Сейсмографи вимірюють вібрації, що виникають під час землетрусів. Усі землетруси, незалежно від сили, спричиняють вібрації глибоко під землею. Ці коливання викликані руйнуванням та розтріскуванням гірських порід та органічних матеріалів уздовж зон розломів; сейсмографи виявляють та записують частоту, тривалість і величину всіх вібраційних хвиль, що випромінюються землетрусами.
Сейсмографи мають відносно просту конструкцію; вони містять чутливі елементи, звані сейсмометрами, які являють собою підсилювачі, які надають докладну інформацію про типи вібрацій, що реєструються, і пристрої відображення. Вони розпочали роботу, виявивши рух землі, що вимірюється щодо нерухомого об'єкта; великі об'єкти не рухаються під час землетрусів, що дозволяє сейсмографам проводити точні виміри. Сейсмографи приймають та інтерпретують результати землетрусу відповідно до вироблених вібрацій. Ця інформація перетравлюється, записується та відтворюється у вигляді візуального запису, що називається сейсмограмою. Згідно з Earthquakes Canada, багато сучасних сейсмографів містять дисплеї, оснащені цифровими технологіями, такими як дігітайзери, а також комп'ютерно-орієнтоване обладнання для зберігання даних, таке як знімні диски. Багато сейсмологів досі використовують сейсмографи для отримання та запису паперових копій даних про землетруси, але цифрові сейсмографи цінні для швидкого зберігання та поширення інформації, зібраної про землетруси, в інші місця.Сейсмографи зазвичай дають точні результати; Помилки під час збору даних найчастіше пояснюються людським чинником.
Для виявлення та реєстрації всіх типів сейсмічних хвиль використовуються спеціальні прилади – сейсмографи. У більшості випадків сейсмограф має вантаж із пружинним прикріпленням, який при землетрусі залишається нерухомим, тоді як решта приладу (корпус, опора) починає рухатися і зміщується щодо вантажу. Одні сейсмографи чутливі до горизонтальних рухів, інші – вертикальні. Хвилі реєструються вібруючим пером на паперовій стрічці, що рухається. Існують і електронні сейсмографи (без паперової стрічки).
Cтанція прогнозування землетрусів ATROPATENA]
землетрус сейсмічна хвиля
Станція Atropatena Кристал (Kh10) – Технологічний бренд (Азербайджан)
Cтанція прогнозування ATROPATENA, що автоматично та автономно реєструє тривимірні зміни гравітаційного поля та передає цю інформацію до Центральної Бази Даних, розміщеної в США (La Habra). З 2007 року, після початку роботи першої станції ATROPATENA-AZ, короткострокові прогнози землетрусів регулярно надходили до Президії МАН (Міжнародна Академія Наук (Здоров'я та Екологія)), Австрія, Інсбрук), до Пакистанської Академії Наук (Ісламабад, Пакистан) (Джокьякарта, Індонезія). У 2009 році Глобальна мережа із прогнозування землетрусів (GNFE) почала повноцінно функціонувати в режимі короткострокового прогнозування землетрусів та оперативної передачі цієї інформації країнам-учасникам Глобальної Мережі.Цей факт був широко освітлений у російській та міжнародній пресі. Однією з важливих відмінностей нової технології прогнозування землетрусів і те, що під час прогнозу вказується як місце, сила і час, а й кількість прогнозованих сильних землетрусів. На основі аналізу та інтерпретації записів «гравітограм» за спеціальною методикою НДІ прогнозування та вивчення землетрусів видає короткостроковий прогноз сильних землетрусів (за 3-7 днів до поштовху), що міститься на сайті Центральної Бази Даних (GNFE)
Тектометр
Тектометр – прилад, розроблений у Росії та запатентований у Державному патентному бюро Японії (реєстраційний номер N 07РО369). Згідно з патентом, прилад дозволяє реєструвати землетрус за 40 годин до моменту його початку. Прилад компактний (вміщується в дипломат) і легкий (близько 1 кг).
Важко уявити, але щорічно на нашій планеті відбувається близько мільйона землетрусів! Зрозуміло, переважно це слабкі підземні поштовхи. Землетруси руйнівної сили трапляються значно рідше в середньому раз на два тижні. На щастя, більшість із них відбуваються на дні океанів і не приносять жодних неприємностей людству, якщо тільки в результаті сейсмічних зміщень не виникає цунамі.
