Tko je izumio seizmograf - kada je izumljen? Tko je i kada izumio prvi seizmograf za predviđanje potresa Kako radi seizmograf.

voditelj laboratorija seizmometrija Instituta za fiziku Zemlje RAS

Prošlo stoljeće dalo je svijetu otkriće B.B. Golitsyn galvanometrijske metode promatranja seizmičkih pojava. Naknadni napredak seizmometrije povezan je s ovim otkrićem. Nasljednici slučaja Golitsyn bili su ruski znanstvenik D.P. Kirnos, Amerikanci Wood-Andersen, Press Ewing. Ruska škola seizmometrije pod vodstvom D.P. Kirnos je bio poznat po pažljivom proučavanju opreme i metoda metrološke podrške za seizmička promatranja. Snimke seizmičkih događaja postale su vlasništvo seizmologije pri rješavanju ne samo kinematičkih, već i dinamičkih problema. Prirodni nastavak razvoja seizmometrije bilo je korištenje elektroničkih sredstava za dobivanje informacija iz ispitne mase seizmometara, korištenje u oscilografiji i digitalnim metodama za mjerenje, prikupljanje i obradu seizmičkih podataka. Seizmometrija je oduvijek uživala u plodovima znanstvenog i tehnološkog napretka dvadesetog stoljeća. U Rusiji 70-80-ih godina. razvijeni su elektronički seizmografi koji pokrivaju raspon frekvencija od ultraniskih frekvencija (formalno od 0 Hz) do 1000 Hz.

Uvod

Potresi! Za one koji žive u aktivnim seizmičkim zonama, ovo nije prazna fraza. Ljudi žive u miru, zaboravljajući na prethodnu katastrofu. Ali iznenada, najčešće noću, dolazi IT. U početku samo drhtanje, čak i bacanje iz kreveta, zveckanje posuđa, padanje namještaja. Zatim huk stropova koji se urušavaju, nestalni zidovi, prašina, mrak, jauci. Tako je bilo 1948. u Ashgabatu. Zemlja je za to saznala mnogo kasnije. Vruće. Gotovo goli djelatnik Instituta za seizmologiju u Ashgabatu te se noći spremao govoriti na republičkoj konferenciji o seizmičnosti i pisao izvješće. Počelo oko 2 sata. Uspio je istrčati u dvorište. Na ulici, u oblacima prašine i tamnoj južnoj noći, ništa se nije vidjelo. Njegova supruga, također seizmologinja, uspjela je ući na vrata koja su s obje strane odmah zatvorena urušenim stropovima. Njezinu sestru, koja je zbog vrućine spavala na podu, prekrivao je ormar čija su se vrata otvarala kako bi pružila "zaklon" tijelu. Ali noge su bile stisnute vrhom ormarića.

U Ashgabatu je nekoliko desetaka tisuća stanovnika umrlo zbog noći i nedostatka antiseizmičkih zgrada (čuo sam procjene da je poginulo do 50.000 ljudi. U svakom slučaju, G.P. Gorshkov, šef Odjela za dinamičku geologiju, Moskovska država Sveučilište je tako reklo. Ed.) Dobro je preživjela zgradu za koju je arhitekt koji ju je projektirao osuđen zbog prekomjerne potrošnje.

Sada u sjećanju čovječanstva postoje deseci povijesnih i modernih katastrofalnih potresa koji su odnijeli milijune ljudskih života. Od najjačih potresa mogu se navesti kao što su Lisabon 1755., japanski 1891., Assam (Indija) 1897., San Francisco 1906., Messina (Sicilija-Kalibrija) 1908., kineski 1920. i 1976. (Već mnogo kasnije od Ashgabata 1976. u Kini, potres je odnio 250.000 života, a prošlogodišnji indijski također je ubio najmanje 20.000 Ed.), Japanski 1923., Čile 1960., Agadir (Maroko) 1960. gyu, Aljaska, 1964. (Armenija) 1988. Nakon potresa na Aljasci, Benyeoff, američki stručnjak u području seizmometrije, dobio je zapis o prirodnim vibracijama Zemlje kao kugla koja je pogođena. Prije, a posebno nakon jakog potresa, postoji niz - stotine i tisuće - slabijih potresa (afterpotresa). Njihovo promatranje s osjetljivim seizmografima omogućuje ocrtavanje područja glavnog udara i dobivanje prostornog opisa izvora potresa.

Postoje dva načina izbjegavanja velikih gubitaka od potresa: protuseizmička izgradnja i rano upozorenje na mogući potres. Ali obje metode ostaju neučinkovite. Antiseizmička konstrukcija nije uvijek prikladna za vibracije uzrokovane potresima. Postoje čudni slučajevi neobjašnjivog uništavanja armiranog betona, kao što je bio slučaj u Kobeu u Japanu. Struktura betona je poremećena do te mjere da se beton mrvi u prah na antičvorovima stajaćih valova. Postoje rotacije zgrada, kao što je uočeno u Spitaku, Leninakan, u Rumunjskoj.

Potrese prate i druge pojave. Sjaj atmosfere, poremećaj radio komunikacija i ništa manje strašni fenomen tsunamija, čiji se morski valovi ponekad javljaju ako se središte (središte) potresa dogodi u dubokom morskom rovu svjetskog oceana (ne svi potresi koji se događaju na padinama dubokomorskog rova ​​su tsunamigeni, ali se potonji detektiraju pomoću seizmografa karakterističnim znakovima pomaka u žarištu). Tako je bilo u Lisabonu, na Aljasci, u Indoneziji. Posebno su opasni jer se gotovo iznenada pojavljuju valovi na obali, na otocima. Primjer su Havajski otoci. Val od potresa na Kamčatki 1952. došao je neočekivano nakon 22 sata. Val tsunamija je neprimjetan na otvorenom moru, ali kada dođe na obalu, poprima strminu vodeće fronte, brzina vala se smanjuje i dolazi do vala vode, što dovodi do rasta vala ponekad i do 30 m, ovisno o jačina potresa i reljef obale. Takav val potpuno je ispran u kasnu jesen 1952. godine, grad Severo-Kurilsk, koji se nalazi na obali tjesnaca između oko. Paramušir i o. Šumšu. Udar vala i njegovo pomicanje unatrag bili su toliko jaki da su tenkovi koji su se nalazili u luci jednostavno odneli i nestali "u nepoznatom smjeru". Očevidac je rekao da se probudio od vibracija jakog potresa i da nije mogao brzo zaspati. Odjednom je začuo jaku niskofrekventnu tutnjavu s lijeve strane. Gledajući kroz prozor i ni sekunde ne razmišljajući u čemu se nalazi, iskočio je na snijeg i otrčao na brdo, uspjevši sustići val koji je napredovao.

