Siapa yang mencipta Seismograf - Bilakah ia dicipta? Siapa dan bila mencipta seismograf pertama untuk meramal gempa bumi Bagaimana seismograf berfungsi.

ketua makmal Institut Seismometry Fizik Bumi RAS

Abad yang lalu memberi dunia penemuan B.B. Kaedah galvanometrik Golitsyn untuk memerhati fenomena seismik. Kemajuan seterusnya dalam seismometri adalah berkaitan dengan penemuan ini. Pengganti karya Golitsyn adalah saintis Rusia D.P. Kirnos, Amerika Wood-Andersen, Press-Ewing. Sekolah seismometri Rusia di bawah D.P. Kirnose dibezakan oleh pembangunan menyeluruh peralatan dan kaedah sokongan metrologi untuk pemerhatian seismik. Rakaman kejadian seismik telah menjadi hak milik seismologi untuk menyelesaikan bukan sahaja masalah kinematik, tetapi juga masalah dinamik. Kesinambungan semula jadi bagi pembangunan seismometer ialah penggunaan cara elektronik untuk mengumpul maklumat daripada jisim ujian seismometer, penggunaannya dalam osilografi dan dalam kaedah digital untuk mengukur, mengumpul dan memproses data seismik. Seismometri sentiasa mendapat manfaat daripada kemajuan saintifik dan teknologi abad kedua puluh. Di Rusia pada tahun 70-80an. Seismograf elektronik telah dibangunkan yang meliputi julat frekuensi daripada frekuensi ultra-rendah (secara rasmi dari 0 Hz) hingga 1000 Hz.

pengenalan

Gempa bumi! Bagi mereka yang tinggal di zon seismik aktif, ini bukan frasa kosong. Rakyat hidup aman damai, melupakan bencana sebelumnya. Tetapi tiba-tiba, paling kerap pada waktu malam, IT datang. Pada mulanya hanya ada hentakan, malah membuang anda dari katil, ketukan pinggan mangkuk, perabot jatuh. Kemudian deruan siling runtuh, dinding tidak kekal, debu, kegelapan, rintihan. Ini berlaku pada tahun 1948 di Ashgabat. Negara mengetahui perkara ini kemudian. panas. Seorang pekerja Institut Seismologi di Ashgabat yang hampir berbogel pada malam itu sedang bersedia untuk bercakap pada persidangan republik mengenai seismicity dan sedang menulis laporan. Ia bermula sekitar jam 2. Dia sempat melompat keluar ke halaman rumah. Di jalan, dalam awan debu dan malam selatan yang gelap, tiada apa yang kelihatan. Isterinya, juga ahli seismologi, berjaya berdiri di ambang pintu, yang segera ditutup di kedua-dua belah oleh siling runtuh. Kakaknya, yang tidur di atas lantai kerana panas, ditutup dengan almari pakaian, pintu yang dibuka, menyediakan "tempat perlindungan" untuk badan. Tetapi kaki saya dicubit oleh bahagian atas kabinet.

Di Ashgabat, beberapa puluh ribu penduduk mati akibat waktu malam dan kekurangan bangunan anti-seismik (saya mendengar anggaran mencecah 50,000 orang mati. Walau apa pun, itulah yang G.P. Gorshkov, ketua jabatan geologi dinamik Negeri Moscow Universiti, berkata. Nota Ed.) Terselamat dari sebuah bangunan yang mana arkitek yang mereka bentuknya telah disabitkan dengan overrun kos.

Kini dalam ingatan manusia, terdapat berpuluh-puluh gempa bumi bencana sejarah dan moden yang telah meragut jutaan nyawa manusia. Antara gempa bumi terkuat kita boleh menyenaraikan yang berikut: Lisbon 1755, Jepun 1891, Assam (India) 1897, San Francisco 1906, Messina (Sicily-Calibria) 1908, China 1920 dan 1976. (Lama selepas Ashgabat pada tahun 1976, gempa bumi di China meragut 250,000 nyawa, dan gempa bumi India tahun lepas juga sekurang-kurangnya 20,000. Ed.), Jepun 1923, Chile 1960, Agadir (Maghribi) 1960, Alaska, 1964 ., Spitak (Armenia) ) 1988. Selepas gempa bumi di Alaska, Beneoff, pakar Amerika dalam bidang seismometer, memperoleh rekod getaran semula jadi Bumi sebagai bola yang dipukul. Sebelum dan, terutamanya, selepas gempa bumi yang kuat, satu siri - ratusan dan ribuan - gempa bumi yang lebih lemah (gegaran susulan) berlaku. Memerhati mereka dengan seismograf sensitif memungkinkan untuk menggambarkan kawasan kejutan utama dan mendapatkan penerangan spatial tentang sumber gempa.

Terdapat dua cara untuk mengelakkan kerugian besar akibat gempa bumi: pembinaan anti-seismik dan amaran awal kemungkinan gempa bumi. Tetapi kedua-dua kaedah tetap tidak berkesan. Pembinaan anti-seismik tidak selalunya mencukupi untuk getaran yang disebabkan oleh gempa bumi. Terdapat kes pelik konkrit bertetulang gagal dijelaskan, seperti di Kobe, Jepun. Struktur konkrit sangat rosak sehingga konkrit runtuh menjadi debu pada antinod gelombang berdiri. Putaran bangunan berlaku, seperti yang diperhatikan di Spitak, Leninakan, dan Romania.

Gempa bumi disertai dengan fenomena lain. Cahaya atmosfera, gangguan komunikasi radio dan fenomena tsunami yang tidak kurang dahsyatnya, ombak laut yang kadangkala berlaku jika pusat (fokus) gempa berlaku di parit laut dalam di lautan dunia (bukan semua gempa bumi. yang berlaku di cerun parit laut dalam adalah tsunamigenik, tetapi yang terakhir dikesan menggunakan seismograf berdasarkan tanda ciri anjakan dalam fokus). Ini berlaku di Lisbon, Alaska, dan Indonesia. Mereka amat berbahaya kerana ombak muncul hampir tiba-tiba di pantai, di pulau-pulau. Contoh - Kepulauan Hawaii. Gelombang dari gempa bumi Kamchatka 1952 tiba secara tidak dijangka selepas 22 jam. Gelombang tsunami tidak kelihatan di laut terbuka, tetapi apabila ia datang ke darat, ia memperoleh bahagian hadapan yang curam, kelajuan ombak berkurangan dan lonjakan air berlaku, yang membawa kepada pertumbuhan ombak kadang-kadang sehingga 30 m, bergantung kepada kekuatan. gempa bumi dan topografi pantai. Gelombang sedemikian menghanyutkan sepenuhnya bandar Severo-Kurilsk, yang terletak di pantai selat antara pulau itu, pada akhir musim luruh tahun 1952. Paramushir dan Fr. saya buat bising. Kekuatan hentaman ombak dan pergerakan terbaliknya sangat kuat sehingga kereta kebal yang terletak di pelabuhan itu dihanyutkan begitu saja dan hilang "dalam arah yang tidak diketahui." Seorang saksi berkata, dia tersedar daripada getaran gempa bumi yang kuat dan tidak dapat tidur dengan cepat. Tiba-tiba dia terdengar bunyi dengungan frekuensi rendah yang kuat datang dari pelabuhan. Sambil memandang ke luar tingkap dan tidak memikirkan sesaat tentang apa yang dipakainya, dia melompat keluar ke dalam salji dan berlari ke sebuah bukit, berjaya mengatasi ombak yang semakin maju.

Peta di bawah menunjukkan tali pinggang tektonik Pasifik yang paling aktif secara seismik. Titik menunjukkan pusat gempa bumi kuat pada abad ke-20 sahaja. Peta memberikan gambaran tentang kehidupan aktif planet kita, dan datanya banyak mengatakan tentang kemungkinan penyebab gempa bumi secara umum. Terdapat banyak hipotesis mengenai punca manifestasi tektonik di muka Bumi, tetapi masih belum ada teori tektonik global yang boleh dipercayai yang secara jelas menentukan teori fenomena tersebut.

Apakah kegunaan seismograf?

Pertama sekali, untuk mengkaji fenomena itu sendiri, maka adalah perlu untuk menentukan secara instrumental kekuatan gempa bumi, tempat kejadiannya dan kekerapan kejadian fenomena ini di tempat tertentu dan tempat utama kejadiannya. Getaran elastik yang teruja oleh gempa bumi, seperti pancaran cahaya dari lampu sorot, boleh menerangi butiran struktur Bumi.

