minutini, seejärel horisontaalseismograafidel siseneb põiklaine umbes 28 minuti pärast ja armastuslaine 33 minuti pärast. Keskmisel vertikaalkomponendil Love laine puudub (see on horisontaalne) ja aja jooksul algab Rayleighi laine (38 minutit), mis on nähtav nii horisontaalsel kui ka vertikaalsel jäljel.

Fotol nr 3 .4 on näha moodne elektrooniline vertikaalseismomeetri, mis näitab näiteid loodete rekorditest, Maa loomulikest võnkumistest ja tugeva maavärina rekorditest. Vertikaalse pendli peamised konstruktsioonielemendid on selgelt nähtavad: kaks massiketast kogukaaluga 2 kg, kaks silindrilist vedrut, mis kompenseerivad Maa gravitatsiooni ja hoiavad pendli massi horisontaalasendis. Seadme alusel olevate masside vahel on silindriline magnet, mille õhupilusse siseneb traadi mähis. Pool on pendli konstruktsioonis. Keskel "vaatab välja" mahtuvusmuunduri elektrooniline plaat. Õhukondensaator asub magneti taga ja on väikese suurusega. Kondensaatori pindala on ainult 2 cm (+2). Nihke, kiiruse ja nihke integraali tagasiside abil pendli sundimiseks kasutatakse pooliga magnetit. OS tagab joonisel 1 näidatud sageduskarakteristiku, seismomeetri stabiilsuse ajas ja maapinna vibratsiooni mõõtmise suure täpsuse suurusjärgus sajandik protsenti.

Foto nr 34. KSESH-R paigalduse vertikaalseismomeeter eemaldatud korpusega.

Rahvusvahelises praktikas on Wieland-Strekaizeni seismograafid pälvinud tuntust ja laialdast levikut. Need vahendid on võetud ülemaailmse digitaalseismilise vaatluse võrgustiku (IRIS) aluseks. IRIS seismomeetrite sageduskarakteristik on sarnane joonisel 1 näidatud sageduskarakteristikuga. Erinevus seisneb selles, et sagedustel alla 0,0001 Hz on Wielandi seismomeetrid rohkem "kinnitatud" integreeritud tagasisidega, mis tõi kaasa suurema ajalise stabiilsuse, kuid vähendas tundlikkust ülimadalatel sagedustel võrreldes KSESh seismograafidega umbes 3 korda.

Elektroonilised seismomeetrid on võimelised avastama eksootilisi imesid, mis võivad veel vaidlustada. Peterhofi ülikooli professor E.M.Linkov tõlgendas magnetroni vertikaalseismograafi abil 5–20-päevaste perioodidega võnkumisi Maa "hõljuvate" võnkumistena ümber Päikese orbiidil. Maa ja Päikese vaheline kaugus jääb traditsiooniliseks ning Maa võngub mõnevõrra justkui rihma otsas ellipsoidi pinnal, mille amplituudi suurus on kuni 400 mikronit. Nende kõikumiste ja päikese aktiivsuse vahel oli seos [vt lisaks viidet 22].

Seega on seismograafe 20. sajandi jooksul aktiivselt täiustatud. Selle protsessi revolutsioonilise alguse pani paika Venemaa teadlane vürst Boriss Borisovitš Golitsõn. Järgmisena võime oodata uusi tehnoloogiaid inertsiaalsete ja gravitatsiooniliste mõõtmismeetodite vallas. Võimalik, et just elektroonilised seismograafid suudavad lõpuks universumis gravitatsioonilaineid tuvastada.

