Wie heeft de seismograaf uitgevonden - wanneer is deze uitgevonden? Wie en wanneer vond de eerste seismograaf uit om aardbevingen te voorspellen Hoe werkt een seismograaf.

hoofd laboratorium seismometrie van het Institute of Physics of the Earth RAS

De afgelopen eeuw gaf de wereld de ontdekking van B.B. Golitsyn van de galvanometrische methode voor het observeren van seismische verschijnselen. De daaropvolgende voortgang van de seismometrie was geassocieerd met deze ontdekking. De opvolgers van de zaak Golitsyn waren de Russische wetenschapper D.P. Kirnos, Amerikanen Wood-Andersen, Press Ewing. Russische school voor seismometrie onder D.P. Kirnos stond bekend om de zorgvuldige studie van de apparatuur en methoden van metrologische ondersteuning voor seismische waarnemingen. Opnamen van seismische gebeurtenissen zijn het eigendom geworden van seismologie bij het oplossen van niet alleen kinematische, maar ook dynamische problemen. Een natuurlijke voortzetting van de ontwikkeling van seismometrie was het gebruik van elektronische middelen voor het verkrijgen van informatie uit de testmassa van seismometers, het gebruik ervan in oscillografie en in digitale methoden voor het meten, accumuleren en verwerken van seismische gegevens. Seismometrie heeft altijd de vruchten geplukt van de wetenschappelijke en technologische vooruitgang van de twintigste eeuw. In Rusland in de jaren 70-80. Er zijn elektronische seismografen ontwikkeld die het frequentiebereik van ultralage frequenties (formeel van 0 Hz) tot 1000 Hz bestrijken.

Invoering

Aardbevingen! Voor degenen die in actieve seismische zones wonen, is dit geen lege zin. Mensen leven in vrede en vergeten de vorige ramp. Maar plotseling, meestal 's nachts, komt IT. In het begin alleen trillingen, zelfs uit bed gooien, rammelende borden, vallende meubels. Dan het geraas van instortende plafonds, niet-permanente muren, stof, duisternis, gekreun. Zo was het in 1948 in Ashgabat. Het land hoorde er veel later over. Heet. Een bijna naakte medewerker van het Instituut voor Seismologie in Ashgabat bereidde zich die avond voor om te spreken op een republikeinse conferentie over seismiciteit en schreef een rapport. Rond 2 uur begonnen. Hij slaagde erin om de tuin in te rennen. Op straat, in stofwolken en donkere zuidelijke nacht, was niets te zien. Zijn vrouw, ook een seismoloog, slaagde erin de deur binnen te komen, die onmiddellijk aan beide kanten werd afgesloten door ingestorte plafonds. Haar zus, die vanwege de hitte op de grond had geslapen, was bedekt met een kledingkast waarvan de deuren opengingen om een ​​"onderdak" voor het lichaam te bieden. Maar de poten waren geknepen door de bovenkant van de kast.

In Ashgabat stierven enkele tienduizenden inwoners als gevolg van de nacht en het ontbreken van antiseismische gebouwen (ik hoorde schattingen van wel 50.000 doden. In ieder geval G.P. Gorshkov, hoofd van de afdeling Dynamische Geologie, de staat Moskou Universiteit, zei het, red.) Goed overleefde een gebouw waarvoor de architect die het ontwierp werd veroordeeld wegens te hoge uitgaven.

Nu zijn er in de herinnering van de mensheid tientallen historische en moderne catastrofale aardbevingen die miljoenen mensenlevens hebben geëist. Van de sterkste aardbevingen kan men een lijst maken zoals Lissabon 1755, Japans 1891, Assam (India) 1897, San Francisco 1906, Messina (Sicilië-Calibria) 1908, Chinees 1920 en 1976. (Al veel later dan Ashgabat in 1976 in China, eiste een aardbeving 250.000 levens, en de Indiase aardbeving van vorig jaar kostte ook minstens 20.000 ed.), Japans 1923, Chili 1960, Agadir (Marokko) 1960 gyu, Alaska, 1964 ., Spitak (Armenië) 1988 Na de aardbeving in Alaska verkreeg Benyeoff, een Amerikaanse specialist op het gebied van seismometrie, een record van de eigen trillingen van de aarde als een bal die werd geraakt. Voor en vooral na een sterke aardbeving is er een reeks - honderden en duizenden - zwakkere aardbevingen (naschokken). Observatie ervan met gevoelige seismografen maakt het mogelijk om het gebied van de hoofdschok af te bakenen en een ruimtelijke beschrijving van de aardbevingsbron te verkrijgen.

Er zijn twee manieren om grote verliezen door aardbevingen te voorkomen: anti-seismische constructie en vroegtijdige waarschuwing voor een mogelijke aardbeving. Maar beide methoden blijven ineffectief. Anti-seismische constructie is niet altijd geschikt voor de trillingen die worden veroorzaakt door aardbevingen. Er zijn vreemde gevallen van onverklaarbare vernietiging van gewapend beton, zoals het geval was in Kobe, Japan. De structuur van beton wordt zodanig verstoord dat het beton op de buik van staande golven tot stof vergaat. Er zijn rotaties van gebouwen, zoals werd waargenomen in Spitak, Leninakan, in Roemenië.

Aardbevingen gaan gepaard met andere verschijnselen. De gloed van de atmosfeer, de verstoring van radiocommunicatie en het niet minder verschrikkelijke fenomeen van een tsunami, waarvan de zeegolven soms optreden als het centrum (centrum) van een aardbeving plaatsvindt in een diepzeegeul van de wereldoceaan (niet alle aardbevingen die plaatsvinden op de hellingen van een diepzeegeul zijn tsunamigene, maar de laatste worden gedetecteerd met behulp van seismografen door karakteristieke tekenen van verplaatsing in de focus). Zo was het in Lissabon, in Alaska, in Indonesië. Ze zijn vooral gevaarlijk omdat er bijna plotseling golven verschijnen op de kust, op de eilanden. Een voorbeeld zijn de Hawaiiaanse eilanden. De golf van de aardbeving in Kamtsjatka in 1952 kwam onverwachts na 22 uur. Een tsunami-golf is onmerkbaar in de open zee, maar wanneer deze aan land komt, verwerft ze een steilheid van het voorste front, de snelheid van de golf neemt af en er treedt watervloed op, wat leidt tot een golfgroei van soms tot 30 m, afhankelijk van de kracht van de aardbeving en het reliëf van de kust. Zo'n golf spoelde volledig weg in de late herfst van 1952, de stad Severo-Koerilsk, die aan de oever van de zeestraat ligt tussen ongeveer. Paramushir en zo. Shumshu. De impact van de golf en zijn terugbeweging waren zo sterk dat de tanks die in de haven stonden eenvoudigweg werden weggespoeld en 'in onbekende richting' verdwenen. Een ooggetuige zei dat hij wakker werd van de trillingen van een sterke aardbeving en niet snel in slaap kon vallen. Plots hoorde hij een sterk laagfrequent gerommel vanaf bakboord. Hij keek uit het raam en dacht geen moment na waar hij in zat, sprong uit de sneeuw en rende naar de heuvel, nadat hij erin was geslaagd de oprukkende golf in te halen.

De bovenstaande kaart toont de meest seismisch actieve tektonische gordel in de Stille Oceaan. De stippen geven de epicentra van sterke aardbevingen alleen voor de 20e eeuw aan. De kaart geeft een idee van het actieve leven van onze planeet, en de gegevens ervan zeggen veel over de mogelijke oorzaken van aardbevingen in het algemeen. Er zijn veel hypothesen over de oorzaken van tektonische manifestaties op het aardoppervlak, maar er is nog steeds geen betrouwbare theorie van mondiale tektoniek die de theorie van het fenomeen ondubbelzinnig definieert.

Waar zijn seismografen voor?

Allereerst, om het fenomeen zelf te bestuderen, is het noodzakelijk om op een instrumentele manier de sterkte van de aardbeving, de plaats van optreden en de frequentie van optreden van deze verschijnselen op een bepaalde plaats en de belangrijkste plaatsen van hun optreden te bepalen. De elastische trillingen die door een aardbeving worden opgewekt, zijn als een lichtstraal van een zoeklicht in staat om de details van de structuur van de aarde te verlichten.