Empat jenis gelombang utama teruja: longitudinal, yang mempunyai kelajuan maksimum perambatan dan tiba di pemerhati terlebih dahulu, kemudian ayunan melintang dan gelombang permukaan yang paling perlahan dengan ayunan elips dalam satah menegak (Rayleigh) dan dalam satah mendatar (Cinta). ) ke arah pembiakan. Perbezaan masa kedatangan pertama gelombang digunakan untuk menentukan jarak ke pusat gempa, kedudukan hiposenter dan untuk menentukan struktur dalaman Bumi dan lokasi punca gempa bumi. Dengan merakam gelombang seismik yang melalui teras Bumi, adalah mungkin untuk menentukan strukturnya. Teras luar berada dalam keadaan cair. Hanya gelombang membujur merambat dalam cecair. Teras dalaman pepejal dikesan menggunakan gelombang melintang, yang teruja oleh gelombang membujur memukul antara muka pepejal cecair. Daripada corak ayunan dan jenis gelombang yang direkodkan, dari masa kedatangan gelombang seismik oleh seismograf di permukaan Bumi, adalah mungkin untuk menentukan saiz bahagian konstituen teras dan ketumpatannya.

Masalah lain juga sedang diselesaikan untuk menentukan tenaga dan gempa bumi (magnitud pada skala Richter, magnitud sifar sepadan dengan tenaga dan 10 (+5) Joule, magnitud maksimum yang diperhatikan sepadan dengan tenaga dan 10 (+20-+21) J) , komposisi spektrum untuk menyelesaikan masalah pembinaan kestabilan seismik, untuk pengesanan dan kawalan ujian bawah tanah senjata nuklear, kawalan seismik dan penutupan kecemasan di kemudahan berbahaya seperti loji kuasa nuklear, pengangkutan kereta api dan juga lif di bangunan bertingkat tinggi, kawalan struktur hidraulik. Peranan instrumen seismik dalam penerokaan seismik mineral dan, khususnya, untuk mencari "takungan" minyak adalah tidak ternilai. Mereka juga digunakan dalam penyiasatan punca kematian Kursk dengan bantuan peranti ini bahawa masa dan kuasa letupan pertama dan kedua telah ditubuhkan.

Alat seismik mekanikal

Prinsip operasi penderia seismik - seismometer - membentuk sistem seismograf, yang merangkumi unit sedemikian - seismometer, penukar isyarat mekanikalnya kepada voltan elektrik dan perakam - peranti penyimpanan maklumat, berdasarkan serta-merta pada undang-undang pertama dan ketiga Newton - sifat jisim kepada inersia dan graviti. Unsur utama mana-mana seismometer ialah jisim yang mempunyai beberapa jenis penggantungan pada dasar peranti. Sebaik-baiknya, jisim tidak sepatutnya mempunyai sebarang sambungan mekanikal atau elektromagnet dengan badan. Bergantung di angkasa! Walau bagaimanapun, ini masih belum boleh dilakukan di bawah keadaan graviti Bumi. Terdapat seismometer menegak dan mendatar. Pertama, jisim hanya boleh bergerak dalam satah menegak dan biasanya digantung oleh spring untuk mengatasi daya graviti dari Bumi. Dalam seismometer mendatar, jisim mempunyai darjah kebebasan hanya dalam satah mendatar. Kedudukan keseimbangan jisim dikekalkan dengan bantuan spring ampaian yang lebih lemah (biasanya plat rata) dan, beri perhatian khusus, daya pemulihan graviti Bumi, yang sangat lemah oleh tindak balas yang terletak hampir menegak. paksi ampaian dan bertindak dalam satah pergerakan jisim yang hampir mendatar.

Peranti paling kuno untuk merekod gempa bumi ditemui dan dipulihkan di China [Savarensky E.F., Kirnos D.P., 1955]. Peranti itu tidak mempunyai alat untuk merakam, tetapi hanya membantu menentukan kekuatan gempa bumi dan arah ke pusat gempa. Alat sedemikian dipanggil seismoskop. Seismoskop Cina purba bermula pada 123 AD dan merupakan karya seni dan kejuruteraan. Di dalam kapal yang direka bentuk secara artistik itu terdapat bandul astatik. Jisim bandul sedemikian terletak di atas unsur elastik, yang menyokong bandul dalam kedudukan menegak. Mulut naga, di mana bola logam diletakkan, terletak di dalam kapal di sepanjang azimut. Semasa gempa bumi yang kuat, pendulum mengenai bola dan ia jatuh ke dalam bekas kecil dalam bentuk katak dengan mulut terbuka. Sememangnya, pukulan maksimum pendulum berlaku di sepanjang azimut sumber gempa. Daripada bola yang terdapat dalam katak, adalah mungkin untuk menentukan dari mana datangnya gelombang gempa. Alat sedemikian dipanggil seismoskop. Mereka masih digunakan secara meluas hari ini, memberikan maklumat berharga tentang gempa bumi besar pada skala besar di kawasan yang luas. Di California (AS) terdapat beribu-ribu seismoskop yang merakam dengan bandul astatik pada kaca sfera yang ditutup dengan jelaga. Biasanya, gambar kompleks pergerakan hujung bandul pada kaca kelihatan, di mana getaran gelombang membujur dapat dikenal pasti, menunjukkan arah sumber. Dan amplitud maksimum trajektori rakaman memberi gambaran tentang kekuatan gempa bumi. Tempoh ayunan bandul dan redamannya ditetapkan sedemikian rupa untuk mensimulasikan kelakuan bangunan biasa dan, dengan itu, menganggarkan keterukan gempa bumi. Magnitud gempa bumi ditentukan oleh ciri luaran kesan getaran pada manusia, haiwan, pokok, bangunan biasa, perabot, pinggan mangkuk, dll. Terdapat skala pemarkahan yang berbeza. Media menggunakan "skor skala Richter". Takrifan ini ditujukan untuk orang ramai dan tidak sesuai dengan istilah saintifik. Istilah yang betul ialah magnitud gempa bumi pada skala Richter. Ia ditentukan daripada pengukuran instrumental menggunakan seismograf dan secara konvensional menandakan logaritma kelajuan rakaman maksimum yang berkaitan dengan sumber gempa bumi. Nilai ini secara konvensional menunjukkan tenaga yang dikeluarkan bagi getaran kenyal pada punca gempa bumi.

Seismoskop serupa telah dibuat pada tahun 1848 oleh Cacciatore Itali, di mana bandul dan bola digantikan oleh merkuri. Apabila tanah bergetar, merkuri dituangkan ke dalam bekas yang terletak sama rata di sepanjang azimut. Di Rusia, seismoskop oleh S.V Medvedev digunakan di Armenia, seismoskop AIS oleh A.G. Nazarov telah dibangunkan, yang menggunakan beberapa pendulum dengan frekuensi yang berbeza. Mereka memungkinkan untuk mendapatkan spektrum getaran secara kasar, i.e. pergantungan amplitud rakaman pada frekuensi getaran semasa gempa bumi. Ini adalah maklumat berharga untuk pereka bangunan anti-seismik.

Seismograf pertama yang mempunyai kepentingan saintifik dibina pada tahun 1879 di Jepun oleh Ewing. Berat bandul ialah gelang besi tuang seberat 25 kg yang digantung pada dawai keluli. Jumlah panjang bandul adalah hampir 7 meter. Oleh kerana panjangnya, momen inersia 1156 kg diperolehiּ m 2. Pergerakan relatif bandul dan tanah telah direkodkan pada kaca asap berputar mengelilingi paksi menegak. Momen inersia yang besar membantu mengurangkan pengaruh geseran antara hujung bandul dan kaca. Pada tahun 1889, ahli seismologi Jepun menerbitkan penerangan tentang seismograf mendatar, yang berfungsi sebagai prototaip untuk sejumlah besar seismograf. Seismograf serupa telah dihasilkan di Jerman pada tahun 1902-1915. Apabila mencipta seismograf mekanikal, masalah peningkatan sensitiviti hanya boleh diselesaikan dengan bantuan tuas pembesar Archimedes. Daya geseran semasa merekodkan ayunan telah diatasi oleh jisim bandul yang sangat besar. Oleh itu, seismograf Wichert mempunyai bandul dengan jisim 1000 kg. Dalam kes ini, peningkatan hanya 200 telah dicapai untuk tempoh ayunan yang direkodkan tidak melebihi tempoh semula jadi bandul 12 saat. Seismograf menegak Wichert mempunyai jisim terbesar, berat bandul ialah 1300 kg, digantung pada spring heliks berkuasa yang diperbuat daripada dawai keluli 8 mm. Kepekaan adalah 200 untuk tempoh gelombang seismik tidak melebihi 5 saat. Wichert ialah seorang pencipta dan pereka bentuk seismograf mekanikal yang hebat dan membina beberapa instrumen yang berbeza dan bijak. Pergerakan relatif jisim lengai bandul dan tanah direkodkan pada kertas asap, diputar dengan pita berterusan oleh mekanisme jam.