Kirjandus

1. Golitzin B. Izv. Alaline seismiline komisjon AN 2, c. 2, 1906.

2. Golitsyn B.B. Izv. Alaline seismiline komisjon AN 3, c. 1, 1907.

3. Golitsyn B.B. Izv. Alaline seismiline komisjon AN 4, c. 2, 1911.

4. Golitsyn B., Seismomeetria loengud, toim. AN, Peterburi, 1912. a.

5. E.F.Savarensky, D.P.Kirnos, Seismoloogia ja seismomeetria elemendid. Ed. Teiseks, muudetud, osariik. Ed. Tehn.-teor. Lit., M.1955

6. Seismomeetriliste vaatluste seadmed ja meetodid NSV Liidus. Kirjastus "Teadus", M. 1974

7. D.P. Kirnos. Geophyse toimetised. ENSV Teaduste Akadeemia Instituut, nr 27 (154), 1955

8. D.P.Kirnos ja A.V.Rykov. Spetsiaalne kiire seismiline varustus tsunamihoiatuseks. Bull. Seismoloogianõukogu, "Tsunamiprobleemid", nr 9, 1961

9. A. V. Rykov. Tagasiside mõju pendli parameetritele. Izv. NSVL Teaduste Akadeemia ser. Geofiz., nr 7, 1963

10. A. V. Rykov. Maa võnkumiste vaatlemise probleemist. Seismomeetriliste vaatluste seadmed, meetodid ja tulemused. M., "Teadus", laup. "Seismilised instrumendid", nr. 12, 1979

11. A. V. Rykov. Seismomeeter ja Maa vibratsioonid. Izv. Venemaa Teaduste Akadeemia ser. Maa füüsika, M., "Teadus", 1992

12. Wieland E.., Streckeisen G. Lehtvedru seismomeeter - disain ja jõudlus // Bull.Seismol..Soc. Amer., 1982. Vol. 72. Lk 2349-2367.

13. Wieland E., Stein J.M. Digitaalne väga lairiba seismograaf // Ann.Geophys. Ser. B. 1986. Vol. 4, nr 3. Lk 227–232.

14. A. V. Rykov, I. P. Bašilov. Ülilairiba digitaalne seismomeetrite komplekt. laup. "Seismilised instrumendid", nr. 27, M., OIPH RASi kirjastus, 1997

15. K. Krylov Tugev maavärin Seattle'is 28.02.2001 http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

16. K. Krylov Katastroofiline maavärin Indias 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 Need on maailma tugevaimad maavärinad.

22. http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1580#1580 Maavärinate kuulutajad Maa-lähedases kosmoses – ajakirjas Urania ilmus uus artikkel (vene ja inglise keeles). MEPhI töötajate töö on pühendatud satelliidivaatlustel põhinevale maavärina ennustamisele.

Seismograaf- seade, mis registreerib maavärina ajal maapinna vibratsiooni. Tänapäeval on need keerukad elektroonikaseadmed. Kaasaegsetel seismograafidel olid oma eelkäijad. Esimene seismograaf leiutati 132. aastal Hiinas ja tõelised seismograafid ilmusid 1890. aastatel. Kaasaegne seismograaf kasutab inertsi omadust (omadus säilitada algset puhkeseisundit või ühtlast liikumist). Esmakordselt ilmusid instrumentaalsed vaatlused Hiinas, kus 132. aastal leiutas Chang-Khen seismoskoobi, mis oli oskuslikult valmistatud alus. Selle sisse asetatud pendliga anuma välisküljele olid graveeritud ringikujuliselt palle suus hoidvate draakonite pead. Maavärinast pendli kõikumise ajal kukkus konnade avatud suhu üks või mitu kuuli, mis asetati anumate juurtele nii, et konnad võisid need alla neelata. Kaasaegne seismograaf on instrumentide komplekt, mis registreerib maavärina ajal maapinna vibratsiooni ja muundab need seismogrammidel analoog- ja digitaalsel kujul salvestatud elektrisignaaliks. Kuid nagu varemgi, on peamine tundlik element koormusega pendel.

Seismilised lained läbivad maakera sees kohtades, mis on vaatluseks kättesaamatud. Kõik, mida nad teel kohtavad, muudab neid ühel või teisel viisil. Seetõttu aitab seismiliste lainete analüüs selgitada Maa sisemist ehitust.