Vier hoofdtypen golven worden geëxciteerd: longitudinaal, met een maximale voortplantingssnelheid en in de eerste plaats naar de waarnemer komen, dan transversale oscillaties en de langzaamste - oppervlaktegolven met oscillaties langs een ellips in het verticale vlak (Rayleigh) en in het horizontale vlak (Liefde) in de richting van voortplanting. Het verschil in het tijdstip van de aankomst van de eerste golf wordt gebruikt om de afstand tot het epicentrum, de positie van het hypocentrum te bepalen en om de interne structuur van de aarde en de locatie van de bron van aardbevingen te bepalen. Door seismische golven vast te leggen die door de kern van de aarde gingen, was het mogelijk om de structuur ervan te bepalen. De buitenste kern was in vloeibare toestand. Alleen longitudinale golven planten zich voort in een vloeistof. De vaste binnenkern wordt gedetecteerd met behulp van transversale golven, die worden opgewekt door longitudinale golven die het grensvlak vloeistof-hardheid raken. Uit het beeld van de geregistreerde oscillaties en soorten golven, uit de tijd van de aankomst van seismische golven door seismografen op het aardoppervlak, was het mogelijk om de afmetingen van de samenstellende delen van de kern, hun dichtheden, te bepalen.

Andere problemen worden opgelost om de energie en aardbevingen te bepalen (magnitudes op de schaal van Richter, magnitude nul komt overeen met energie en 10(+5) Joules, de maximaal waargenomen magnitude komt overeen met energie en 10(+20-+21) J), spectrale samenstelling voor het oplossen van het probleem van seismische weerstandsconstructie, voor de detectie en controle van ondergrondse tests van kernwapens, seismische controle en noodstop bij gevaarlijke faciliteiten zoals kerncentrales, spoorwegvervoer en zelfs liften in hoogbouw, controle van hydraulische constructies. De rol van seismische instrumenten bij de seismische exploratie van mineralen en in het bijzonder bij het zoeken naar "reservoirs" met olie is van onschatbare waarde. Ze werden ook gebruikt bij het onderzoek naar de oorzaken van de dood van Koersk, het was met behulp van deze apparaten dat de tijd en kracht van de eerste en tweede explosies werden vastgesteld.

Mechanische seismische instrumenten

Het werkingsprincipe van seismische sensoren - seismometers - die een seismograafsysteem vormen, dat dergelijke knooppunten omvat - een seismometer, een omzetter van het mechanische signaal in elektrische spanning en een recorder - een informatieopslagapparaat, is onmiddellijk gebaseerd op de eerste en derde wet van Newton - de eigenschap van massa's voor traagheid en zwaartekracht. Het belangrijkste element van het apparaat van elke seismometer is de massa, die een zekere ophanging heeft aan de basis van het apparaat. Idealiter zou de massa geen mechanische of elektromagnetische verbindingen met het lichaam moeten hebben. Hang gewoon in de ruimte! Dit is echter nog steeds niet realiseerbaar onder de omstandigheden van de aantrekkingskracht van de aarde. Er zijn verticale en horizontale seismometers. Ten eerste heeft de massa het vermogen om alleen in een verticaal vlak te bewegen en wordt ze meestal opgehangen met een veer om de zwaartekracht van de aarde tegen te gaan. In horizontale seismometers heeft de massa alleen een vrijheidsgraad in het horizontale vlak. De evenwichtspositie van de massa wordt gehandhaafd door zowel een veel zwakkere ophangveer (meestal vlakke platen) als vooral door de zwaartekrachtherstelkracht van de aarde, die sterk wordt verzwakt door de reactie van de bijna verticale ophangas en inwerkt in de bijna horizontale vlak van massabeweging.

De oudste apparaten voor het opnemen van aardbevingen werden ontdekt en gerestaureerd in China [Savarensky E.F., Kirnos D.P., 1955]. Het apparaat had geen mogelijkheid om op te nemen, maar hielp alleen om de sterkte van de aardbeving en de richting naar het epicentrum te bepalen. Dergelijke instrumenten worden seismoscopen genoemd. De oude Chinese seismoscoop dateert uit 123 na Christus en is een kunstwerk en techniek. In het artistiek ontworpen vat bevond zich een astatische slinger. De massa van een dergelijke slinger bevindt zich boven het elastische element, dat de slinger in een verticale positie ondersteunt. In het vat, langs de azimuts, bevinden zich de monden van draken, waarin metalen ballen worden geplaatst. Tijdens een sterke aardbeving raakte de slinger de ballen en vielen ze in kleine vaten in de vorm van kikkers met open monden. Uiteraard vielen de maximale effecten van de slinger langs het azimut op de aardbevingsbron. Uit de ballen die in de kikkers werden gevonden, was het mogelijk om te bepalen waar de aardbevingsgolven vandaan kwamen. Dergelijke instrumenten worden seismoscopen genoemd. Ze worden tegenwoordig veel gebruikt en bieden waardevolle informatie over grote aardbevingen op grote schaal over een groot gebied. In Californië (VS) zijn er duizenden seismoscopen die met astatische slingers opnemen op bolvormig glas bedekt met roet. Meestal is een complex beeld zichtbaar van de beweging van de punt van de slinger op het glas, waarin oscillaties van longitudinale golven te onderscheiden zijn, die de richting naar de bron aangeven. En de maximale amplitudes van de opnametrajecten geven een idee van de kracht van de aardbeving. De oscillatieperiode van de slinger en zijn demping zijn zo ingesteld dat het gedrag van typische gebouwen kan worden gemodelleerd en zo de intensiteit van aardbevingen kan worden geschat. De omvang van aardbevingen wordt bepaald door de uiterlijke kenmerken van de impact van trillingen op mensen, dieren, bomen, typische gebouwen, meubels, gebruiksvoorwerpen, enz. Er zijn verschillende scoreschalen. In de media wordt "schaal van Richter" gebruikt. Deze definitie is bedoeld voor een massa-inwoner en komt niet overeen met wetenschappelijke terminologie. Het is correct om te zeggen - de omvang van de aardbeving op de schaal van Richter. Het wordt bepaald door instrumentele metingen met behulp van seismografen en geeft voorwaardelijk de logaritme aan van de maximale opnamesnelheid, gerelateerd aan de aardbevingsbron. Deze waarde geeft voorwaardelijk de vrijgekomen energie van elastische trillingen in de aardbevingsbron weer.

Een soortgelijke seismoscoop werd in 1848 gemaakt door de Italiaanse Cacciatore, waarbij de slinger en de kogels werden vervangen door kwik. Tijdens grondtrillingen werd kwik in vaten gegoten die gelijkmatig langs azimuts waren verdeeld. In Rusland worden seismoscopen van S.V. Medvedev gebruikt, in Armenië worden seismoscopen van AIS van A.G. Nazarov ontwikkeld, waarbij meerdere slingers met verschillende frequenties worden gebruikt. Ze maken het mogelijk om globaal trillingsspectra te verkrijgen, d.w.z. afhankelijkheid van de amplitude van de records van de trillingsfrequenties tijdens een aardbeving. Dit is waardevolle informatie voor ontwerpers van antiseismische gebouwen.

De eerste seismograaf van wetenschappelijk belang werd in 1879 in Japan gebouwd door Ewing. Het gewicht van de slinger was een gietijzeren ring van 25 kg, opgehangen aan een staaldraad. De totale lengte van de slinger was bijna 7 meter. Door de lengte werd een traagheidsmoment van 1156 kg verkregen m 2. De relatieve bewegingen van de slinger en de grond werden vastgelegd op rookglas dat rond een verticale as draaide. Een groot traagheidsmoment droeg bij aan het verminderen van het effect van wrijving van de slingerpunt op het glas. In 1889 publiceerde een Japanse seismoloog een beschrijving van een horizontale seismograaf, die als prototype diende voor een groot aantal seismografen. Soortgelijke seismografen werden in 1902-1915 in Duitsland gemaakt. Bij het maken van mechanische seismografen kon het probleem van het vergroten van de gevoeligheid alleen worden opgelost met behulp van de vergrotingshendels van Archimedes. De wrijvingskracht tijdens het registreren van trillingen werd overwonnen vanwege de enorme massa van de slinger. De seismograaf van Wiechert had dus een slinger met een massa van 1000 kg. In dit geval werd een toename van slechts 200 bereikt voor de perioden van geregistreerde oscillaties die de eigen periode van de slinger van 12 sec niet overschrijden. De verticale seismograaf van Wiechert, waarvan het slingergewicht 1300 kg was, had de grootste massa, opgehangen aan krachtige schroefveren van 8 mm staaldraad. De gevoeligheid was 200 voor perioden van seismische golven niet hoger dan 5 sec. Wiechert was een groot uitvinder en ontwerper van mechanische seismografen en bouwde verschillende en ingenieuze instrumenten. De registratie van de relatieve beweging van de traagheidsmassa van de slingers en de grond werd uitgevoerd op gerookt papier, geroteerd door een continue band door een klokmechanisme.

