Hvem oppfant seismografen - når ble den oppfunnet? Hvem og når oppfant den første seismografen for å forutsi jordskjelv Hvordan fungerer en seismograf.

leder av laboratoriet seismometri ved Institute of Physics of the Earth RAS

Det siste århundret ga verden oppdagelsen av B.B. Golitsyn av den galvanometriske metoden for å observere seismiske fenomener. Den påfølgende utviklingen av seismometri var assosiert med denne oppdagelsen. Etterfølgerne av Golitsyn-saken var den russiske vitenskapsmannen D.P. Kirnos, Amerikanerne Wood-Andersen, Press Ewing. Russisk skole for seismometri under D.P. Kirnos var kjent for den nøye studien av utstyret og metodene for metrologisk støtte for seismiske observasjoner. Registreringer av seismiske hendelser har blitt eiendommen til seismologi når man løser ikke bare kinematiske, men også dynamiske problemer. En naturlig fortsettelse av utviklingen av seismometri var bruken av elektroniske midler for å ta informasjon fra testmassen til seismometre, dens bruk i oscillografi og i digitale metoder for måling, akkumulering og prosessering av seismiske data. Seismometri har alltid hatt fruktene av vitenskapelig og teknologisk fremgang i det tjuende århundre. I Russland på 70-80-tallet. Det er utviklet elektroniske seismografer som dekker frekvensområdet fra ultralave frekvenser (formelt fra 0 Hz) til 1000 Hz.

Introduksjon

Jordskjelv! For de som bor i aktive seismiske soner er ikke dette en tom frase. Folk lever i fred og glemmer den forrige katastrofen. Men plutselig, oftest om natten, kommer DET. Til å begynne med bare skjelvinger, til og med å kaste seg ut av sengen, klirrende tallerkener, fallende møbler. Så brølet av kollapsende tak, ikke-permanente vegger, støv, mørke, stønn. Slik var det i 1948 i Ashgabat. Landet fikk vite om det mye senere. Varmt. En nesten naken ansatt ved Institute of Seismology i Ashgabat den kvelden forberedte seg på å tale på en republikansk konferanse om seismisitet og skrev en rapport. Startet rundt klokken 2. Han klarte å løpe ut i gården. På gaten, i støvskyer og mørk sørnatt, var ingenting synlig. Kona hans, også en seismolog, klarte å komme seg inn i døråpningen, som umiddelbart ble stengt på begge sider av kollapsede tak. Søsteren hennes, som hadde sovet på gulvet på grunn av varmen, var dekket av en garderobe hvis dører åpnet seg for å gi et "ly" for kroppen. Men bena ble klemt av toppen av skapet.

I Ashgabat døde flere titusenvis av innbyggere på grunn av nattetid og mangel på anti-seismiske bygninger (jeg hørte anslag på opptil 50 000 mennesker døde. I alle fall, G.P. Gorshkov, leder av avdelingen for dynamisk geologi i Moskva-staten University, sa det. Red.) Den overlevde godt en bygning som arkitekten som tegnet den ble dømt for overforbruk.

Nå i menneskehetens minne er det dusinvis av historiske og moderne katastrofale jordskjelv som krevde millioner av menneskeliv. Av de sterkeste jordskjelvene kan man liste opp som Lisboa 1755, japansk 1891, Assam (India) 1897, San Francisco 1906, Messina (Sicilia-Calibria) 1908, kinesisk 1920 og 1976. (Allerede mye senere enn Ashgabat i 1976 i Kina krevde et jordskjelv 250 000 menneskeliv, og fjorårets indiske drepte også minst 20 000 Ed.), Japansk 1923, Chile 1960, Agadir (Marokko) 1960 gyu, Alaska, 1964 . (Armenia) 1988 Etter jordskjelvet i Alaska, skaffet Benyeoff, en amerikansk spesialist innen seismometri, en oversikt over jordens naturlige vibrasjoner som en ball som ble truffet. Før og spesielt etter et kraftig jordskjelv er det en serie – hundrevis og tusenvis – av svakere jordskjelv (etterskjelv). Observasjon av dem med sensitive seismografer gjør det mulig å avgrense området for hovedsjokket og få en romlig beskrivelse av jordskjelvkilden.

Det er to måter å unngå store tap fra jordskjelv: antiseismisk konstruksjon og tidlig varsling om et mulig jordskjelv. Men begge metodene forblir ineffektive. Antiseismisk konstruksjon er ikke alltid tilstrekkelig for vibrasjoner forårsaket av jordskjelv. Det er merkelige tilfeller av uforklarlig ødeleggelse av armert betong, slik tilfellet var i Kobe, Japan. Betongstrukturen blir forstyrret i en slik grad at betongen smuldrer opp til støv ved antinodene til stående bølger. Det er rotasjoner av bygninger, som ble observert i Spitak, Leninakan, i Romania.

Jordskjelv er ledsaget av andre fenomener. Atmosfærens glød, forstyrrelsen av radiokommunikasjon og det ikke mindre forferdelige fenomenet en tsunami, hvis havbølger noen ganger oppstår hvis sentrum (sentrum) av et jordskjelv oppstår i en dyphavsgrøft i verdenshavet (ikke alle jordskjelv som forekommer i skråningene av en dyphavsgrøft er tsunamigener, men sistnevnte oppdages ved bruk av seismografer ved karakteristiske tegn på forskyvning i fokuset). Slik var det i Lisboa, i Alaska, i Indonesia. De er spesielt farlige fordi det nesten plutselig dukker opp bølger på kysten, på øyene. Et eksempel er Hawaii-øyene. Bølgen fra jordskjelvet i Kamchatka i 1952 kom uventet etter 22 timer. En tsunamibølge er umerkelig i åpent hav, men når den kommer i land får den en bratthet i forkanten, bølgehastigheten avtar og vannstøt oppstår, noe som fører til en bølgevekst noen ganger opp til 30 m, avhengig av styrken av jordskjelvet og avlastningen av kysten. En slik bølge ble fullstendig skylt bort på senhøsten 1952, byen Severo-Kurilsk, som ligger ved bredden av sundet mellom ca. Paramushir og ca. Shumshu. Bølgens støt og bevegelsen tilbake var så kraftig at tankene som var i havnen rett og slett ble vasket bort og forsvant «i ukjent retning». Et øyenvitne sa at han våknet av vibrasjonene fra et kraftig jordskjelv og ikke klarte å sovne raskt. Plutselig hørte han en kraftig lavfrekvent rumling fra babord side. Da han så ut av vinduet og ikke tenkte et sekund på hva han var i, hoppet han ut på snøen og løp til bakken, etter å ha klart å overta den fremadstormende bølgen.

Kartet ovenfor viser det mest seismisk aktive tektoniske stillehavsbeltet. Prikkene indikerer episentrene til sterke jordskjelv bare for det 20. århundre. Kartet gir en ide om det aktive livet til planeten vår, og dataene sier mye om mulige årsaker til jordskjelv generelt. Det er mange hypoteser om årsakene til tektoniske manifestasjoner på jordens overflate, men det er fortsatt ingen pålitelig teori om global tektonikk som entydig definerer teorien om fenomenet.

Hva er seismografer for?

Først av alt, for å studere selve fenomenet, så er det nødvendig å bestemme ved en instrumentell metode styrken til jordskjelvet, dets forekomststed og hyppigheten av forekomsten av disse fenomenene på et gitt sted og de dominerende stedene for deres forekomst. De elastiske vibrasjonene som utløses av et jordskjelv, som en lysstråle fra et søkelys, er i stand til å belyse detaljene i jordens struktur.

