Uz kā balstās seismogrāfa darbības princips? Mērinstrumenti seismogrāfs

Ierīce zemes virsmas vibrāciju reģistrēšanai zemestrīču vai sprādzienu laikā

Animācija

Apraksts

Seismogrāfus (SF) izmanto, lai noteiktu un reģistrētu visu veidu seismiskos viļņus. Mūsdienu SF darbības princips ir balstīts uz inerces īpašību. Jebkurš SF sastāv no seismiskā uztvērēja vai seismometra un ierakstīšanas (reģistrēšanas) ierīces. SF galvenā daļa ir inerciālais korpuss - slodze, kas piekārta uz atsperes uz kronšteinu, kas ir stingri piestiprināts pie korpusa (1. att.).

Vispārējs skats uz vienkāršu seismogrāfu vertikālo vibrāciju reģistrēšanai

Rīsi. 1

SF korpuss ir nostiprināts cietā klintī un tāpēc zemestrīces laikā sāk kustēties, un inerces īpašību dēļ svārsta svars atpaliek no zemes kustības. Seismisko vibrāciju ieraksta (seismogrammas) iegūšanai tiek izmantots reģistratora cilindrs ar nemainīgā ātrumā rotējošu papīra lenti, kas piestiprināts pie SF korpusa, un pildspalva, kas savienota ar svārstu (sk. 1. att.). Zemes virsmas kustības vektoru nosaka horizontālā un vertikālā komponente; Attiecīgi jebkura seismisko novērojumu sistēma sastāv no horizontālajiem (noviržu reģistrēšanai pa X, Y asīm) un vertikālajiem (noviržu reģistrēšanai pa Z asi) seismometriem.

Seismometriem visbiežāk izmanto svārstus, kuru šūpošanās centrs relatīvi paliek miera stāvoklī vai atpaliek no svārstīgās zemes virsmas kustības un ar to saistītās piekares ass. Ģeofona svārstību centra miera pakāpe raksturo tā darbību, un to nosaka augsnes vibrāciju perioda T p attiecība pret seismiskā uztvērēja svārsta dabisko svārstību periodu T. Ja T p ¤ T ir mazs, tad šūpoļu centrs praktiski nekustas un zemes vibrācijas tiek atveidotas bez kropļojumiem. Kad T p ¤ T tuvu 1, ir iespējami traucējumi rezonanses dēļ. Plkst lielas vērtības T p ¤ T , kad augsnes kustības ir ļoti lēnas, neparādās inerces īpašības, šūpoļu centrs pārvietojas gandrīz kā viena vienība ar augsni un ģeofons pārstāj ierakstīt augsnes vibrācijas. Reģistrējot svārstības seismiskajā izpētē, dabisko svārstību periods ir vairākas sekundes simtdaļas vai desmitdaļas. Ierakstot svārstības no vietējām zemestrīcēm, periods var būt ~ 1 s, un zemestrīcēm, kas atrodas tūkstošiem kilometru attālumā, tam vajadzētu būt apmēram 10 sek.

SF darbības principu var izskaidrot ar šādiem vienādojumiem. Piekaram ķermenim ar masu M, kura otrs gals un skala ir piestiprināti pie augsnes. Kad augsne virzās uz augšu par Z asi pa Z asi (transporta kustība), masa M atpaliek inerces dēļ un virzās uz leju pa Z asi par lielumu z (relatīvā kustība), kas atsperē rada stiepes spēku - cz (c ir atsperes stīvums). Šim spēkam kustības laikā jābūt līdzsvarotam ar absolūtās kustības inerces spēku:

M d 2 z¤ dt 2 = - cz,

kur z = Z - z.

Tas dod mums vienādojumu:

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

kura risinājums saista patieso augsnes nobīdi Z ar novēroto z.

Laika raksturlielumi

Uzsākšanas laiks (log no -3 līdz -1);

Kalpošanas laiks (log tc no -1 līdz 3);

Degradācijas laiks (log td no -3 līdz -1);

Optimālas attīstības laiks (log tk no -1 līdz 1).

Diagramma:

Efekta tehniskās realizācijas

Horizontālais seismometrs tipa SKGD

SKGD tipa horizontālā seismometra vispārīgs skats ir parādīts attēlā. 2.

Horizontālā seismometra SKGD shēma

Rīsi. 2

Apzīmējumi:

2 - magnētiskā sistēma;

3 - pārveidotāja spole;

4 - piekares skava;

5 - piekares atspere.

Ierīce sastāv no svārsta 1, kas piekārts uz skavas 4 uz statīva, kas uzstādīts uz ierīces pamatnes. Kopējais svārsta svars ir aptuveni 2 kg; norādītais garums ir aptuveni 50 cm. Lapu atspere ir saspringta. Uz svārsta uzstādītā rāmī ir plakana indukcijas spole 3, kurai ir trīs izolētas vara stieples tinumi. Viens tinums kalpo, lai reģistrētu svārsta kustību, un tam ir pievienota galvanometra ķēde. Otro tinumu izmanto seismometra vājinājuma regulēšanai, un tam ir pievienota amortizācijas pretestība. Turklāt ir trešais tinums vadības impulsa padevei (tas pats vertikālajiem seismometriem). Ierīces pamatnei ir piestiprināts pastāvīgais magnēts 2, kura gaisa spraugā atrodas tinumu vidējās daļas. Magnētiskā sistēma ir aprīkota ar magnētisko šuntu, kas sastāv no divām mīkstajām dzelzs plāksnēm, kuru kustība izraisa spēka izmaiņas magnētiskais lauks magnēta gaisa spraugā un līdz ar to arī vājinājuma konstantes izmaiņas.

Svārsta galā ir plakana bultiņa, zem kuras atrodas skala ar milimetru dalījumiem un palielināmā lēca, caur kuru skatās skalu un bultiņu. Bultas pozīciju var nolasīt uz skalas ar precizitāti 0,1 mm. Svārsta pamatne ir aprīkota ar trim regulēšanas skrūvēm. Divas sānu daļas tiek izmantotas, lai iestatītu svārstu nulles pozīcijā. Priekšējo regulēšanas skrūvi izmanto, lai regulētu svārsta dabiskās svārstības periodu. Lai pasargātu svārstu no dažādiem traucējumiem, ierīce tiek ievietota aizsargājošā metāla korpusā.