Seismografen met galvanometrische registratie

Een revolutie in de techniek van seismometrie werd gemaakt door een briljante wetenschapper op het gebied van optica en wiskunde, Prins B.B. Golitsyn. Hij vond een methode uit om aardbevingen galvanometrische vast te leggen. Rusland is de grondlegger van seismografen met galvanometrische registratie in de wereld. Voor het eerst ter wereld ontwikkelde hij in 1902 de theorie van een seismograaf, creëerde hij een seismograaf en organiseerde hij de eerste seismische stations waar nieuwe instrumenten werden geïnstalleerd. Duitsland had ervaring met de productie van seismografen en daar werden de eerste Golitsyn-seismometers vervaardigd. Het opnameapparaat is echter ontworpen en vervaardigd in de werkplaatsen van de Russische Academie van Wetenschappen in St. Petersburg. En tot nu toe heeft dit toestel alle karakteristieke eigenschappen van de eerste registrar. De trommel, waarop fotografisch papier, bijna 1 m lang en 28 cm breed, was bevestigd, werd in roterende beweging gebracht met een verplaatsing bij elke omwenteling over een gekozen afstand en veranderd volgens de observatietaak langs de as van de trommel. De scheiding van de seismometer en het middel om de relatieve bewegingen van de traagheidsmassa van het apparaat te registreren was zo vooruitstrevend en succesvol dat dergelijke seismografen nog vele decennia lang wereldwijde erkenning kregen. B.B. Golitsyn noemde de volgende voordelen van de nieuwe registratiemethode.

1. De mogelijkheid van een eenvoudige techniek om op dat moment meer te krijgen gevoeligheid .

2. Aanmelding voor afstand vanaf de plaats van de seismometers. Afgelegenheid, droge ruimte, toegankelijkheid tot seismische gegevens voor verdere verwerking gaven een nieuwe kwaliteit aan het proces van seismische waarnemingen en de uitsluiting van ongewenste effecten op seismometers door het personeel van het seismische station.

3. Onafhankelijkheid van opnamekwaliteit van drift nul seismometers.

Deze belangrijkste voordelen bepaalden decennia lang de ontwikkeling en het gebruik van galvanometrische registratie over de hele wereld.

Het gewicht van de slinger speelde niet meer zo'n rol als bij mechanische seismografen. Er was maar één fenomeen waarmee rekening moest worden gehouden: de magneto-elektrische reactie van het frame van de galvanometer, dat zich in de luchtspleet van een permanente magneet bevindt, op de slinger van de seismometer. In de regel verminderde deze reactie de demping van de slinger, wat leidde tot de excitatie van zijn extra eigen oscillaties, die het golfpatroon van de geregistreerde golven door aardbevingen vervormden. Daarom gebruikte B.B. Golitsyn een massa slingers in de orde van grootte van 20 kg om de terugreactie van de galvanometer op de seismometer te verwaarlozen.

De catastrofale aardbeving van 1948 in Ashgabat stimuleerde de financiering van de uitbreiding van het netwerk van seismische waarnemingen in de USSR. Om nieuwe en oude seismische stations uit te rusten, ontwikkelde professor D.P. Kirnos, samen met ingenieur V.N. Soloviev, galvanometrische seismografen van het algemene type SGK en SVK samen met een GK-VI galvanometer. Het werk werd gestart binnen de muren van het Seismologisch Instituut van de USSR Academie van Wetenschappen en zijn instrumentale werkplaatsen. De apparaten van Kirnos onderscheidden zich door hun grondige wetenschappelijke en technische studie. De techniek van kalibratie en bediening is tot in de perfectie gebracht, wat zorgde voor een hoge nauwkeurigheid (ongeveer 5%) van de amplitude en fasefrequentierespons (AFC) bij het opnemen van gebeurtenissen. Hierdoor konden seismologen niet alleen kinematische, maar ook dynamische problemen instellen en oplossen bij het interpreteren van records. Op deze manier verschilde de school van D.P. Kirnos gunstig van de Amerikaanse school van vergelijkbare instrumenten. D.P. Kirnos verbeterde de theorie van seismografen met galvanometrische registratie door de koppelingscoëfficiënt van een seismometer en een galvanometer te introduceren, waardoor het mogelijk werd om de amplitude-frequentierespons van een seismograaf te construeren om grondverplaatsing vast te leggen, eerst in de band van 0,08 - 5 Hz, en vervolgens in de band van 0,05 - 10 Hz met behulp van nieuw ontwikkelde seismometers van het SKD-type. In dit geval hebben we het over de introductie van breedbandfrequentierespons in seismometrie.

Russische mechanische seismografen

Na de ramp in Severo-Koerilsk werd een regeringsdecreet uitgevaardigd over de oprichting van een tsunamiwaarschuwingsdienst in Kamtsjatka, Sachalin en de Koerilen-eilanden. De uitvoering van het decreet werd toevertrouwd aan de Academie van Wetenschappen, de Hydrometeorologische Dienst van de USSR en het Ministerie van Communicatie. In 1959 werd een commissie naar deze regio gestuurd om de situatie ter plaatse op te helderen. Petropavlovsk Kamtsjatski, Severo-Koerilsk, Joezjno-Koerilsk, Sachalin. Transportmiddelen - LI-2-vliegtuig (voormalig Douglas), een stoomboot die van de zeebodem is opgetild en gerestaureerd, boten. De eerste vlucht staat gepland om 6 uur. De commissie bereikte de luchthaven "Khalatyrka" (Petropavlovsk-Kamchatsky) op tijd. Maar het vliegtuig vertrok eerder - de lucht boven Shumshu ging open. Een paar uur later werd een lading LI-2 gevonden en vond een veilige landing plaats op de door de Japanners aangelegde basisstrook met ondergrondse vliegvelden. Shumshu is het meest noordelijke eiland in de Koerilen-keten. Alleen in het noordwesten vanuit de wateren van de Zee van Okhotsk rijst de prachtige kegel van de Adelaide-vulkaan op. Het eiland ziet er helemaal vlak uit, als een dikke pannenkoek tussen het zeewater. Op het eiland meestal grenswachten. De commissie arriveerde bij de zuidwestelijke pier. Daar wachtte een marineboot, die met hoge snelheid naar de haven van Severo-Koerilsk voer. Op het dek bevinden zich naast de commissie meerdere passagiers. Aan de zijkant staan ​​een matroos en een meisje enthousiast te praten. De boot vliegt op volle snelheid het watergebied van de haven in. De stuurman op de handmatige telegraaf geeft een signaal aan de machinekamer: "Ding-ding", en nog een "Ding-ding" - geen effect! Plots vliegt een matroos aan de zijkant hals over kop naar beneden. Enigszins laat - de boot snijdt vrij sterk in de houten leuningen van de vissersschoener. Chips vliegen, mensen vallen bijna. De matrozen legden zwijgend, zonder enige emotie, de boot aan. Dat is de specificiteit van de dienstverlening in het Verre Oosten.

Er was alles op de reis: lichte regen, waarvan de druppels bijna evenwijdig aan de grond vlogen, kleine en harde bamboe - het leefgebied van beren, en een enorme "stringbag" waarin passagiers werden geladen (een vrouw met een kind in het midden) en door een stoomlier naar het dek van het gerestaureerde schip getild als gevolg van een grote stormgolf, en de GAZ-51-vrachtwagen, in het open lichaam waarvan de commissie Kunashir-eiland overstak van de Stille Oceaan naar de kust van Okhotsk en die halverwege vele malen ronddraaide in een enorme plas - de voorwielen in de ene lijm, de achterwielen in de andere - tot die tijd totdat de sleur werd gecorrigeerd met een gewone schop en de brandinglijn bij de ingang van de paaiende stroom, gemarkeerd door een doorlopende strook rode zalmkaviaar.