Fire hovedtyper av bølger er begeistret: langsgående, som har en maksimal forplantningshastighet og kommer til observatøren i første omgang, deretter tverrgående svingninger og de langsomste - overflatebølger med svingninger langs en ellipse i vertikalplanet (Rayleigh) og i horisontalplanet plan (Kjærlighet) i retning av forplantning. Forskjellen i tidspunktet for de første bølgeankomstene brukes til å bestemme avstanden til episenteret, posisjonen til hyposenteret, og for å bestemme jordens indre struktur og plasseringen av kilden til jordskjelv. Ved å registrere seismiske bølger som passerte gjennom jordens kjerne, var det mulig å bestemme strukturen. Den ytre kjernen var i flytende tilstand. Bare langsgående bølger forplanter seg i en væske. Den faste indre kjernen oppdages ved hjelp av tverrgående bølger, som eksiteres av langsgående bølger som treffer grensesnittet mellom væske og hardhet. Fra bildet av de registrerte svingningene og bølgetypene, fra ankomsttidspunktene for seismiske bølger av seismografer på jordens overflate, var det mulig å bestemme dimensjonene til de bestanddelene av kjernen, deres tetthet.

Andre problemer løses for å bestemme energien og jordskjelvene (størrelser på Richters skala, null styrke tilsvarer energi og 10(+5) Joule, maksimal observert størrelse tilsvarer energi og 10(+20-+21) J), spektral sammensetning for å løse problemet med seismisk motstandskonstruksjon, for å oppdage og kontrollere underjordiske tester av atomvåpen, seismisk kontroll og nødstans ved slike farlige anlegg som kjernekraftverk, jernbanetransport og til og med heiser i høyhus, kontroll av hydrauliske strukturer . Rollen til seismiske instrumenter i seismisk utforskning av mineraler og spesielt for letingen etter "reservoarer" med olje er uvurderlig. De ble også brukt i etterforskningen av årsakene til Kursks død, det var ved hjelp av disse enhetene at tiden og kraften til den første og andre eksplosjonen ble etablert.

Mekaniske seismiske instrumenter

Prinsippet for drift av seismiske sensorer - seismometre - som danner et seismografsystem, som inkluderer slike noder - et seismometer, en omformer av dets mekaniske signal til elektrisk spenning og en opptaker - en informasjonslagringsenhet, er umiddelbart basert på Newtons første og tredje lover - massenes egenskap til treghet og gravitasjon. Hovedelementet i enheten til ethvert seismometer er massen, som har en viss suspensjon til bunnen av enheten. Ideelt sett bør massen ikke ha noen mekaniske eller elektromagnetiske forbindelser med kroppen. Bare heng i verdensrommet! Dette er imidlertid fortsatt urealiserbart under forholdene til jordens attraksjon. Det er vertikale og horisontale seismometre. For det første har massen evnen til å bevege seg kun i et vertikalt plan og henges vanligvis ut med en fjær for å motvirke jordens tyngdekraft. I horisontale seismometre har massen en frihetsgrad kun i horisontalplanet. Likevektsposisjonen til massen opprettholdes både av en mye svakere opphengsfjær (vanligvis flate plater) og spesielt av jordens gravitasjonskraft, som svekkes sterkt av reaksjonen til den nesten vertikale opphengsaksen og virker i et nesten horisontalt plan av massereiser.

De eldste enhetene for å registrere jordskjelvhandlinger ble oppdaget og restaurert i Kina [Savarensky E.F., Kirnos D.P., 1955]. Enheten hadde ingen mulighet til å registrere, men hjalp bare med å bestemme styrken til jordskjelvet og retningen til episenteret. Slike instrumenter kalles seismoskoper. Det gamle kinesiske seismoskopet dateres tilbake til 123 e.Kr. og er et kunstverk og ingeniørkunst. Inne i det kunstnerisk utformede karet var det en astatisk pendel. Massen til en slik pendel er plassert over det elastiske elementet, som støtter pendelen i vertikal posisjon. I fartøyet, langs asimuthene, er det munnene til drager, der metallkuler er plassert. Under et kraftig jordskjelv traff pendelen ballene og de falt ned i små kar i form av frosker med åpen munn. Naturligvis falt de maksimale virkningene av pendelen langs asimuten på jordskjelvkilden. Fra kulene som ble funnet i froskene, var det mulig å fastslå hvor jordskjelvbølgene kom fra. Slike instrumenter kalles seismoskoper. De er mye brukt i dag, og gir verdifull informasjon om store jordskjelv i massiv skala over et stort område. I California (USA) er det tusenvis av seismoskop som registrerer med astatiske pendler på sfærisk glass dekket med sot. Vanligvis er et komplekst bilde av bevegelsen av tuppen av pendelen på glasset synlig, der svingninger av langsgående bølger kan skilles, som indikerer retningen til kilden. Og de maksimale amplitudene til opptaksbanene gir en ide om styrken til jordskjelvet. Svingningsperioden til pendelen og dens demping er satt på en slik måte at de modellerer oppførselen til typiske bygninger og dermed estimerer intensiteten til jordskjelv. Størrelsen på jordskjelv bestemmes av de ytre egenskapene til virkningen av vibrasjoner på mennesker, dyr, trær, typiske bygninger, møbler, redskaper, etc. Det er forskjellige poengskalaer. I media brukes «Richterskala». Denne definisjonen er designet for en masseinnbygger og samsvarer ikke med vitenskapelig terminologi. Det er riktig å si - størrelsen på jordskjelvet på Richters skala. Den bestemmes av instrumentelle målinger ved hjelp av seismografer og betegner betinget logaritmen til den maksimale registreringshastigheten, relatert til jordskjelvkilden. Denne verdien viser betinget den frigjorte energien til elastiske vibrasjoner i jordskjelvkilden.

Et lignende seismoskop ble laget i 1848 av italienske Cacciatore, der pendelen og kulene ble erstattet av kvikksølv. Under bakkevibrasjoner ble kvikksølv helt i kar som var jevnt fordelt langs asimuter. I Russland brukes seismoskoper av S.V. Medvedev, i Armenia utvikles seismoskoper av AIS av A.G. Nazarov, der flere pendler med forskjellige frekvenser brukes. De gjør det mulig å grovt skaffe vibrasjonsspektra, d.v.s. avhengighet av amplituden til registreringene på vibrasjonsfrekvensene under et jordskjelv. Dette er verdifull informasjon for designere av anti-seismiske bygninger.

Den første seismografen av vitenskapelig betydning ble bygget i 1879 i Japan av Ewing. Vekten for pendelen var en støpejernsring på 25 kg, opphengt i en stålwire. Pendelens totale lengde var nesten 7 meter. På grunn av lengden ble det oppnådd et treghetsmoment på 1156 kgּ m 2. De relative bevegelsene til pendelen og bakken ble registrert på røkt glass som roterte rundt en vertikal akse. Et stort treghetsmoment bidro til å redusere effekten av friksjon av pendelspissen på glasset. I 1889 publiserte en japansk seismolog en beskrivelse av en horisontal seismograf, som fungerte som prototypen for et stort antall seismografer. Lignende seismografer ble laget i Tyskland i 1902-1915. Når man lager mekaniske seismografer, kunne problemet med økende følsomhet bare løses ved hjelp av Archimedes sine forstørrelsesspaker. Friksjonskraften under registreringen av svingninger ble overvunnet på grunn av den enorme massen til pendelen. Så Wiecherts seismograf hadde en pendel med en masse på 1000 kg. I dette tilfellet ble det kun oppnådd en økning på 200 for periodene med registrerte svingninger som ikke oversteg pendelens egen periode på 12 sek. Wiecherts vertikale seismograf, hvis pendelvekt var 1300 kg, hadde den største massen, opphengt på kraftige spiralfjærer laget av 8 mm ståltråd. Følsomheten var 200 for perioder med seismiske bølger ikke høyere enn 5 sek. Wiechert var en stor oppfinner og designer av mekaniske seismografer og bygde flere forskjellige og geniale instrumenter. Registreringen av den relative bevegelsen til treghetsmassen til pendelene og bakken ble utført på røkt papir, rotert av et kontinuerlig bånd av en klokkemekanisme.