Seismograafi abil saab hinnata maavärina energiat. Suhteliselt nõrgad maavärinad vabastavad energiat suurusjärgus 10 000 kg/m, s.o. piisav 10 tonni kaaluva koorma tõstmiseks 1 m kõrgusele.See energiatase võetakse nulliks, 100 korda suurema energiaga maavärin vastab 1-le, teine ​​100 korda võimsam vastab 2 skaala ühikule. Sellist skaalat nimetatakse kuulsa California seismoloogi C. Richteri auks Richteri skaalaks. Sellises skaalas olevat numbrit nimetatakse suurusjärguks ja seda tähistatakse tähega M. Skaalal endal ülemist piiri ei ole, seetõttu nimetatakse Richteri skaalat lahtiseks. Tegelikkuses loob Maa ise praktilise ülempiiri. Kõige tugevam registreeritud maavärin oli magnituudiga 8,9. Alates instrumentaalsete vaatluste algusest on registreeritud kaks sellist maavärinat, mõlemad ookeani all. Üks juhtus 1933. aastal Jaapani, teine ​​1906. aastal Ecuadori ranniku lähedal. Seega iseloomustab maavärina tugevus allikast kõigis suundades vabaneva energia hulka. See väärtus ei sõltu allika sügavusest ega kaugusest vaatluspunktini. Maavärina manifestatsiooni tugevus ei sõltu ainult allika tugevusest, vaid ka allika sügavusest (mida lähemal maavärinale, seda suurem on selle avaldumise tugevus), pinnase kvaliteedist (mida lahtisem ja ebastabiilsem). pinnas, seda suurem on avaldumise tugevus). Loomulikult loeb ka maapealsete hoonete kvaliteet. Maavärina avaldumise tugevus maapinnal määratakse Mercalli skaala järgi punktides. Punktid on tähistatud numbritega I kuni XII.

Seade maapinna vibratsiooni registreerimiseks maavärinate või plahvatuste ajal

Animatsioon

Kirjeldus

Seismograafe (SF) kasutatakse igat tüüpi seismiliste lainete tuvastamiseks ja salvestamiseks. Kaasaegse SF tööpõhimõte põhineb inertsi omadusel. Igasugune SF koosneb seismilisest vastuvõtjast või seismomeetrist ja salvestus- (salvestus)seadmest. SF põhiosa moodustab inertsiaalne keha – vedrule riputatud koormus, mis on jäigalt korpuse külge kinnitatud (joonis 1).

Lihtsaima seismograafi üldvaade vertikaalvõnkumiste registreerimiseks

Riis. üks

SF keha on fikseeritud tahkesse kivimisse ja seetõttu läheb maavärina ajal liikuma ning inertsiomaduse tõttu jääb pendel pinnase liikumisest maha. Seismiliste vibratsioonide (seismogrammide) salvestuse saamiseks kasutatakse SF korpuse külge kinnitatud konstantsel kiirusel pöörleva paberlindiga salvestitrumlit ja pendliga ühendatud pliiatsit (vt joonis 1). Maapinna nihkevektor määratakse horisontaalse ja vertikaalse komponendiga; Vastavalt sellele koosneb iga seismiliste vaatluste süsteem horisontaalsetest (nihkete registreerimiseks piki X- ja Y-telge) ja vertikaalsetest (nihete registreerimiseks mööda Z-telge) seismomeetritest.

Seismomeetrite puhul kasutatakse kõige sagedamini pendleid, mille pöördekese jääb suhteliselt rahulikuks või jääb võnkuva maapinna ja sellega seotud vedrustuse telje liikumisest maha. Geofoni võnkekeskuse puhkeaste iseloomustab selle toimimist ja selle määrab pinnase võnkumiste perioodi T p ja geofoni pendli loomulike võnkumiste perioodi T suhe. Kui T p ¤ T on väike, siis on võnkumiste kese praktiliselt liikumatu ja pinnase võnkumised taastoodetakse moonutusteta. T p ¤ T 1 lähedal on võimalikud resonantsist tingitud moonutused. Suurte T p ¤ T väärtuste korral, kui pinnase liikumine on väga aeglane, ei ilmne inertsiomadused, õõtsuskeskus liigub peaaegu tervikuna koos pinnasega ja seismiline vastuvõtja lõpetab pinnase vibratsiooni salvestamise. Seismilisel uurimisel võnkumiste registreerimisel on loomulike võnkumiste periood mitu sajandikku või kümnendikku sekundist. Kohaliku maavärina vibratsiooni registreerimisel võib periood olla ~ 1 s ja tuhandete kilomeetrite kaugusel asuvate maavärinate puhul peaks see olema suurusjärgus 10 sek.