De Commissie heeft vastgesteld dat tot dusver het enige seismische instrument dat de taak van een tsunamiwaarschuwingsdienst kan vervullen, alleen een mechanische seismograaf kan zijn met registratie op roetpapier. De seismografen zijn ontwikkeld in het seismometrische laboratorium van het Institute of Physics of the Earth, Academy of Sciences. Een seismograaf met een lage vergroting van 7 en een seismograaf met een vergroting van 42 werden geleverd om speciaal gebouwde tsunami-stations uit te rusten. De trommels van gerookt papier werden aangedreven door veerklokmechanismen. Het gewicht van de massa van de seismograaf met een vergroting van 42 werd verzameld uit ijzeren schijven en bedroeg 100 kg. Hiermee eindigde het tijdperk van mechanische seismografen.

Er werd een vergadering gehouden van het presidium van de Academie van Wetenschappen, gewijd aan de uitvoering van het regeringsdecreet. Voorzitter Academicus Nesmeyanov met een groot, imposant, gebruind gezicht, korte Academicus-secretaris Topchiev, leden van het presidium. De bekende seismoloog E.F.Savarensky rapporteerde en demonstreerde een volledige foto van een mechanische seismograaf [Kirnos D.P., Rykov A.V., 1961]. Academicus Artsimovich nam deel aan de discussie: "Het tsunami-probleem is eenvoudig op te lossen door alle objecten aan de kust naar een hoogte van meer dan 30 meter te verplaatsen!" . Economisch is dit onmogelijk en de kwestie van eenheden van de Pacific Fleet wordt niet opgelost.

In de tweede helft van de 20e eeuw begon het tijdperk van elektronische seismografen. Parametrische transducers worden op de slingers van seismometers in elektronische seismografen geplaatst. Ze hebben hun naam gekregen van de term - parameter. De capaciteit van een luchtcondensator, de inductieve reactantie van een hoogfrequente transformator, de weerstand van een fotoresistor, de geleidbaarheid van een fotodiode onder een LED-straal, een Hall-sensor en alles wat de uitvinders van een elektronische seismograaf ter hand kwamen kan dienen als variabele parameter. Van de selectiecriteria bleken de belangrijkste de eenvoud van het apparaat, lineariteit, laag niveau van intrinsieke ruis, efficiëntie in voeding te zijn. De belangrijkste voordelen van elektronische seismografen ten opzichte van seismografen met galvanometrische registratie zijn dat a) de afname van de frequentierespons naar lage frequenties optreedt, afhankelijk van de signaalfrequentie f, niet als f^3, maar als f^2 - veel langzamer, b) het is mogelijk om de elektrische output van een seismograaf te gebruiken in moderne recorders, en, belangrijker nog, in het gebruik van digitale technologie voor het meten, verzamelen en verwerken van informatie, c) de mogelijkheid om alle seismometerparameters te beïnvloeden met behulp van de bekende automatische feedbackregeling (OS) [Rykov A.V., 1963]. Punt c) heeft echter zijn eigen specifieke toepassing in de seismometrie. Met behulp van het besturingssysteem worden de frequentierespons, gevoeligheid, nauwkeurigheid en stabiliteit van de seismometer gevormd. Er is een methode ontdekt om de eigen oscillatieperiode van de slinger te vergroten met behulp van negatieve feedback, die onbekend is in de automatische besturing of in de seismometrie die in de wereld bestaat [Rykov A.V.,].

In Rusland is het fenomeen van een vloeiende overgang van de traagheidsgevoeligheid van een verticale en horizontale seismometer naar zijn zwaartekrachtgevoeligheid naarmate de signaalfrequentie afneemt [Rykov AV, 1979] duidelijk geformuleerd. Bij een hoge signaalfrequentie overheerst het traagheidsgedrag van de slinger; bij een zeer lage frequentie wordt het traagheidseffect zo sterk verminderd dat het zwaartekrachtsignaal dominant wordt. Wat betekent het? Tijdens verticale oscillaties van de grond treden bijvoorbeeld zowel traagheidskrachten op, die de slinger dwingen om zijn positie in de ruimte te behouden, als een verandering in zwaartekracht als gevolg van een verandering in de afstand van het apparaat tot het middelpunt van de aarde. Naarmate de afstand tussen de massa en het middelpunt van de aarde groter wordt, neemt de zwaartekracht af en krijgt de massa een extra kracht die de slinger optilt. En omgekeerd, bij het laten zakken van het apparaat, krijgt de massa een extra kracht, waardoor deze naar beneden zakt.

Voor hoge frequenties van grondtrillingen is het traagheidseffect vele malen groter dan het zwaartekrachteffect. Bij lage frequenties is het tegenovergestelde waar - versnellingen zijn extreem klein en het traagheidseffect is praktisch erg klein, en het effect van een verandering in zwaartekracht voor de slinger van de seismometer zal vele malen groter zijn. Voor een horizontale seismometer zullen deze verschijnselen zich manifesteren wanneer de zwaai-as van de slinger afwijkt van het loodlijn, dat wordt bepaald door dezelfde zwaartekracht. Voor de duidelijkheid wordt de amplitude-frequentierespons van de verticale seismometer getoond in Fig.1. Duidelijk is te zien hoe bij afnemende signaalfrequentie de gevoeligheid van de seismometer verandert van inertiaal naar zwaartekracht. Zonder rekening te houden met deze overgang, is het onmogelijk te verklaren dat gravimeters en seismometers in staat zijn om lunisolaire getijden te registreren. Volgens de traditie zou het nodig zijn om de "snelheidslijn" uit te breiden tot een zo lage gevoeligheid dat getijden met perioden van tot 25 uur en een amplitude van 0,3 m in Moskou kon niet worden ontdekt. Een voorbeeld van het registreren van getij en helling in een vloedgolf wordt getoond in Fig.2. Hier is Z een record van de verplaatsing van het aardoppervlak in Moskou gedurende 45 uur, H is een record van de helling in een vloedgolf. Duidelijk is te zien dat de maximale helling niet op de vloedbult valt, maar op de helling van de vloedgolf.

De karakteristieke kenmerken van moderne elektronische seismografen zijn dus een breedbandfrequentierespons van 0 tot 10 Hz van oscillaties van het aardoppervlak en een digitale methode om deze oscillaties te meten. Het feit dat Bennioff in 1964 de natuurlijke trillingen van de aarde observeerde na een sterke aardbeving met behulp van spanningsmeters (strainmeters) is nu beschikbaar voor een gewone elektronische seismograaf (de grootste geregistreerde aardbeving in de Verenigde Staten was een magnitude 9,2 die Prince William Sound, Alaska trof op Goede Vrijdag, 28 maart 1964 De gevolgen van die aardbeving zijn nog steeds duidelijk zichtbaar, ook in de uitgestrekte delen van het uitgestorven bos, aangezien een deel van het land over een afstand van 500 km, in sommige gevallen tot 16 m, is verlaagd en op veel plaatsen ging zeewater het grondwater in, het bos stierf weg. Noot red.).

Figuur 3 toont de radiale (verticale) oscillatie van de aarde op de grondtoon in 3580 sec. na de aardbeving.

Afb.3. Verticale Z- en horizontale H-componenten van het trillingsrecord na de aardbeving in Iran, 14 maart 1998, M = 6,9. Te zien is dat radiale trillingen prevaleren boven torsietrillingen met een horizontale oriëntatie.

Laten we in figuur 4 laten zien hoe een driecomponentenregistratie van een sterke aardbeving eruitziet na het omzetten van een digitaal bestand in een visueel bestand.

Afb.4. Een voorbeeld van digitale opname van een aardbeving in India, M=7.9, 26/01/2001, ontvangen op een permanent breedbandstation KSESH-R.