Seismografer med galvanometrisk registrering

En revolusjon i seismometriteknikken ble gjort av en briljant vitenskapsmann innen optikk og matematikk, Prince B.B. Golitsyn. Han oppfant en metode for galvanometrisk registrering av jordskjelv. Russland er grunnleggeren av seismografer med galvanometrisk registrering i verden. For første gang i verden utviklet han teorien om en seismograf i 1902, laget en seismograf og organiserte de første seismiske stasjonene der nye instrumenter ble installert. Tyskland hadde erfaring med produksjon av seismografer og de første Golitsyn-seismometrene ble produsert der. Opptaksapparatet ble imidlertid designet og produsert i verkstedene til det russiske vitenskapsakademiet i St. Petersburg. Og til nå har denne enheten alle de karakteristiske egenskapene til den første registraren. Trommelen, som fotografisk papir, nesten 1 m langt og 28 cm bredt, var festet, ble satt i rotasjonsbevegelse med en forskyvning ved hver omdreining med en avstand valgt og endret i henhold til observasjonsoppgaven langs trommelens akse. Separasjonen av seismometeret og midlene for å registrere de relative bevegelsene til treghetsmassen til enheten var så progressiv og vellykket at slike seismografer fikk verdensomspennende anerkjennelse i mange tiår fremover. BB Golitsyn pekte på følgende fordeler med den nye registreringsmetoden.

1. Muligheten for en enkel teknikk for å få mer på den tiden følsomhet .

2. Gjennomføre registrering for avstand fra seismomerenes plassering. Avstand, tørt rom, tilgjengelighet til seismiske registreringer for videre behandling ga en ny kvalitet til prosessen med seismiske observasjoner og utelukkelse av uønskede effekter på seismometre av personellet ved den seismiske stasjonen.

3. Uavhengighet av opptakskvalitet fra drift null seismometre.

Disse hovedfordelene bestemte utviklingen og bruken av galvanometrisk registrering over hele verden i mange tiår.

Vekten av pendelen spilte ikke lenger en slik rolle som i mekaniske seismografer. Det var bare ett fenomen som måtte tas i betraktning - den magnetoelektriske reaksjonen til galvanometerrammen, plassert i luftgapet til en permanent magnet, til seismometerpendelen. Som regel reduserte denne reaksjonen dempingen av pendelen, noe som førte til eksitering av dens ekstra egne svingninger, som forvrengte bølgemønsteret til de registrerte bølgene fra jordskjelv. Derfor brukte B.B. Golitsyn en masse pendler i størrelsesorden 20 kg for å neglisjere tilbakereaksjonen fra galvanometeret til seismometeret.

Det katastrofale jordskjelvet i 1948 i Ashgabat stimulerte finansieringen av utvidelsen av nettverket av seismiske observasjoner i USSR. For å utstyre nye og gamle seismiske stasjoner har professor D.P. Kirnos, sammen med ingeniør V.N. Arbeidet ble startet innenfor veggene til Seismological Institute of the USSR Academy of Sciences og dets instrumentelle verksteder. Kirnos' enheter ble preget av deres grundige vitenskapelige og tekniske studie. Teknikken for kalibrering og drift er blitt brakt til perfeksjon, noe som sikret høy nøyaktighet (ca. 5%) av amplitude- og fasefrekvensresponsen (AFC) ved opptak av hendelser. Dette gjorde det mulig for seismologer å sette og løse ikke bare kinematiske, men også dynamiske problemer ved tolkning av poster. På denne måten skilte skolen til D.P. Kirnos seg gunstig fra den amerikanske skolen for lignende instrumenter. D.P. Kirnos forbedret teorien om seismografer med galvanometrisk registrering ved å introdusere koblingskoeffisienten til seismometeret og galvanometeret, som gjorde det mulig å konstruere amplitudefrekvensresponsen til seismografen for å registrere jordforskyvningen, først i båndet 0,08 - 5 Hz, og deretter i båndet 0,05 - 10 Hz ved bruk av nyutviklede seismometre av SKD-typen. I dette tilfellet snakker vi om introduksjonen av bredbåndsfrekvensrespons i seismometri.

Russiske mekaniske seismografer

Etter katastrofen i Severo-Kurilsk ble det utstedt et regjeringsdekret om etablering av en tsunamivarslingstjeneste i Kamchatka, Sakhalin og Kuriløyene. Gjennomføringen av dekretet ble overlatt til Vitenskapsakademiet, USSR Hydrometeorological Service og kommunikasjonsdepartementet. I 1959 ble en kommisjon sendt til denne regionen for å avklare situasjonen på bakken. Petropavlovsk Kamchatsky, Severo-Kurilsk, Yuzhno-Kurilsk, Sakhalin. Transportmiddel - LI-2 fly (tidligere Douglas), en dampbåt hevet fra bunnen av havet og restaurert, båter. Det første flyet er planlagt til 06.00. Kommisjonen nådde flyplassen "Khalatyrka" (Petropavlovsk-Kamchatsky) i tide. Men flyet lettet tidligere – himmelen over Shumshu åpnet seg. Et par timer senere ble en last LI-2 funnet og en sikker landing fant sted på basestripen med underjordiske flyplasser, bygget av japanerne. Shumshu er den nordligste øya i Kuril-kjeden. Bare i nordvest fra vannet i Okhotskhavet stiger den vakre kjeglen til Adelaide-vulkanen. Øya ser helt flat ut, som en tykk pannekake blant havvann. På øya for det meste grensevakter. Kommisjonen ankom den sørvestre bryggen. Der ventet en marinebåt, som suste i høy fart til havnen i Severo-Kurilsk. På dekket er det i tillegg til provisjonen flere passasjerer. Ved siden av snakker en sjømann og en jente entusiastisk. Båten flyr i full fart inn i vannområdet i havnen. Styrmannen på den manuelle telegrafen gir signal til maskinrommet: "Ding-ding", og enda en "Ding-ding" - ingen effekt! Plutselig flyr en sjømann ved siden pladask ned. Noe forsinket - båten skjærer ganske kraftig inn i trerekkverket til fiskeskuta. Chips flyr, folk faller nesten. Sjømennene fortøyde lydløst, uten noen følelser, båten. Slik er spesifisiteten til tjenesten i Fjernøsten.

Det var alt på turen: lett regn, hvis dråper fløy nesten parallelt med bakken, liten og hard bambus - habitatet til bjørner, og en enorm "strengpose" som passasjerer ble lastet i (en kvinne med et barn i midten) og løftet av en dampvinsj til dekket på det restaurerte skipet på grunn av en stor stormbølge, og GAZ-51-lastebilen, i den åpne kroppen som kommisjonen krysset Kunashir Island fra Stillehavet til Okhotsk-kysten og som snudde seg mange ganger i en diger sølepytt halvveis - forhjulene i ett lim, bakhjulene i et annet - inntil da inntil sporet ble rettet opp med en vanlig spade, og surfelinen ved inngangen til gytebekken, markert av en sammenhengende stripe med rød laksekaviar.