Seismograf dengan rakaman galvanometrik

Satu revolusi dalam teknologi seismometri telah dibuat oleh saintis cemerlang dalam bidang optik dan matematik, Putera B.B. Golitsyn. Dia mencipta kaedah untuk rakaman galvanometrik gempa bumi. Rusia adalah perintis dalam dunia seismograf dengan rakaman galvanometrik. Buat pertama kali di dunia, beliau membangunkan teori seismograf pada tahun 1902, mencipta seismograf dan menganjurkan stesen seismik pertama di mana instrumen baru dipasang. Jerman mempunyai pengalaman dalam pengeluaran seismograf dan seismometer Golitsyn yang pertama dihasilkan di sana. Walau bagaimanapun, peralatan rakaman telah direka dan dihasilkan di bengkel Akademi Sains Rusia di St. Petersburg. Dan sehingga hari ini peranti ini menanggung semua ciri ciri perakam pertama. Drum, di mana kertas fotografi hampir 1 m panjang dan 28 cm lebar ditetapkan, ditetapkan ke dalam gerakan putaran dengan anjakan pada setiap pusingan dengan jarak yang dipilih dan diubah mengikut tugas pemerhatian di sepanjang paksi dram. Pemisahan seismometer dan cara merekod pergerakan relatif jisim inersia peranti itu begitu progresif dan berjaya sehingga seismograf yang serupa menerima pengiktirafan di seluruh dunia untuk beberapa dekad yang akan datang. B.B. Golitsyn menyerlahkan kelebihan kaedah pendaftaran baharu berikut.

1. Keupayaan untuk mendapatkan lebih banyak untuk masa itu dengan helah mudah sensitiviti .

2. Menjalankan pendaftaran pada jarak dari lokasi di mana seismometer dipasang. Lokasi terpencil, premis kering, dan kebolehcapaian kepada rekod seismik untuk pemprosesan selanjutnya menambahkan kualiti baharu kepada proses cerapan seismik dan penghapusan pengaruh yang tidak diingini pada seismometer daripada kakitangan stesen seismik.

3. Kebebasan kualiti rakaman daripada hanyut sifar seismometer.

Kelebihan utama ini menentukan pembangunan dan penggunaan rakaman galvanometri di seluruh dunia selama beberapa dekad.

Berat bandul tidak lagi memainkan peranan seperti dalam seismograf mekanikal. Terdapat hanya satu fenomena yang perlu diambil kira - tindak balas magnetoelektrik bingkai galvanometer yang terletak di celah udara magnet kekal ke bandul seismometer. Sebagai peraturan, tindak balas ini mengurangkan redaman pendulum, yang membawa kepada pengujaan ayunan semula jadi yang berlebihan, yang memesongkan corak gelombang gelombang yang direkodkan daripada gempa bumi. Oleh itu, B.B. Golitsyn menggunakan jisim bandul mengikut urutan 20 kg untuk mengabaikan tindak balas songsang galvanometer kepada seismometer.

Bencana gempa bumi tahun 1948 di Ashgabat merangsang pembiayaan untuk pengembangan rangkaian pemerhatian seismik di USSR. Untuk melengkapkan stesen seismik baru dan lama, Profesor D.P Kirnos, bersama-sama dengan jurutera V.N. Solovyov, membangunkan seismograf galvanometrik jenis umum SGK dan SVK bersama-sama dengan galvanometer GK-VI. Kerja itu bermula di dalam dinding Institut Seismologi Akademi Sains USSR dan bengkel instrumentalnya. Peranti Kirnos dibezakan oleh penghuraian saintifik dan teknikal yang teliti. Teknik penentukuran dan operasi telah disempurnakan, yang memastikan ketepatan tinggi (kira-kira 5%) tindak balas frekuensi amplitud dan fasa (AFC) semasa merakam peristiwa. Ini membolehkan ahli seismologi menimbulkan dan menyelesaikan bukan sahaja masalah kinematik, tetapi juga masalah dinamik semasa mentafsir rekod. Dengan cara ini, sekolah D.P. Kirnos berbeza dengan sekolah instrumen yang serupa. D.P. Kirnos menambah baik teori seismograf dengan rakaman galvanometrik dengan memperkenalkan pekali gandingan antara seismometer dan galvanometer, yang memungkinkan untuk membina tindak balas frekuensi amplitud seismograf untuk merekodkan anjakan tanah, pertama dalam jalur 0.08 - 5 Hz, dan kemudian dalam jalur 0.05 - 10 Hz menggunakan seismometer jenis SKD yang baru dibangunkan. Dalam kes ini kita bercakap tentang pengenalan tindak balas frekuensi jalur lebar ke dalam seismometer.

Seismograf mekanikal Rusia

Selepas bencana di Severo-Kurilsk, Dekri Kerajaan telah dikeluarkan mengenai penciptaan perkhidmatan amaran tsunami di Kamchatka, Sakhalin dan Kepulauan Kuril. Pelaksanaan Resolusi telah diamanahkan kepada Akademi Sains, Perkhidmatan Hidrometeorologi USSR dan Kementerian Perhubungan. Pada tahun 1959, satu suruhanjaya telah dihantar ke wilayah tertentu untuk menjelaskan keadaan di lapangan. Petropavlovsk Kamchatsky, Severo-Kurilsk, Yuzhno-Kurilsk, Sakhalin. Cara pengangkutan - pesawat LI-2 (dahulunya Douglas), kapal wap yang dinaikkan dari dasar laut dan dipulihkan, bot. Penerbangan pertama dijadualkan pada jam 6 pagi. Suruhanjaya itu tiba di lapangan terbang Halatyrka (Petropavlovsk-Kamchatsky) tepat pada masanya. Tetapi pesawat itu berlepas lebih awal - langit di atas Shumshu terbuka. Beberapa jam kemudian, kargo LI-2 ditemui dan pendaratan selamat berlaku di jalur pangkalan dengan lapangan terbang bawah tanah, yang dibina oleh Jepun. Shumshu adalah pulau paling utara di rabung Kuril. Hanya di barat laut kon indah gunung berapi Adelaide naik dari perairan Laut Okhotsk. Pulau ini kelihatan rata sepenuhnya, seperti lempeng tebal di antara perairan laut. Terdapat terutamanya pengawal sempadan di pulau itu. Suruhanjaya tiba di jeti barat daya. Sebuah bot tentera laut sedang menunggu di sana, yang bergegas dengan laju ke pelabuhan Severo-Kurilsk. Terdapat beberapa penumpang di atas dek selain komisen. Di atas kapal, seorang kelasi dan seorang gadis sedang bercakap dengan penuh semangat. Bot itu terbang ke perairan pelabuhan dengan kelajuan penuh. Jurumudi, menggunakan telegraf tangan, memberikan isyarat kepada bilik enjin: "Ding-ding", dan juga "Ding-ding" - tiada kesan! Tiba-tiba kelasi di sisi terbang terkepung. Sedikit lewat - bot itu terhempas agak kuat ke pagar kayu di sisi sekunar pancing. Kerepek terbang, orang hampir jatuh. Para kelasi secara senyap, tanpa sebarang emosi, melabuhkan bot. Ini adalah kekhususan perkhidmatan di Timur Jauh.