De eerste aankomsten van twee longitudinale golven zijn duidelijk zichtbaar tot 25 minuten, daarna komt op horizontale seismografen een transversale golf binnen na ongeveer 28 minuten en een liefdesgolf na 33 minuten. Op de middelste verticale component is er geen liefdesgolf (hij is horizontaal), en na verloop van tijd begint de Rayleigh-golf (38 minuten), die zichtbaar is op zowel horizontale als verticale sporen.

Op foto nr. 3.4 zie je een moderne elektronische verticale seismometer, die voorbeelden toont van getijdenregistraties, natuurlijke trillingen van de aarde en registraties van een sterke aardbeving. De belangrijkste structurele elementen van de verticale slinger zijn duidelijk zichtbaar: twee massaschijven met een totaal gewicht van 2 kg, twee cilindrische veren om de zwaartekracht van de aarde te compenseren en de massa van de slinger in een horizontale positie te houden. Tussen de massa's op de basis van het apparaat bevindt zich een cilindrische magneet, in de luchtspleet waarvan een draadspoel binnenkomt. De spoel is meegenomen in het ontwerp van de slinger. In het midden "kijkt" het elektronische bord van de capacitieve converter uit. De luchtcondensor bevindt zich achter de magneet en is klein van formaat. Het gebied van de condensator is slechts 2 cm (+2). Een magneet met een spoel wordt gebruikt om de slinger te forceren met behulp van de feedback over de verplaatsing, snelheid en integraal van de verplaatsing. OS bieden de frequentierespons getoond in figuur 1, de stabiliteit van de seismometer in de tijd en een hoge nauwkeurigheid van het meten van grondtrillingen in de orde van een honderdste van een procent.

Foto nr. 34. Verticale seismometer van de KSESH-R installatie met het lichaam verwijderd.

In de internationale praktijk hebben Wieland-Strekaizen-seismografen erkenning en brede verspreiding gekregen. Deze instrumenten worden gebruikt als basis voor het World Network of Digital Seismic Observations (IRIS). De frequentierespons van de IRIS-seismometers is vergelijkbaar met de frequentierespons getoond in Fig.1. Het verschil is dat voor frequenties lager dan 0,0001 Hz de Wieland-seismometers meer "geklemd" worden door de geïntegreerde feedback, wat leidde tot een grotere temporele stabiliteit, maar een verminderde gevoeligheid bij ultralage frequenties in vergelijking met KSESh-seismografen met ongeveer 3 keer.

Elektronische seismometers zijn in staat exotische wonderen te ontdekken die nog kunnen worden betwist. Professor E.M. Linkov van de Universiteit van Peterhof interpreteerde met behulp van een verticale magnetron-seismograaf oscillaties met perioden van 5 - 20 dagen als "zwevende" oscillaties van de aarde in een baan rond de zon. De afstand tussen de aarde en de zon blijft traditioneel, en de aarde oscilleert enigszins alsof hij aan een leiband zit op het oppervlak van een ellipsoïde met een dubbele amplitude tot 400 micron. Er was een verband tussen deze fluctuaties en zonneactiviteit [zie aanvullend Ref. 22].

Zo zijn seismografen in de 20e eeuw actief verbeterd. Het begin van het revolutionaire begin van dit proces werd gelegd door prins Boris Borisovich Golitsyn, een Russische wetenschapper. Als volgende in de rij kunnen we nieuwe technologieën verwachten op het gebied van traagheids- en zwaartekrachtmeetmethoden. Het is mogelijk dat elektronische seismografen eindelijk zwaartekrachtgolven in het heelal kunnen detecteren.

Literatuur

1. Golitzin B.Izv. Permanente Seismische Commissie AN 2, c. 2, 1906.

2. Golitsyn BB Izv. Permanente Seismische Commissie AN 3, c. 1, 1907.

3. Golitsyn BB Izv. Permanente Seismische Commissie AN 4, c. 2, 1911.

4. Golitsyn B., Lezingen over seismometrie, uitg. AN, St. Petersburg, 1912.

5. E.F.Savarensky, D.P.Kirnos, Elementen van seismologie en seismometrie. Ed. Tweede, herziene staat. Ed. Tech.-theorie. Lett., M.1955

6. Apparatuur en methoden voor seismometrische waarnemingen in de USSR. Uitgeverij "Science", M. 1974

7. DP Kirnos. Proceedings van Geophys. Instituut van de Academie van Wetenschappen van de USSR, nr. 27 (154), 1955

8. D.P.Kirnos en A.V.Rykov. Speciale high-speed seismische apparatuur voor tsunami-waarschuwing. Stier. Raad voor Seismologie, "Tsunami-problemen", nr. 9, 1961

9. AV Rykov. Invloed van feedback op de parameters van de slinger. Izv. USSR Academie van Wetenschappen, ser. Geofiz., nr. 7, 1963

10. AV Rykov. Over het probleem van het observeren van de trillingen van de aarde. Apparatuur, methoden en resultaten van seismometrische waarnemingen. M., "Wetenschap", za. "Seismische instrumenten", nee. 12 december 1979

11. AV Rykov. Seismometer en aardtrillingen. Izv. Russische Academie van Wetenschappen, ser. Physics of the Earth, M., "Science", 1992

12. Wieland E.., Streckeisen G. De bladveerseismometer - ontwerp en prestaties // Bull.Seismol..Soc. Am., 1982. vol. 72. P.2349-2367.

13. Wieland E., Stein J.M. Een digitale zeer breedbandseismograaf // Ann.Geofysisch. ser. B. 1986. Vol. 4, nr. 3. P. 227 - 232.

14. A.V. Rykov, I.P. Bashilov. Ultrabreedband digitale set seismometers. Za. "Seismische instrumenten", nee. 27, M., uitgeverij van de OIPH RAS, 1997

15. K. Krylov Sterke aardbeving in Seattle, 28 februari 2001 http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

16. K. Krylov Catastrofale aardbeving in 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 Dit zijn de sterkste aardbevingen ter wereld.

22. http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1580#1580 Voorbodes van aardbevingen in de ruimte nabij de aarde - Er is een nieuw artikel verschenen in het tijdschrift Urania (in het Russisch en Engels). Het werk van MEPhI-medewerkers is gewijd aan het voorspellen van aardbevingen op basis van satellietwaarnemingen.

Seismograaf- een apparaat dat grondtrillingen registreert tijdens een aardbeving. Tegenwoordig zijn dit complexe elektronische apparaten. Moderne seismografen hadden hun voorgangers. De eerste seismograaf werd uitgevonden in 132 in China, en echte seismografen verschenen in de jaren 1890. De moderne seismograaf gebruikt de eigenschap traagheid (de eigenschap om de oorspronkelijke rusttoestand of uniforme beweging te behouden). Voor het eerst verschenen instrumentele waarnemingen in China, waar Chang-Khen in 132 een seismoscoop uitvond, een vakkundig gemaakt vaartuig. Aan de buitenkant van het vat met een slinger erin, werden de koppen van draken met ballen in hun mond gegraveerd in een cirkel. Tijdens het slingeren van de slinger van de aardbeving vielen een of meer ballen in de open monden van de kikkers, die zo aan de voet van de vaten waren geplaatst dat de kikkers ze konden inslikken. Een moderne seismograaf is een set instrumenten die tijdens een aardbeving grondtrillingen registreren en omzetten in een elektrisch signaal dat in analoge en digitale vorm op seismogrammen wordt vastgelegd. Het belangrijkste gevoelige element is echter, zoals eerder, een slinger met een last.

Seismische golven passeren de aarde op plaatsen die ontoegankelijk zijn voor observatie. Alles wat ze onderweg tegenkomen, verandert ze op de een of andere manier. Daarom helpt de analyse van seismische golven om de interne structuur van de aarde op te helderen.