Efekta pielietošana

SF, ko izmanto, lai reģistrētu zemes vibrācijas zemestrīču vai sprādzienu laikā, ir gan pastāvīgo, gan mobilo seismisko staciju daļa. Globālā seismisko staciju tīkla esamība ļauj precīzi noteikt gandrīz jebkuras zemestrīces, kas notiek dažādos zemeslodes reģionos, parametrus, kā arī izpētīt seismisko viļņu izplatīšanās raksturlielumus. dažādi veidi Zemes iekšējā struktūra. Galvenie zemestrīces parametri galvenokārt ir: epicentra koordinātas, fokusa dziļums, intensitāte, stiprums (enerģijas raksturlielums). Jo īpaši seismiska notikuma koordināšu aprēķināšanai nepieciešami dati par seismisko viļņu pienākšanas laikiem vismaz trīs seismiskajās stacijās, kas atrodas pietiekamā attālumā viena no otras.

laboratorijas vadītājs Seismometrijas Zemes fizikas institūts RAS

Pagājušais gadsimts deva pasaulei atklājumu B.B. Golitsina galvanometriskā metode seismisko parādību novērošanai. Turpmākais progress seismometrijā bija saistīts ar šo atklājumu. Goļicina darba turpinātāji bija krievu zinātnieks D.P. Kirnos, amerikāņi Wood-Andersen, Press-Ewing. Krievu seismometrijas skola pie D.P. Kirnose izcēlās ar rūpīgu seismisko novērojumu metroloģiskā atbalsta aprīkojuma un metroloģiskā atbalsta metožu izstrādi. Seismisko notikumu ieraksti ir kļuvuši par seismoloģijas īpašumu ne tikai kinemātisko, bet arī dinamisko problēmu risināšanai. Dabisks seismometrijas attīstības turpinājums bija elektronisko līdzekļu izmantošana informācijas vākšanai no seismometru testa masas, to izmantošana oscilogrāfijā un digitālās seismisko datu mērīšanas, uzkrāšanas un apstrādes metodēs. Seismometrija vienmēr ir guvusi labumu no divdesmitā gadsimta zinātnes un tehnoloģijas progresa. Krievijā 70.-80. Ir izstrādāti elektroniskie seismogrāfi, kas aptver frekvenču diapazonu no īpaši zemām frekvencēm (formāli no 0 Hz) līdz 1000 Hz.

Ievads

Zemestrīces! Tiem, kas dzīvo aktīvās seismiskās zonās, šī nav tukša frāze. Cilvēki dzīvo mierīgi, aizmirstot par iepriekšējo nelaimi. Bet pēkšņi, visbiežāk naktī, TĀ atnāk. Sākumā bija tikai grūdieni, pat izmešana no gultas, trauku klakšķēšana, mēbeļu krišana. Tad brūkošo griestu šalkoņa, nepastāvīgās sienas, putekļi, tumsa, vaidi. Tas notika 1948. gadā Ašhabadā. Valsts par to uzzināja daudz vēlāk. Karsts. Gandrīz kails Ašhabadas Seismoloģijas institūta darbinieks tajā vakarā gatavojās runāt republikas konferencē par seismiskumu un rakstīja ziņojumu. Sākās ap pulksten 2. Viņam izdevās izlēkt pagalmā. Uz ielas, putekļu mākoņos un tumšajā dienvidu naktī nekas nebija redzams. Viņa sieva, arī seismoloģe, paguva nostāties durvīs, kuras uzreiz no abām pusēm aizvēra sabrukušie griesti. Viņas māsa, kura karstuma dēļ gulēja uz grīdas, bija klāta ar drēbju skapi, kura durvis atvērās, sniedzot ķermenim “patvērumu”. Bet manas kājas saspieda skapja augšdaļa.

Ašhabadā vairāki desmiti tūkstošu iedzīvotāju gāja bojā nakts laika un anti-seismisko ēku trūkuma dēļ (dzirdēju aplēses, ka miruši 50 000 cilvēku. Jebkurā gadījumā to teica Maskavas štata dinamiskās ģeoloģijas nodaļas vadītājs G. P. Gorškovs Universitāte, teica Red.) Labi izdzīvoja ēka, kuras projektētājs tika notiesāts par izmaksu pārsniegšanu.

Tagad cilvēces atmiņā ir desmitiem vēsturisku un mūsdienu katastrofālu zemestrīču, kas prasījušas miljoniem cilvēku dzīvību. Starp spēcīgākajām zemestrīcēm mēs varam uzskaitīt šādas: Lisabona 1755, Japāna 1891, Asama (Indija) 1897, Sanfrancisko 1906, Mesīna (Sicīlija-Kalibrija) 1908, Ķīna 1920 un 1976. (Ilgi pēc Ašhabadas 1976. gadā zemestrīce Ķīnā prasīja 250 000 cilvēku dzīvību, bet Indijas zemestrīce pērn arī vismaz 20 000. Red.), Japāna 1923, Čīle 1960, Agadira (Maroka) 1960, Aļaska, 1964 (Armen ., Sp. ) 1988. Pēc zemestrīces Aļaskā Beneofs, amerikāņu speciālists seismometrijas jomā, ieguva ierakstu par pašas Zemes vibrācijām kā bumbu, kas tika trāpīta. Pirms spēcīgas zemestrīces un īpaši pēc tās notiek virkne – simtiem un tūkstošiem – vājāku zemestrīču (pēctriecienu). Novērojot tos ar jutīgiem seismogrāfiem, ir iespējams noteikt galvenā trieciena zonu un iegūt zemestrīces avota telpisku aprakstu.

Ir divi veidi, kā izvairīties no lieliem zemestrīču zaudējumiem: pretseismiskā konstrukcija un iepriekšējs brīdinājums par iespējamu zemestrīci. Bet abas metodes joprojām ir neefektīvas. Antiseismiskā konstrukcija ne vienmēr ir piemērota zemestrīču radītajām vibrācijām. Ir dīvaini gadījumi, kad dzelzsbetons neizskaidrojami sabojājas, piemēram, Kobē, Japānā. Betona struktūra ir tik bojāta, ka betons sabrūk putekļos stāvviļņu antimezglos. Ēku rotācijas notiek, kā tas tika novērots Spitakā, Ļeņinakānā un Rumānijā.

Zemestrīces pavada citas parādības. Atmosfēras mirdzums, radiosakaru traucējumi un ne mazāk briesmīgā cunami parādība, kuras jūras viļņi dažkārt rodas, ja zemestrīces centrs (fokuss) notiek pasaules okeāna dziļūdens tranšejā (ne visas zemestrīces). dziļūdens tranšejas nogāzēs ir cunamigēnas, bet pēdējie tiek konstatēti, izmantojot seismogrāfus, izmantojot raksturīgās iezīmes nobīdes fokusā). Tas notika Lisabonā, Aļaskā un Indonēzijā. Tie ir īpaši bīstami, jo krastā, salās viļņi parādās gandrīz pēkšņi. Piemērs - Havaju salas. 1952. gada Kamčatkas zemestrīces vilnis negaidīti ieradās pēc 22 stundām. Cunami vilnis atklātā jūrā ir neredzams, bet, izkāpjot krastā, tas iegūst stāvu fronti, viļņa ātrums samazinās un rodas ūdens uzplūdums, kas atkarībā no stipruma noved pie viļņu pieauguma dažkārt līdz 30 m. par zemestrīci un piekrastes reljefu. Šāds vilnis 1952. gada vēlā rudenī pilnībā izskaloja Severo-Kuriļskas pilsētu, kas atrodas jūras šauruma krastā starp salu. Paramushir un Fr. Es trokšņoju. Viļņa trieciena spēks un tā pretēja kustība bija tik spēcīga, ka ostā izvietotās tvertnes vienkārši tika izskalotas un pazuda "nezināmā virzienā". Kāds aculiecinieks stāstījis, ka pamodies no spēcīgas zemestrīces vibrācijām un nav spējis ātri aizmigt. Pēkšņi viņš dzirdēja spēcīgu zemas frekvences dūkoņu, kas nāca no ostas. Paskatīdamies ārā pa logu un ne mirkli nedomājot par to, kas viņam bija mugurā, viņš izlēca sniegā un uzskrēja uz kalna, spējot apsteigt virzošo vilni.