Terdapat segala-galanya dalam perjalanan: hujan lebat, titisan yang terbang hampir selari dengan tanah, buluh kecil dan keras - habitat beruang, dan "beg tali" besar di mana penumpang dimuatkan (seorang wanita dan seorang kanak-kanak di dalam tengah) dan diangkat oleh win wap ke dek kapal yang dipulihkan akibat gelombang ribut yang besar, dan trak GAZ-51, di belakang terbuka yang mana suruhanjaya itu menyeberangi pulau Kunashir dari Lautan Pasifik ke pantai Okhotsk dan yang, separuh jalan dalam lopak besar, berpusing berkali-kali - roda depan dalam satu gam, roda belakang dalam satu lagi - sehingga itu, sehingga rut dibetulkan dengan penyodok biasa, dan garisan ombak di pintu masuk ke pemijahan aliran, ditandai dengan jalur berterusan telur salmon merah.

Suruhanjaya mendapati buat masa ini satu-satunya alat seismik yang mampu memenuhi tugas perkhidmatan amaran tsunami hanya boleh menjadi seismograf mekanikal dengan rakaman di atas kertas jelaga. Seismograf telah dibangunkan di makmal seismometrik Institut Fizik Bumi Akademi Sains. Seismograf dengan pembesaran rendah 7 dan seismograf dengan pembesaran 42 dibekalkan untuk melengkapkan stesen tsunami yang dibina khas. Dram dengan kertas salai didorong oleh mekanisme jam musim bunga. Jisim seismograf dengan pembesaran 42 dikumpul daripada cakera besi dan berjumlah 100 kg. Ini menandakan berakhirnya era seismograf mekanikal.

Satu mesyuarat Presidium Akademi Sains telah diadakan khusus untuk pelaksanaan Resolusi Kerajaan. Pengerusi Academician Nesmeyanov dengan wajah sawo matang besar, mengagumkan, pendek Academician-Setiausaha Topchiev, ahli Presidium. Ahli seismologi terkenal E.F. Savarensky melaporkan, menunjukkan gambar panjang penuh seismograf mekanikal [Kirnos D.P., Rykov A.V., 1961]. Ahli akademik Artsimovich mengambil bahagian dalam perbincangan: "Masalah tsunami boleh diselesaikan dengan mudah dengan memindahkan semua objek di pantai ke ketinggian melebihi 30 meter!" . Dari segi ekonomi, ini adalah mustahil dan isu unit Armada Pasifik tidak diselesaikan.

Pada separuh kedua abad kedua puluh, era seismograf elektronik bermula. Transduser parametrik diletakkan pada bandul seismometer dalam seismograf elektronik. Mereka mendapat nama mereka daripada istilah - parameter. Parameter pembolehubah boleh menjadi kapasitansi kapasitor udara, tindak balas induktif pengubah frekuensi tinggi, rintangan fotoperintang, kekonduksian fotodiod di bawah rasuk LED, sensor Hall dan segala-galanya yang datang kepada pencipta. seismograf elektronik. Antara kriteria pemilihan, yang utama ialah kesederhanaan peranti, kelinearan, tahap hingar yang rendah dan kecekapan tenaga. Kelebihan utama seismograf elektronik berbanding seismograf dengan rakaman galvanometrik ialah a) tindak balas frekuensi berkurangan ke arah frekuensi rendah bergantung pada frekuensi isyarat f, bukan sebagai f^3, tetapi sebagai f^2 - i.e. lebih perlahan, b) adalah mungkin untuk menggunakan output elektrik seismograf dalam perakam moden, dan, yang paling penting, dalam penggunaan teknologi digital untuk mengukur, menyimpan dan memproses maklumat, c) keupayaan untuk mempengaruhi semua parameter seismometer menggunakan kawalan automatik yang terkenal menggunakan maklum balas (OS) ) [Rykov A.V., 1963]. Walau bagaimanapun, titik c) mempunyai aplikasi khusus sendiri dalam seismometri. Menggunakan OS, tindak balas frekuensi, kepekaan, ketepatan dan kestabilan seismometer terbentuk. Satu kaedah telah ditemui untuk meningkatkan tempoh semula jadi ayunan bandul menggunakan maklum balas negatif, yang tidak diketahui dalam kawalan automatik mahupun dalam seismometri yang wujud di dunia [Rykov A.V.,].

Di Rusia, fenomena peralihan lancar kepekaan inersia seismometer menegak dan mendatar ke dalam kepekaan graviti apabila frekuensi isyarat berkurangan jelas dirumuskan [Rykov A.V., 1979]. Pada frekuensi isyarat yang tinggi, tingkah laku inersia bandul mendominasi pada frekuensi yang sangat rendah, kesan inersia dikurangkan sehingga isyarat graviti menjadi dominan. Apakah maksudnya? Sebagai contoh, semasa getaran menegak tanah, kedua-dua daya inersia timbul, memaksa bandul mengekalkan kedudukannya di angkasa, dan perubahan dalam daya graviti disebabkan oleh perubahan dalam jarak peranti dari pusat Bumi. Apabila jarak antara jisim dan pusat Bumi bertambah, daya graviti berkurangan dan jisim menerima daya tambahan, mengangkat bandul ke atas. Dan, sebaliknya, apabila peranti diturunkan, jisim menerima daya tambahan, menurunkannya ke bawah.

Untuk frekuensi tinggi getaran tanah, kesan inersia adalah berkali ganda lebih besar daripada kesan graviti. Pada frekuensi rendah, sebaliknya adalah benar - pecutan adalah sangat kecil dan kesan inersia boleh dikatakan sangat kecil, dan kesan perubahan daya graviti untuk bandul seismometer akan menjadi berkali ganda lebih besar. Untuk seismometer mendatar, fenomena ini akan nyata apabila paksi ayunan bandul menyimpang daripada garis paip, ditentukan oleh daya graviti yang sama. Untuk kejelasan, tindak balas frekuensi amplitud bagi seismometer menegak ditunjukkan dalam Rajah 1. Ia ditunjukkan dengan jelas bagaimana, apabila frekuensi isyarat berkurangan, sensitiviti peralihan seismometer daripada inersia kepada graviti. Tanpa mengambil kira peralihan ini, adalah mustahil untuk menjelaskan hakikat bahawa gravimeter dan seismometer mampu merekod pasang surut bulan-solar Menurut tradisi, adalah perlu untuk memanjangkan garisan "halaju" kepada sensitiviti yang rendah sehingga pasang surut. yang mempunyai tempoh sehingga 25 jam dan amplitud di Moscow 0.3 m, tidak dapat ditemui. Contoh merekod pasang surut dan kecondongan dalam gelombang pasang ditunjukkan dalam Rajah 2. Di sini Z ialah rekod anjakan permukaan Bumi di Moscow selama 45 jam, H ialah rekod kecenderungan dalam gelombang pasang surut. Jelas kelihatan bahawa cerun maksimum berlaku bukan pada bonggol pasang surut, tetapi pada cerun ombak pasang surut.

Oleh itu, ciri ciri seismograf elektronik moden ialah tindak balas frekuensi jalur lebar dari 0 hingga 10 Hz ayunan permukaan Bumi dan kaedah digital untuk mengukur ayunan ini. Fakta bahawa Benieof memerhati getaran Bumi sendiri selepas gempa bumi yang kuat pada tahun 1964 menggunakan meter terikan (strainmeter) kini tersedia untuk seismograf elektronik biasa (Gempa bumi terbesar yang direkodkan di Amerika Syarikat ialah magnitud 9.2 yang melanda Prince William Sound, Alaska on Good Jumaat, 28 Mac 1964 Akibat daripada gempa bumi itu masih jelas kelihatan, termasuk di kawasan hutan yang besar yang telah pupus, kerana sebahagian daripada tanah itu diturunkan lebih 500 km dalam beberapa kes sehingga 16 m, dan di banyak tempat air laut masuk. air bawah tanah, hutan itu mati.

Rajah 3 menunjukkan goyangan jejari (menegak) Bumi pada nada asas 3580 saat. selepas gempa bumi.

Rajah.3. Komponen Z menegak dan H mendatar rekod getaran selepas gempa bumi di Iran, 03/14/98, M = 6.9. Dapat dilihat bahawa getaran jejari mendominasi getaran kilasan, yang mempunyai orientasi mendatar.

Mari kita tunjukkan dalam Rajah 4 bagaimana rupa rakaman tiga komponen gempa bumi yang kuat selepas menukar fail digital kepada satu visual.

Rajah.4. Sampel rakaman digital gempa bumi di India, M=7.9, 01/26/2001, diperoleh di stesen jalur lebar kekal KSESH-R.