Een seismograaf kan worden gebruikt om de energie van een aardbeving te schatten. Bij relatief zwakke aardbevingen komt energie vrij in de orde van grootte van 10.000 kg/m, d.w.z. voldoende om een ​​last van 10 ton op te tillen tot een hoogte van 1 m. Dit energieniveau wordt als nul genomen, een aardbeving met 100 keer meer energie komt overeen met 1, een andere 100 keer krachtiger komt overeen met 2 eenheden van de schaal. Zo'n schaal wordt de schaal van Richter genoemd ter ere van de beroemde Amerikaanse seismoloog uit Californië C. Richter. Het getal in zo'n schaal heet magnitude en wordt aangegeven met M. In de schaal zelf is er geen bovengrens, daarom wordt de schaal van Richter open genoemd. In werkelijkheid creëert de aarde zelf een praktische bovengrens. De sterkste geregistreerde aardbeving had een kracht van 8,9. Twee van dergelijke aardbevingen zijn geregistreerd sinds het begin van instrumentele waarnemingen, beide onder de oceaan. De ene vond plaats in 1933 voor de kust van Japan, de andere in 1906 voor de kust van Ecuador. De omvang van een aardbeving kenmerkt dus de hoeveelheid energie die door de bron in alle richtingen vrijkomt. Deze waarde is niet afhankelijk van de diepte van de bron, noch van de afstand tot het waarnemingspunt. De sterkte van een aardbevingsmanifestatie hangt niet alleen af ​​van de omvang, maar ook van de diepte van de bron (hoe dichter de bron bij het oppervlak, hoe groter de sterkte van de manifestatie), van de kwaliteit van de bodem (hoe losser en onstabieler de grond, hoe groter de kracht van manifestatie). Natuurlijk is ook de kwaliteit van grondbezit van belang. De sterkte van de manifestatie van een aardbeving op het aardoppervlak wordt bepaald door de Mercalli-schaal in punten. Punten zijn gemarkeerd met nummers van I tot XII.

Een apparaat voor het opnemen van trillingen van het aardoppervlak tijdens aardbevingen of explosies

Animatie

Beschrijving

Seismografen (SF) worden gebruikt om alle soorten seismische golven te detecteren en vast te leggen. Het werkingsprincipe van moderne SF is gebaseerd op de eigenschap traagheid. Elke SF bestaat uit een seismische ontvanger of seismometer en een opname (opname) apparaat. Het grootste deel van de SF is een traagheidslichaam - een belasting opgehangen aan een veer van een beugel, die stevig aan het lichaam is bevestigd (Fig. 1).

Algemeen overzicht van de eenvoudigste seismograaf voor het opnemen van verticale oscillaties

Rijst. een

Het lichaam van de SF is gefixeerd in massief gesteente en komt daarom in beweging tijdens een aardbeving, en vanwege de traagheidseigenschap blijft de slinger achter bij de beweging van de grond. Om een ​​registratie van seismische trillingen (seismogrammen) te verkrijgen, worden een opnametrommel met een papieren band die met een constante snelheid roteert, bevestigd aan het lichaam van de SF, en een pen die is verbonden met de slinger (zie figuur 1) gebruikt. De verplaatsingsvector van het aardoppervlak wordt bepaald door de horizontale en verticale componenten; Dienovereenkomstig bestaat elk systeem voor seismische waarnemingen uit horizontale (voor het registreren van verplaatsingen langs de X-, Y-assen) en verticale (voor het registreren van verplaatsingen langs de Z-as) seismometers.

Voor seismometers worden meestal slingers gebruikt, waarvan het zwenkcentrum relatief rustig blijft of achterblijft bij de beweging van het oscillerende aardoppervlak en de bijbehorende ophangas. De mate van rust van het geofoonzwaaicentrum kenmerkt zijn werking en wordt bepaald door de verhouding van de periode Tp van de bodemtrillingen tot de periode T van natuurlijke trillingen van de geofoonslinger. Als T p ¤ T klein is, dan is het centrum van de trillingen praktisch onbeweeglijk en worden de trillingen van de grond zonder vervorming weergegeven. Bij T p ¤ T dichtbij 1 zijn vervormingen door resonantie mogelijk. Bij grote waarden van T p ¤ T , wanneer bodembewegingen erg langzaam zijn, verschijnen de traagheidseigenschappen niet, beweegt het zwenkcentrum bijna als een geheel met de grond en stopt de seismische ontvanger met het opnemen van bodemtrillingen. Bij het registreren van oscillaties bij seismisch onderzoek is de periode van natuurlijke oscillaties enkele honderdsten of tienden van een seconde. Bij het registreren van trillingen van lokale aardbevingen kan de periode ~ 1 sec zijn, en voor aardbevingen op afstand op duizend km, zou deze in de orde van 10 sec moeten zijn.

Het werkingsprincipe van de SF kan worden verklaard door de volgende vergelijkingen: Laat een lichaam met massa M hangen aan een veer, waarvan het andere uiteinde en de schaal aan de grond zijn bevestigd. Wanneer de grond met de Z-waarde langs de Z-as omhoog beweegt (translationele beweging), blijft de massa M achter als gevolg van traagheid en verschuift de Z-as met de z-waarde (relatieve beweging), wat een trekkracht genereert in de veer - cz (c is de veerstijfheid). Deze kracht tijdens beweging moet worden gecompenseerd door de traagheidskracht van de absolute beweging:

M d 2 z¤ dt 2 = - cz,

waarbij z = Z - z.

Hieruit volgt de vergelijking:

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

wiens oplossing de werkelijke bodemverplaatsing Z relateert aan de waargenomen z.

timing

Initiatietijd (log naar -3 tot -1);

Levensduur (log tc van -1 tot 3);

Afbraaktijd (log td -3 tot -1);

Optimale ontwikkeltijd (log tk van -1 tot 1).

Diagram:

Technische realisaties van het effect

Horizontale seismometer type SKGD

Een algemeen aanzicht van een horizontale seismometer van het type SKGD wordt getoond in Fig. 2.

Schema van de horizontale seismometer SKGD

Rijst. 2

Benamingen:

2 - magnetisch systeem;

3 - convertorspoel;

4 - ophangklem;

5 - ophangveer.

Het apparaat bestaat uit een slinger 1 die aan een klem 4 is opgehangen aan een standaard die aan de basis van het apparaat is bevestigd. Het totale gewicht van de slinger is ongeveer 2 kg; de opgegeven lengte is ongeveer 50 cm. De bladveer staat onder spanning. In het op de slinger bevestigde frame bevindt zich een platte inductiespoel 3 met drie windingen van geïsoleerd koperdraad. Eén wikkeling dient om de beweging van de slinger te registreren en er is een galvanometerschakeling op aangesloten. De tweede wikkeling dient om de demping van de seismometer aan te passen en er is een dempingsweerstand op aangesloten. Daarnaast is er een derde wikkeling voor het leveren van een stuurpuls (idem voor verticale seismometers). Een permanente magneet 2 is bevestigd op de basis van het apparaat, in de luchtspleet waarvan zich de middelste delen van de wikkelingen bevinden. Het magnetische systeem is uitgerust met een magnetische shunt, die bestaat uit twee platen van zacht ijzer, waarvan de beweging een verandering in de sterkte van het magnetische veld in de luchtspleet van de magneet veroorzaakt en bijgevolg een verandering in de dempingsconstante.

Aan het uiteinde van de slinger is een platte pijl bevestigd, waaronder een schaal met millimeterverdelingen en een vergrootglas waardoor de schaal en pijl worden bekeken. De positie van de wijzer is af te lezen op een schaal met een nauwkeurigheid van 0,1 mm. De pendelvoet is voorzien van drie stelschroeven. Twee zijdelingse exemplaren dienen om de slinger in de nulstand te zetten. De voorste stelschroef wordt gebruikt om de natuurlijke periode van de slinger in te stellen. Om de slinger te beschermen tegen verschillende storingen, is het apparaat in een beschermende metalen behuizing geplaatst.

Een effect toepassen

SF's die worden gebruikt om grondtrillingen te registreren tijdens aardbevingen of explosies, maken deel uit van zowel permanente als mobiele seismische stations. Het bestaan ​​van een wereldwijd netwerk van seismische stations maakt het mogelijk om met hoge nauwkeurigheid de parameters van bijna elke aardbeving in verschillende regio's van de wereld te bepalen, evenals om de interne structuur van de aarde te bestuderen op basis van de kenmerken van de voortplanting van seismische golven van verschillende typen. De belangrijkste parameters van een aardbeving omvatten voornamelijk: de coördinaten van het epicentrum, de diepte van de focus, intensiteit, magnitude (energiekenmerk). Om de coördinaten van een seismische gebeurtenis te berekenen, zijn met name gegevens over de aankomsttijden van seismische golven vereist ten minste drie seismische stations die zich op voldoende afstand van elkaar bevinden.