Zemāk esošajā kartē ir redzama seismiski aktīvākā Klusā okeāna tektoniskā josla. Punkti parāda spēcīgu zemestrīču epicentrus tikai 20. gadsimtā. Karte sniedz priekšstatu par mūsu planētas aktīvo dzīvi, un tās dati daudz saka par iespējamiem zemestrīču cēloņiem kopumā. Ir daudz hipotēžu par tektonisko izpausmju cēloņiem uz Zemes virsmas, taču joprojām nav ticamas globālās tektonikas teorijas, kas nepārprotami noteiktu fenomena teoriju.

Kam izmanto seismogrāfus?

Pirmkārt, lai pētītu pašu parādību, pēc tam instrumentāli jānosaka zemestrīces stiprums, tās rašanās vieta un šo parādību sastopamības biežums noteiktā vietā un dominējošās to rašanās vietas. Elastīgās vibrācijas, ko ierosina zemestrīce, kā gaismas stars no prožektora, var izgaismot Zemes struktūras detaļas.

Tiek ierosināti četri galvenie viļņu veidi: gareniskie, kuriem ir maksimālais izplatīšanās ātrums un tie vispirms nonāk pie novērotāja, tad šķērseniskās svārstības un vislēnākie - virsmas viļņi ar eliptiskām svārstībām vertikālā plaknē (Rayleigh) un horizontālajā plaknē (Love). ) izplatīšanās virzienā. Pirmo viļņu ienākšanas laika starpību izmanto, lai noteiktu attālumu līdz epicentram, hipocentra stāvokli un noteiktu iekšējā struktūra Zemes un zemestrīču avotu atrašanās vietas. Reģistrējot seismiskos viļņus, kas iet cauri Zemes kodolam, bija iespējams noteikt tās struktūru. Ārējais kodols bija šķidrā stāvoklī. Šķidrumā izplatās tikai gareniskie viļņi. Cietais iekšējais kodols tiek noteikts, izmantojot šķērseniskos viļņus, kurus ierosina gareniskie viļņi, kas saskaras ar šķidruma un cietās vielas saskarni. Pēc reģistrēto svārstību rakstura un viļņu veidiem, no seismogrāfu seismogrāfu pienākšanas laikiem Zemes virsmā varēja noteikt kodola veidojošo daļu izmērus un to blīvumus.

Tiek risinātas arī citas problēmas, lai noteiktu enerģiju un zemestrīces (magnitūdas pēc Rihtera skalas, nulles magnitūda atbilst enerģijai un 10 (+5) džouli, maksimālais novērotais magnitūds atbilst enerģijai un 10 (+20-+21) J) , spektrālais sastāvs seismiskās stabilitātes konstrukcijas problēmas risināšanai, pazemes testu noteikšanai un monitoringam atomieroči, seismiskā kontrole un avārijas izslēgšana tādos bīstamos objektos kā atomelektrostacijas, dzelzceļa transports un pat lifti daudzstāvu ēkās, hidrotehnisko būvju kontrole. Seismisko instrumentu loma minerālu seismiskajā izpētē un jo īpaši naftas “rezervuāru” meklēšanā ir nenovērtējama. Tos izmantoja arī Kurskas nāves cēloņu izmeklēšanā, ar šo instrumentu palīdzību tika noteikts pirmā un otrā sprādziena laiks un spēks.

Mehāniskie seismiskie instrumenti

Seismisko sensoru - seismometru - darbības princips, veidojot seismogrāfu sistēmu, kurā ietilpst tādi mezgli - seismometrs, tā mehāniskā signāla pārveidotājs elektriskā spriegumā un reģistrators - informācijas glabāšanas iekārta, uzreiz balstās uz Ņūtona pirmo un trešo likumu - masu īpašība pret inerci un gravitāciju. Jebkura seismometra galvenais elements ir masa, kurai ir sava veida balstiekārta līdz ierīces pamatnei. Ideālā gadījumā masai nevajadzētu būt mehāniskiem vai elektromagnētiskiem savienojumiem ar ķermeni. Vienkārši pakavējieties kosmosā! Taču tas vēl nav iespējams Zemes gravitācijas apstākļos. Ir vertikālie un horizontālie seismometri. Pirmkārt, masa var pārvietoties tikai vertikālā plaknē un parasti tiek apturēta ar atsperi, lai neitralizētu gravitācijas spēku no Zemes. Horizontālajos seismometros masai ir zināma brīvības pakāpe tikai horizontālajā plaknē. Masas līdzsvara stāvoklis tiek uzturēts gan ar daudz vājākas piekares atsperes (parasti plakanām plāksnēm) palīdzību, gan, pievēršot īpašu uzmanību, atjaunojošo Zemes gravitācijas spēku, ko ļoti vājina gandrīz vertikāli novietotā reakcija. balstiekārtas asi un darbojas gandrīz horizontālā masas kustības plaknē.

Senākās zemestrīču reģistrēšanas ierīces tika atklātas un atjaunotas Ķīnā [Savarensky E.F., Kirnos D.P., 1955]. Ierīcei nebija ierakstīšanas līdzekļu, bet tā tikai palīdzēja noteikt zemestrīces stiprumu un virzienu uz tās epicentru. Šādus instrumentus sauc par seismoskopiem. Senais ķīniešu seismoskops ir datēts ar mūsu ēras 123. gadu, un tas ir mākslas un inženierijas darbs. Mākslinieciski veidotā trauka iekšpusē atradās astatisks svārsts. Šāda svārsta masa atrodas virs elastīgā elementa, kas atbalsta svārstu vertikālā stāvoklī. Pūķu mutes, kurās ievietotas metāla bumbiņas, atrodas traukā pa azimutiem. Spēcīgas zemestrīces laikā svārsts ietriecās bumbiņās, un tās iekrita mazos traukos varžu formā ar atvērtām mutēm. Protams, maksimālie svārsta sitieni notika pa zemestrīces avota azimutu. Pēc vardēs atrastajām bumbiņām varēja noteikt, no kurienes nākuši zemestrīces viļņi. Šādus instrumentus sauc par seismoskopiem. Tie tiek plaši izmantoti arī mūsdienās, sniedzot vērtīgu informāciju par lielām zemestrīcēm masveidā. liela teritorija. Kalifornijā (ASV) ir tūkstošiem seismoskopu, kas ieraksta ar astatiskiem svārstiem uz sfēriska stikla, kas pārklāts ar kvēpiem. Parasti ir redzams komplekss svārsta gala kustības attēls uz stikla, kurā var identificēt garenviļņu vibrācijas, norādot avota virzienu. Un ierakstīšanas trajektoriju maksimālās amplitūdas sniedz priekšstatu par zemestrīces stiprumu. Svārsta svārstību periods un tā slāpēšana ir iestatīti tā, lai simulētu tipisku ēku uzvedību un tādējādi novērtētu zemestrīču smagumu. Zemestrīču smagumu nosaka ārējās īpašības vibrāciju ietekmei uz cilvēkiem, dzīvniekiem, kokiem, tipiskām ēkām, mēbelēm, traukiem utt. Ir dažādas vērtēšanas skalas. Līdzekļos masu mēdiji Tiek izmantoti "Rihtera skalas punkti". Šī definīcija ir paredzēta masām un neatbilst zinātniskajai terminoloģijai. Pareizais termins ir zemestrīces stiprums pēc Rihtera skalas. To nosaka no instrumentālajiem mērījumiem, izmantojot seismogrāfus, un parasti apzīmē maksimālā ierakstīšanas ātruma logaritmu saistībā ar zemestrīces avotu. Šī vērtība parasti parāda elastīgo vibrāciju atbrīvoto enerģiju zemestrīces avotā.