Ketibaan pertama dua gelombang membujur jelas kelihatan sehingga 25 minit, kemudian pada seismograf mendatar gelombang melintang masuk pada kira-kira 28 minit dan gelombang Cinta pada 33 minit. Pada komponen menegak tengah, gelombang Cinta tiada (ia mendatar), dan seterusnya dalam masa gelombang Rayleigh bermula (38 minit), yang boleh dilihat pada kedua-dua laluan mendatar dan menegak.

Dalam foto No. 3.4 anda boleh melihat seismometer menegak elektronik moden, yang menunjukkan contoh rakaman air pasang, getaran semula jadi Bumi dan rakaman gempa bumi yang kuat. Unsur-unsur struktur utama pendulum menegak jelas kelihatan: dua cakera jisim dengan jumlah berat 2 kg, dua mata air silinder untuk mengimbangi graviti Bumi dan menahan jisim bandul dalam kedudukan mendatar. Di antara jisim di pangkalan peranti terdapat magnet silinder, ke dalam jurang udara yang mana gegelung wayar masuk. Gegelung termasuk dalam reka bentuk bandul. Di bahagian tengah, papan elektronik penukar kapasitif "mengintip keluar". Kapasitor udara terletak di belakang magnet dan bersaiz kecil. Luas kapasitor hanya 2 cm (+2). Magnet dengan gegelung berfungsi untuk mengenakan daya pada bandul dengan bantuan maklum balas dalam sesaran, kelajuan dan kamiran sesaran. OS menyediakan tindak balas frekuensi yang ditunjukkan dalam Rajah 1, kestabilan seismometer dari semasa ke semasa dan ketepatan tinggi mengukur getaran tanah pada susunan seperseratus peratus.

Foto No. 34. Seismometer menegak pemasangan KSESH-R dengan perumah ditanggalkan.

Seismograf Wieland-Strekeisen telah mendapat pengiktirafan dan penggunaan meluas dalam amalan antarabangsa. Instrumen ini diterima pakai sebagai asas bagi Rangkaian Pemerhatian Seismik Digital Dunia (IRIS). Tindak balas frekuensi seismometer IRIS adalah serupa dengan tindak balas frekuensi yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Perbezaannya ialah untuk frekuensi kurang daripada 0.0001 Hz, seismometer Wieland lebih "diapit" oleh OS integral, yang membawa kepada kestabilan temporal yang lebih besar, tetapi mengurangkan kepekaan pada frekuensi ultra-rendah berbanding dengan seismograf KSESh sebanyak kira-kira 3 kali.

Seismometer elektronik boleh mendedahkan keajaiban eksotik yang mungkin belum dipertikaikan. Profesor E.M. Linkov di Universiti Peterhof, menggunakan seismograf menegak magnetron, mentafsir ayunan dengan tempoh 5 - 20 hari sebagai ayunan "terapung" Bumi dalam orbit mengelilingi Matahari. Jarak antara Bumi dan Matahari kekal tradisional, dan Bumi berayun agak, seolah-olah pada rantai, di sepanjang permukaan ellipsoid dengan amplitud berganda sehingga 400 mikron. Terdapat hubungan yang jelas antara turun naik ini dan aktiviti suria [anda juga boleh lihat 22].

Oleh itu, seismograf telah ditambah baik secara aktif pada abad ke-20. Permulaan revolusioner proses ini telah diletakkan oleh Putera Boris Borisovich Golitsyn, seorang saintis Rusia. Teknologi baharu dalam kaedah pengukuran inersia dan graviti boleh dijangka seterusnya. Ada kemungkinan bahawa seismograf elektronik akhirnya akan dapat mengesan gelombang graviti di Alam Semesta.

kesusasteraan

1. Golitsin B. Izv. Suruhanjaya Seismik Kekal AN 2, c. 2, 1906.

2. Golitsyn B.B. Izv. Suruhanjaya Seismik Kekal AN 3, c. 1, 1907.

3. Golitsyn B.B. Izv. Suruhanjaya Seismik Kekal AN 4, c. 2, 1911.

4. Golitsyn B., Lectures on seismometry, ed. AN, St. Petersburg, 1912.

5. E.F. Savarensky, D.P. Kirnos, Unsur seismologi dan seismometer. Ed. Kedua, disemak, Negeri. Ed. Techn.-teor. Lit., M. 1955

6. Peralatan dan kaedah pemerhatian seismometrik di USSR. Rumah penerbitan "Sains", M. 1974

7. D.P.Kirnos. Prosiding Geophys. Institut Akademi Sains USSR, No. 27 (154), 1955.

8. D.P.Kirnos dan A.V.Rykov. Peralatan seismik berkelajuan tinggi khas untuk amaran tsunami. Buletin Majlis Seismologi, "Masalah Tsunami", No. 9, 1961.

9. A.V.Rykov. Pengaruh maklum balas terhadap parameter bandul. Izv. Akademi Sains USSR, ser. Geophys., No. 7, 1963.

10. A.V.Rykov. Mengenai masalah memerhati ayunan Bumi. Peralatan, kaedah dan hasil cerapan seismometrik. M., "Sains", Sat. "Peranti seismik", jld. 12, 1979

11. A.V.Rykov. Seismometer dan getaran Bumi. Izv. Akademi Sains Rusia, ser. Fizik Bumi, M., "Sains", 1992

12. Wieland E.., Streckeisen G. Seismometer daun-spring - reka bentuk dan prestasi // Bull.Seismol..Soc. Amer., 1982. Vol. 72. P.2349-2367.

13. Wieland E., Stein J.M. Seismograf jalur sangat luas digital // Ann.Geophys. Ser. B. 1986. Jld. 4, N 3. H. 227 - 232.

14. A.V.Rykov, I.P.Bashilov. Kit seismometer digital jalur lebar ultra lebar. Sab. "Peranti seismik", jld. 27, M., Rumah Penerbitan OIPHZ RAS, 1997

15. K. Krylov Gempa bumi kuat di Seattle pada 28 Februari 2001 http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

16. K. Krylov Gempa bumi dahsyat di India 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 Ini adalah gempa bumi terkuat di dunia.

22. http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1580#1580 Prekursor gempa bumi di angkasa dekat Bumi - Satu artikel baharu telah muncul dalam majalah Urania (dalam bahasa Rusia dan Inggeris). Kerja pekerja MEPhI ditumpukan untuk meramal gempa bumi menggunakan pemerhatian satelit.

Seismograf- peranti yang merekodkan getaran tanah semasa gempa bumi. Pada masa kini ini adalah peranti elektronik yang kompleks. Seismograf moden mempunyai pendahulunya. Seismograf pertama dicipta pada 132 di China, dan seismograf sebenar muncul pada tahun 1890-an. Seismograf moden menggunakan sifat inersia (sifat mengekalkan keadaan asal rehat atau gerakan seragam). Pemerhatian instrumental pertama kali muncul di China, di mana pada 132 Chang-Hen mencipta seismoskop, yang merupakan kapal yang dibuat dengan mahir. Di bahagian luar kapal dengan pendulum diletakkan di dalam, kepala naga yang memegang bola di mulut mereka diukir dalam bulatan. Apabila bandul berayun dari gempa bumi, satu atau lebih bola jatuh ke dalam mulut katak yang terbuka, diletakkan di dasar bejana supaya katak dapat menelannya. Seismograf moden ialah satu set instrumen yang merekodkan getaran tanah semasa gempa bumi dan menukarkannya kepada isyarat elektrik, yang direkodkan pada seismogram dalam bentuk analog dan digital. Walau bagaimanapun, seperti sebelum ini, elemen sensitif utama ialah bandul dengan beban.

Gelombang seismik bergerak di dalam dunia di tempat yang tidak boleh diakses oleh pemerhatian. Semua yang mereka hadapi sepanjang perjalanan mengubah mereka dalam satu cara atau yang lain. Oleh itu, analisis gelombang seismik membantu menjelaskan struktur dalaman Bumi.