Про катастрофічні наслідки землетрусів знає кожен: тектонічна активність пробуджує вулкани, гігантські приливні хвилі змивають в океан цілі міста, розломи та зсуви руйнують будівлі, викликають пожежі та повені та забирають сотні та тисячі людських життів.
Тому люди у всі часи прагнули вивчити землетруси та запобігти їх наслідкам. Так, Аристотель у IV ст. до в. е.вважав, що атмосферні вихори впроваджуються в землю, де багато порожнеч і щілин. Вихори посилюються вогнем і шукають вихід, викликаючи землетруси та виверження вулканів. Також Аристотель спостерігав за рухами ґрунту при землетрусах та спробував дати їх класифікацію, виділивши шість типів рухів: вгору-вниз, з боку в бік тощо.
Перша відома спроба виготовити прилад, що передбачає землетрус, належить китайському філософу та астроному Чжан Хену. У Китаї ці стихійні лиха траплялися і трапляються надзвичайно часто, більше того, три з чотирьох найбільших в історії людства землетрусів сталися в Китаї. І в 132 р. Чжан Хен винайшов пристрій, якому дав ім'я Хоуфен «флюгер землетрусів» і який міг фіксувати коливання земної поверхні та напрямок їх поширення. Хоуфен і став першим у світі сейсмографом (від грецьк. seismos «Коливання» і grapho «пишу») приладом для виявлення та реєстрації сейсмічних хвиль.
Наслідки землетрусу в Сан-Франциско 1906 р.
Строго кажучи, прилад був скоріше сейсмоскопом (від грец. Skopeo «дивлюся»), тому що запис його показань велася не автоматично, але рукою спостерігача.
Хоуфен був зроблений із міді у формі посудини для вина діаметром 180 см та тонкими стінками. Зовні судини розташовувалися вісім драконів. Голови драконів вказували на вісім напрямків: схід, південь, захід, північ, північний схід, південний схід, північний захід та південний захід. Кожен дракон тримав у роті мідну кульку, а під його головою сиділа жаба з відкритим ротом. Передбачається, що всередині посудини вертикально встановлено маятник з тягами, які прикріплювалися до голов драконів.Коли в результаті підземного поштовху маятник почав рухатися, тяга, з'єднана з головою, зверненою в бік поштовху, розкривала пащу дракона, і куля з неї викочувалася в рот відповідної жаби. Якщо викочувалися дві кульки, можна було припустити силу землетрусу. Якщо прилад знаходився в епіцентрі, то котилися всі кульки. Спостерігачі інструменту могли негайно зробити запис про час та напрямок землетрусу. Прилад був дуже чутливим: він уловлював навіть слабкі підземні поштовхи, епіцентр яких був за 600 км від нього. У 138 р. цей сейсмограф точно вказав на землетрус, що стався в Луньсі.
А в Європі серйозно вивчати землетруси почали значно пізніше. У 1862 р. побачила світ книга ірландського інженера Роберта Малета «Великий неаполітанський землетрус 1857 р.: основні засади сейсмологічних спостережень». Малет здійснив експедицію до Італії та склав карту ураженої території, розділивши її на чотири зони. Введені Малетом зони є першою, досить примітивною, шкалою інтенсивності струсів.
Але сейсмологія як наука почала розвиватися тільки з повсюдною появою та впровадженням у практику приладів для реєстрації коливань ґрунту, т.е. е. із появою наукової сейсмометрії.
У 1855 р. італієць Луїджі Пальмієрі винайшов сейсмограф, здатний реєструвати віддалені землетруси. Діяв він за таким принципом: при землетрусі ртуть проливалася з кулястого об'єму у спеціальний контейнер залежно від напрямку коливань. Індикатор контакту з контейнером зупиняв годинник, вказуючи точний час, і запускав запис коливань землі на барабан.
У 1875 р.ще один італійський учений, Філіппо Секі, сконструював сейсмограф, який включав годинник у момент першого поштовху і записував перше коливання. Перший сейсмічний запис, що дійшов до нас, зроблено саме за допомогою цього приладу в 1887 р. Після цього почався швидкий прогрес у галузі створення інструментів для реєстрації коливань ґрунту. У 1892 р. група англійських вчених, які працювали в Японії, створила перший досить зручний у користуванні прилад сейсмограф Джона Мілна. Вже 1900 р. функціонувала світова мережу з 40 сейсмостанцій, обладнаних приладами Мілна.
Сейсмограф складається з маятника тієї чи іншої конструкції та системи реєстрації його коливань. За способом реєстрації коливань маятника можна розділити сейсмографи на прилади з прямою реєстрацією, перетворювачі механічних коливань і сейсмографи зі зворотним зв'язком.