Līdzīgu seismoskopu 1848. gadā izgatavoja itāļu Cacciatore, kurā svārsts un lodītes tika aizstātas ar dzīvsudrabu. Kad zeme vibrēja, dzīvsudrabs tika ielejams traukos, kas vienmērīgi atrodas pa azimutiem. Krievijā tiek izmantoti S.V.Medvedeva seismoskopi, Armēnijā ir izstrādāti A.G.Nazarova AIS seismoskopi, kuros tiek izmantoti vairāki svārsti ar dažādām frekvencēm. Tie dod iespēju aptuveni iegūt vibrāciju spektrus, t.i. ieraksta amplitūdas atkarība no vibrācijas frekvencēm zemestrīces laikā. Šī ir vērtīga informācija antiseismisko ēku projektētājiem.

Pirmo zinātniski nozīmīgo seismogrāfu 1879. gadā Japānā uzbūvēja Jūings. Svārsta svars bija 25 kg smags čuguna gredzens, kas bija piekārts uz tērauda stieples. Kopējais svārsta garums bija gandrīz 7 metri. Garuma dēļ tika iegūts 1156 kg inerces momentsּ m 2. Svārsta un zemes relatīvās kustības tika reģistrētas uz kūpināta stikla, kas rotē ap vertikālo asi. Lielais inerces moments palīdzēja samazināt berzes ietekmi starp svārsta galu un stiklu. 1889. gadā japāņu seismologs publicēja horizontālā seismogrāfa aprakstu, kas kalpoja par prototipu lielam skaitam seismogrāfu. Līdzīgi seismogrāfi tika ražoti Vācijā 1902.-1915.gadā. Veidojot mehāniskos seismogrāfus, jutības palielināšanas problēmu varēja atrisināt tikai ar Arhimēda palielināmo sviru palīdzību. Berzes spēku, reģistrējot svārstības, pārvarēja milzīgā svārsta masa. Tādējādi Viherta seismogrāfam bija svārsts ar masu 1000 kg. Šajā gadījumā tika sasniegts pieaugums tikai par 200 reģistrēto svārstību periodiem, kas nepārsniedz svārsta dabisko periodu 12 sekunžu garumā. Vislielākā masa bija Viherta vertikālajam seismogrāfam, svārsta svars bija 1300 kg, piekārts uz jaudīgām spirālveida atsperēm, kas izgatavotas no 8 mm tērauda stieples. Jutība bija 200 seismisko viļņu periodiem, kas nepārsniedz 5 sekundes. Viherts bija lielisks mehānisko seismogrāfu izgudrotājs un dizainers un uzbūvēja vairākus dažādus un ģeniālus instrumentus. Svārstu un zemes inertās masas relatīvā kustība tika reģistrēta uz kūpināta papīra, ko rotēja ar nepārtrauktu lenti ar pulksteņa mehānismu.

Seismogrāfi ar galvanometrisko ierakstu

Revolūciju seismometrijas tehnoloģijā veica izcils zinātnieks optikas un matemātikas jomā, princis B. B. Golitsins. Viņš izgudroja metodi zemestrīču galvanometriskai reģistrēšanai. Krievija ir pionieris seismogrāfu pasaulē ar galvanometrisko ierakstu. Pirmo reizi pasaulē viņš 1902. gadā izstrādāja seismogrāfa teoriju, izveidoja seismogrāfu un organizēja pirmās seismiskās stacijas, kurās tika uzstādīti jauni instrumenti. Vācijai bija pieredze seismogrāfu ražošanā, un tur tika ražoti pirmie Golitsina seismometri. Tomēr ierakstīšanas aparāts tika projektēts un ražots darbnīcās Krievijas akadēmija Zinātnes Sanktpēterburgā. Un līdz šai dienai šai ierīcei ir visas pirmā ierakstītāja raksturīgās iezīmes. Bungas, uz kuras bija fiksēts gandrīz 1 m garš un 28 cm plats fotopapīrs, tika iedarbināta rotācijas kustībā ar nobīdi katrā apgriezienā par attālumu, kas izvēlēts un mainīts atbilstoši novērošanas uzdevumam pa bungas asi. Seismometra un reģistratora atdalīšana relatīvās kustības inertās masas ierīce bija tik progresīva un veiksmīga, ka līdzīgi seismogrāfi saņēma pasaules atzinību vēl daudzus gadu desmitus. B.B.Golicins uzsvēra šādas jaunās reģistrācijas metodes priekšrocības.

1. Iespēja iegūt vairāk par tiem laikiem ar vienkāršu triku jutīgums .

2. Reģistrācijas veikšana attālums no vietas, kur uzstādīti seismometri. Attālā atrašanās vieta, sausās telpas un seismisko ierakstu pieejamība turpmākai apstrādei piešķīra jaunu kvalitāti seismisko novērojumu procesam un nevēlamas ietekmes uz seismometriem novēršanu no seismiskās stacijas personāla puses.

3. Ieraksta kvalitātes neatkarība no drifts nulles seismometri.

Šīs galvenās priekšrocības noteica galvanometriskās ierakstīšanas attīstību un izmantošanu visā pasaulē daudzus gadu desmitus.

Svārsta svars vairs nespēlēja tādu lomu kā mehāniskajos seismogrāfos. Bija tikai viena parādība, kas bija jāņem vērā - galvanometra rāmja magnetoelektriskā reakcija, kas atrodas gaisa spraugā pastāvīgais magnēts, uz seismometra svārsta. Parasti šī reakcija samazināja svārsta amortizāciju, kas izraisīja tā pārmērīgo dabisko svārstību ierosmi, kas izkropļoja zemestrīču reģistrēto viļņu viļņu modeli. Tāpēc B.B.Golicins izmantoja svārstu masu aptuveni 20 kg, lai neņemtu vērā galvanometra apgriezto reakciju uz seismometru.