Menggunakan seismograf anda boleh menganggarkan tenaga gempa bumi. Gempa bumi yang agak lemah membebaskan tenaga dari urutan 10,000 kg/m, i.e. mencukupi untuk mengangkat beban seberat 10 tan kepada ketinggian 1 m. Tahap tenaga ini diambil sebagai sifar, gempa bumi dengan 100 kali lebih tenaga sepadan dengan 1, dan 100 kali lebih kuat lagi sepadan dengan 2 unit skala. Skala ini dipanggil skala Richter sebagai penghormatan kepada ahli seismologi Amerika yang terkenal dari California C. Richter. Nombor pada skala sedemikian dipanggil magnitud dan dilambangkan M. Skala itu sendiri tidak memberikan had atas, oleh sebab itu skala Richter dipanggil terbuka. Pada hakikatnya, Bumi itu sendiri mencipta had atas yang praktikal. Gempa bumi terkuat yang direkodkan mempunyai magnitud 8.9. Sejak permulaan pemerhatian instrumental, dua gempa bumi sedemikian telah direkodkan, kedua-duanya di bawah lautan. Satu berlaku pada tahun 1933 di luar pantai Jepun, satu lagi pada tahun 1906 di luar pantai Ecuador. Oleh itu, magnitud gempa bumi mencirikan jumlah tenaga yang dikeluarkan oleh sumber ke semua arah. Nilai ini tidak bergantung sama ada pada kedalaman sumber atau pada jarak ke titik cerapan. Kekuatan gempa bumi bergantung bukan sahaja pada magnitud, tetapi juga pada kedalaman sumber (semakin dekat sumbernya ke permukaan, semakin besar daya manifestasinya), pada kualiti tanah (semakin gembur dan tanah yang tidak stabil, semakin besar daya manifestasi). Sudah tentu, kualiti bangunan berasaskan tanah juga penting. Kekuatan gempa bumi di permukaan bumi ditentukan menggunakan skala Mercalli dalam mata. Mata ditandakan dengan nombor dari I hingga XII.

Alat untuk merakam getaran permukaan bumi semasa gempa bumi atau letupan

Animasi

Penerangan

Seismograf (SF) digunakan untuk mengesan dan merekod semua jenis gelombang seismik. Prinsip operasi SF moden adalah berdasarkan sifat inersia. Mana-mana SF terdiri daripada penerima seismik atau seismometer dan peranti rakaman (rakaman). Bahagian utama SF ialah jasad inersia - beban yang digantung pada spring ke pendakap yang dilekatkan tegar pada badan (Rajah 1).

Pandangan umum seismograf ringkas untuk merekodkan getaran menegak

nasi. 1

Badan SF difiksasi dalam batu pepejal dan oleh itu mula bergerak semasa gempa bumi, dan disebabkan oleh sifat inersia, berat bandul ketinggalan di belakang pergerakan tanah. Untuk mendapatkan rekod getaran seismik (seismogram), dram perakam dengan pita kertas berputar pada kelajuan malar, dilekatkan pada badan SF, dan pen yang disambungkan kepada bandul digunakan (lihat Rajah 1). Vektor pergerakan permukaan bumi ditentukan oleh komponen mendatar dan menegak; Sehubungan itu, sebarang sistem untuk cerapan seismik terdiri daripada seismometer mendatar (untuk merekod anjakan sepanjang paksi X, Y) dan menegak (untuk merekod anjakan sepanjang paksi Z).

Untuk seismometer, bandul paling kerap digunakan, pusat ayunannya kekal dalam keadaan rehat atau ketinggalan di belakang pergerakan permukaan bumi berayun dan paksi ampaian yang berkaitan dengannya. Tahap baki pusat ayunan geofon mencirikan operasinya dan ditentukan oleh nisbah tempoh T p getaran tanah kepada tempoh T ayunan semula jadi bandul penerima seismik. Jika T p ¤ T kecil, maka pusat ayunan boleh dikatakan tidak bergerak dan getaran tanah dihasilkan semula tanpa herotan. Apabila T p ¤ T menghampiri 1, herotan akibat resonans mungkin berlaku. Pada nilai T p¤ T yang besar, apabila pergerakan tanah sangat perlahan, sifat inersia tidak kelihatan, pusat buaian bergerak hampir sebagai satu unit dengan tanah dan geofon berhenti merekodkan getaran tanah. Apabila merekodkan ayunan dalam penerokaan seismik, tempoh ayunan semula jadi adalah beberapa ratus atau persepuluh saat. Apabila merekodkan ayunan daripada gempa bumi tempatan, tempohnya boleh menjadi ~ 1 saat, dan untuk gempa bumi yang terletak beribu-ribu kilometer jauhnya, tempoh tersebut hendaklah mengikut urutan 10 saat.

Prinsip operasi SF boleh dijelaskan oleh persamaan berikut Biarkan jasad berjisim M digantung pada spring, hujung yang satu lagi dan skala diikat pada tanah. Apabila tanah bergerak ke atas dengan jumlah Z di sepanjang paksi Z (pergerakan pengangkutan), jisim M ketinggalan kerana inersia dan bergerak ke bawah sepanjang paksi Z dengan jumlah z (gerakan relatif), yang menghasilkan daya tegangan pada musim bunga - cz (c ialah kekakuan spring). Daya ini semasa pergerakan mesti diseimbangkan oleh daya inersia pergerakan mutlak:

M d 2 z¤ dt 2 = - cz,

di mana z = Z - z.

Ini memberi kita persamaan:

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

penyelesaian yang mengaitkan sesaran tanah sebenar Z dengan z yang diperhatikan.

Ciri-ciri masa

Masa permulaan (log ke -3 hingga -1);

Sepanjang hayat (log tc dari -1 hingga 3);

Masa degradasi (log td dari -3 hingga -1);

Masa pembangunan optimum (log tk dari -1 hingga 1).

rajah:

Pelaksanaan teknikal kesan

Jenis seismometer mendatar SKGD

Pandangan umum bagi seismometer mendatar jenis SKGD ditunjukkan dalam Rajah. 2.

Skim seismometer mendatar SKGD

nasi. 2

Jawatan:

2 - sistem magnetik;

3 - gegelung penukar;

4 - pengapit penggantungan;

5 - spring penggantungan.

Peranti ini terdiri daripada bandul 1 yang digantung pada pengapit 4 pada dirian yang dipasang pada dasar peranti. Jumlah berat bandul adalah kira-kira 2 kg; panjang yang diberikan adalah kira-kira 50cm. Musim bunga daun tegang. Dalam bingkai yang dipasang pada bandul terdapat gegelung aruhan rata 3, yang mempunyai tiga belitan dawai tembaga bertebat. Satu belitan berfungsi untuk merekodkan pergerakan bandul, dan litar galvanometer disambungkan kepadanya. Penggulungan kedua digunakan untuk melaraskan pengecilan seismometer, dan rintangan redaman disambungkan kepadanya. Di samping itu, terdapat penggulungan ketiga untuk membekalkan nadi kawalan (sama untuk seismometer menegak). Magnet kekal 2 dilekatkan pada dasar peranti, di celah udara di mana bahagian tengah belitan terletak. Sistem magnet dilengkapi dengan shunt magnetik, yang terdiri daripada dua plat besi lembut, pergerakan yang menyebabkan perubahan dalam kekuatan medan magnet dalam jurang udara magnet dan, akibatnya, perubahan dalam pemalar pengecilan.

Di hujung bandul terdapat anak panah rata, di bawahnya terdapat skala dengan pembahagian milimeter dan kanta pembesar di mana skala dan anak panah dilihat. Kedudukan anak panah boleh dibaca pada skala dengan ketepatan 0.1 mm. Tapak bandul dilengkapi dengan tiga set skru. Kedua-dua sisi digunakan untuk menetapkan bandul ke kedudukan sifar. Skru set hadapan digunakan untuk melaraskan tempoh ayunan semula jadi bandul. Untuk melindungi pendulum daripada pelbagai gangguan, peranti diletakkan di dalam bekas logam pelindung.

Mengaplikasikan kesan

SF, yang digunakan untuk merekodkan getaran tanah semasa gempa bumi atau letupan, adalah sebahagian daripada stesen seismik kekal dan mudah alih. Kewujudan rangkaian stesen seismik global memungkinkan untuk menentukan dengan tepat parameter hampir semua gempa bumi yang berlaku di kawasan yang berbeza di dunia, serta mengkaji struktur dalaman Bumi berdasarkan ciri-ciri perambatan gelombang seismik. daripada pelbagai jenis. Parameter utama gempa bumi terutamanya termasuk: koordinat pusat gempa, kedalaman fokus, keamatan, magnitud (ciri tenaga). Khususnya, untuk mengira koordinat kejadian seismik, data mengenai masa ketibaan gelombang seismik sekurang-kurangnya tiga stesen seismik yang terletak pada jarak yang mencukupi antara satu sama lain diperlukan.