SF tööpõhimõtet saab seletada järgmiste võrranditega.Olgu vedrule riputatud keha massiga M, mille teine ​​ots ja kaal on kinnitatud pinnasele. Kui pinnas liigub mööda Z-telge Z-väärtuse võrra ülespoole (translatsiooniline liikumine), jääb mass M maha inertsi tõttu ja nihkub Z-teljel allapoole z-väärtuse võrra (suhteline liikumine), mis tekitab vedrul tõmbejõu - cz (c on vedru jäikus). See jõud liikumise ajal peab olema tasakaalustatud absoluutse liikumise inertsjõuga:

M d 2 z¤ dt 2 = - cz,

kus z = Z - z.

Sellest tuleneb võrrand:

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

mille lahendus seob tegeliku pinnase nihke Z vaadeldava z-ga.

Ajastus

Algusaeg (logi kuni -3 kuni -1);

eluiga (log tc vahemikus -1 kuni 3);

Lagunemisaeg (log td -3 kuni -1);

Optimaalne arendusaeg (log tk vahemikus -1 kuni 1).

Diagramm:

Efekti tehnilised teostused

Horisontaalne seismomeeter tüüp SKGD

SKGD tüüpi horisontaalse seismomeetri üldvaade on näidatud joonisel fig. 2.

Horisontaalse seismomeetri SKGD skeem

Riis. 2

Nimetused:

2 - magnetsüsteem;

3 - muunduri mähis;

4 - vedrustusklamber;

5 - vedrustusvedru.

Seade koosneb pendlist 1, mis on riputatud klambri 4 külge, mis on kinnitatud seadme alusele. Pendli kogukaal on umbes 2 kg; antud pikkus on ca 50 cm. Lehtvedru on pinge all. Pendlile kinnitatud raamis on lame induktsioonmähis 3, millel on kolm isoleeritud vasktraadi mähist. Üks mähis on mõeldud pendli liikumise registreerimiseks ja sellega on ühendatud galvanomeetri ahel. Teine mähis reguleerib seismomeetri sumbumist ja sellega on ühendatud summutustakistus. Lisaks on kontrollimpulsi varustamiseks kolmas mähis (sama vertikaalsete seismomeetrite puhul). Seadme alusele on kinnitatud püsimagnet 2, mille õhupilus on mähiste keskmised osad. Magnetsüsteem on varustatud magnetšundiga, mis koosneb kahest pehmest raudplaadist, mille liikumine põhjustab magnetvälja tugevuse muutuse magneti õhupilus ja sellest tulenevalt ka sumbuskonstandi muutumist.

Pendli otsa on fikseeritud lame nool, mille all on millimeetrijaotusega skaala ja suurendusklaas, mille kaudu vaadeldakse skaalat ja noolt. Osuti asukohta saab lugeda skaalal 0,1 mm täpsusega. Pendli alus on varustatud kolme kinnituskruviga. Kaks külgmist seavad pendli nullasendisse. Eesmist seadistuskruvi kasutatakse pendli loomuliku perioodi reguleerimiseks. Pendli kaitsmiseks erinevate häirete eest asetatakse seade kaitsvasse metallkorpusesse.

Efekti rakendamine

Maavärinate või plahvatuste ajal maapinna vibratsiooni registreerimiseks kasutatavad SF-d on osa nii püsivatest kui ka mobiilsetest seismilistest jaamadest. Ülemaailmse seismiliste jaamade võrgustiku olemasolu võimaldab suure täpsusega määrata peaaegu kõigi maakera erinevates piirkondades toimuvate maavärinate parameetreid, samuti uurida Maa sisestruktuuri maakera leviku omaduste põhjal. erinevat tüüpi seismilised lained. Maavärina peamised parameetrid on eelkõige: epitsentri koordinaadid, fookuse sügavus, intensiivsus, magnituud (energiakarakteristikud). Eelkõige seismilise sündmuse koordinaatide arvutamiseks on vaja andmeid seismiliste lainete saabumisaegade kohta vähemalt kolme üksteisest piisava kaugusel asuva seismilise jaama kohta.