Katastrofālā zemestrīce 1948. gadā Ašhabadā stimulēja finansējumu seismisko novērojumu tīkla paplašināšanai PSRS. Lai aprīkotu jaunas un vecās seismiskās stacijas, profesors D. P. Kirnoss kopā ar inženieri V. N. Solovjovu izstrādāja galvanometriskos seismogrāfus. vispārējs tips SGK un SVK kopā ar galvanometru GK-VI. Darbs sākās PSRS Zinātņu akadēmijas Seismoloģijas institūta un tā instrumentālo darbnīcu sienās. Kirnos ierīces izcēlās ar rūpīgu zinātnisku un tehnisku izstrādi. Kalibrēšanas un darbības tehnika tika pilnveidota, kas nodrošināja augstu amplitūdas un fāzes frekvences reakcijas (AFC) precizitāti (apmēram 5%), ierakstot notikumus. Tas ļāva seismologiem radīt un atrisināt ne tikai kinemātiskas, bet arī dinamiskas problēmas, interpretējot ierakstus. Tādā veidā D. P. Kirnos skola labvēlīgi atšķīrās no Amerikas līdzīgu instrumentu skolas. D.P. Kirnos uzlaboja seismogrāfu teoriju ar galvanometrisko ierakstu, ieviešot seismometra un galvanometra savienojuma koeficientu, kas ļāva konstruēt seismogrāfa amplitūdas frekvences reakciju, lai reģistrētu zemes nobīdi, vispirms diapazonā no 0,08 līdz 5 Hz un pēc tam. 0,05 - 10 Hz joslā, izmantojot jaunizveidotus SKD tipa seismometrus. Šajā gadījumā mēs runājam par platjoslas frekvences reakcijas ieviešanu seismometrijā.

Krievu mehāniskie seismogrāfi

Pēc katastrofas Severo-Kuriļskā tika izdots valdības dekrēts par cunami brīdinājuma dienesta izveidi Kamčatkā, Sahalīnā un Kuriļu salās. Rezolūcijas īstenošana tika uzticēta Zinātņu akadēmijai, PSRS Hidrometeoroloģijas dienestam un Sakaru ministrijai. 1959. gadā uz norādīto reģionu tika nosūtīta komisija situācijas noskaidrošanai uz vietas. Petropavlovska Kamčatska, Severo-Kuriļska, Južno-Kuriļska, Sahalīna. Pārvietošanās līdzeklis - lidaparāts LI-2 (agrāk Douglas), no jūras dibena izcelts un restaurēts tvaikonis, laivas. Pirmais lidojums paredzēts plkst.6. Komisija savlaicīgi sasniedza Halatirkas lidostu (Petropavlovska-Kamčatska). Taču lidmašīna pacēlās agrāk – debesis virs Šumsū pavērās. Pēc pāris stundām tika atrasta krava LI-2 un notikusi droša nosēšanās uz japāņu uzbūvētās bāzes joslas ar pazemes lidlaukiem. Šumshu ir Kuriļu grēdas vistālāk uz ziemeļiem esošā sala. Tikai ziemeļrietumos no Okhotskas jūras ūdeņiem paceļas skaistais Adelaidas vulkāna konuss. Sala izskatās pilnīgi plakana, kā bieza pankūka starp jūras ūdeņiem. Uz salas galvenokārt strādā robežsargi. Komisija ieradās dienvidrietumu molā. Tur gaidīja jūras spēku laiva, kas lielā ātrumā metās uz Severo-Kuriļskas ostu. Uz klāja bez komisijas ir vairāki pasažieri. Uz klāja sajūsmā sarunājas jūrnieks un meitene. Laiva pilnā ātrumā ielido ostas akvatorijā. Stūrmanis, izmantojot rokas telegrāfu, dod signālu mašīntelpai: "Ding-ding", un arī "Ding-ding" - nekāda efekta! Pēkšņi jūrnieks pie sāniem lido ar galvu pāri papēžiem. Nedaudz vēlu - laiva diezgan smagi ietriecas koka margās zvejas šonera sānos. Šķeldas lido, cilvēki gandrīz krīt. Jūrnieki klusi, bez jebkādām emocijām pietauvoja laivu. Tāda ir pakalpojumu specifika Tālajos Austrumos.

Braucienā bija viss: smalks lietus, kura lāses lidoja gandrīz paralēli zemei, mazs un ciets bambuss - lāču dzīvotne, un milzīgs "stīgu maiss", kurā tika iekrauti pasažieri (sieviete un bērns centrs) un liela vētras viļņa dēļ ar tvaika vinču pacelta uz atjaunotā kuģa klāja, un kravas automašīna GAZ-51, kuras atvērtajā korpusā komisija šķērsoja Kunaširas salu no Klusā okeāna līdz Ohotskas piekrastei. un kas, pusceļā milzīgā peļķē, daudzkārt apgriezās - priekšējie riteņi vienā līmē, aizmugurējie riteņi citā - līdz tam , līdz tika koriģēta riesta ar parasto lāpstu, un sērfa līnija pie ieejas nārsta vietā. straume, ko iezīmē nepārtraukta sarkano lašu olu sloksne.

Komisija konstatēja, ka pagaidām vienīgais seismiskais instruments, kas spēj izpildīt cunami brīdinājuma dienesta uzdevumu, varētu būt tikai mehāniskais seismogrāfs ar ierakstu uz kvēpu papīra. Seismogrāfi izstrādāti Zinātņu akadēmijas Zemes fizikas institūta seismometriskajā laboratorijā. Speciāli uzbūvētu cunami staciju aprīkošanai tika piegādāts seismogrāfs ar mazu palielinājumu 7 un seismogrāfs ar palielinājumu 42. Ar kūpinātu papīru pildītas bungas darbināja atsperu pulksteņu mehānismi. Seismogrāfa masa ar palielinājumu 42 tika savākta no dzelzs diskiem un sasniedza 100 kg. Tas iezīmēja mehānisko seismogrāfu laikmeta beigas.

Valdības lēmuma izpildei veltīta Zinātņu akadēmijas Prezidija sēde. Priekšsēdētājs akadēmiķis Ņesmejanovs ar lielu, iespaidīgi iedegušo seju, īss akadēmiķis-sekretārs Topčijevs, prezidija locekļi. Slavenais seismologs E.F. Savarenskis ziņoja, parādot mehāniskā seismogrāfa fotoattēlu pilnā augumā [Kirnos D.P., Rykov A.V., 1961]. Diskusijā piedalījās akadēmiķis Artsimovičs: "Cunami problēmu var viegli atrisināt, pārvietojot visus krasta objektus augstumā virs 30 metriem!" . Tas ir ekonomiski neiespējami, un jautājums par Klusā okeāna flotes vienībām netiek atrisināts.

Divdesmitā gadsimta otrajā pusē sākās elektronisko seismogrāfu laikmets. Parametriskos devējus novieto uz seismometra svārstiem elektroniskajos seismogrāfos. Viņi ieguva savu nosaukumu no termina - parametrs. Mainīgais parametrs var būt gaisa kondensatora kapacitāte, augstfrekvences transformatora induktīvā pretestība, fotorezistora pretestība, fotodiodes vadītspēja zem LED stara, Hall sensors un viss, kas nonāca pie izgudrotājiem. elektroniskais seismogrāfs. Starp atlases kritērijiem galvenie bija ierīces vienkāršība, linearitāte, zems trokšņa līmenis un energoefektivitāte. Galvenās elektronisko seismogrāfu priekšrocības salīdzinājumā ar seismogrāfiem ar galvanometrisko ierakstu ir tādas, ka a) frekvences reakcija samazinās uz zemām frekvencēm atkarībā no signāla frekvences f, nevis kā f^3, bet kā f^2 - t.i. daudz lēnāk, b) iespējams izmantot seismogrāfa elektrisko izvadi mūsdienu reģistratoros, un, galvenais, digitālo tehnoloģiju izmantošanā informācijas mērīšanai, uzglabāšanai un apstrādei, c) iespēja ietekmēt visus seismometra parametrus. izmantojot labi zināmo automātisko vadību, izmantojot atgriezenisko saiti (OS) ) [Rykov A.V., 1963]. Tomēr c) punktam ir savs īpašs pielietojums seismometrijā. Izmantojot OS, tiek veidota seismometra frekvences reakcija, jutība, precizitāte un stabilitāte. Ir atklāta metode svārsta dabiskā svārstību perioda palielināšanai, izmantojot negatīvu atgriezenisko saiti, kas nav zināma nevienā literatūrā. automātiska regulēšana, ne arī pasaulē pastāvošajā seismometrijā [Rykov A.V.,].