Сейсмографи із прямою реєстрацією використовують механічний або оптичний спосіб запису. Спочатку при механічному способі запису на кінці маятника містилося перо, подряпане лінію на закопченому папері, яку потім покривали закріплюючим складом. Але на маятник сейсмографа з механічною реєстрацією сильно впливає тертя пера про папір. Щоб зменшити цей вплив, потрібна дуже велика маса маятника.
При оптичному способі запису на осі обертання зміцнювалося дзеркальце, яке освітлювалося через об'єктив, а відбитий промінь потрапляв на фотопапір, намотаний на барабан, що обертається.
Спосіб прямої реєстрації досі використовується в сейсмічно активних зонах, де рухи ґрунту досить великі. Але для реєстрації слабких землетрусів і великих відстанях від вогнищ потрібно посилювати коливання маятника.Це здійснюється різними перетворювачами механічних переміщень електричний струм.
Схема поширення сейсмічних хвиль від вогнища землетрусу, або гіпоцентру (внизу) та епіцентру (вгорі).
Перетворення механічних коливань вперше запропонував російський вчений Борис Борисович Голіцин у 1902 р. це була гальванометрична реєстрація, заснована на електродинамічному способі. Жорстко скріплена з маятником індукційна котушка містилася у полі постійного магніту. При коливаннях маятника магнітний потік змінювався, у котушці виникала електрорушійна сила, і струм реєструвався дзеркальним гальванометром. На дзеркальці гальванометра прямував промінь світла, і відбитий промінь, як і за оптичного способу, падав на фотопапір. Подібні сейсмографи здобули всесвітнє визнання на багато десятиліть уперед.
Останнім часом набули поширення так звані параметричні перетворювачі. У цих перетворювачах механічне переміщення (рух маси маятника) викликає зміну будь-якого параметра електричного ланцюга (наприклад, електричного опору, ємності, індуктивності, світлового потоку тощо).
Штольня сейсмологічної станції. Встановлена там апаратура фіксує навіть найменші коливання ґрунту.
Пересувна установка для геофізичних та сейсмологічних досліджень.
Зміна цього параметра призводить до зміни струму ланцюга, і в цьому випадку саме зсув маятника (а не його швидкість) визначає величину електричного сигналу. З різноманітних параметричних перетворювачів в сейсмометрії в основному використовуються два фотоелектричні та ємнісні. Найбільшу популярність отримав ємнісний перетворювач Беньоф.Серед критеріїв вибору головними виявились простота пристрою, лінійність, малий рівень власного шуму, економічність в електроживленні.
Сейсмографи бувають чутливі до вертикальних коливань землі або горизонтальних. Щоб спостерігати рух грунту у всіх напрямках, зазвичай використовують три сейсмографи: один з вертикальним маятником і два з горизонтальними, орієнтованими на схід та північ. Вертикальний і горизонтальний маятники розрізняються за своєю конструкцією, тому виявляється досить складним домогтися повної ідентичності їх частотних характеристик.
З появою комп'ютерів та аналого-цифрових перетворювачів функціональність сейсмовимірювального обладнання різко підвищилася. З'явилася можливість одночасно фіксувати та аналізувати в реальному часі сигнали з кількох сейсмодатників, враховувати спектри сигналів. Це забезпечило важливий стрибок в інформативності сейсмовимірювань.
Сейсмографи використовуються передусім вивчення самого явища землетрусу. З їхньою допомогою вдається визначити інструментальним способом силу землетрусу, місце його виникнення, частоту походження в цьому місці та переважні місця виникнення землетрусів.
Устаткування сейсмологічної станції у Новій Зеландії.
Основні відомості про внутрішню будову Землі отримані також за сейсмічними даними шляхом інтерпретації полів сейсмічних хвиль, спричинених землетрусами і потужними вибухами, що спостерігаються на поверхні Землі.
За допомогою запису сейсмічних хвиль ведуться дослідження будови земної кори. Наприклад, дослідження 1950-х років показують, що потужності шарів кори, а також швидкості хвиль у них змінюються від місця до місця.У Середню Азію потужність кори сягає 50 км, а Японії -15 км. Створено мапу потужності земної кори.
Очікується, що скоро з'являться нові технології в інерційних та гравітаційних способах вимірювання. Не виключено, що саме сейсмографи нового покоління зможуть знайти гравітаційні хвилі у Всесвіті.