Kommisjonen fant at så langt det eneste seismiske instrumentet som er i stand til å oppfylle oppgaven til en tsunamivarsling, kun kan være en mekanisk seismograf med registrering på sotet papir. Seismografene ble utviklet i det seismometriske laboratoriet til Institute of Physics of the Earth, Academy of Sciences. En seismograf med lav forstørrelse på 7 og en seismograf med forstørrelse på 42 ble levert for å utstyre spesialbygde tsunamistasjoner. De røkte papirtrommene ble drevet av fjærklokkemekanismer. Vekten av massen til seismografen med en forstørrelse på 42 ble samlet fra jernskiver og utgjorde 100 kg. Dette avsluttet epoken med mekaniske seismografer.

Det ble holdt et møte i presidiet til Vitenskapsakademiet dedikert til gjennomføringen av regjeringsdekretet. Styreleder Akademiker Nesmeyanov med et stort, imponerende, solbrun ansikt, kort akademiker-sekretær Topchiev, medlemmer av presidiet. Den kjente seismologen E.F.Savarensky rapporterte, og demonstrerte et foto i full lengde av en mekanisk seismograf [Kirnos D.P., Rykov A.V., 1961]. Akademiker Artsimovich deltok i diskusjonen: "Tsunamiproblemet løses enkelt ved å overføre alle objekter på kysten til høyder over 30 meter!" . Økonomisk er dette umulig, og spørsmålet om enheter fra Stillehavsflåten blir ikke løst.

I andre halvdel av 1900-tallet begynte epoken med elektroniske seismografer. Parametriske transdusere er plassert på pendlene til seismometre i elektroniske seismografer. De har fått navnet sitt fra begrepet - parameter. Kapasitansen til en luftkondensator, den induktive reaktansen til en høyfrekvent transformator, motstanden til en fotomotstand, ledningsevnen til en fotodiode under en LED-stråle, en Hall-sensor og alt som kom for hånden til oppfinnerne av en elektronisk seismograf kan fungere som en variabel parameter. Blant utvalgskriteriene viste de viktigste seg å være enhetens enkelhet, linearitet, lavt nivå av egenstøy, effektivitet i strømforsyningen. Hovedfordelene med elektroniske seismografer fremfor seismografer med galvanometrisk registrering er at a) reduksjonen i frekvensresponsen mot lave frekvenser skjer, avhengig av signalfrekvensen f, ikke som f^3, men som f^2 - mye langsommere, b) det er mulig å bruke den elektriske utgangen til en seismograf i moderne opptakere, og, viktigst av alt, ved bruk av digital teknologi for måling, akkumulering og prosessering av informasjon, c) muligheten til å påvirke alle seismometerparametere ved hjelp av velkjent automatisk tilbakemeldingskontroll (OS) [Rykov A.V., 1963] . Imidlertid har punkt c) sin egen spesifikke anvendelse innen seismometri. Ved hjelp av OS dannes frekvensresponsen, følsomheten, nøyaktigheten og stabiliteten til seismometeret. Det er oppdaget en metode for å øke pendelens egen oscillasjonsperiode ved hjelp av en negativ tilbakemelding, som er ukjent enten i automatisk regulering eller i seismometri som eksisterer i verden [Rykov A.V.,].

I Russland er fenomenet med en jevn overgang av treghetsfølsomheten til et vertikalt og horisontalt seismometer til dets gravitasjonsfølsomhet når signalfrekvensen avtar [Rykov AV, 1979] klart formulert. Ved høy signalfrekvens dominerer treghetsoppførselen til pendelen, ved svært lav frekvens reduseres treghetseffekten så mye at gravitasjonssignalet blir dominerende. Hva betyr det? For eksempel, under vertikale vibrasjoner av bakken, oppstår både treghetskrefter, som tvinger pendelen til å opprettholde sin posisjon i rommet, og en endring i gravitasjonskrefter på grunn av en endring i avstanden til enheten fra jordens sentrum. Når avstanden mellom massen og jordens sentrum øker, avtar tyngdekraften og massen får en ekstra kraft som løfter pendelen opp. Og omvendt, når du senker enheten - mottar massen en ekstra kraft og senker den ned.

For høye frekvenser av bakkevibrasjoner er treghetseffekten mange ganger større enn gravitasjonseffekten. Ved lave frekvenser er det motsatt - akselerasjonene er ekstremt små og treghetseffekten er praktisk talt veldig liten, og effekten av tyngdekraftsendringen for seismometerpendelen vil være mange ganger større. For et horisontalt seismometer vil disse fenomenene manifestere seg når pendelens svingakse avviker fra loddet, som bestemmes av den samme gravitasjonskraften. For klarhets skyld er amplitudefrekvensresponsen til det vertikale seismometeret vist i fig. Det er tydelig vist hvordan, med synkende signalfrekvens, følsomheten til seismometeret endres fra treghet til gravitasjon. Uten å ta hensyn til denne overgangen er det umulig å forklare det faktum at gravimetre og seismometre er i stand til å registrere lunisolære tidevann.I følge tradisjonen vil det være nødvendig å utvide "hastighets"-linjen til en så lav følsomhet at tidevann med perioder på opptil 25 timer og en amplitude på 0,3 m i Moskva ikke ville bli oppdaget. Et eksempel på registrering av tidevann og tilt i en flodbølge er vist i fig.2. Her er Z en registrering av forskyvningen av jordoverflaten i Moskva i 45 timer, H er en registrering av helningen i en flodbølge. Man ser tydelig at den maksimale helningen ikke faller på tidevannshumpen, men på skråningen til flodbølgen.

De karakteristiske egenskapene til moderne elektroniske seismografer er således en bredbåndsfrekvensrespons fra 0 til 10 Hz av oscillasjoner av jordoverflaten og en digital metode for å måle disse svingningene. Det faktum at Bennioff i 1964 observerte jordens naturlige oscillasjoner etter et kraftig jordskjelv ved hjelp av strainmeters (strainmeters) er nå tilgjengelig for en vanlig elektronisk seismograf (Det største registrerte jordskjelvet i USA var en styrke på 9,2 som rammet Prince William Sound, Alaska på Langfredag ​​28. mars 1964 Konsekvensene av det jordskjelvet er fortsatt godt synlige, inkludert i de enorme områdene av den utdødde skogen, siden en del av landet har sunket over en avstand på 500 km, i noen tilfeller opp til 16 m, og mange steder har sjøvann gått i grunnvannet, skogen er død. Merk Red.).

Figur 3 viser den radielle (vertikale) oscillasjonen til jorden på grunntonen i 3580 sek. etter jordskjelvet.

Fig.3. Vertikale Z- og horisontale H-komponenter av vibrasjonsrekorden etter jordskjelvet i Iran, 14. mars 1998, M = 6,9. Det kan sees at radielle vibrasjoner råder over torsjonsvibrasjoner med horisontal orientering.

La oss vise i figur 4 hvordan en tre-komponent registrering av et kraftig jordskjelv ser ut etter å ha konvertert en digital fil til en visuell.

Fig.4. Et eksempel på digital opptak av et jordskjelv i India, M=7,9, 26.01.2001, mottatt på en permanent bredbåndsstasjon KSESH-R.

De første ankomstene av to langsgående bølger er tydelig synlige i opptil 25 minutter, deretter på horisontale seismografer kommer en tverrbølge inn på ca. 28 minutter og en kjærlighetsbølge etter 33 minutter. På den midterste vertikale komponenten er det ingen kjærlighetsbølge (den er horisontal), og med tiden begynner Rayleigh-bølgen (38 minutter), som er synlig på både horisontale og vertikale spor.