Krievijā ir skaidri formulēts fenomens par vertikālā un horizontālā seismometra inerciālās jutības vienmērīgu pāreju uz gravitācijas jutību, signāla frekvencei samazinoties [Rykov A.V., 1979]. Pie augstas signāla frekvences dominē svārsta inerciālā uzvedība ļoti zemā frekvencē, inerciālais efekts tiek samazināts tik ļoti, ka gravitācijas signāls kļūst dominējošs. Ko tas nozīmē? Piemēram, zemes vertikālo vibrāciju laikā rodas gan inerces spēki, kas liek svārstam saglabāt savu pozīciju kosmosā, gan gravitācijas spēku izmaiņas sakarā ar ierīces attāluma izmaiņām no Zemes centra. Palielinoties attālumam starp masu un Zemes centru, gravitācijas spēks samazinās un masa saņem papildu spēku, paceļot svārstu uz augšu. Un, otrādi, nolaižot ierīci, masa saņem papildu spēku, nolaižot to uz leju.

Augstām zemes vibrāciju frekvencēm inerciālais efekts ir daudzkārt lielāks nekā gravitācijas efekts. Zemās frekvencēs ir otrādi - paātrinājumi ir ārkārtīgi mazi un inerces efekts praktiski ļoti mazs, un gravitācijas spēka maiņas ietekme uz seismometra svārstu būs daudzkārt lielāka. Horizontālajam seismometram šīs parādības izpaudīsies, kad svārsta šūpošanās ass novirzīsies no svērtenes, ko nosaka tas pats gravitācijas spēks. Skaidrības labad vertikālā seismometra amplitūdas frekvences reakcija ir parādīta 1. attēlā. Ir skaidri parādīts, kā, samazinoties signāla frekvencei, seismometra jutība pāriet no inerces uz gravitāciju. Neņemot vērā šo pāreju, nav iespējams izskaidrot faktu, ka gravimetri un seismometri spēj reģistrēt Mēness-saules plūdmaiņas un plūdmaiņas. kuru periodi ir līdz 25 stundām un amplitūda Maskavā 0,3 m, nevarētu atklāt. Paisuma un paisuma reģistrēšanas piemērs paisuma vilnī ir parādīts 2. attēlā. Šeit Z ir Zemes virsmas pārvietošanās rekords Maskavā 45 stundu laikā, H ir slīpuma rekords paisuma vilnī. Ir skaidri redzams, ka maksimālais slīpums rodas nevis uz plūdmaiņas, bet gan uz paisuma viļņa nogāzes.

Tādējādi raksturīgās iezīmes Mūsdienu elektroniskie seismogrāfi ir platjoslas frekvences raksturlielumi no 0 līdz 10 Hz Zemes virsmas svārstībām un digitāla metode šo svārstību mērīšanai. Ko Benjeofs novēroja 1964. gadā dabiskās vibrācijas Zeme pēc spēcīgas zemestrīces ar deformācijas mērītāju (strainmeters) palīdzību tagad ir pieejama parastam elektroniskam seismogrāfam (Lielākā reģistrētā zemestrīce Amerikas Savienotajās Valstīs bija 9,2 magnitūdas, kas skāra Prince William Sound, Aļaskā 1964. gada 28. martā Lielajā piektdienā. šīs zemestrīces sekas joprojām ir skaidri redzamas, ieskaitot milzīgas izmirušu mežu platības, jo daļa zemes tika nolaista virs 500 km, dažos gadījumos līdz 16 m, un daudzās vietās tā nonāca gruntsūdeņos. jūras ūdens, mežs ir miris. Red. piezīme).

3.attēls parāda Zemes radiālo (vertikālo) svārstību pie pamata toņa 3580 sek. pēc zemestrīces.

3. att. Vibrācijas rekorda vertikālās Z un horizontālās H komponentes pēc zemestrīces Irānā, 14.03.98., M = 6.9. Redzams, ka radiālās vibrācijas dominē pār vērpes vibrācijām, kurām ir horizontāla orientācija.

Parādīsim 4. attēlā, kā izskatās spēcīgas zemestrīces trīskomponentu ieraksts pēc digitālā faila konvertēšanas vizuālā.

4. att. Indijā notikušās zemestrīces digitālā ieraksta paraugs, M=7,9, 26.01.2001., iegūts pastāvīgajā platjoslas stacijā KSESH-R.

Pirmie divu garenviļņu pienākumi ir skaidri redzami līdz 25 minūtēm, tad horizontālajos seismogrāfos šķērsvilnis ieplūst aptuveni 28 minūtēs un mīlestības vilnis 33 minūtēs. Vidējā vertikālajā komponentē mīlestības viļņa nav (tas ir horizontāls), un tālāk laikā sākas Rayleigh vilnis (38 minūtes), kas ir redzams gan horizontālā, gan vertikālā ceļā.

Fotogrāfijā Nr.3.4 redzams mūsdienīgs elektroniskais vertikālais seismometrs, kurā redzami plūdmaiņu, Zemes dabisko vibrāciju un spēcīgas zemestrīces ierakstu piemēri. Ir skaidri redzami vertikālā svārsta galvenie konstrukcijas elementi: divi masas diski ar kopējo svaru 2 kg, divas cilindriskas atsperes, lai kompensētu Zemes gravitāciju un noturētu svārsta masu horizontālā stāvoklī. Starp masām uz ierīces pamatnes atrodas cilindrisks magnēts, kura gaisa spraugā iekļūst stieples spole. Spole ir iekļauta svārsta konstrukcijā. Pa vidu “izlūkojas” kapacitatīvā pārveidotāja elektroniskā plate. Gaisa kondensators atrodas aiz magnēta un ir maza izmēra. Kondensatora laukums ir tikai 2 cm (+2). Magnēts ar spoli kalpo spēka iedarbināšanai uz svārstu, izmantojot atgriezenisko saiti par pārvietojumu, ātrumu un pārvietojuma integrāli. OS nodrošina frekvences reakciju, kas parādīta 1. attēlā, seismometra stabilitāti laika gaitā un augstu zemes vibrāciju mērīšanas precizitāti simtdaļās procentos.

Foto Nr. 34. KSESH-R uzstādīšanas vertikālais seismometrs ar noņemtu korpusu.