Seismograaf(van ander Grieks σεισμός - aardbeving en ander Grieks γράφω - schrijven) of seismometer- een meetapparaat dat in de seismologie wordt gebruikt om alle soorten seismische golven te detecteren en vast te leggen. Een instrument om de sterkte en richting van een aardbeving te bepalen.

De eerste bekende poging om een ​​aardbevingsvoorspeller te maken is van de Chinese filosoof en astronoom Zhang Heng.

ZhangHeng vond het apparaat uit, dat hij Houfeng noemde " ” en die de trillingen van het aardoppervlak en de richting van hun voortplanting zouden kunnen registreren.

Houfeng en werd 's werelds eerste seismograaf. Het apparaat bestond uit een groot bronzen vat met een diameter van 2 m, op de muren waarvan acht drakenkoppen waren geplaatst. De kaken van de draken gingen open en elk had een bal in zijn bek.

In het vat was een slinger met staven aan de koppen. Als gevolg van een ondergrondse schok begon de slinger te bewegen, werkte op de koppen en de bal viel uit de mond van de draak in de open mond van een van de acht padden die aan de voet van het vat zaten. Het apparaat pikte trillingen op op een afstand van 600 km ervan.

1.2. Moderne seismografen

Eerste seismograaf modern design is uitgevonden door een Russische wetenschapper, prins B. Golitsyn, die de omzetting van mechanische trillingsenergie in elektrische stroom gebruikte.

Het ontwerp is vrij eenvoudig: het gewicht is opgehangen aan een verticaal of horizontaal geplaatste veer en aan het andere uiteinde van het gewicht is een recorder bevestigd.

Een roterende papieren band wordt gebruikt om de trillingen van de lading te registreren. Hoe sterker de duw, hoe verder de veer afwijkt en hoe langer de veer oscilleert.

Met het verticale gewicht kun je horizontaal gerichte schokken opnemen en omgekeerd registreert de horizontale recorder schokken in het verticale vlak.

In de regel wordt horizontale opname in twee richtingen uitgevoerd: noord-zuid en west-oost.

In de seismologie worden, afhankelijk van de op te lossen taken, verschillende soorten seismografen gebruikt: mechanisch, optisch of elektrisch met verschillende soorten versterking en signaalverwerkingsmethoden. Een mechanische seismograaf bevat een gevoelig element (meestal een slinger en een demper) en een recorder.

De basis van de seismograaf is star verbonden met het te bestuderen object, tijdens de trillingen waarvan de beweging van de last plaatsvindt ten opzichte van de basis. Het signaal wordt in analoge vorm opgenomen op recorders met mechanische opname.

1.3. Een seismograaf bouwen

materialen: Kartonnen doos; priem; lintje; plasticine; potlood; viltstift; touw of sterke draad; een stuk dun karton.

Het frame voor de seismograaf zal dienen als een kartonnen doos. Het moet van een vrij stevig materiaal zijn gemaakt. De open kant is de voorkant van het apparaat.

Het is noodzakelijk om met een priem een ​​gat in de bovenklep van de toekomstige seismograaf te maken. Als de stijfheid voor " frames» is niet genoeg, het is noodzakelijk om de hoeken en randen van de doos te lijmen met plakband en deze te versterken, zoals weergegeven op de foto.

Rol een bal plasticine op en maak er een gat in met een potlood. Duw de viltstift in het gat zodat de punt iets uit de andere kant van de plasticinebal steekt.

Dit is een seismograafaanwijzer die is ontworpen om lijnen van aardtrillingen te tekenen.

Steek het uiteinde van de draad door het gat in de bovenkant van de doos. Plaats de doos op de onderkant en trek de draad aan zodat de viltstift vrij hangt.

Bind het bovenste uiteinde van de draad aan het potlood en draai het potlood rond de as totdat u de speling in de draad verwijdert. Wanneer de marker op de juiste hoogte hangt (dat wil zeggen, de onderkant van de doos licht aanraken), zet je het potlood op zijn plaats met tape.

Schuif een vel karton onder de punt van de viltstift naar de bodem van de doos. Pas alles zo aan dat de punt van de viltstift makkelijk het karton raakt en lijnen kan achterlaten.

De seismograaf is klaar voor gebruik. Het gebruikt hetzelfde werkingsprincipe als echte apparatuur. Een verzwaarde ophanging, of slinger, zal meer inert zijn ten opzichte van schudden dan een frame.

Om het apparaat in de praktijk te testen, hoeft u niet te wachten op een aardbeving. Je hoeft alleen maar het frame te schudden. De gimbal blijft op zijn plaats, maar begint lijnen op het karton te tekenen, net als een echte.

Het is moeilijk voor te stellen, maar elk jaar zijn er op onze planeet ongeveer een miljoen aardbevingen! Natuurlijk zijn dit meestal zwakke tremoren. Aardbevingen met vernietigende kracht komen veel minder vaak voor, gemiddeld eens in de twee weken. Gelukkig komen de meeste voor op de bodem van de oceanen en veroorzaken ze geen problemen voor de mensheid, tenzij er een tsunami optreedt als gevolg van seismische verplaatsingen.

Iedereen kent de catastrofale gevolgen van aardbevingen: tektonische activiteit wekt vulkanen, gigantische vloedgolven spoelen hele steden in de oceaan, breuken en aardverschuivingen verwoesten gebouwen, veroorzaken branden en overstromingen en eisen honderden en duizenden mensenlevens.

Daarom probeerden mensen te allen tijde aardbevingen te bestuderen en de gevolgen ervan te voorkomen. Dus Aristoteles in de IV eeuw. naar ik. e. geloofde dat atmosferische wervels de aarde binnendringen, waarin veel holtes en scheuren zijn. De wervelwinden worden versterkt door vuur en zoeken een uitweg, waardoor aardbevingen en vulkaanuitbarstingen ontstaan. Aristoteles observeerde ook de bewegingen van de grond tijdens aardbevingen en probeerde ze te classificeren, waarbij hij zes soorten bewegingen identificeerde: op en neer, van links naar rechts, enz.

De eerste bekende poging om een ​​aardbevingsvoorspeller te maken, was van de Chinese filosoof en astronoom Zhang Heng. In China zijn deze natuurrampen gebeurd en komen ze zeer vaak voor, bovendien vonden drie van de vier grootste aardbevingen in de menselijke geschiedenis plaats in China. En in 132 vond Zhang Heng een apparaat uit waaraan hij de naam Houfeng "aardbevingwindwijzer" gaf en dat de trillingen van het aardoppervlak en de richting van hun voortplanting kon registreren. Houfeng werd 's werelds eerste seismograaf (van het Griekse seismos "fluctuatie" en grapho "ik schrijf") een apparaat voor het detecteren en opnemen van seismische golven.

Nasleep van de aardbeving in San Francisco in 1906

Strikt genomen leek het apparaat meer op een seismoscoop (van het Griekse skopeo "Ik kijk"), omdat de metingen niet automatisch werden geregistreerd, maar door de hand van de waarnemer.

Houfeng was gemaakt van koper in de vorm van een wijnvat met een diameter van 180 cm en dunne wanden. Buiten het vat waren acht draken. De drakenkoppen wezen in acht richtingen: oost, zuid, west, noord, noordoost, zuidoost, noordwest en zuidwest. Elke draak had een koperen bal in zijn bek en onder zijn kop zat een pad met open mond. Er wordt aangenomen dat een slinger met staven verticaal in het vat is geïnstalleerd, die aan de koppen van draken zijn bevestigd. Toen, als gevolg van een aardbeving, de slinger in beweging werd gezet, opende een staaf die was verbonden met het hoofd dat naar de schok was gericht, de mond van de draak en de bal rolde eruit in de mond van de overeenkomstige pad. Als er twee ballen uitrollen, zou men de kracht van de aardbeving kunnen aannemen. Als het apparaat zich in het epicentrum bevond, rolden alle ballen eruit. Instrumentwaarnemers konden onmiddellijk de tijd en richting van de aardbeving registreren. Het apparaat was erg gevoelig: het ving zelfs zwakke trillingen op, waarvan het epicentrum zich op 600 km afstand bevond. In 138 gaf deze seismograaf nauwkeurig een aardbeving aan die plaatsvond in de Lunxi-regio.