På bilde nr. 3 .4 kan du se et moderne elektronisk vertikalt seismometer, som viser eksempler på tidevannsregistreringer, naturlige vibrasjoner av jorden og registreringer av et kraftig jordskjelv. De viktigste strukturelle elementene til den vertikale pendelen er godt synlige: to skiver med masse med en totalvekt på 2 kg, to sylindriske fjærer for å kompensere for jordens tyngdekraft og holde pendelens masse i horisontal posisjon. Mellom massene på bunnen av enheten er det en sylindrisk magnet, i luftspalten som en trådspole kommer inn. Spolen er inkludert i utformingen av pendelen. I midten "ser ut" det elektroniske kortet til den kapasitive omformeren. Luftkondensatoren er plassert bak magneten og er liten i størrelse. Arealet til kondensatoren er bare 2 cm (+2). En magnet med en spole brukes til å tvinge pendelen ved hjelp av tilbakemeldingen på forskyvningen, hastigheten og integralen til forskyvningen. OS gir frekvensrespons vist i figur 1, stabiliteten til seismometeret over tid og høy nøyaktighet ved måling av bakkevibrasjoner i størrelsesorden en hundredel av en prosent.

Foto nr. 34. Vertikalt seismometer av KSESH-R-installasjonen med kassen fjernet.

I internasjonal praksis har Wieland-Strekaizen seismografer fått anerkjennelse og bred distribusjon. Disse instrumentene er tatt i bruk som grunnlag for World Network of Digital Seismic Observations (IRIS) . Frekvensresponsen til IRIS-seismometrene er lik frekvensresponsen vist i fig.1. Forskjellen er at for frekvenser mindre enn 0,0001 Hz er Wieland-seismometrene mer "klemt" av den integrerte tilbakemeldingen, noe som førte til større tidsstabilitet, men reduserte følsomheten ved ultralave frekvenser sammenlignet med KSESh seismografene med omtrent 3 ganger.

Elektroniske seismometre er i stand til å oppdage eksotiske underverker som ennå kan bestrides. Professor E. M. Linkov ved Universitetet i Peterhof tolket ved hjelp av en magnetron vertikal seismograf svingninger med perioder på 5 - 20 dager som "flyte"-oscillasjoner av jorden i bane rundt solen. Avstanden mellom jorden og solen forblir tradisjonell, og jorden svinger litt som i bånd på overflaten av en ellipsoide med en dobbel amplitude opp til 400 mikron. Det var en sammenheng mellom disse svingningene og solaktiviteten [se i tillegg Ref. 22].

Dermed har seismografer blitt aktivt forbedret i løpet av det 20. århundre. Begynnelsen på den revolusjonære begynnelsen av denne prosessen ble lagt av prins Boris Borisovich Golitsyn, en russisk vitenskapsmann. Neste på rad kan vi forvente nye teknologier innen treghets- og gravitasjonsmålingsmetoder. Det er mulig at det er elektroniske seismografer som endelig vil kunne oppdage gravitasjonsbølger i universet.

Litteratur

1. Golitzin B. Izv. Permanent seismikkkommisjon AN 2, c. 2, 1906.

2. Golitsyn B.B. Izv. Permanent seismikkkommisjon AN 3, c. 1, 1907.

3. Golitsyn B.B. Izv. Permanent seismikkkommisjon AN 4, c. 2, 1911.

4. Golitsyn B., Forelesninger om seismometri, red. AN, St. Petersburg, 1912.

5. E.F.Savarensky, D.P.Kirnos, Elementer av seismologi og seismometri. Ed. For det andre, revidert, stat. Ed. Tekn.-teor. Lit., M.1955

6. Utstyr og metoder for seismometriske observasjoner i USSR. Forlag "Science", M. 1974

7. D.P. Kirnos. Proceedings of Geophys. Institute of the Academy of Sciences of the USSR, nr. 27 (154), 1955

8. D.P.Kirnos og A.V.Rykov. Spesielt høyhastighets seismisk utstyr for tsunamivarsling. Okse. Council for Seismology, "Tsunami-problemer", nr. 9, 1961

9. A.V. Rykov. Påvirkning av tilbakemelding på parametrene til pendelen. Izv. USSR Academy of Sciences, ser. Geofiz., nr. 7, 1963

10. A.V. Rykov. Om problemet med å observere jordens svingninger. Utstyr, metoder og resultater av seismometriske observasjoner. M., "Vitenskap", lør. "Seismiske instrumenter", nr. 12, 1979

11. A.V. Rykov. Seismometer og jordvibrasjoner. Izv. Det russiske vitenskapsakademiet, ser. Physics of the Earth, M., "Science", 1992

12. Wieland E.., Streckeisen G. Bladfjærseismometeret - design og ytelse // Bull.Seismol..Soc. Amer., 1982. Vol. 72. P.2349-2367.

13. Wieland E., Stein J.M. En digital seismograf med svært bredbånd // Ann.Geofys. Ser. F. 1986. Vol. 4, nr. 3. S. 227 - 232.

14. A.V. Rykov, I.P. Bashilov. Ultrabredbånd digitalt sett med seismometre. Lør. "Seismiske instrumenter", nr. 27, M., Publishing House of the OIPH RAS, 1997

15. K. Krylov Kraftig jordskjelv i Seattle 28. februar 2001 http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

16. K. Krylov Katastrofale jordskjelv i 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 Dette er de sterkeste jordskjelvene i verden.

22. http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1580#1580 Bebuder om jordskjelv i verdensrommet nær jorden - En ny artikkel har dukket opp i magasinet Urania (på russisk og engelsk). Arbeidet til MEPhI-ansatte er viet til prediksjon av jordskjelv basert på satellittobservasjoner.

Seismograf- en enhet som registrerer bakkevibrasjoner under et jordskjelv. I dag er dette komplekse elektroniske enheter. Moderne seismografer hadde sine forgjengere. Den første seismografen ble oppfunnet i 132 i Kina, og ekte seismografer dukket opp på 1890-tallet. Den moderne seismografen bruker egenskapen treghet (egenskapen for å opprettholde den opprinnelige hviletilstanden eller jevn bevegelse). For første gang dukket det opp instrumentelle observasjoner i Kina, hvor Chang-Khen i 132 oppfant et seismoskop, som var et dyktig laget fartøy. På utsiden av fartøyet med en pendel plassert inni, var hodene til drager som holdt baller i munnen gravert i en sirkel. Når pendelen svinger fra et jordskjelv, faller en eller flere kuler inn i froskenes åpne munn, plassert ved bunnen av karene slik at froskene kan svelge dem. En moderne seismograf er et sett med instrumenter som registrerer bakkevibrasjoner under et jordskjelv og konverterer dem til et elektrisk signal registrert på seismogrammer i analog og digital form. Men som før er det viktigste følsomme elementet en pendel med belastning.

Seismiske bølger passerer inne i kloden på steder som er utilgjengelige for observasjon. Alt de møter på veien forandrer dem på en eller annen måte. Derfor hjelper analysen av seismiske bølger til å belyse jordens indre struktur.