Seismograaf(teisest kreeka keelest σεισμός - maavärin ja muust kreeka keelest γράφω - kirjutama) või seismomeeter- mõõteseade, mida kasutatakse seismoloogias igat tüüpi seismiliste lainete tuvastamiseks ja registreerimiseks. Seade maavärina tugevuse ja suuna määramiseks.

Esimene teadaolev katse teha maavärina ennustaja kuulub Hiina filosoofile ja astronoomile Zhang Hengile.

ZhangHeng leiutas seadme, millele ta pani nimeks Houfeng. ” ning mis võiks salvestada maapinna vibratsiooni ja nende levimise suunda.

Houfeng ja sai maailma esimeseks seismograafiks. Seade koosnes suurest 2 m läbimõõduga pronksnõust, mille seintel asus kaheksa draakonipead. Draakoni lõuad avanesid ja igaühel oli pall suus.

Anuma sees oli pendel, mille peade külge olid kinnitatud vardad. Maa-aluse löögi tagajärjel hakkas pendel liikuma, mõjus peadele ja pall kukkus draakoni suust ühele kaheksast anuma põhjas istuvast kärnkonnast avatud suhu. Seade võttis värinad üles 600 km kaugusel sellest.

1.2. Kaasaegsed seismograafid

Esimene seismograaf kaasaegse disaini leiutas vene teadlane prints B. Golitsõn, mis kasutas mehaanilise vibratsioonienergia muundamist elektrivooluks.

Disain on üsna lihtne: raskus riputatakse vertikaalselt või horisontaalselt paiknevale vedrule ja raskuse teise otsa on kinnitatud pliiats.

Koorma vibratsiooni salvestamiseks kasutatakse pöörlevat paberlinti. Mida tugevam on tõuge, seda kaugemale sulg kaldub ja seda kauem vedru võngub.

Vertikaalne kaal võimaldab salvestada horisontaalselt suunatud lööke ja vastupidi, horisontaalsalvesti salvestab lööke vertikaaltasandil.

Reeglina toimub horisontaalne salvestamine kahes suunas: põhja-lõuna ja lääne-ida.

Seismoloogias kasutatakse olenevalt lahendatavatest ülesannetest erinevat tüüpi seismograafe: mehaanilisi, optilisi või elektrilisi erinevat tüüpi võimendus- ja signaalitöötlusmeetoditega. Mehaaniline seismograaf sisaldab tundlikku elementi (tavaliselt pendel ja siiber) ja salvesti.

Seismograafi alus on jäigalt ühendatud uuritava objektiga, mille vibratsioonide ajal toimub koormuse liikumine aluse suhtes. Signaal salvestatakse analoogkujul mehaanilise salvestusega salvestitel.

1.3. Seismograafi ehitamine

Materjalid: Pappkast; awl; Pael; plastiliin; pliiats; viltpliiats; nöör või tugev niit; tükk õhukest papist.

Seismograafi raam toimib pappkastina. See peab olema valmistatud üsna jäigast materjalist. Selle avatud külg on seadme esiosa.

Tulevase seismograafi ülemisse kaanesse on vaja täpiga auk teha. Kui jäikus " raamid» ei piisa, on vaja kasti nurgad ja servad liimida kleeplindiga, tugevdades seda, nagu fotol näidatud.

Rullige plastiliinist pall kokku ja tehke sellesse pliiatsiga auk. Lükake viltpliiats auku nii, et selle ots ulatuks veidi plastiliinipalli vastasküljest välja.

See on seismograafi osuti, mis on loodud maa vibratsioonijoonte joonistamiseks.

Viige niidi ots läbi kasti ülaosas oleva augu. Asetage kast alumisele küljele ja pingutage niit nii, et viltpliiats ripub vabalt.