Запис сейсмографа
Вчені всього світу розробляють проекти створення супутникових систем попередження землетрусів. Один із таких проектів Інтеро-рометро-синтетичний апертурний радар (Interferometric-Synthetic Aperture Radar, InSAR). Цей радар, а точніше, радари, відстежує усунення тектонічних плит у певній області, і завдяки отриманим ними даним можна зафіксувати навіть малопомітні усунення. Вчені вважають, що завдяки такій чутливості можна точніше визначити ділянки підвищеної напруги сейсмонебезпечні зони.
Щороку Землі трапляється від восьми до десяти тисяч землетрусів, тобто. приблизно один землетрус щогодини. Основних причин землетрусів три: провали порожнин, створювані підземними водами. вулканічні виверження та усунення товщ земної кори.
Для реєстрації цього природного явища, визначення його сили, місця виникнення та інших характеристик давно застосовуються спеціальні прилади – сейсмографи.
Головним елементом будь-якого сейсмографа є звичайний вантаж, що підвішений на опорі, прикріпленій до основи. І найпростіший прилад можна зробити самому.
Перший прилад, здатний вловлювати коливання земної поверхні, був винайдений 132 р. китайським астрономом Чжан Хеном. Прилад складався з великої бронзової посудини діаметром 2 м, на стінках якої розташовувалися вісім голів дракона.Щелепи у драконів розкривалися, і в кожного в пащі була куля. Усередині посудини був маятник. В результаті підземного поштовху маятник починав рухатися, діяв на голови, і куля випадала з пащі дракона у відкритий рот однієї з восьми жаб, що сиділи біля основи судини. Прилад вловлював підземні поштовхи з відривом 600 км.
Подібні пристрої називаються сейсмоскопами. Вони широко використовують і зараз, даючи цінну інформацію. У Каліфорнії (США) розміщено тисячі сейсмоскопів із записом маятниками на сферичному склі, вкритому сажею. Зазвичай, видно складна картина руху вістря маятника по склу, в якому відхилення дають уявлення про силу землетрусів. Сейсмоскоп, подібний до китайського, зробив у 1848 році італієць Каччіаторе, в якому маятник і кульки були замінені ртуттю. При коливаннях ґрунту ртуть виливалася в судини, розташовані рівномірно по азимутам. Як вантаж для маятника було чавунне кільце вагою 25 кг, підвішене на сталевому дроті. Загальна довжина маятника становила майже 7 метрів.
Перший сейсмограф, що мав наукове значення, було побудовано 1879 року. у Японії Юїнгом. У Європі перший сейсмограф був встановлений на Везувії в середині 19 століття. Маси маятнікол досягали тонни і більше! Запис руху маятника здійснювався на закопченому папері, що обертається безперервною стрічкою годинниковим механізмом.
Переворот у техніці сейсмометрії зробив блискучий російський учений князь Б.Б.Голіцин. Він винайшов спосіб гальванометричного запису землетрусів та організував перші сейсмічні станції, на яких були встановлені нові прилади.Складається такий прилад із сейсмометра, перетворювача його механічного сигналу в електричну напругу та реєстратора – накопичуй поверхні Землі та цифровим способом вимірювання цих коливань
Японський географічний інститут встановив країною понад тисячу датчиків руху земної кори. Такий датчик є колоною з нержавіючої сталі висотою 4,5 метра з приймачем супутникової системи визначення координат на вершині. Кожні півхвилини приймач визначає координати місцезнаходження датчика з точністю приблизно двох міліметрів, що дозволяє помітити тектонічні зрушення. Середня відстань між датчиками – 25 кілометрів, але в сейсмічно небезпечних районах вони розставлені густіше. Минулого року ця система виявила несподівані зрушення у районі міста Нагоя. Мабуть, йдеться про великий землетрус.
Джерела: журнал "Наука та життя"
Допитливим
Рівні океанів з різних боків Панамського каналу
Як відомо, рівні океанів (Тихого та Атлантичного) з різних боків Панамського каналу є різними. У суху пору року різниця рівнів мала, а в сезон дощів вона сягає 30 см. Чим це пояснити?
Виявляється.
Відмінність рівнів океанів із різних боків Панамського каналу частково зумовлена різною солоністю океанів. У Тихому океані вода більш солона, отже, щільніша. Тому у виходу в Тихий океан рівень води нижчий, ніж у виходу до Атлантичного.
Сейсмограф (від др.-грец. σεισμός – землетрус та ін.-грец. γράφω – записувати) або сейсмометр – Вимірювальний прилад, який використовується в сейсмології для виявлення та реєстрації всіх типів сейсмічних хвиль. Прилад для визначення сили та напрямки землетрусу .