Wieland-Strekeisen seismogrāfi ir guvuši atzinību un plašu izmantošanu starptautiskajā praksē. Šie instrumenti ir pieņemti par pamatu Pasaules digitālajam seismisko novērošanas tīklam (IRIS). IRIS seismometru frekvences reakcija ir līdzīga tai, kas parādīta 1. attēlā. Atšķirība ir tāda, ka frekvencēm, kas ir mazākas par 0,0001 Hz, Wieland seismometrus vairāk “nostiprina” integrētā OS, kas nodrošināja lielāku laika stabilitāti, bet samazina jutību īpaši zemās frekvencēs, salīdzinot ar KSESh seismogrāfiem, aptuveni 3 reizes.

Elektroniskie seismometri var atklāt eksotiskus brīnumus, par kuriem, iespējams, vēl nav strīda. Profesors E.M. Linkovs Pēterhofas Universitātē, izmantojot magnetrona vertikālo seismogrāfu, svārstības ar periodiem no 5 līdz 20 dienām interpretēja kā Zemes “peldošās” svārstības orbītā ap Sauli. Attālums starp Zemi un Sauli paliek tradicionāls, un Zeme nedaudz svārstās, it kā pie pavadas, pa elipsoīda virsmu ar dubultu amplitūdu līdz 400 mikroniem. Bija skaidra saistība starp šīm svārstībām un saules aktivitāti [var redzēt arī 22].

Tādējādi seismogrāfi tika aktīvi pilnveidoti 20. gadsimtā. Šī procesa revolucionāro sākumu noteica krievu zinātnieks kņazs Boriss Borisovičs Goļicins. Tālāk var sagaidīt jaunas tehnoloģijas inerciālo un gravitācijas mērījumu metodēs. Iespējams, elektroniskie seismogrāfi beidzot spēs noteikt gravitācijas viļņus Visumā.

Literatūra

1. Goļicins B. Izv. Pastāvīgā seismiskā komisija AN 2, c. 2, 1906. gads.

2. Goļicins B.B. Izv. Pastāvīgā seismiskā komisija AN 3, c. 1, 1907. gads.

3. Goļicins B.B. Izv. Pastāvīgā seismiskā komisija AN 4, c. 1911. gada 2. gads.

4. Golitsyn B., Lekcijas par seismometriju, ed. AN, Sanktpēterburga, 1912. gads.

5. E.F. Savarenskis, D.P.Kirnos, Seismoloģijas un seismometrijas elementi. Ed. Otrkārt, pārskatīts, valsts. Ed. Tehn.-teor. Lit., M. 1955

6. PSRS seismometrisko novērojumu iekārtas un metodes. Izdevniecība "Zinātne", M. 1974.g

7. D.P.Kirnos. Proceedings Geophys. PSRS Zinātņu akadēmijas institūts, Nr.27 (154), 1955.g.

8. D.P.Kirnoss un A.V.Rikovs. Īpaša ātrgaitas seismiskā iekārta cunami brīdinājumam. Biļetens Seismoloģijas padome, "Cunami problēmas", Nr. 9, 1961.

9. A.V.Rikovs. Ietekme atsauksmes par svārsta parametriem. Izv. PSRS Zinātņu akadēmijas ser. Geophys., 1963. gada 7. nr.

10. A.V.Rikovs. Par Zemes svārstību novērošanas problēmu. Seismometrisko novērojumu iekārtas, metodes un rezultāti. M., "Zinātne", sestdien. "Seismiskās ierīces", sēj. 1979. gada 12. gads

11. A.V.Rikovs. Seismometrs un Zemes vibrācijas. Izv. Krievijas Zinātņu akadēmijas ser. Zemes fizika, M., "Zinātne", 1992

12. Wieland E.., Streckeisen G. Lapu atsperes seismometrs - dizains un veiktspēja // Bull.Seismol..Soc. Amer., 1982. Vol. 72. P.2349-2367.

13. Vīlands E., Steins J.M. Digitālais ļoti platjoslas seismogrāfs // Ann.Geophys. Ser. B. 1986. Vol. 4, N 3. P. 227–232.

14. A.V.Rikovs, I.P.Bašilovs. Īpaši platjoslas digitālā seismometra komplekts. sestdien "Seismiskās ierīces", sēj. 27, M., Izdevniecība OIPHZ RAS, 1997. gads

15. K. Krilovs Spēcīga zemestrīce Sietlā 2001. gada 28. februārī http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

16. K. Krilovs Katastrofāla zemestrīce Indijā 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 Šīs ir spēcīgākās zemestrīces pasaulē.

22. http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1580#1580 Zemestrīču priekšteči tuvējā Zemei kosmosā — žurnālā Urania ir parādījies jauns raksts (krievu un angļu valodā). MEPhI darbinieku darbs ir veltīts zemestrīču prognozēšanai, izmantojot satelīta novērojumus.

| Seismogrāfs

Seismogrāfs(Grieķu izcelsme un veidota no diviem vārdiem: " seismos"- kratīšana, kratīšana un" grafo" - rakstiet, ierakstiet) ir īpaša mērierīce, ko izmanto seismoloģijā, lai noteiktu un reģistrētu visu veidu seismiskos viļņus.

Senie laiki

Ķīna ir slavena ar saviem izgudrojumiem, taču tie, diemžēl, kļūst novecojuši un mainās. Papīrs ir kļuvis par digitālo mediju, šaujampulveris jau sen ir kļuvis “šķidrs”, un pat kompasiem ir vairāk nekā duci veidu. Vai, piemēram, seismogrāfs. Mūsdienīga ierīce zemes vibrāciju fiksēšanai izskatās stabila – kā melu detektors vai spiegošanas ierīce. Tas nepavisam nav līdzīgs pašam pirmajam seismogrāfam - pēc izskata nedaudz smieklīgs, bet diezgan precīzs. To Haņu dinastijas laikā (25-220 AD) izgudroja zinātnieks Džans Hens.

Pirmā seismogrāfa radītājs ir dzimis Nanjanā (Henanas provincē). Pat bērnībā Han izrādīja mīlestību pret zinātni. Gadu gaitā viņš ienāca Ķīnas vēsture un darīja daudz noderīga astronomijā un matemātikā. IN vēsturiskās piezīmes Toreiz šķiet, ka šis izgudrotājs bija mierīgs un līdzsvarots un centās saglabāt zemu profilu. Papildus aizraušanās ar zinātni Džans Hens prata rakstīt dzeju.

Seismogrāfa izgudrotājs

Zemestrīce - nelīdzsvarotība starp Iņ un Jaņ Senatnē tika uzskatīts, ka zemestrīces ir ļoti nelaipna zīme un debesu dusmas. Senajā ķīniešu filozofijā pat tika izgudrota īpaša mācība, kas pārbaudīja līdzsvaru starp diviem Iņ un Jaņ spēkiem. Protams, šī zinātne nevarēja iztikt bez tādas parādības kā zemestrīces izskaidrošanas. Pēc tā laika ķīniešu domām, zeme trīcēja kāda iemesla dēļ, bet globālās nelīdzsvarotības dēļ.

Kāpēc dažreiz notiek zemestrīces, kuru spēks var izraisīt katastrofu? Viss tika piedēvēts nepareizajiem Ķīnas valdnieku lēmumiem. Vai nodokļi ir palielinājušies? Debesis sodīs Ķīnu ar zemestrīci! Sākās karš? Gaidiet nepatikšanas! Liela daļa zemestrīču, kas toreiz notika, tika rūpīgi aprakstītas. Vēsturnieki uzskatīja par svarīgu rakstīt par visu, kas noticis tik nelabvēlīgā dienā.