Seismograf(daripada Greek purba σεισμός - gempa bumi dan Greek purba γράφω - untuk menulis) atau seismometer- alat pengukur yang digunakan dalam seismologi untuk mengesan dan merekod semua jenis gelombang seismik. Alat untuk menentukan kekuatan dan arah gempa bumi.

Percubaan pertama yang diketahui untuk membuat peranti yang meramalkan gempa bumi adalah milik ahli falsafah dan ahli astronomi China, Zhang Heng.

ZhangHeng mencipta peranti, yang dia beri nama Houfeng " "dan yang boleh merekodkan getaran permukaan bumi dan arah penyebarannya.

Houfeng menjadi seismograf pertama di dunia. Peranti itu terdiri daripada kapal gangsa besar dengan diameter 2 m, di dindingnya terdapat lapan kepala naga. Rahang naga terbuka, dan masing-masing mempunyai bola di mulutnya.

Di dalam kapal itu terdapat pendulum dengan batang yang dilekatkan pada kepala. Akibat kejutan bawah tanah, bandul mula bergerak, bertindak di atas kepala, dan bola jatuh dari mulut naga ke mulut terbuka salah satu daripada lapan kodok yang duduk di dasar kapal. Peranti itu mengesan gegaran pada jarak 600 km darinya.

1.2. Seismograf moden

Seismograf pertama reka bentuk moden telah dicipta oleh saintis Rusia, Putera B. Golitsyn, yang menggunakan penukaran tenaga getaran mekanikal kepada arus elektrik.

Reka bentuknya agak mudah: berat digantung pada spring menegak atau mendatar, dan pen perakam dilekatkan pada hujung berat yang lain.

Pita kertas berputar digunakan untuk merekodkan getaran beban. Semakin kuat tolakan, semakin jauh pen membelok dan semakin lama spring berayun.

Berat menegak membolehkan anda merakam hentakan arah mendatar, dan sebaliknya, perakam mendatar merekodkan hentakan dalam satah menegak.

Sebagai peraturan, rakaman mendatar dijalankan dalam dua arah: utara-selatan dan barat-timur.

Dalam seismologi, bergantung kepada masalah yang diselesaikan, jenis seismograf yang berbeza digunakan: mekanikal, optik atau elektrik dengan pelbagai jenis penguatan dan kaedah pemprosesan isyarat. Seismograf mekanikal termasuk elemen penderiaan (biasanya bandul dan peredam) dan perakam.

Tapak seismograf disambungkan secara tegar kepada objek yang dikaji, dan apabila ia berayun, beban bergerak relatif kepada tapak. Isyarat dirakam dalam bentuk analog pada perakam dengan rakaman mekanikal.

1.3. Penciptaan seismograf

Bahan: Kadbod; awl; reben; plastisin; pensel; pen yang dirasai; benang atau benang yang kuat; sekeping kadbod nipis.

Bingkai untuk seismograf akan menjadi kotak kadbod. Ia perlu dibuat daripada bahan yang agak tegar. Bahagian terbukanya akan menjadi bahagian hadapan peranti.

Ia perlu membuat lubang di penutup atas seismograf masa depan dengan penusuk. Jika ketegaran untuk " bingkai"Tidak cukup, anda perlu menutup sudut dan tepi kotak dengan pita, menguatkannya, seperti yang ditunjukkan dalam foto.

Gulungkan bola plastisin dan buat lubang di dalamnya dengan pensil. Tolak pen hujung terasa ke dalam lubang supaya hujungnya menonjol sedikit dari bahagian bertentangan bola plastisin.

Ini ialah penunjuk seismograf yang direka untuk melukis garisan getaran bumi.

Lulus hujung benang melalui lubang di bahagian atas kotak. Letakkan kotak di bahagian bawah dan ketatkan benang supaya pen hujung terasa tergantung dengan bebas.

Ikat hujung atas benang pada pensel dan putar pensel di sekeliling paksinya sehingga anda mengeluarkan kendur pada benang. Setelah penanda tergantung pada ketinggian yang dikehendaki (iaitu, hanya menyentuh bahagian bawah kotak), kencangkan pensel pada tempatnya dengan pita.

Luncurkan sekeping kadbod di bawah hujung pen hujung ke dalam bahagian bawah kotak. Laraskan segala-galanya supaya hujung pen hujung mudah menyentuh kadbod dan boleh meninggalkan garisan.

Seismograf sedia untuk digunakan. Ia menggunakan prinsip operasi yang sama seperti peralatan sebenar. Suspensi berwajaran, atau bandul, akan lebih inersia terhadap goncangan daripada bingkai.

Tidak perlu menunggu gempa bumi untuk menguji peranti dalam tindakan. Anda hanya perlu menggoncang bingkai. Loket itu akan kekal di tempatnya, tetapi akan mula melukis garisan pada kadbod, sama seperti yang sebenar.

Sukar untuk dibayangkan, tetapi kira-kira sejuta gempa bumi berlaku di planet kita setiap tahun! Sudah tentu, ini kebanyakannya gegaran lemah. Gempa bumi berkuat kuasa pemusnah berlaku lebih kurang kerap, dengan purata sekali setiap dua minggu. Nasib baik, kebanyakannya berlaku di dasar lautan dan tidak mendatangkan sebarang masalah kepada manusia, melainkan tsunami berlaku akibat anjakan seismik.

Semua orang tahu tentang akibat bencana gempa bumi: aktiviti tektonik membangkitkan gunung berapi, gelombang pasang gergasi menghanyutkan seluruh bandar ke lautan, sesar dan tanah runtuh memusnahkan bangunan, menyebabkan kebakaran dan banjir serta meragut ratusan dan ribuan nyawa manusia.

Oleh itu, orang ramai pada setiap masa telah berusaha untuk mengkaji gempa bumi dan mencegah akibatnya. Oleh itu, Aristotle pada abad ke-4. sebelum i. e. percaya bahawa vorteks atmosfera menembusi ke dalam tanah, yang mempunyai banyak lompang dan celah. Pusaran diperhebat oleh api dan mencari jalan keluar, menyebabkan gempa bumi dan letusan gunung berapi. Aristotle juga memerhatikan pergerakan tanah semasa gempa bumi dan cuba mengklasifikasikannya, mengenal pasti enam jenis pergerakan: naik dan turun, dari sisi ke sisi, dsb.

Percubaan pertama yang diketahui untuk membuat peranti untuk meramal gempa bumi adalah milik ahli falsafah dan ahli astronomi China, Zhang Heng. Di China, bencana alam ini telah berlaku dan sangat kerap berlaku tambahan pula, tiga daripada empat gempa bumi terbesar dalam sejarah manusia berlaku di China. Dan pada tahun 132, Zhang Heng mencipta alat, yang dia beri nama Hoofeng "ram cuaca gempa bumi" dan yang boleh merekodkan getaran permukaan bumi dan arah penyebarannya. Hoofeng menjadi seismograf pertama di dunia (dari bahasa Yunani seismos "ayunan" dan grapho "tulis") alat untuk mengesan dan merekod gelombang seismik.

Akibat gempa bumi San Francisco 1906.

Tegasnya, peranti itu lebih seperti seismoskop (dari bahasa Yunani skopeo "I look"), kerana bacaannya direkodkan bukan secara automatik, tetapi oleh tangan pemerhati.

Hoofeng diperbuat daripada tembaga dalam bentuk bekas wain dengan diameter 180 cm dan dinding nipis. Di luar kapal itu terdapat lapan ekor naga. Kepala naga mengarah ke lapan arah: timur, selatan, barat, utara, timur laut, tenggara, barat laut dan barat daya. Setiap naga memegang bola tembaga di dalam mulutnya, dan di bawah kepalanya terdapat seekor katak dengan mulutnya terbuka. Diandaikan bahawa pendulum dengan batang dipasang secara menegak di dalam kapal, yang dilekatkan pada kepala naga. Apabila, akibat hentakan bawah tanah, bandul mula bergerak, sebatang batang yang disambungkan ke kepala menghadap ke arah hentakan membuka mulut naga, dan bola itu berguling keluar darinya ke dalam mulut katak yang sepadan. Jika dua bola dilancarkan, kekuatan gempa bumi boleh diandaikan. Jika peranti itu berada di pusat gempa, maka semua bola dilancarkan. Pemerhati instrumen boleh segera merekodkan masa dan arah gempa bumi. Peranti itu sangat sensitif: ia mengesan walaupun gegaran lemah, pusat gempa terletak 600 km jauhnya. Pada tahun 138, seismograf ini dengan tepat menunjukkan gempa bumi yang berlaku di rantau Longxi.