Gornja karta prikazuje seizmički najaktivniji pacifički tektonski pojas. Točke označavaju epicentre jakih potresa samo za 20. stoljeće. Karta daje predodžbu o aktivnom životu našeg planeta, a njezini podaci govore puno o mogućim uzrocima potresa općenito. Postoje mnoge hipoteze o uzrocima tektonskih manifestacija na licu Zemlje, ali još uvijek ne postoji pouzdana teorija globalne tektonike koja nedvosmisleno definira teoriju fenomena.

Čemu služe seizmografi?

Prije svega, da bi se proučio sam fenomen, zatim je potrebno instrumentalno odrediti jačinu potresa, njegovo mjesto nastanka i učestalost pojavljivanja tih pojava na određenom mjestu i pretežna mjesta njihova nastanka. Elastične vibracije izazvane potresom, poput snopa svjetlosti iz reflektora, sposobne su osvijetliti detalje Zemljine strukture.

Pobuđuju se četiri glavne vrste valova: longitudinalni, koji imaju najveću brzinu širenja i dolaze do promatrača na prvom mjestu, zatim poprečne oscilacije i najsporiji - površinski valovi s oscilacijama duž elipse u okomitoj ravnini (Rayleigh) i u horizontalnoj ravnina (Ljubav) u smjeru širenja. Razlika u vremenu dolaska prvih vala koristi se za određivanje udaljenosti do epicentra, položaja hipocentra, te za određivanje unutarnje strukture Zemlje i lokacije izvora potresa. Snimanjem seizmičkih valova koji su prošli kroz Zemljinu jezgru, bilo je moguće utvrditi njezinu strukturu. Vanjska jezgra bila je u tekućem stanju. U tekućini se šire samo uzdužni valovi. Čvrsta unutarnja jezgra detektira se pomoću poprečnih valova, koji su pobuđeni uzdužnim valovima koji pogađaju granicu tekućine i tvrdoće. Iz slike zabilježenih oscilacija i vrsta valova, iz vremena dolaska seizmičkih valova seizmografima na površinu Zemlje, bilo je moguće odrediti dimenzije sastavnih dijelova jezgre, njihove gustoće.

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

Mehanički seizmički instrumenti

Princip rada seizmičkih senzora - seizmometara - koji formiraju seizmografski sustav, koji uključuje takve čvorove - seizmometar, pretvarač njegovog mehaničkog signala u električni napon i snimač - uređaj za pohranu informacija, temelji se odmah na Newtonovom prvom i trećem zakonu. - svojstvo masa na inerciju i gravitaciju. Glavni element uređaja bilo kojeg seizmometra je masa, koja ima određeni ovjes na bazi uređaja. U idealnom slučaju, masa ne bi trebala imati nikakve mehaničke ili elektromagnetske veze s tijelom. Samo visi u svemiru! Međutim, to je još uvijek neizvedivo u uvjetima Zemljine privlačnosti. Postoje vertikalni i horizontalni seizmometri. Prvo, masa se može kretati samo u okomitoj ravnini i obično je obješena oprugom kako bi se suprotstavila sili gravitacije Zemlje. U horizontalnim seizmometrima masa ima stupanj slobode samo u horizontalnoj ravnini. Ravnotežni položaj mase održava se i znatno slabijom ovjesnom oprugom (obično ravne ploče) i, osobito, Zemljinom gravitacijskom obnavljajućom silom koja je uvelike oslabljena reakcijom gotovo okomite osi ovjesa i djeluje u gotovo horizontalnoj ravnina kretanja mase.

Najstariji uređaji za bilježenje čina potresa otkriveni su i obnovljeni u Kini [Savarensky E.F., Kirnos D.P., 1955.]. Uređaj nije imao sredstva za snimanje, već je samo pomogao u određivanju jačine potresa i smjera prema njegovom epicentru. Takvi instrumenti nazivaju se seizmoskopi. Drevni kineski seizmoskop datira iz 123. godine poslije Krista i umjetničko je i inženjersko djelo. Unutar umjetnički oblikovane posude nalazilo se astatsko njihalo. Masa takvog njihala nalazi se iznad elastičnog elementa, koji podupire njihalo u okomitom položaju. U posudi, uz azimute, nalaze se zmajeva usta, u koja su postavljene metalne kuglice. Prilikom jakog potresa visak je udario u kuglice i one su padale u male posude u obliku žaba otvorenih usta. Naravno, maksimalni udari njihala pali su po azimutu na izvor potresa. Po kuglicama pronađenim u žabama bilo je moguće utvrditi odakle dolaze potresni valovi. Takvi instrumenti nazivaju se seizmoskopi. Danas se široko koriste, dajući vrijedne informacije o velikim potresima masovnih razmjera na velikom području. U Kaliforniji (SAD) postoje tisuće seizmoskopa koji snimaju astatičnim njihalima na sferičnom staklu prekrivenom čađom. Obično je vidljiva složena slika kretanja vrha njihala na staklu u kojoj se mogu razlikovati oscilacije uzdužnih valova koji ukazuju na smjer prema izvoru. A maksimalne amplitude trajektorija snimanja daju predodžbu o jačini potresa. Period titranja njihala i njegovo prigušenje postavljeni su na način da se modelira ponašanje tipičnih građevina, a time i procijeni intenzitet potresa. Magnituda potresa određena je vanjskim karakteristikama utjecaja vibracija na ljude, životinje, drveće, tipične zgrade, namještaj, posuđe itd. Postoje različite ljestvice bodovanja. U medijima se koristi "Richterova ljestvica". Ova je definicija osmišljena za masovnog stanovnika i ne odgovara znanstvenoj terminologiji. Ispravno je reći – magnitude potresa po Richteru. Određuje se instrumentalnim mjerenjima uz pomoć seizmografa i uvjetno označava logaritam maksimalne brzine snimanja, vezano uz izvor potresa. Ova vrijednost uvjetno pokazuje oslobođenu energiju elastičnih vibracija u izvoru potresa.