En seismograf kan brukes til å estimere energien til et jordskjelv. Relativt svake jordskjelv frigjør energi i størrelsesorden 10 000 kg/m, dvs. tilstrekkelig til å løfte en last som veier 10 tonn til en høyde på 1 m. Dette energinivået tas som null, et jordskjelv med 100 ganger mer energi tilsvarer 1, ytterligere 100 ganger kraftigere tilsvarer 2 enheter av skalaen. En slik skala kalles Richter-skalaen til ære for den kjente amerikanske seismologen fra California C. Richter. Tallet i en slik skala kalles magnitude og betegnes med M. I selve skalaen er det ingen øvre grense, av denne grunn kalles Richterskalaen åpen. I virkeligheten skaper jorden selv en praktisk øvre grense. Det sterkeste registrerte jordskjelvet hadde en styrke på 8,9. To slike jordskjelv er registrert siden begynnelsen av instrumentelle observasjoner, begge under havet. Den ene skjedde i 1933 utenfor kysten av Japan, den andre i 1906 utenfor kysten av Ecuador. Dermed karakteriserer størrelsen av et jordskjelv mengden energi som frigjøres av kilden i alle retninger. Denne verdien er ikke avhengig av dybden til kilden, og heller ikke av avstanden til observasjonspunktet. Styrken til en manifestasjon av et jordskjelv avhenger ikke bare av størrelsen, men også av kildens dybde (jo nærmere kilden til overflaten, desto større er styrken til dens manifestasjon), av kvaliteten på jordsmonnet (jo mer løs og ustabil jorda, jo større styrken til manifestasjonen). Kvaliteten på grunnbygg har selvfølgelig også betydning. Styrken til manifestasjonen av et jordskjelv på jordens overflate bestemmes av Mercalli-skalaen i poeng. Poeng er merket med tall fra I til XII.

En enhet for å registrere vibrasjoner av jordoverflaten under jordskjelv eller eksplosjoner

Animasjon

Beskrivelse

Seismografer (SF) brukes til å oppdage og registrere alle typer seismiske bølger. Prinsippet for drift av moderne SF er basert på egenskapen til treghet. Enhver SF består av en seismisk mottaker eller seismometer og en opptaksenhet. Hoveddelen av SF er et treghetslegeme - en last suspendert på en fjær fra en brakett, som er stivt festet til kroppen (fig. 1).

Generell oversikt over den enkleste seismografen for registrering av vertikale oscillasjoner

Ris. en

Kroppen til SF er festet i fast fjell og setter derfor i bevegelse under et jordskjelv, og på grunn av treghetsegenskapen henger pendelen etter bevegelsen til jorda. For å få oversikt over seismiske vibrasjoner (seismogrammer), brukes en opptakstrommel med et papirbånd som roterer med konstant hastighet, festet til SF-kroppen, og en penn koblet til pendelen (se fig. 1). Forskyvningsvektoren til jordoverflaten bestemmes av de horisontale og vertikale komponentene; Følgelig består ethvert system for seismiske observasjoner av horisontale (for registrering av forskyvninger langs X-, Y-aksene) og vertikale (for registrering av forskyvninger langs Z-aksen) seismometre.

For seismometre brukes oftest pendler, hvis svingsenter forblir relativt rolig eller henger etter bevegelsen til den oscillerende jordoverflaten og opphengsaksen knyttet til den. Graden av hvile av geofonsvingsenteret karakteriserer driften og bestemmes av forholdet mellom perioden T p av jordsvingningene og perioden T for naturlige svingninger av geofonpendelen. Hvis T p ¤ T er liten, er senteret av svingningene praktisk talt ubevegelig og jordas oscillasjoner reproduseres uten forvrengning. Ved T p ¤ T nær 1 er forvrengninger på grunn av resonans mulig. Ved store verdier av T p ¤ T, når jordbevegelsene er veldig langsomme, vises treghet ikke, oscillasjonssenteret beveger seg nesten som en helhet med jorda, og den seismiske mottakeren slutter å registrere jordvibrasjoner. Ved registrering av svingninger i seismisk leting er perioden med naturlige svingninger flere hundredeler eller tideler av et sekund. Ved registrering av vibrasjoner fra lokale jordskjelv kan perioden være ~ 1 sek, og for jordskjelv fjerntliggende på tusen km bør den være i størrelsesorden 10 sek.

Prinsippet for virkemåten til SF kan forklares med følgende ligninger: La et legeme med masse M henge på en fjær, hvis andre ende og skalaen er festet til jorden. Når jorda beveger seg opp med Z-verdien langs Z-aksen (translasjonsbevegelse), henger massen M etter på grunn av treghet og forskyver seg nedover Z-aksen med z-verdien (relativ bevegelse), som genererer en strekkkraft om våren - cz (c - fjærstivhet). Denne kraften under bevegelse må balanseres av treghetskraften til den absolutte bevegelsen:

M d 2 z¤ dt 2 = - cz,

hvor z = Z - z.

Av dette følger ligningen:

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

hvis løsning relaterer den sanne jordforskyvningen Z til den observerte z.

Timing

Starttid (logg til -3 til -1);

Levetid (log tc fra -1 til 3);

Nedbrytningstid (log td -3 til -1);

Optimal utviklingstid (log tk fra -1 til 1).

Diagram:

Tekniske realiseringer av effekten

Horisontalt seismometer type SKGD

En generell oversikt over et horisontalt seismometer av typen SKGD er vist i fig. 2.

Skjema av det horisontale seismometeret SKGD

Ris. 2

Betegnelser:

2 - magnetisk system;

3 - omformerspole;

4 - opphengsklemme;

5 - opphengsfjær.

Anordningen består av en pendel 1 opphengt i en klemme 4 til et stativ festet på bunnen av anordningen. Pendelens totale vekt er ca. 2 kg; den oppgitte lengden er ca. 50 cm. Bladfjæren er under spenning. I rammen festet på pendelen er det en flat induksjonsspole 3 med tre viklinger av isolert kobbertråd. En vikling tjener til å registrere pendelens bevegelse, og en galvanometerkrets er koblet til den. Den andre viklingen tjener til å justere dempningen av seismometeret, og en dempemotstand er koblet til den. I tillegg er det en tredje vikling for å levere en kontrollpuls (det samme for vertikale seismometre). En permanent magnet 2 er festet på bunnen av enheten, i luftspalten som det er midtdeler av viklingene. Det magnetiske systemet er utstyrt med en magnetisk shunt, som består av to myke jernplater, hvis bevegelse forårsaker en endring i styrken til magnetfeltet i magnetens luftgap og følgelig en endring i dempningskonstanten.

På enden av pendelen er det festet en flat pil, under hvilken det er en skala med millimeterinndelinger og en forstørrelseslinse som skalaen og pilen sees gjennom. Posisjonen til pekeren kan avleses på en skala med en nøyaktighet på 0,1 mm. Pendelbunnen er utstyrt med tre settskruer. To sider tjener til å sette pendelen til nullposisjon. Den fremre settskruen brukes til å justere pendelens naturlige periode. For å beskytte pendelen mot ulike forstyrrelser, er enheten plassert i et beskyttende metalldeksel.

Bruke en effekt

SF-er som brukes til å registrere bakkevibrasjoner under jordskjelv eller eksplosjoner er en del av både permanente og mobile seismiske stasjoner. Eksistensen av et globalt nettverk av seismiske stasjoner gjør det mulig å bestemme med høy nøyaktighet parametrene til nesten ethvert jordskjelv som forekommer i forskjellige regioner av kloden, samt å studere jordens indre struktur basert på egenskapene til forplantningen av seismiske bølger av ulike typer. Hovedparametrene til et jordskjelv inkluderer først og fremst: koordinatene til episenteret, dybden av fokus, intensitet, størrelse (energikarakteristikk). Spesielt, for å beregne koordinatene til en seismisk hendelse, kreves det data om ankomsttidene til seismiske bølger med minst tre seismiske stasjoner plassert i tilstrekkelig avstand fra hverandre.