Di Eropah, gempa bumi mula dikaji secara serius kemudian. Pada tahun 1862, buku "The Great Neapolitan Earthquake of 1857: Basic Principles of Seismological Observations" telah diterbitkan oleh jurutera Ireland Robert Malet. Malet membuat ekspedisi ke Itali dan melukis peta wilayah yang terjejas, membahagikannya kepada empat zon. Zon yang diperkenalkan oleh Malet mewakili skala keamatan gegaran yang pertama, agak primitif.

Tetapi seismologi sebagai sains mula berkembang hanya dengan penampilan meluas dan pengenalan ke dalam amalan instrumen untuk merekod getaran tanah, iaitu, dengan kemunculan seismometer saintifik.

Pada tahun 1855, Luigi Palmieri dari Itali mencipta seismograf yang mampu merekodkan gempa bumi yang jauh. Ia beroperasi berdasarkan prinsip berikut: semasa gempa bumi, merkuri tertumpah dari isipadu sfera ke dalam bekas khas, bergantung pada arah getaran. Penunjuk sentuhan dengan bekas menghentikan jam tangan, menunjukkan masa yang tepat dan mencetuskan rakaman getaran tanah pada dram.

Pada tahun 1875, seorang lagi saintis Itali, Filippo Sechi, mereka bentuk seismograf yang menghidupkan jam pada saat kejutan pertama dan merekodkan getaran pertama. Rekod seismik pertama yang telah diturunkan kepada kami telah dibuat menggunakan peranti ini pada tahun 1887. Selepas ini, kemajuan pesat bermula dalam bidang mencipta instrumen untuk merekodkan getaran tanah. Pada tahun 1892, sekumpulan saintis Inggeris yang bekerja di Jepun mencipta peranti pertama yang agak mudah digunakan, seismograf John Milne. Sudah pada tahun 1900, rangkaian 40 stesen seismik di seluruh dunia yang dilengkapi dengan instrumen Milne telah beroperasi.

Seismograf terdiri daripada bandul satu reka bentuk atau yang lain dan sistem untuk merekodkan getarannya. Berdasarkan kaedah merekodkan ayunan bandul, seismograf boleh dibahagikan kepada peranti dengan rakaman langsung, transduser getaran mekanikal, dan seismograf dengan maklum balas.

Seismograf rakaman langsung menggunakan kaedah rakaman mekanikal atau optik. Pada mulanya, dengan kaedah rakaman mekanikal, pen diletakkan di hujung bandul, yang menggaru garisan pada kertas salai, yang kemudiannya ditutup dengan sebatian penetapan. Tetapi bandul seismograf dengan rakaman mekanikal sangat dipengaruhi oleh geseran pen di atas kertas. Untuk mengurangkan pengaruh ini, jisim bandul yang sangat besar diperlukan.

Dengan kaedah rakaman optik, cermin telah ditetapkan pada paksi putaran, yang diterangi melalui kanta, dan rasuk yang dipantulkan jatuh pada luka kertas fotografi pada dram berputar.

Kaedah rakaman terus masih digunakan di zon aktif secara seismik di mana pergerakan tanah agak besar. Tetapi untuk mendaftarkan gempa bumi yang lemah dan pada jarak yang jauh dari sumbernya, adalah perlu untuk memperhebatkan ayunan bandul. Ini dijalankan oleh pelbagai penukar pergerakan mekanikal kepada arus elektrik.

Gambar rajah perambatan gelombang seismik dari sumber gempa bumi, atau hiposenter (bawah) dan pusat gempa (atas).

Transformasi getaran mekanikal pertama kali dicadangkan oleh saintis Rusia Boris Borisovich Golitsyn pada tahun 1902. Ia adalah rakaman galvanometrik berdasarkan kaedah elektrodinamik. Satu gegelung aruhan yang dipasang tegar pada bandul diletakkan di dalam medan magnet kekal. Apabila bandul berayun, fluks magnet berubah, daya gerak elektrik timbul dalam gegelung, dan arus direkodkan oleh galvanometer cermin. Pancaran cahaya diarahkan ke cermin galvanometer, dan pancaran pantulan, seperti kaedah optik, jatuh di atas kertas fotografi. Seismograf sedemikian memenangi pengiktirafan di seluruh dunia untuk beberapa dekad yang akan datang.

Baru-baru ini, apa yang dipanggil penukar parametrik telah meluas. Dalam penukar ini, pergerakan mekanikal (pergerakan jisim bandul) menyebabkan perubahan dalam beberapa parameter litar elektrik (contohnya, rintangan elektrik, kapasiti, kearuhan, fluks bercahaya, dll.).

B. Golitsyn.

Stesen seismologi adit. Peralatan yang dipasang di sana merekodkan walaupun sedikit getaran dalam tanah.

Pemasangan mudah alih untuk penyelidikan geofizik dan seismologi.

Menukar parameter ini membawa kepada perubahan dalam arus dalam litar, dan dalam kes ini ia adalah anjakan bandul (dan bukan kelajuannya) yang menentukan magnitud isyarat elektrik. Daripada pelbagai penukar parametrik dalam seismometri, dua yang digunakan terutamanya ialah fotoelektrik dan kapasitif. Yang paling popular ialah penukar Benioff kapasitif. Antara kriteria pemilihan, yang utama ialah kesederhanaan peranti, kelinearan, tahap hingar yang rendah dan kecekapan tenaga.

Seismograf boleh menjadi sensitif kepada getaran menegak atau mendatar bumi. Untuk memerhati pergerakan tanah dalam semua arah, tiga seismograf biasanya digunakan: satu dengan bandul menegak dan dua dengan bandul mendatar berorientasikan ke timur dan utara. Bandul menegak dan mendatar berbeza dalam reka bentuk mereka, jadi ternyata agak sukar untuk mencapai identiti lengkap ciri frekuensinya.

Dengan kemunculan komputer dan penukar analog-ke-digital, kefungsian peralatan seismik telah meningkat secara mendadak. Ia kini boleh merakam dan menganalisis secara serentak isyarat masa nyata daripada beberapa penderia seismik dan mengambil kira spektrum isyarat. Ini memberikan lonjakan asas dalam kandungan maklumat pengukuran seismik.

Seismograf digunakan terutamanya untuk mengkaji fenomena gempa bumi itu sendiri. Dengan bantuan mereka, adalah mungkin untuk menentukan secara instrumental kekuatan gempa bumi, tempat kejadiannya, kekerapan kejadian di tempat tertentu dan tempat utama di mana gempa bumi berlaku.

Peralatan stesen seismologi di New Zealand.

Maklumat asas tentang struktur dalaman Bumi juga diperoleh daripada data seismik dengan mentafsir medan gelombang seismik yang disebabkan oleh gempa bumi dan letupan kuat dan diperhatikan di permukaan Bumi.

Menggunakan rakaman gelombang seismik, kajian struktur kerak bumi juga dijalankan. Sebagai contoh, kajian dari tahun 1950-an menunjukkan bahawa ketebalan lapisan kerak bumi, serta kelajuan gelombang di dalamnya, berbeza dari satu tempat ke satu tempat. Di Asia Tengah, ketebalan kerak mencapai 50 km, dan di Jepun -15 km. Peta ketebalan kerak bumi telah dibuat.

Kita boleh menjangkakan bahawa teknologi baharu dalam kaedah pengukuran inersia dan graviti akan muncul tidak lama lagi. Ada kemungkinan generasi baru seismograf akan dapat mengesan gelombang graviti di Alam Semesta.

Rakaman seismograf

Para saintis di seluruh dunia sedang membangunkan projek untuk mencipta sistem amaran gempa bumi satelit. Satu projek sedemikian ialah Radar Bukaan Interferometrik-Sintetik (InSAR). Radar ini, atau lebih tepatnya radar, menjejaki anjakan plat tektonik di kawasan tertentu, dan terima kasih kepada data yang mereka terima, malah anjakan halus boleh direkodkan. Para saintis percaya bahawa terima kasih kepada kepekaan ini, adalah mungkin untuk mengenal pasti kawasan dengan tekanan tinggi dan zon berbahaya seismik dengan lebih tepat.