Sličan seizmoskop izradio je 1848. Talijan Cacciatore, u kojem su njihalo i kuglice zamijenjeni živom. Tijekom vibracija tla, živa se ulijevala u posude raspoređene ravnomjerno po azimutima. U Rusiji se koriste seizmoskopi S.V. Medvedeva, u Armeniji su razvijeni seizmoskopi AIS-a A.G. Nazarova, u kojima se koristi nekoliko njihala različitih frekvencija. Oni omogućuju grubo dobivanje spektra vibracija, t.j. ovisnost amplitude zapisa o frekvencijama vibracija tijekom potresa. Ovo je vrijedna informacija za projektante antiseizmičkih zgrada.

Prvi seizmograf od znanstvenog značaja izgradio je 1879. u Japanu Ewing. Uteg za njihalo bio je prsten od lijevanog željeza težine 25 kg, obješen na čeličnu žicu. Ukupna duljina njihala bila je gotovo 7 metara. Zbog duljine dobiven je moment tromosti od 1156 kgּ m 2. Relativni pokreti njihala i tla zabilježeni su na zadimljenom staklu koje se okreće oko okomite osi. Veliki moment inercije pridonio je smanjenju učinka trenja vrha njihala o staklo. Godine 1889. japanski seizmolog objavio je opis horizontalnog seizmografa, koji je poslužio kao prototip za veliki broj seizmografa. Slični seizmografi izrađeni su u Njemačkoj 1902.-1915. Prilikom izrade mehaničkih seizmografa problem povećanja osjetljivosti mogao se riješiti samo uz pomoć Arhimedovih poluga povećala. Sila trenja tijekom snimanja oscilacija svladana je zbog ogromne mase njihala. Dakle, Wiechertov seizmograf imao je njihalo mase 1000 kg. U ovom slučaju ostvareno je povećanje od samo 200 za razdoblja zabilježenih oscilacija koje ne prelaze vlastiti period njihala od 12 sekundi. Najveću masu imao je Wiechertov vertikalni seizmograf čija je težina njihala bila 1300 kg, ovješena na snažnim zavojnim oprugama od čelične žice od 8 mm. Osjetljivost je bila 200 za razdoblja seizmičkih valova ne veća od 5 sekundi. Wiechert je bio veliki izumitelj i dizajner mehaničkih seizmografa te je izgradio nekoliko različitih i genijalnih instrumenata. Snimanje relativnog gibanja inercijske mase njihala i tla provedeno je na zadimljenom papiru, rotiranom kontinuiranom trakom pomoću satnog mehanizma.

Seizmografi s galvanometrijskom registracijom

Revoluciju u tehnici seizmometrije napravio je briljantni znanstvenik u području optike i matematike, princ B. B. Golitsyn. Izumio je metodu galvanometrijskog snimanja potresa. Rusija je osnivač seizmografa s galvanometrijskom registracijom u svijetu. Prvi put u svijetu razvio je teoriju seizmografa 1902. godine, stvorio seizmograf i organizirao prve seizmičke stanice na kojima su instalirani novi instrumenti. Njemačka je imala iskustva u proizvodnji seizmografa i tamo su proizvedeni prvi seizmometri Golitsyn. Međutim, aparat za snimanje je projektiran i proizveden u radionicama Ruske akademije znanosti u Sankt Peterburgu. I do sada ovaj uređaj ima sve karakteristične značajke prvog matičara. Bubanj, na koji je bio pričvršćen fotografski papir, dug gotovo 1 m i širok 28 cm, pokretan je rotacijskim pokretom s pomakom pri svakom okretaju za odabranu udaljenost i mijenjan prema zadatku promatranja duž osi bubnja. Razdvajanje seizmometra i sredstava za bilježenje relativnih pomaka inercijalne mase uređaja bilo je toliko progresivno i uspješno da su takvi seizmografi još dugi niz desetljeća dobivali svjetsko priznanje. B.B. Golitsyn izdvojio je sljedeće prednosti nove metode registracije.

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

2. Provođenje registracije za udaljenosti od mjesta seizmometara. Udaljenost, suha prostorija, dostupnost seizmičkim zapisima za njihovu daljnju obradu dali su novu kvalitetu procesu seizmičkih opažanja i isključivanje nepoželjnih učinaka na seizmometre od strane osoblja seizmičke stanice.

3. Neovisnost o kvaliteti snimanja od zanositi nulti seizmometri.

Ove glavne prednosti odredile su razvoj i korištenje galvanometrijske registracije u cijelom svijetu tijekom mnogih desetljeća.

Težina njihala više nije igrala takvu ulogu kao u mehaničkim seizmografima. Trebalo je uzeti u obzir samo jedan fenomen - magnetoelektričnu reakciju okvira galvanometra, smještenog u zračnom rasporu trajnog magneta, na njihalo seizmometra. Ova reakcija je u pravilu smanjila prigušenje njihala, što je dovelo do pobuđivanja njegovih dodatnih vlastitih oscilacija, što je iskrivilo valni obrazac snimljenih valova od potresa. Stoga je B.B. Golitsyn upotrijebio masu njihala od 20 kg kako bi zanemario povratnu reakciju galvanometra na seizmometar.

Katastrofalni potres 1948. u Ashgabatu potaknuo je financiranje širenja mreže seizmičkih promatranja u SSSR-u. Za opremanje novih i starih seizmičkih stanica, profesor D.P. Kirnos, zajedno s inženjerom V.N. Solovjevom, razvio je galvanometrijske seizmografe općeg tipa SGK i SVK zajedno s galvanometrom GK-VI. Radovi su započeti u zidovima Seizmološkog instituta Akademije znanosti SSSR-a i njegovih instrumentalnih radionica. Kirnosove uređaje odlikovalo je temeljito znanstveno i tehničko proučavanje. Tehnika kalibracije i rada dovedena je do savršenstva, čime je osigurana visoka točnost (oko 5%) amplitudno-faznog frekvencijskog odziva (AFC) pri snimanju događaja. To je omogućilo seizmolozima postavljanje i rješavanje ne samo kinematičkih, već i dinamičkih problema prilikom interpretacije zapisa. Na taj se način škola D.P. Kirnosa povoljno razlikovala od američke škole sličnih instrumenata. D.P. Kirnos poboljšao je teoriju seizmografa s galvanometrijskom registracijom uvođenjem koeficijenta sprege seizmometra i galvanometra, što je omogućilo konstruiranje amplitudnog frekvencijskog odziva seizmografa za snimanje pomaka tla, prvo u pojasu od 0,08 - 5 Hz, a zatim u pojasu 0,05 - 10 Hz pomoću novorazvijenih seizmometara tipa SKD. U ovom slučaju govorimo o uvođenju širokopojasnog frekvencijskog odziva u seizmometriju.