Перша відома спроба виготовити прилад, що передбачає землетрус, належить китайському філософу та астроному ЧжанХену.
ЧжанХен винайшов пристрій, якому дав ім'я Хоуфен «» і який міг фіксувати коливання земної поверхні та напрямок їх поширення.
Хоуфен і став першим у світі сейсмографом. Прилад складався з великої бронзової посудини діаметром 2 м, на стінках якої розташовувалися вісім голів дракона.
Всередині судини знаходився маятник з тягами, прикріпленими до голов. км від нього.
1.2.
Перший сейсмограф сучасної конструкції винайшов російський учений, князь Б. Голіцин який використовував перетворення механічної енергії коливань в електричний струм.
Конструкція досить проста: вантаж підвішується на вертикально або горизонтально розташованій пружині, а до іншого кінця вантажу кріпиться перо самописця.
Папірна стрічка, що обертається, служить для запису коливань вантажу.
Вертикальний вантаж дозволяє реєструвати горизонтально спрямовані поштовхи, і навпаки, горизонтальний самописець записує поштовхи у вертикальній площині.
Як правило, горизонтальний запис ведеться у двох напрямках: північ-південь та захід-схід.
У сейсмології залежно від розв'язуваних завдань використовуються різні види сейсмографів: механічний, оптичний або електричний з різними видами посилень та методами обробки сигналу. Механічний сейсмограф включає чутливий елемент (зазвичай маятник та демпфер) та самописець.
Основа сейсмографа жорстко пов'язана з об'єктом, що досліджується, при коливаннях якого виникає рух вантажу щодо підстави. Записується сигнал аналогової формі на самописцях з механічним записом.
1.3. Створення сейсмографа
Матеріали: Картонна коробка; шило; стрічка; пластилін; олівець; фломастер; мотузка або міцна нитка; шматок тонкого картону.
Рамою для сейсмографа стане картонна коробка. Потрібно, щоб вона була виготовлена з досить жорсткого матеріалу. Відкритий її бік буде лицьовою частиною приладу.
Треба зробити шилом отвір у верхній кришці майбутнього сейсмографа. Якщо жорсткості для «рами не вистачає, треба обклеїти скотчем кути і ребра коробки, зміцнивши її, як показано на фотографії.
Скачати кульку з пластиліну і зробити в ньому отвір олівцем. Проштовхнути фломастер в отвір таким чином, щоб його кінчик ненабагато висовувався з протилежного боку пластилінової кульки.
Це покажчик сейсмографа, призначений у тому, щоб викреслювати лінії земних вібрацій.
Пропустити кінець нитки через дірочку у верхній частині коробки. Встановити коробку на нижню сторону і підтягнути нитку таким чином, щоб фломастер був вільно підвішений.
Прив'яжіть верхній кінець нитки до олівця і обертайте олівець навколо осі, доки не виберете слабину нитки.Коли фломастер повисне на потрібній висоті (тобто буде лише торкатися дна коробки), зафіксуйте олівець на місці за допомогою скотчу.
Підсунути аркуш картону під кінчик фломайстра на дно коробки.
Сейсмограф готовий до роботи. Він використовує той самий принцип дії, що й справжнє обладнання.
Щоб перевірити пристрій на ділі, нема чого чекати землетрусу. Просто треба струсити рамку.
Перший сейсмограф придумали ще в 132 році в Китаї. Його винайшов астроном Чжан Хен для китайського імператора. пащі кожного дракона вкладали бронзова кулька.
Навколо чаші сиділи бронзові жаби з відчиненими ротами. стародавній інструмент міг уловлювати поштовхи з відривом 600 км від місця установки.
Зробити сейсмограф своїми руками простіше, ніж здається.Присипте поверхню борошном або іншим порошком і опустіть гирю так, щоб наконечник торкався площини.
Під час коливань вантаж почне рухатися, а лінії, накреслені гострим кінцем, вкажуть напрямок та дозволять визначити силу сейсмічних хвиль.
Ось ще цікаві варіанти:
Повноцінні сейсмографи з'явилися лише наприкінці минулого століття. Сьогодні це електронні пристрої, які вміють визначати найменші коливання та передбачати стихію.
Але сучасне обладнання, яке використовується професіоналами, працює за тими самими принципами. Прилади складаються з сейсмоприймача або сейсмометра і пристрою, що реєструє (записує).