Siduge niidi ülemine ots pliiatsi külge ja pöörake pliiatsit ümber telje, kuni eemaldate niidi lõtvu. Kui marker ripub õigel kõrgusel (see tähendab, puudutades kergelt karbi põhja), kinnitage pliiats teibiga oma kohale.

Lükake papileht viltpliiatsi otsa alla karbi põhja. Reguleerige kõike nii, et viltpliiatsi ots puudutaks kergesti pappi ja võib jätta kriipse.

Seismograaf on kasutusvalmis. See kasutab sama tööpõhimõtet nagu päris seadmed. Kaalutud vedrustus või pendel on raputamise suhtes inertsem kui raam.

Seadme praktikas testimiseks pole vaja oodata maavärinat. Peate lihtsalt raami raputama. Kardaan jääb paigale, kuid hakkab kartongile jooni tõmbama, nagu päris.

Seda on raske ette kujutada, kuid igal aastal toimub meie planeedil umbes miljon maavärinat! Loomulikult on need enamasti nõrgad värinad. Hävitava jõuga maavärinaid esineb palju harvemini, keskmiselt kord kahe nädala jooksul. Õnneks esineb enamik neist ookeanide põhjas ega too inimkonnale probleeme, kui just seismiliste nihkete tagajärjel tsunami ei teki.

Kõik teavad maavärinate katastroofilistest tagajärgedest: tektooniline tegevus äratab vulkaane, hiiglaslikud tõusulained uhuvad terveid linnu ookeani, rikked ja maalihked hävitavad hooneid, põhjustavad tulekahjusid ja üleujutusi ning nõuavad sadu ja tuhandeid inimelusid.

Seetõttu püüdsid inimesed kogu aeg maavärinaid uurida ja nende tagajärgi ennetada. Niisiis, Aristoteles IV sajandil. i juurde. e. uskus, et atmosfääri keerised tungivad maa sisse, milles on palju tühimikke ja pragusid. Pööriseid võimendab tulekahju ja nad otsivad väljapääsu, põhjustades maavärinaid ja vulkaanipurskeid. Aristoteles jälgis ka pinnase liikumist maavärinate ajal ja püüdis neid klassifitseerida, eristades kuut tüüpi liikumist: üles-alla, küljelt küljele jne.

Esimene teadaolev katse maavärina ennustamiseks oli Hiina filosoof ja astronoom Zhang Heng. Hiinas on neid looduskatastroofe juhtunud ja juhtub äärmiselt sageli, pealegi toimus kolm inimkonna ajaloo neljast suurimast maavärinast Hiinas. Ja 132. aastal leiutas Zhang Heng seadme, millele ta andis nime Houfeng "maavärina tuulelipp" ja mis suutis salvestada maapinna vibratsiooni ja nende levimise suunda. Houfengist sai maailma esimene seismograaf (kreekakeelsetest sõnadest seismos "fluctuation" ja grapho "ma kirjutan") seismiliste lainete tuvastamise ja salvestamise seade.

1906. aasta San Francisco maavärina tagajärjed

Rangelt võttes sarnanes seade pigem seismoskoobiga (kreekakeelsest skopeost "Ma vaatan"), sest selle näidud ei salvestatud mitte automaatselt, vaid vaatleja käega.

Houfeng valmistati vasest 180 cm läbimõõduga ja õhukeste seintega veininõu kujul. Laevast väljas oli kaheksa draakonit. Draakonipead osutasid kaheksas suunas: itta, lõunasse, läände, põhja, kirdesse, kagusse, loodesse ja edelasse. Iga draakon hoidis suus vaskpalli ja tema pea all istus lahtise suuga kärnkonn. Eeldatakse, et anuma sisse paigaldati vertikaalselt pendel varrastega, mis kinnitati draakonite peade külge. Kui maavärina tagajärjel pendel liikuma pandi, avas põrutuse poole suunatud peaga ühendatud varras draakoni suu ning pall veeres sellest välja vastava kärnkonna suhu. Kui kaks palli välja veereks, võiks eeldada maavärina tugevust. Kui seade oli epitsentris, veeresid kõik pallid välja. Instrumentaalvaatlejad said kohe salvestada maavärina aja ja suuna. Seade oli väga tundlik: püüdis kinni isegi nõrgad värinad, mille epitsenter oli sellest 600 km kaugusel. Aastal 138 näitas see seismograaf täpselt Lunxi piirkonnas toimunud maavärinat.