Ruski mehanički seizmografi

Nakon katastrofe u Severo-Kurilsku, izdana je Vladina uredba o uspostavi službe za upozorenje na tsunami na Kamčatki, Sahalinu i Kurilskim otocima. Provedba Uredbe povjerena je Akademiji znanosti, Hidrometeorološkoj službi SSSR-a i Ministarstvu komunikacija. Godine 1959. u ove krajeve poslana je komisija da razjasni situaciju na terenu. Petropavlovsk Kamčatski, Severo-Kurilsk, Južno-Kurilsk, Sahalin. Prijevozno sredstvo - zrakoplov LI-2 (bivši Douglas), parobrod podignut s dna mora i restauriran, čamci. Prvi let je zakazan za 6 sati ujutro. Komisija je na vrijeme stigla do zračne luke "Khalatyrka" (Petropavlovsk-Kamčatski). Ali avion je ranije poletio - nebo nad Šumšuom se otvorilo. Nekoliko sati kasnije pronađen je teretni LI-2 i sigurno slijetanje na baznu traku s podzemnim uzletištima, koju su izgradili Japanci. Šumšu je najsjeverniji otok u lancu Kurila. Samo na sjeverozapadu iz voda Okhotskog mora uzdiže se prekrasan stožac vulkana Adelaide. Otok izgleda potpuno ravno, kao debela palačinka među morskim vodama. Na otoku uglavnom graničari. Komisija je stigla na jugozapadni mol. Tamo je čekao pomorski čamac, koji je velikom brzinom jurio u luku Severo-Kurilsk. Na palubi je, osim komisije, nekoliko putnika. Sa strane, mornar i djevojka oduševljeno razgovaraju. Brod punom brzinom ulijeće u akvatorij luke. Kormilar na ručnom telegrafu daje znak strojarnici: "Ding-ding", a drugi "Ding-ding" - nema učinka! Iznenada mornar sa strane poleti glavom dolje. Nešto kasno - čamac se dosta snažno urezuje u drvene ograde ribarske škune. Čips leti, ljudi skoro padaju. Mornari su šutke, bez ikakvih emocija, privezali čamac. Takva je specifičnost službe na Dalekom istoku.

Na putovanju je bilo svega: lagane kiše čije su kapljice letjele gotovo paralelno sa zemljom, malog i tvrdog bambusa - staništa medvjeda, te ogromne "torbe na žici" u koju su ukrcavani putnici (žena s djetetom u centar) i podignuta parnim vitlom na palubu obnovljenog broda zbog velikog olujnog vala, te kamion GAZ-51, u čijoj je otvorenoj karoseriji komisija prešla otok Kunashir od Tihog oceana do obale Okhotska i koji se mnogo puta okrenuo u ogromnoj lokvi na pola puta - prednji kotači u jednom ljepilu, stražnji kotači u drugom - do tada, dok se kolotraga nije ispravila običnom lopatom, a linija za surfanje na ulazu u mriješten potok, označena kontinuiranom trakom kavijara crvenog lososa.

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

Održana je sjednica Predsjedništva Akademije znanosti posvećena provedbi Vladine uredbe. Predsjedavajući akademik Nesmeyanov s velikim, impozantnim, preplanulim licem, nizak akademik-tajnik Topčijev, članovi predsjedništva. Poznati seizmolog E.F.Savarensky izvijestio je, demonstrirajući cijelu fotografiju mehaničkog seizmografa [Kirnos D.P., Rykov A.V., 1961.]. U raspravi je sudjelovao akademik Artsimovich: "Problem tsunamija se lako rješava prenošenjem svih objekata na obali na visine iznad 30 metara!" . Ekonomski je to nemoguće i ne rješava se pitanje jedinica Pacifičke flote.

U drugoj polovici 20. stoljeća započela je era elektroničkih seizmografa. Parametarski pretvarači se postavljaju na njihala seizmometara u elektroničkim seizmografima. Ime su dobili po pojmu – parametar. Kapacitet zračnog kondenzatora, induktivna reaktancija visokofrekventnog transformatora, otpor fotootpornika, vodljivost fotodiode ispod LED snopa, Hallov senzor i sve što je došlo pod ruku izumiteljima elektroničkog seizmografa može poslužiti kao promjenjivi parametar. Među kriterijima odabira, glavni su se pokazali jednostavnost uređaja, linearnost, niska razina unutarnje buke, učinkovitost napajanja. Glavne prednosti elektroničkih seizmografa u odnosu na seizmografe s galvanometrijskom registracijom su da a) dolazi do smanjenja frekvencijskog odziva prema niskim frekvencijama, ovisno o frekvenciji signala f, ne kao f^3, već kao f^2 - znatno sporije, b) moguće je koristiti električni izlaz seizmografa u modernim snimačima, i, što je najvažnije, u korištenju digitalne tehnologije za mjerenje, akumuliranje i obradu informacija, c) mogućnost utjecaja na sve parametre seizmometra korištenjem dobro poznato automatsko upravljanje povratnom spregom (OS) [Rykov A.V., 1963] . Međutim, točka c) ima svoju specifičnu primjenu u seizmometriji. Uz pomoć OS-a formira se frekvencijski odziv, osjetljivost, točnost i stabilnost seizmometra. Otkrivena je metoda povećanja vlastitog perioda titranja njihala uz pomoć negativne povratne sprege, koja je nepoznata ni u automatskoj regulaciji ni u seizmometriji koja postoji u svijetu [Rykov A.V.,].

U Rusiji je jasno formuliran fenomen glatkog prijelaza inercijalne osjetljivosti vertikalnog i horizontalnog seizmometra u njegovu gravitacijsku osjetljivost kako frekvencija signala opada [Rykov AV, 1979]. Pri visokoj frekvenciji signala prevladava inercijalno ponašanje njihala; na vrlo niskoj frekvenciji inercijski učinak je toliko smanjen da gravitacijski signal postaje prevladavajući. Što to znači? Na primjer, tijekom vertikalnih oscilacija tla nastaju obje inercijalne sile, koje tjeraju njihalo da zadrži svoj položaj u prostoru, i promjena gravitacijskih sila zbog promjene udaljenosti uređaja od središta Zemlje. S povećanjem udaljenosti između mase i središta Zemlje, sila gravitacije se smanjuje i masa dobiva dodatnu silu koja podiže njihalo prema gore. I, obrnuto, pri spuštanju uređaja - masa prima dodatnu silu, spuštajući je prema dolje.