In Europa werden aardbevingen pas veel later serieus bestudeerd. In 1862 werd het boek van de Ierse ingenieur Robert Malet "The Great Napolitan Earthquake of 1857: Basic Principles of Seismological Observations" gepubliceerd. Malet maakte een expeditie naar Italië en maakte een kaart van het getroffen gebied en verdeelde het in vier zones. De door Malet geïntroduceerde zones vertegenwoordigen de eerste, nogal primitieve schaal van schudintensiteit.

Maar seismologie als wetenschap begon zich pas te ontwikkelen met de wijdverbreide opkomst en introductie in de praktijk van instrumenten voor het registreren van bodemtrillingen, dat wil zeggen met de komst van wetenschappelijke seismometrie.

In 1855 vond de Italiaan Luigi Palmieri een seismograaf uit die aardbevingen op afstand kon registreren. Hij handelde volgens het volgende principe: tijdens een aardbeving stroomde kwik uit een bolvormig volume in een speciale container, afhankelijk van de richting van de trillingen. De containercontactindicator stopte de klok, gaf de exacte tijd aan en begon de trillingen van de aarde op de trommel op te nemen.

In 1875 ontwierp een andere Italiaanse wetenschapper, Filippo Sechi, een seismograaf die de klok aanzette op het moment van de eerste schok en de eerste trilling registreerde. Het eerste seismische record dat tot ons is gekomen, is gemaakt met dit apparaat in 1887. Daarna begon een snelle vooruitgang op het gebied van het maken van instrumenten voor het opnemen van bodemtrillingen. In 1892 creëerde een groep Engelse wetenschappers die in Japan werkten het eerste redelijk eenvoudig te gebruiken instrument, de seismograaf van John Milne. Al in 1900 functioneerde een wereldwijd netwerk van 40 seismische stations uitgerust met Milne-instrumenten.

Een seismograaf bestaat uit een slinger van een of ander ontwerp en een systeem voor het registreren van de trillingen. Volgens de methode voor het registreren van slingeroscillaties, kunnen seismografen worden onderverdeeld in apparaten met directe registratie, transducers van mechanische trillingen en seismografen met feedback.

Directe opnameseismografen gebruiken een mechanische of optische opnamemethode. Aanvankelijk werd met een mechanische opnamemethode een pen aan het uiteinde van de slinger geplaatst, waarmee een lijn werd gekrast op gerookt papier, dat vervolgens werd bedekt met een fixeermiddel. Maar de slinger van een seismograaf met mechanische registratie wordt sterk beïnvloed door de wrijving van de pen op het papier. Om deze invloed te verminderen is een zeer grote massa van de slinger nodig.

Met de optische opnamemethode werd een spiegel op de rotatie-as bevestigd, die door de lens werd verlicht, en de gereflecteerde straal viel op fotopapier dat op een roterende trommel was gewikkeld.

De directe registratiemethode wordt nog steeds gebruikt in seismisch actieve zones, waar de bodembewegingen vrij groot zijn. Maar om zwakke aardbevingen en op grote afstanden van de bronnen te registreren, is het noodzakelijk om de oscillaties van de slinger te versterken. Dit wordt uitgevoerd door verschillende omzetters van mechanische verplaatsingen in elektrische stroom.

Een diagram van de voortplanting van seismische golven vanaf de bron van een aardbeving, of hypocentrum (onder) en epicentrum (boven).

De transformatie van mechanische trillingen werd voor het eerst voorgesteld door de Russische wetenschapper Boris Borisovitsj Golitsyn in 1902. Het was een galvanometrische registratie op basis van de elektrodynamische methode. Een inductiespoel die vast aan de slinger was bevestigd, werd in het veld van een permanente magneet geplaatst. Toen de slinger oscilleerde, veranderde de magnetische flux, ontstond er een elektromotorische kracht in de spoel en werd de stroom geregistreerd door een spiegelgalvanometer. Een lichtstraal werd op de spiegel van de galvanometer gericht en de gereflecteerde straal viel, net als bij de optische methode, op fotopapier. Dergelijke seismografen wonnen gedurende vele decennia wereldwijde erkenning.

Onlangs zijn de zogenaamde parametrische converters wijdverbreid geworden. In deze transducers veroorzaakt mechanische beweging (beweging van de massa van de slinger) een verandering in een parameter van het elektrische circuit (bijvoorbeeld elektrische weerstand, capaciteit, inductantie, lichtstroom, enz.).

B. Golitsyn.

Seismologisch station adit. De daar geïnstalleerde apparatuur vangt zelfs de kleinste trillingen van de bodem op.

Mobiele installatie voor geofysische en seismologische studies.

Een verandering in deze parameter leidt tot een verandering in de stroom in het circuit, en in dit geval is het de verplaatsing van de slinger (en niet de snelheid) die de grootte van het elektrische signaal bepaalt. Van de verschillende parametrische transducers in de seismometrie worden er twee voornamelijk foto-elektrisch en capacitief gebruikt. De meest populaire is de Benioff capacitieve transducer. Van de selectiecriteria bleken de belangrijkste de eenvoud van het apparaat, lineariteit, laag niveau van intrinsieke ruis, efficiëntie in voeding te zijn.

Seismografen zijn gevoelig voor verticale trillingen van de aarde of voor horizontale trillingen. Om de beweging van de grond in alle richtingen te observeren, worden meestal drie seismografen gebruikt: één met een verticale slinger en twee met horizontale die op het oosten en noorden zijn gericht. Verticale en horizontale slingers verschillen in hun ontwerp, dus het blijkt vrij moeilijk te zijn om volledige identiteit van hun frequentiekarakteristieken te bereiken.

Met de komst van computers en analoog-naar-digitaal-omzetters is de functionaliteit van seismische apparatuur enorm toegenomen. Het werd mogelijk om signalen van verschillende seismische sensoren tegelijkertijd in realtime op te nemen en te analyseren, rekening houdend met de spectra van signalen. Dit zorgde voor een fundamentele sprong in de informatie-inhoud van seismische metingen.

Seismografen worden voornamelijk gebruikt om het aardbevingsverschijnsel zelf te bestuderen. Met hun hulp is het mogelijk om op een instrumentele manier de sterkte van een aardbeving, de plaats van optreden, de frequentie van optreden op een bepaalde plaats en de meest voorkomende plaatsen van aardbevingen te bepalen.

Seismologische stationapparatuur in Nieuw-Zeeland.

Basisinformatie over de interne structuur van de aarde werd ook verkregen uit seismische gegevens door de velden van seismische golven te interpreteren die werden veroorzaakt door aardbevingen en krachtige explosies en die werden waargenomen op het aardoppervlak.

Met behulp van het registreren van seismische golven wordt ook onderzoek gedaan naar de structuur van de aardkorst. Studies in de jaren vijftig tonen bijvoorbeeld aan dat de dikte van de aardkorstlagen, evenals de golfsnelheden daarin, van plaats tot plaats verschillen. In Centraal-Azië bereikt de dikte van de korst 50 km en in Japan -15 km. Er is een kaart gemaakt van de dikte van de aardkorst.

Verwacht mag worden dat er binnenkort nieuwe technologieën zullen verschijnen op het gebied van traagheids- en zwaartekrachtmeetmethoden. Het is mogelijk dat de seismografen van de nieuwe generatie zwaartekrachtgolven in het heelal zullen kunnen detecteren.

Seismograaf opname

Wetenschappers over de hele wereld ontwikkelen projecten om waarschuwingssystemen voor aardbevingen per satelliet te creëren. Een voorbeeld van zo'n project is de Interferometric-Synthetic Aperture Radar (InSAR). Deze radar, of liever radars, houdt de verplaatsing van tektonische platen in een bepaald gebied in de gaten en dankzij de gegevens die ze ontvangen, kunnen zelfs subtiele verplaatsingen worden geregistreerd. Wetenschappers zijn van mening dat het dankzij deze gevoeligheid mogelijk is om gebieden van seismisch gevaarlijke hoogspanningszones nauwkeuriger te bepalen.