Euroopas hakati maavärinaid tõsiselt uurima palju hiljem. 1862. aastal ilmus Iiri inseneri Robert Maleti raamat "The Great Napolitan Earthquake of 1857: Basic Principles of Seismological Observations". Malet tegi ekspeditsiooni Itaaliasse ja koostas mõjutatud territooriumi kaardi, jagades selle neljaks tsooniks. Maleti tutvustatud tsoonid esindavad esimest, üsna primitiivset raputamise intensiivsuse skaalat.

Kuid seismoloogia kui teadus hakkas arenema alles pärast pinnase vibratsiooni registreerimisseadmete laialdast ilmumist ja kasutuselevõttu, see tähendab teadusliku seismomeetria tulekuga.

1855. aastal leiutas itaallane Luigi Palmieri seismograafi, mis suudab salvestada kaugeid maavärinaid. Ta tegutses vastavalt järgmisele põhimõttele: maavärina ajal paiskus elavhõbe sõltuvalt vibratsiooni suunast sfäärilisest mahust spetsiaalsesse anumasse. Mahuti kontaktindikaator peatas kella, näidates täpset aega, ja hakkas trumlile maa vibratsiooni salvestama.

1875. aastal konstrueeris teine ​​itaalia teadlane Filippo Sechi seismograafi, mis lülitas kella esimese löögi hetkel sisse ja registreeris esimese võnkumise. Esimene meieni jõudnud seismiline rekord tehti selle seadmega 1887. aastal. Pärast seda algasid kiired edusammud pinnase vibratsiooni registreerimisseadmete loomise vallas. 1892. aastal lõi Jaapanis töötav Inglise teadlaste rühm esimese üsna hõlpsasti kasutatava instrumendi, John Milne'i seismograafi. Juba 1900. aastal töötas ülemaailmne 40 seismilisest jaamast koosnev võrk, mis olid varustatud Milne'i instrumentidega.

Seismograaf koosneb ühe või teise konstruktsiooniga pendlist ja süsteemist selle võnkumiste registreerimiseks. Pendli võnkumiste registreerimismeetodi järgi saab seismograafid jagada vahetu registreerimisega seadmeteks, mehaaniliste vibratsioonide anduriteks ja tagasisidega seismograafideks.

Otsese salvestamise seismograafid kasutavad mehaanilist või optilist salvestusmeetodit. Algselt pandi mehaanilisel salvestusmeetodil pendli otsa pliiats, mis kriipis suitsupaberile joont, mis seejärel kaeti kinnitusseguga. Kuid mehaanilise registreerimisega seismograafi pendlit mõjutab tugevalt pliiatsi hõõrdumine paberil. Selle mõju vähendamiseks on vaja väga suurt pendli massi.

Optilise salvestusmeetodiga fikseeriti pöördeteljele peegel, mida valgustati läbi objektiivi ja peegeldunud kiir langes pöörlevale trumlile keritud fotopaberile.

Otsesalvestusmeetodit kasutatakse endiselt seismiliselt aktiivsetes tsoonides, kus pinnase liikumised on üsna suured. Kuid nõrkade maavärinate registreerimiseks ja allikatest suurel kaugusel on vaja pendli võnkumisi võimendada. Seda teostavad erinevad mehaaniliste nihkete muundurid elektrivooluks.

Diagramm seismiliste lainete levimise kohta maavärina allikast ehk hüpotsentrist (alumine) ja epitsentrist (ülemine).

Mehaaniliste vibratsioonide muundamise pakkus esmakordselt välja vene teadlane Boriss Borisovitš Golitsõn 1902. aastal. Tegemist oli elektrodünaamilisel meetodil põhineva galvanomeetrilise registreerimisega. Püsimagneti väljale asetati jäigalt pendli külge kinnitatud induktsioonmähis. Pendli võnkumisel magnetvoog muutus, mähises tekkis elektromotoorjõud ja voolu registreeriti peegelgalvanomeetriga. Valguskiir suunati galvanomeetri peeglisse ja peegeldunud kiir, nagu optilisel meetodil, langes fotopaberile. Sellised seismograafid võitsid paljudeks aastakümneteks ülemaailmse tunnustuse.