Za visoke frekvencije vibracija tla, inercijski učinak je višestruko veći od gravitacijskog. Na niskim frekvencijama je obrnuto – ubrzanja su iznimno mala, a inercijski učinak je praktički vrlo mali, a učinak promjene gravitacije za njihalo seizmometra bit će višestruko veći. Za horizontalni seizmometar ove pojave će se očitovati kada os njihanja njihala odstupi od viska, što je određeno istom gravitacijskom silom. Radi jasnoće, amplitudni frekvencijski odziv vertikalnog seizmometra prikazan je na Sl.1. Jasno je prikazano kako se, sa smanjenjem frekvencije signala, osjetljivost seizmometra mijenja iz inercijalne u gravitacijsku. Bez uzimanja u obzir ovog prijelaza nemoguće je objasniti činjenicu da gravimetri i seizmometri mogu bilježiti lunisolarne plime. Prema tradiciji, bilo bi potrebno proširiti liniju "brzine" na tako nisku osjetljivost da plime i oseke s periodima od do 25 sati i amplituda od 0,3 m u Moskvi ne bi mogla biti otkrivena. Primjer bilježenja plime i nagiba u plimnom valu prikazan je na sl.2. Ovdje je Z zapis pomaka Zemljine površine u Moskvi za 45 sati, H je zapis nagiba u plimnom valu. Jasno se vidi da maksimalni nagib ne pada na grbu plime, već na nagib plimnog vala.

Dakle, karakteristične značajke suvremenih elektroničkih seizmografa su širokopojasni frekvencijski odziv od 0 do 10 Hz oscilacija Zemljine površine i digitalna metoda za mjerenje tih oscilacija. Činjenica da je Bennioff 1964. godine promatrao prirodne vibracije Zemlje nakon jakog potresa pomoću strainmetara (strainmeters) sada je dostupna običnom elektroničkom seizmografu (Najveći zabilježeni potres u Sjedinjenim Državama bio je magnitude 9,2 koji je pogodio Sound Prince Williama na Aljasci na Veliki petak, 28. ožujka 1964. Posljedice tog potresa još uvijek su jasno vidljive, pa tako i na prostranim područjima izumrle šume, budući da je dio kopna spušten na udaljenosti od 500 km, u nekim slučajevima i do 16 m, a na mnogim mjestima morska voda je otišla u podzemne vode, šuma je zamrla. Napomena, ur.).

Slika 3 prikazuje radijalno (vertikalno) titranje Zemlje na temeljnom tonu u 3580 sec. nakon potresa.

sl.3. Vertikalna Z i horizontalna H komponenta zapisa vibracija nakon potresa u Iranu, 14. ožujka 1998., M = 6,9. Može se vidjeti da radijalne vibracije prevladavaju nad torzijskim vibracijama koje imaju horizontalnu orijentaciju.

Pokažimo na slici 4 kako izgleda trokomponentni zapis jakog potresa nakon pretvaranja digitalne datoteke u vizualnu.

sl.4. Uzorak digitalne snimke potresa u Indiji, M=7,9, 26.01.2001., primljen na stalnoj širokopojasnoj stanici KSESH-R.

Prvi dolasci dvaju longitudinalnih vala jasno su vidljivi do 25 minuta, zatim na horizontalnim seizmografima poprečni val ulazi u oko 28 minuta i Love val na 33 minute. Na srednjoj vertikalnoj komponenti nema Love vala (horizontalni je), a s vremenom počinje Rayleighov val (38 minuta), koji je vidljiv i na horizontalnim i na vertikalnim tragovima.

Na fotografiji br. 3 .4 možete vidjeti moderni elektronski vertikalni seizmometar, koji prikazuje primjere zapisa plime, prirodnih oscilacija Zemlje i zapisa jakog potresa. Jasno su vidljivi glavni strukturni elementi vertikalnog njihala: dva diska mase ukupne težine 2 kg, dvije cilindrične opruge koje kompenziraju Zemljinu gravitaciju i drže masu njihala u vodoravnom položaju. Između masa na bazi uređaja nalazi se cilindrični magnet u čiji zračni raspor ulazi zavojnica žice. Zavojnica je uključena u dizajn njihala. U sredini "gleda" elektronska ploča kapacitivnog pretvarača. Kondenzator zraka nalazi se iza magneta i male je veličine. Površina kondenzatora je samo 2 cm (+2). Magnet sa zavojnicom se koristi za prisiljavanje njihala uz pomoć povratne sprege o pomaku, brzini i integralu pomaka. OS osiguravaju frekvencijski odziv prikazan na slici 1, stabilnost seizmometra tijekom vremena i visoku točnost mjerenja vibracija tla reda veličine stotinke postotka.

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

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

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

Stoga su seizmografi aktivno unapređivani tijekom 20. stoljeća. Početak revolucionarnog početka ovog procesa postavio je knez Boris Borisovič Golitsyn, ruski znanstvenik. Sljedeće na redu, možemo očekivati ​​nove tehnologije u inercijskim i gravitacijskim metodama mjerenja. Moguće je da će upravo elektronički seizmografi konačno moći detektirati gravitacijske valove u Svemiru.

Književnost

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

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

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

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

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

6. Oprema i metode seizmometrijskih promatranja u SSSR-u. Izdavačka kuća "Znanost", M. 1974

7. D.P. Kirnos. Zbornik radova Geofiz. Institut Akademije znanosti SSSR-a, br. 27 (154), 1955.

8. D.P.Kirnos i A.V.Rykov. Posebna seizmička oprema velike brzine za upozorenje na tsunami. Bik. Vijeće za seizmologiju, "Problemi tsunamija", broj 9, 1961

9. A. V. Rykov. Utjecaj povratne sprege na parametre njihala. Izv. Akademija znanosti SSSR, ser. Geofiz., broj 7, 1963

10. A. V. Rykov. O problemu promatranja Zemljinih oscilacija. Oprema, metode i rezultati seizmometrijskih promatranja. M., "Znanost", sub. "Seizmički instrumenti", br. 12, 1979

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

12. Wieland E.., Streckeisen G. Seismometar s lisnatim oprugama - dizajn i izvedba // Bull.Seismol..Soc. Amer., 1982. Vol. 72. P.2349-2367.