Seismograf(fra andre greske σεισμός - jordskjelv og andre greske γράφω - å skrive) eller seismometer- et måleapparat som brukes i seismologi for å oppdage og registrere alle typer seismiske bølger. Et instrument for å bestemme styrken og retningen til et jordskjelv.

Det første kjente forsøket på å lage en jordskjelvprediktor tilhører den kinesiske filosofen og astronomen Zhang Heng.

ZhangHeng oppfant enheten, som han kalte Houfeng " ” og som kunne registrere vibrasjonene på jordoverflaten og retningen for deres utbredelse.

Houfeng og ble verdens første seismograf. Innretningen besto av et stort bronsekar med en diameter på 2 m, på veggene hvor det var plassert åtte dragehoder. Kjevene til dragene åpnet seg, og hver hadde en ball i munnen.

Inne i fartøyet var det en pendel med stenger festet til hodene. Som et resultat av et underjordisk sjokk begynte pendelen å bevege seg, virket på hodene, og ballen falt ut av dragens munn og inn i den åpne munnen til en av de åtte paddene som satt ved bunnen av fartøyet. Enheten fanget opp skjelvinger i en avstand på 600 km fra den.

1.2. Moderne seismografer

Første seismograf moderne design ble oppfunnet av en russisk vitenskapsmann, prins B. Golitsyn, som brukte konvertering av mekanisk vibrasjonsenergi til elektrisk strøm.

Designet er ganske enkelt: vekten er suspendert på en vertikalt eller horisontalt plassert fjær, og en opptaker er festet til den andre enden av vekten.

En roterende papirtape brukes til å registrere vibrasjonene til lasten. Jo sterkere trykk, jo lenger avviker fjæren og jo lenger svinger fjæren.

Den vertikale vekten lar deg registrere horisontalt rettede støt, og omvendt, den horisontale opptakeren registrerer støt i vertikalplanet.

Som regel utføres horisontal opptak i to retninger: nord-sør og vest-øst.

I seismologi, avhengig av oppgavene som skal løses, brukes ulike typer seismografer: mekaniske, optiske eller elektriske med ulike typer forsterkning og signalbehandlingsmetoder. En mekanisk seismograf inkluderer et følsomt element (vanligvis en pendel og en demper) og en opptaker.

Basen til seismografen er stivt forbundet med objektet som studeres, under vibrasjonene som bevegelsen av lasten oppstår i forhold til basen. Signalet tas opp i analog form på opptakere med mekanisk opptak.

1.3. Bygge en seismograf

Materialer: Pappeske; syl; bånd; plasticine; blyant; filtpenn; hyssing eller sterk tråd; et stykke tynn papp.

Rammen til seismografen skal fungere som en pappeske. Det må være laget av et ganske stivt materiale. Den åpne siden vil være fronten av enheten.

Det er nødvendig å lage et hull i toppdekselet til den fremtidige seismografen med en syl. Hvis stivheten for " rammer» er ikke nok, det er nødvendig å lime hjørnene og kantene på boksen med tape, styrke den, som vist på bildet.

Rull sammen en ball av plasticine og lag et hull i den med en blyant. Skyv tusjpennen inn i hullet slik at tuppen stikker litt ut fra motsatt side av plastelinakulen.

Dette er en seismografpeker designet for å tegne linjer med jordvibrasjoner.

Før enden av tråden gjennom hullet i toppen av boksen. Plasser boksen på undersiden og stram tråden slik at tusjpennen henger fritt.

Knyt den øverste enden av tråden til blyanten og roter blyanten rundt aksen til du tar ut slakken i tråden. Når markøren henger i riktig høyde (det vil si at du bare berører bunnen av boksen lett), fester du blyanten på plass med tape.

Skyv et ark papp under tuppen av tusjpennen til bunnen av esken. Juster alt slik at spissen av tusjpennen lett berører pappen og kan etterlate linjer.

Seismografen er klar til bruk. Den bruker samme driftsprinsipp som ekte utstyr. En vektet oppheng, eller pendel, vil være mer treg i forhold til risting enn en ramme.

For å teste enheten i praksis, er det ikke nødvendig å vente på et jordskjelv. Du må bare riste rammen. Gimbalen vil holde seg på plass, men vil begynne å tegne linjer på pappen, akkurat som en ekte en.

Det er vanskelig å forestille seg, men hvert år på planeten vår er det omtrent en million jordskjelv! Selvfølgelig er dette stort sett svake skjelvinger. Jordskjelv med destruktiv kraft forekommer mye sjeldnere, i gjennomsnitt en gang annenhver uke. Heldigvis forekommer de fleste av dem på bunnen av havene og gir ingen problemer for menneskeheten, med mindre en tsunami oppstår som følge av seismiske forskyvninger.

Alle vet om de katastrofale konsekvensene av jordskjelv: tektonisk aktivitet vekker vulkaner, gigantiske flodbølger skyller hele byer ut i havet, forkastninger og jordskred ødelegger bygninger, forårsaker branner og flom og krever hundrevis og tusenvis av menneskeliv.

Derfor søkte folk til enhver tid å studere jordskjelv og forhindre konsekvensene av dem. Så, Aristoteles i det IV århundre. til i. e. trodde at atmosfæriske virvler trenger inn i jorden, der det er mange tomrom og sprekker. Virvelvindene forsterkes av brann og leter etter en vei ut, og forårsaker jordskjelv og vulkanutbrudd. Aristoteles observerte også jordsmonnets bevegelser under jordskjelv og prøvde å klassifisere dem ved å identifisere seks typer bevegelser: opp og ned, fra side til side, etc.

Det første kjente forsøket på å lage et jordskjelvprediktor var av den kinesiske filosofen og astronomen Zhang Heng. I Kina har disse naturkatastrofene skjedd og skjer ekstremt ofte, dessuten skjedde tre av de fire største jordskjelvene i menneskets historie i Kina. Og i 132 oppfant Zhang Heng en enhet som han ga navnet Houfeng "jordskjelvværvinge" til og som kunne registrere vibrasjonene på jordoverflaten og retningen for deres utbredelse. Houfeng ble verdens første seismograf (fra det greske seismos "fluktuasjon" og grafo "jeg skriver") en enhet for å oppdage og registrere seismiske bølger.

Etterdønningene av jordskjelvet i San Francisco i 1906

Strengt tatt var enheten mer som et seismoskop (fra det greske skopeo "jeg ser"), fordi avlesningene ble registrert ikke automatisk, men av observatørens hånd.

Houfeng var laget av kobber i form av et vinkar med en diameter på 180 cm og tynne vegger. Utenfor fartøyet var åtte drager. Dragehodene pekte i åtte retninger: øst, sør, vest, nord, nordøst, sørøst, nordvest og sørvest. Hver drage holdt en kobberkule i munnen, og under hodet satt en padde med åpen munn. Det antas at en pendel med stenger ble installert vertikalt inne i fartøyet, som var festet til dragehodene. Da pendelen som følge av et jordskjelv ble satt i bevegelse, åpnet en stang koblet til hodet mot støtet dragens munn, og ballen rullet ut av den og inn i munnen til den tilsvarende padden. Hvis to kuler trillet ut, kunne man anta styrken til jordskjelvet. Hvis enheten var i episenteret, rullet alle ballene ut. Instrumentobservatører kunne umiddelbart registrere tid og retning for jordskjelvet. Enheten var veldig følsom: den fanget til og med svake skjelvinger, hvis episenter var 600 km unna. I 138 indikerte denne seismografen nøyaktig et jordskjelv som skjedde i Lunxi-regionen.