Viimasel ajal on laialt levinud nn parameetrilised muundurid. Nendes muundurites põhjustab mehaaniline liikumine (pendli massi liikumine) elektriahela mõne parameetri (näiteks elektritakistuse, mahtuvuse, induktiivsuse, valgusvoo jne) muutumise.

B. Golitsõn.

Seismoloogilise jaama adit. Sinna paigaldatud seadmed püüavad kinni ka kõige väiksemad pinnase vibratsioonid.

Mobiilne paigaldus geofüüsikaliste ja seismoloogiliste uuringute jaoks.

Selle parameetri muutus toob kaasa voolutugevuse muutumise ahelas ja sel juhul määrab elektrisignaali suuruse pendli nihe (ja mitte selle kiirus). Seismomeetria erinevatest parameetrilistest muunduritest kasutatakse kahte peamiselt fotoelektrilist ja mahtuvuslikku. Kõige populaarsem on Benioffi mahtuvusmuundur. Valikukriteeriumitest osutusid peamisteks seadme lihtsus, lineaarsus, madal sisemüra tase, toiteallika efektiivsus.

Seismograafid on tundlikud maa vertikaalsete või horisontaalsete vibratsioonide suhtes. Pinnase liikumise jälgimiseks igas suunas kasutatakse tavaliselt kolme seismograafi: üks vertikaalse pendliga ja kaks horisontaalse ida- ja põhjasuunalise pendliga. Vertikaalsed ja horisontaalsed pendlid erinevad oma konstruktsiooni poolest, mistõttu on nende sageduskarakteristikute täieliku identsuse saavutamine üsna keeruline.

Arvutite ja analoog-digitaalmuundurite tulekuga on seismiliste seadmete funktsionaalsus järsult suurenenud. Sai võimalikuks üheaegselt salvestada ja analüüsida mitme seismilise anduri signaale reaalajas, võtta arvesse signaalide spektreid. See andis põhjapaneva hüppe seismiliste mõõtmiste teabesisus.

Seismograafe kasutatakse eelkõige maavärina nähtuse enda uurimiseks. Nende abil on võimalik instrumentaalselt määrata maavärina tugevust, toimumiskohta, esinemissagedust antud kohas ja maavärinate valdavaid esinemiskohti.

Seismoloogilise jaama seadmed Uus-Meremaal.

Põhiteavet Maa siseehituse kohta saadi ka seismilistest andmetest, tõlgendades maavärinate ja võimsate plahvatuste põhjustatud ning Maa pinnal vaadeldavate seismiliste lainete välju.

Seismiliste lainete salvestamise abil tehakse ka maakoore ehituse uuringuid. Näiteks näitavad 1950. aastatel tehtud uuringud, et maakoore kihtide paksus ja ka lainekiirus neis on kohati erinev. Kesk-Aasias ulatub maakoore paksus 50 km-ni ja Jaapanis -15 km-ni. Maakoore paksuse kaart on loodud.

Võib eeldada, et peagi ilmuvad uued tehnoloogiad inertsiaal- ja gravitatsioonimõõtmismeetodites. Võimalik, et just uue põlvkonna seismograafid suudavad tuvastada gravitatsioonilaineid Universumis.

Seismograafi salvestus

Teadlased üle maailma töötavad välja projekte satelliitide maavärinahoiatussüsteemide loomiseks. Üks selline projekt on interferomeetriline sünteetiline ava radar (InSAR). See radar, õigemini radarid, jälgib tektooniliste plaatide nihkumist teatud piirkonnas ja tänu neile saadavatele andmetele saab salvestada isegi peeneid nihkeid. Teadlased usuvad, et tänu sellele tundlikkusele on võimalik täpsemalt määrata kõrgepinge seismiliselt ohtlike tsoonide piirkondi.