13. Wieland E., Stein J.M. Digitalni vrlo širokopojasni seizmograf // Ann.Geofiz. Ser. B. 1986. sv. 4, br. 3. Str. 227 - 232.

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

15. K. Krylov Snažan potres u Seattleu 28. veljače 2001 http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

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

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

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

Seizmograf- uređaj koji registrira vibracije tla tijekom potresa. Danas su to složeni elektronički uređaji. Moderni seizmografi imali su svoje prethodnike. Prvi seizmograf izumljen je 132. godine u Kini, a pravi seizmografi pojavili su se 1890-ih. Suvremeni seizmograf koristi svojstvo inercije (osobina održavanja izvornog stanja mirovanja ili jednolikog gibanja). Po prvi put, instrumentalna opažanja pojavila su se u Kini, gdje je 132. godine Chang-Khen izumio seizmoskop, koji je bio vješto izrađeno plovilo. Na vanjskoj strani posude s njihalom postavljenim unutra urezane su u krug glave zmajeva koji drže kuglice u ustima. Tijekom zamaha njihala od potresa, jedna ili više kuglica upala je u otvorena usta žaba, postavljena na podnožje posuda na način da su ih žabe mogle progutati. Suvremeni seizmograf je skup instrumenata koji registriraju vibracije tla tijekom potresa i pretvaraju ih u električni signal zabilježen na seizmogramima u analognom i digitalnom obliku. Međutim, kao i prije, glavni osjetljivi element je njihalo s teretom.

Seizmički valovi prolaze unutar globusa na mjestima koja su nedostupna promatranju. Sve što sretnu na putu ih na ovaj ili onaj način mijenja. Stoga analiza seizmičkih valova pomaže razjasniti unutarnju strukturu Zemlje.

Seizmograf se može koristiti za procjenu energije potresa. Relativno slabi potresi oslobađaju energiju reda veličine 10 000 kg/m, t.j. dovoljan za podizanje tereta težine 10 tona na visinu od 1 m. Ova razina energije uzima se kao nula, potres sa 100 puta više energije odgovara 1, drugi 100 puta snažniji odgovara 2 jedinice ljestvice. Takva se ljestvica zove Richterova ljestvica u čast poznatog američkog seizmologa iz Kalifornije C. Richtera. Broj u takvoj ljestvici naziva se magnituda i označava se s M. U samoj ljestvici nema gornje granice, zbog toga se Richterova ljestvica naziva otvorena. U stvarnosti, sama Zemlja stvara praktičnu gornju granicu. Najjači zabilježeni potres bio je magnitude 8,9. Od početka instrumentalnih promatranja zabilježena su dva takva potresa, oba ispod oceana. Jedna se dogodila 1933. kod obale Japana, a druga 1906. kod obale Ekvadora. Dakle, magnituda potresa karakterizira količinu energije koju oslobađa izvor u svim smjerovima. Ova vrijednost ne ovisi o dubini izvora, niti o udaljenosti do točke promatranja. Jačina manifestacije potresa ovisi ne samo o jačini, već i o dubini izvora (što je izvor bliže površini, to je jačina njegovog očitovanja veća), o kvaliteti tla (što je labaviji i nestabilniji). tlo, to je veća snaga manifestacije). Naravno, bitna je i kvaliteta prizemnih zgrada. Jačina manifestacije potresa na zemljinoj površini određena je Mercallijevom ljestvicom u bodovima. Točke su označene brojevima od I do XII.

Uređaj za bilježenje vibracija zemljine površine tijekom potresa ili eksplozija

Animacija

Opis

Seizmografi (SF) se koriste za otkrivanje i snimanje svih vrsta seizmičkih valova. Princip rada modernih SF temelji se na svojstvu tromosti. Svaki SF sastoji se od seizmičkog prijamnika ili seizmometra i uređaja za snimanje (snimanje). Glavni dio SF je inercijalno tijelo - teret ovješen na oprugu s nosača, koji je kruto pričvršćen za tijelo (slika 1).

Opći prikaz najjednostavnijeg seizmografa za snimanje vertikalnih oscilacija

Riža. jedan

Tijelo SF-a je učvršćeno u čvrstoj stijeni i stoga se pokreće tijekom potresa, a zbog svojstva tromosti visak zaostaje za kretanjem tla. Za snimanje seizmičkih vibracija (seizmograma) koristi se bubanj za snimanje s papirnatom trakom koja se vrti konstantnom brzinom, pričvršćen za tijelo SF-a i olovka spojena na njihalo (vidi sliku 1). Vektor pomaka zemljine površine određen je horizontalnom i vertikalnom komponentom; Sukladno tome, svaki sustav za seizmička promatranja sastoji se od horizontalnih (za bilježenje pomaka duž osi X, Y) i vertikalnih (za bilježenje pomaka duž Z osi) seizmometara.

Za seizmometre se najčešće koriste njihala čije središte ljuljanja ostaje relativno mirno ili zaostaje za kretanjem oscilirajuće zemljine površine i s njom povezane osi ovjesa. Stupanj mirovanja središta ljuljanja geofona karakterizira njegov rad i određen je omjerom perioda T p oscilacija tla prema periodu T prirodnih oscilacija geofonskog njihala. Ako je T p ¤ T mali, tada je središte oscilacija praktički nepomično i oscilacije tla se reproduciraju bez izobličenja. Pri T p ¤ T blizu 1 moguća su izobličenja uslijed rezonancije. Pri velikim vrijednostima T p ¤ T , kada su kretanja tla vrlo spora, svojstva inercije se ne pojavljuju, središte ljuljanja se pomiče gotovo kao cjelina s tlom, a seizmički prijemnik prestaje bilježiti vibracije tla. Prilikom registriranja oscilacija u seizmičkim istraživanjima, period prirodnih oscilacija je nekoliko stotinki ili desetinki sekunde. Prilikom registriranja vibracija od lokalnih potresa, period može biti ~ 1 sec, a za potrese udaljene tisućama kilometara trebao bi biti reda veličine 10 sec.

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

M d 2 z¤ dt 2 = - cz,

gdje je z = Z - z.

Iz ovoga slijedi jednadžba:

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

čije rješenje povezuje pravi pomak tla Z s promatranim z.