I Europa begynte jordskjelv å bli alvorlig studert mye senere. I 1862 ble boken til den irske ingeniøren Robert Malet "The Great Napolitan Earthquake of 1857: Basic Principles of Seismological Observations" publisert. Malet foretok en ekspedisjon til Italia og laget et kart over det berørte territoriet, og delte det inn i fire soner. Sonene introdusert av Malet representerer den første, ganske primitive skalaen for risteintensitet.

Men seismologi som vitenskap begynte å utvikle seg først med det utbredte utseendet og introduksjonen i praksis av instrumenter for registrering av jordvibrasjoner, det vil si med fremkomsten av vitenskapelig seismometri.

I 1855 oppfant italieneren Luigi Palmieri en seismograf som var i stand til å registrere fjerne jordskjelv. Han handlet i henhold til følgende prinsipp: under et jordskjelv sølt kvikksølv fra et sfærisk volum inn i en spesiell beholder, avhengig av vibrasjonsretningen. Beholderkontaktindikatoren stoppet klokken, indikerte nøyaktig tid, og begynte å registrere jordens vibrasjoner på trommelen.

I 1875 designet en annen italiensk vitenskapsmann, Filippo Sechi, en seismograf som skrudde på klokken på tidspunktet for det første støtet og registrerte den første svingningen. Den første seismiske rekorden som har kommet ned til oss ble gjort ved hjelp av denne enheten i 1887. Etter det begynte raske fremskritt innen feltet for å lage instrumenter for registrering av jordvibrasjoner. I 1892 skapte en gruppe engelske forskere som jobbet i Japan det første ganske brukervennlige instrumentet, John Milnes seismograf. Allerede i 1900 fungerte et verdensomspennende nettverk av 40 seismiske stasjoner utstyrt med Milne-instrumenter.

En seismograf består av en pendel av en eller annen utforming og et system for registrering av svingningene. I henhold til metoden for registrering av pendelsvingninger kan seismografer deles inn i enheter med direkte registrering, transdusere av mekaniske vibrasjoner og seismografer med tilbakemelding.

Direkte opptakseismografer bruker en mekanisk eller optisk opptaksmetode. Til å begynne med, med en mekanisk registreringsmetode, ble en penn plassert på enden av pendelen, og skrapte en linje på røkt papir, som deretter ble dekket med en fikseringssammensetning. Men pendelen til en seismograf med mekanisk registrering er sterkt påvirket av pennens friksjon på papiret. For å redusere denne påvirkningen trengs en veldig stor masse av pendelen.

Med den optiske opptaksmetoden ble et speil festet på rotasjonsaksen, som ble belyst gjennom linsen, og den reflekterte strålen falt på fotografisk papir viklet på en roterende trommel.

Den direkte registreringsmetoden brukes fortsatt i seismisk aktive soner, hvor jordbevegelsene er ganske store. Men for å registrere svake jordskjelv og i store avstander fra kildene, er det nødvendig å forsterke pendelens svingninger. Dette utføres av forskjellige omformere av mekaniske forskyvninger til elektrisk strøm.

Et diagram over forplantningen av seismiske bølger fra kilden til et jordskjelv, eller hyposenter (bunn) og episenter (øverst).

Transformasjonen av mekaniske vibrasjoner ble først foreslått av den russiske forskeren Boris Borisovich Golitsyn i 1902. Det var en galvanometrisk registrering basert på den elektrodynamiske metoden. En induksjonsspole stivt festet til pendelen ble plassert i feltet til en permanent magnet. Når pendelen svingte, endret den magnetiske fluksen seg, en elektromotorisk kraft oppsto i spolen, og strømmen ble registrert av et speilgalvanometer. En lysstråle ble rettet mot speilet til galvanometeret, og den reflekterte strålen, som i den optiske metoden, falt på fotografisk papir. Slike seismografer har vunnet verdensomspennende anerkjennelse i mange tiår fremover.

Nylig har de såkalte parametriske omformere blitt utbredt. I disse transduserne forårsaker mekanisk bevegelse (bevegelse av pendelens masse) en endring i noen parameter i den elektriske kretsen (for eksempel elektrisk motstand, kapasitans, induktans, lysstrøm, etc.).

B. Golitsyn.

Seismologisk stasjonsadit. Utstyret som er installert der, fanger opp selv de minste vibrasjoner i jorda.

Mobil installasjon for geofysiske og seismologiske studier.

En endring i denne parameteren fører til en endring i strømmen i kretsen, og i dette tilfellet er det forskyvningen av pendelen (og ikke dens hastighet) som bestemmer størrelsen på det elektriske signalet. Av de ulike parametriske transduserne innen seismometri er to hovedsakelig brukt fotoelektriske og kapasitive. Den mest populære er Benioff kapasitive transduser. Blant utvalgskriteriene viste de viktigste seg å være enhetens enkelhet, linearitet, lavt nivå av egenstøy, effektivitet i strømforsyningen.

Seismografer er følsomme for vertikale vibrasjoner av jorden eller horisontale. For å observere jordas bevegelse i alle retninger brukes vanligvis tre seismografer: en med vertikal pendel og to med horisontale orientert øst og nord. Vertikale og horisontale pendler er forskjellige i utformingen, så det viser seg å være ganske vanskelig å oppnå fullstendig identitet av frekvensegenskapene deres.

Med bruken av datamaskiner og analog-til-digital-omformere har funksjonaliteten til seismisk utstyr økt dramatisk. Det ble mulig å samtidig registrere og analysere signaler fra flere seismiske sensorer i sanntid, ta hensyn til spektra av signaler. Dette ga et grunnleggende sprang i informasjonsinnholdet i seismiske målinger.

Seismografer brukes først og fremst for å studere selve jordskjelvfenomenet. Med deres hjelp er det mulig å bestemme på en instrumentell måte styrken til et jordskjelv, stedet for dets forekomst, hyppigheten av forekomsten på et gitt sted og de dominerende stedene for forekomsten av jordskjelv.

Seismologisk stasjonsutstyr i New Zealand.

Grunnleggende informasjon om jordens indre struktur er også hentet fra seismiske data ved å tolke feltene med seismiske bølger forårsaket av jordskjelv og kraftige eksplosjoner og observert på jordoverflaten.

Ved hjelp av registrering av seismiske bølger gjennomføres det også studier av jordskorpens struktur. For eksempel viser studier på 1950-tallet at tykkelsen på skorpelagene, samt bølgehastighetene i dem, varierer fra sted til sted. I Sentral-Asia når tykkelsen på skorpen 50 km, og i Japan -15 km. Det er laget et kart over tykkelsen på jordskorpen.

Det kan forventes at nye teknologier innen treghets- og gravitasjonsmålingsmetoder snart vil dukke opp. Det er mulig at det er seismografene til den nye generasjonen som vil kunne oppdage gravitasjonsbølger i universet.

Seismograf opptak

Forskere over hele verden utvikler prosjekter for å lage satellittvarslingssystemer for jordskjelv. Et slikt prosjekt er Interferometric-Synthetic Aperture Radar (InSAR). Denne radaren, eller rettere sagt radarene, overvåker forskyvningen av tektoniske plater i et bestemt område, og takket være dataene de mottar, kan selv subtile forskyvninger registreres. Forskere mener at på grunn av denne følsomheten er det mulig å mer nøyaktig bestemme områder med høyspente seismisk farlige soner.