Vrijeme

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

Životni vijek (log tc od -1 do 3);

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

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

Dijagram:

Tehničke realizacije efekta

Horizontalni seizmometar tipa SKGD

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

Shema horizontalnog seizmometra SKGD

Riža. 2

Oznake:

2 - magnetski sustav;

3 - zavojnica pretvarača;

4 - ovjesna stezaljka;

5 - opruga ovjesa.

Uređaj se sastoji od njihala 1 obješenog na stezaljku 4 na postolje pričvršćeno na podnožje uređaja. Ukupna težina njihala je oko 2 kg; zadana duljina je oko 50 cm. Lisnata opruga je pod napetošću. U okviru pričvršćenom na njihalo nalazi se ravna indukcijska zavojnica 3 s tri namota izolirane bakrene žice. Jedan namot služi za registraciju kretanja njihala, a na njega je spojen galvanometarski krug. Drugi namot služi za podešavanje slabljenja seizmometra, a na njega je spojen otpor prigušenja. Osim toga, postoji i treći namot za dovod kontrolnog impulsa (isto za vertikalne seizmometre). Stalni magnet 2 pričvršćen je na podnožje uređaja, u čijem se zračnom rasporu nalaze srednji dijelovi namota. Magnetski sustav je opremljen magnetskim šantom, koji se sastoji od dvije mekane željezne ploče, čije kretanje uzrokuje promjenu jakosti magnetskog polja u zračnom rasporu magneta i, posljedično, promjenu konstante prigušenja.

Na kraju njihala je učvršćena ravna strelica ispod koje se nalazi skala s milimetarskim podjelama i povećalo kroz koje se promatra skala i strelica. Položaj pokazivača može se očitati na skali s točnošću od 0,1 mm. Baza njihala opremljena je s tri vijka za postavljanje. Dvije bočne služe za postavljanje njihala u nulti položaj. Prednji vijak služi za podešavanje prirodnog perioda njihala. Za zaštitu njihala od raznih smetnji, uređaj se stavlja u zaštitno metalno kućište.

Primjena efekta

SF koji se koriste za registriranje vibracija tla tijekom potresa ili eksplozija dio su stalnih i mobilnih seizmičkih postaja. Postojanje globalne mreže seizmičkih stanica omogućuje određivanje s velikom točnošću parametara gotovo svakog potresa koji se dogodio u različitim dijelovima globusa, kao i proučavanje unutarnje strukture Zemlje na temelju karakteristika širenja seizmički valovi raznih vrsta. Glavni parametri potresa prvenstveno uključuju: koordinate epicentra, dubinu žarišta, intenzitet, magnitudu (energetska karakteristika). Konkretno, za izračunavanje koordinata seizmičkog događaja potrebni su podaci o vremenu dolaska seizmičkih valova najmanje tri seizmičke postaje koje se nalaze na dovoljnoj udaljenosti jedna od druge.

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

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

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

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

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

1.2. Moderni seizmografi

Prvi seizmograf moderni dizajn izumio je ruski znanstvenik, princ B. Golitsyn, koji je koristio pretvorbu energije mehaničkih vibracija u električnu struju.

Dizajn je prilično jednostavan: uteg je ovješen na okomito ili vodoravno smještenu oprugu, a na drugi kraj utega pričvršćena je olovka za snimanje.

Za bilježenje vibracija tereta koristi se rotirajuća papirna traka. Što je pritisak jači, pero više odstupa i opruga duže oscilira.

Vertikalna težina omogućuje snimanje vodoravno usmjerenih udara, i obrnuto, horizontalni snimač bilježi udare u okomitoj ravnini.

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

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

Baza seizmografa čvrsto je povezana s predmetom koji se proučava, tijekom čijih vibracija dolazi do pomicanja tereta u odnosu na bazu. Signal se snima u analognom obliku na snimače s mehaničkim snimanjem.

1.3. Izrada seizmografa

materijali: Kartonska kutija; šilo; vrpca; plastelin; olovka; flomaster; konac ili jak konac; komad tankog kartona.

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

U gornjem poklopcu budućeg seizmografa potrebno je šilom napraviti rupu. Ako je krutost za " okviri» nije dovoljno, potrebno je kutove i rubove kutije zalijepiti ljepljivom trakom, ojačavajući je, kao što je prikazano na fotografiji.

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

Ovo je seizmografski pokazivač dizajniran za crtanje linija zemljinih vibracija.

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

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

Provucite list kartona ispod vrha flomastera na dno kutije. Sve namjestite tako da vrh flomastera lako dodiruje karton i ostavlja crte.

Seizmograf je spreman za rad. Koristi isti princip rada kao prava oprema. Utegnuti ovjes, ili njihalo, bit će inercijskiji u odnosu na podrhtavanje od okvira.

Za testiranje uređaja u praksi nije potrebno čekati potres. Morate samo protresti okvir. Kardan će ostati na mjestu, ali će početi crtati linije na kartonu, baš kao pravi.

Teško je zamisliti, ali svake godine na našem planetu ima oko milijun potresa! Naravno, uglavnom se radi o slabim potresima. Potresi razorne snage događaju se puno rjeđe, u prosjeku jednom u dva tjedna. Na sreću, većina ih se javlja na dnu oceana i ne donose nikakve probleme čovječanstvu, osim ako se tsunami ne dogodi kao posljedica seizmičkih pomaka.

Svi znaju za katastrofalne posljedice potresa: tektonska aktivnost budi vulkane, divovski plimni valovi ispiraju cijele gradove u ocean, rasjedi i klizišta uništavaju zgrade, uzrokuju požare i poplave i oduzimaju stotine i tisuće ljudskih života.

Stoga su ljudi u svakom trenutku nastojali proučavati potrese i spriječiti njihove posljedice. Dakle, Aristotel u IV stoljeću. na ja. e. vjerovali da atmosferski vrtlozi prodiru u zemlju, u kojoj ima mnogo praznina i pukotina. Vihori se pojačavaju vatrom i traže izlaz, uzrokujući potrese i vulkanske erupcije. Aristotel je također promatrao pomake tla tijekom potresa i pokušao ih klasificirati, identificirajući šest tipova kretanja: gore i dolje, s jedne na drugu stranu itd.

Prvi poznati pokušaj da se napravi prediktor potresa bio je kineski filozof i astronom Zhang Heng. U Kini su se ove prirodne katastrofe događale i događaju iznimno često, štoviše, tri od četiri najveća potresa u ljudskoj povijesti dogodila su se u Kini. A 132. Zhang Heng izumio je uređaj kojemu je dao ime Houfeng "potresna vremenska lopatica" i koji je mogao bilježiti vibracije zemljine površine i smjer njihova širenja. Houfeng je postao prvi svjetski seizmograf (od grčkog seismos "fluktuacija" i grapho "pišem") uređaj za otkrivanje i snimanje seizmičkih valova.

Posljedice potresa u San Franciscu 1906

Strogo govoreći, uređaj je više nalikovao seizmoskopu (od grčkog skopeo "gledam"), jer njegova očitanja nisu zabilježena automatski, već rukom promatrača.

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

U Europi su se potresi počeli ozbiljno proučavati mnogo kasnije. Godine 1862. objavljena je knjiga irskog inženjera Roberta Maleta "Veliki napuljski potres 1857.: Osnovna načela seizmoloških promatranja". Malet je napravio ekspediciju u Italiju i napravio kartu zahvaćenog teritorija, podijelivši ga u četiri zone. Zone koje je uveo Malet predstavljaju prvu, prilično primitivnu ljestvicu intenziteta podrhtavanja.

No seizmologija se kao znanost počela razvijati tek raširenom pojavom i uvođenjem u praksu instrumenata za bilježenje vibracija tla, odnosno pojavom znanstvene seizmometrije.

Godine 1855. Talijan Luigi Palmieri izumio je seizmograf koji je mogao bilježiti udaljene potrese. Postupio je prema sljedećem principu: tijekom potresa živa se izlila iz sfernog volumena u poseban spremnik, ovisno o smjeru vibracija. Indikator kontakta kontejnera zaustavio je sat, pokazujući točno vrijeme, i počeo bilježiti vibracije zemlje na bubnju.

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

Seizmograf se sastoji od njihala jedne ili druge izvedbe i sustava za bilježenje njegovih oscilacija. Prema načinu bilježenja oscilacija njihala, seizmografi se mogu podijeliti na uređaje s izravnom registracijom, pretvarače mehaničkih vibracija i seizmografe s povratnom spregom.

Seizmografi za izravno snimanje koriste mehaničku ili optičku metodu snimanja. U početku, mehaničkom metodom snimanja, olovka je postavljena na kraj njihala, zagrebajući liniju na dimljenom papiru, koji je zatim prekriven sastavom za fiksiranje. Ali na njihalo seizmografa s mehaničkom registracijom snažno utječe trenje olovke o papir. Za smanjenje tog utjecaja potrebna je vrlo velika masa njihala.

Optičkom metodom snimanja na os rotacije je fiksirano zrcalo koje se osvjetljavalo kroz leću, a reflektirana zraka padala je na fotografski papir namotan na rotirajući bubanj.

Metoda izravnog snimanja još uvijek se koristi u seizmički aktivnim zonama, gdje su pomaci tla prilično veliki. Ali da bi se registrirali slabi potresi i na velikim udaljenostima od izvora, potrebno je pojačati oscilacije njihala. To se provode raznim pretvaračima mehaničkih pomaka u električnu struju.

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

Transformaciju mehaničkih vibracija prvi je predložio ruski znanstvenik Boris Borisovič Golitsyn 1902. godine. Bila je to galvanometrijska registracija temeljena na elektrodinamičkoj metodi. U polje stalnog magneta postavljena je indukcijska zavojnica čvrsto pričvršćena na njihalo. Kada je njihalo osciliralo, promijenio se magnetski tok, u zavojnici je nastala elektromotorna sila, a struja je zabilježena zrcalnim galvanometrom. Snop svjetlosti bio je usmjeren na zrcalo galvanometra, a reflektirani snop, kao u optičkoj metodi, padao je na fotografski papir. Takvi seizmografi osvajali su svjetsko priznanje u mnogim narednim desetljećima.

U posljednje vrijeme su takozvani parametarski pretvarači postali široko rasprostranjeni. Kod ovih pretvarača mehaničko kretanje (gibanje mase njihala) uzrokuje promjenu nekog parametra električnog kruga (na primjer, električni otpor, kapacitet, induktivitet, svjetlosni tok itd.).

B. Golitsyn.

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

Mobilna instalacija za geofizička i seizmološka istraživanja.

Promjena ovog parametra dovodi do promjene struje u krugu, a u ovom slučaju je pomak njihala (a ne njegova brzina) ono što određuje veličinu električnog signala. Od raznih parametarskih pretvarača u seizmometriji, dva se uglavnom koriste fotoelektrična i kapacitivna. Najpopularniji je Benioff kapacitivni pretvarač. Među kriterijima odabira, glavni su se pokazali jednostavnost uređaja, linearnost, niska razina unutarnje buke, učinkovitost napajanja.

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

Pojavom računala i analogno-digitalnih pretvarača, funkcionalnost seizmičke opreme dramatično se povećala. Postalo je moguće istovremeno snimati i analizirati signale s nekoliko seizmičkih senzora u stvarnom vremenu, uzimajući u obzir spektre signala. To je omogućilo temeljni skok u informacijskom sadržaju seizmičkih mjerenja.

Seizmografi se prvenstveno koriste za proučavanje samog fenomena potresa. Uz njihovu pomoć moguće je instrumentalno odrediti jačinu potresa, mjesto njegovog nastanka, učestalost pojavljivanja na određenom mjestu, te pretežna mjesta nastanka potresa.

Oprema seizmološke stanice na Novom Zelandu.

Osnovne informacije o unutarnjem ustroju Zemlje dobivene su i iz seizmičkih podataka tumačenjem polja seizmičkih valova uzrokovanih potresima i snažnim eksplozijama i promatranih na površini Zemlje.

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

Može se očekivati ​​da će se uskoro pojaviti nove tehnologije u inercijskim i gravitacijskim metodama mjerenja. Moguće je da će upravo seizmografi nove generacije moći detektirati gravitacijske valove u Svemiru.

Snimanje seizmografa

Znanstvenici diljem svijeta razvijaju projekte za stvaranje satelitskih sustava upozorenja na potres. Jedan od takvih projekata je radar s interferometrijskom sintetičkom aperturom (InSAR). Ovaj radar, odnosno radari, prati pomicanje tektonskih ploča na određenom području, a zahvaljujući podacima koje dobivaju mogu se zabilježiti čak i suptilni pomaci. Znanstvenici smatraju da je zbog te osjetljivosti moguće točnije odrediti područja visokonaponskih seizmički opasnih zona.