Pateicoties Džan Henga pētījumiem, tika noskaidrots, ka zemestrīces ir dabiska parādība, par kuru var zināt iepriekš. Šim nolūkam viņš izveidoja seismogrāfu.

Pirmā ķīniešu seismogrāfa darbības princips

Shēma, saskaņā ar kuru ierīce darbojās, bija šāda:

Kad sākās zemestrīce, pirmās zemes trīces izraisīja detektora trīci.

Tajā pašā laikā bumba, kas tika ievietota pūķa iekšpusē, sāka kustēties.

Tad viņš no mītiskā rāpuļa mutes iekrita tieši krupja mutē.

Ķīniešu seismogrāfa darbības princips
Bumbai krītot, atskanēja raksturīga zvana skaņa. Pārsteidzoši, ka pirmais seismogrāfs pat norādīja virzienu, kurā atrodas zemestrīces epicentrs (šim nolūkam ierīcei tika piestiprināti papildu pūķi). Piemēram, ja bumba izkrita no pūķa no ierīces austrumu daļas, tad rietumos jārēķinās ar nepatikšanām.

Pirmais seismogrāfs ir ne tikai zinātnisks, bet arī māksliniecisks artefakts. Kāpēc tā dizainā ir iekļauti pūķi un krupji? Tie ir filozofisks laika simbols. Attiecīgi pūķi ir Iņ, bet krupji ir Jaņ. Mijiedarbība starp tām simbolizē līdzsvaru starp “augšup” un “uz leju”. Pat ņemot vērā visus zinātniskie atklājumi, Džans Hens neaizmirsa savā izgudrojumā iepīt tradicionālos uzskatus.

Liktenis ir nelietis

Daudzu seno zinātnieku liktenis nebija tas rožainākais (daži pat tika sadedzināti uz sārta savas pārliecības dēļ). Patiešām, viena lieta ir izgudrot kaut ko tādu, kas jūs pagodinās gadsimtiem ilgi, un cita lieta, lai jūs novērtētu jūsu laikabiedri. Pat Džans Hens nevarēja izvairīties no skepses, demonstrējot seismogrāfu imperatoram Šuņ Jaņ Dzja. Galminieki uz zinātnieka izgudrojumu reaģēja ar lielu neuzticību.

Skepticisms tika nedaudz izkliedēts mūsu ēras 138. gadā, kad Džan Henga seismogrāfs fiksēja zemestrīci Longsji reģionā. Bet pat pēc tam, kad tika pierādīts, ka ierīce veiksmīgi darbojas laukā, lielākā daļa cilvēku baidījās no Džan Hengas. Jā, senie ķīnieši nebija bez māņticības.

Ķīniešu seismogrāfs

Precīza ierīces kopija

Sākotnējais seismogrāfs jau sen ir nogrimis aizmirstībā. Tomēr Ķīnas un ārvalstu zinātnieki, kas pētīja Džan Henga darbus, spēja rekonstruēt viņa izgudrojumu. Jaunākie testi apstiprina, ka senais ķīniešu seismogrāfs spēj noteikt zemestrīci ar precizitāti, kas ir gandrīz tikpat laba kā mūsdienu iekārtas.

Ķīniešu seismogrāfs muzejā
Mūsdienās atjaunotais senais seismogrāfs glabājas Ķīnas vēstures muzeja izstāžu zālē Pekinā.

19. gadsimts

Eiropā zemestrīces sāka nopietni pētīt daudz vēlāk.

1862. gadā tika izdota īru inženiera Roberta Maleta grāmata “The Great Neapolitan Earthquake of 1857: Basic Principles of Seismological Observations”. Malets veica ekspedīciju uz Itāliju un sastādīja skartās teritorijas karti, sadalot to četrās zonās. Maleta ieviestās zonas pārstāv pirmo, diezgan primitīvo kratīšanas intensitātes skalu. Bet seismoloģija kā zinātne sāka attīstīties tikai ar plašu zemes vibrāciju reģistrēšanas instrumentu parādīšanos un ieviešanu praksē, t.i., līdz ar zinātniskās seismometrijas parādīšanos.

1855. gadā itālis Luidži Palmieri izgudroja seismogrāfu, kas spēj reģistrēt attālas zemestrīces. Tas darbojās pēc šāda principa: zemestrīces laikā dzīvsudrabs no sfēriska tilpuma tika izliets īpašā traukā, atkarībā no vibrācijas virziena. Tvertnes kontakta indikators apturēja pulksteni, norādot precīzu laiku, un sāka reģistrēt zemes vibrācijas uz cilindra.

1875. gadā cits itāļu zinātnieks Filipo Seči izstrādāja seismogrāfu, kas pirmā trieciena brīdī ieslēdza pulksteni un fiksēja pirmo vibrāciju. Pirmais seismiskais rekords, kas mums ir izdevies, tika veikts, izmantojot šo ierīci 1887. gadā. Pēc tam sākās straujš progress zemes vibrāciju reģistrēšanas instrumentu radīšanas jomā. 1892. gadā Japānā strādājošo angļu zinātnieku grupa izveidoja pirmo diezgan viegli lietojamo ierīci — Džona Milna seismogrāfu. Jau 1900. gadā visā pasaulē darbojās 40 seismisko staciju tīkls, kas bija aprīkots ar Milna instrumentiem.

XX gadsimts

Pirmo modernā dizaina seismogrāfu izgudroja krievu zinātnieks princis B. Goļicins, kurš izmantoja transformāciju. mehāniskā enerģija vibrācijas elektriskā strāvā.

B. Goļicins
Dizains ir pavisam vienkāršs: atsvars ir piekārts uz vertikālas vai horizontālas atsperes, bet pie otrā svara gala ir piestiprināta rakstāmspalva.

Lai reģistrētu kravas vibrācijas, tiek izmantota rotējoša papīra lente. Jo spēcīgāks spiediens, jo tālāk pildspalva novirzās un atspere svārstās ilgāk. Vertikālais svars ļauj ierakstīt horizontāli virzītus triecienus, un otrādi, horizontālais ierakstītājs fiksē triecienus vertikālā plaknē. Parasti horizontālā ierakstīšana tiek veikta divos virzienos: ziemeļu-dienvidu un rietumu-austrumu virzienā.

Secinājums

Parasti lielas zemestrīces nenotiek negaidīti. Pirms tiem seko virkne mazu, gandrīz nemanāmu īpaša rakstura satricinājumu. Mācoties paredzēt zemestrīces, cilvēki varēs izvairīties no nāves šo katastrofu dēļ un samazināt to nodarīto materiālo kaitējumu.

Kopš seniem laikiem zemestrīces ir bijušas viena no visbriesmīgākajām dabas katastrofām. Zemapziņā mēs zemes virsmu uztveram kā kaut ko nesatricināmi spēcīgu un stabilu, pamatu, uz kura stāv mūsu eksistence.


Ja šis pamats sāk trīcēt, sabrūkot akmens celtnēm, mainot upju tecēm un līdzenumu vietā uzceļot kalnus, tas ir ļoti biedējoši. Nav pārsteidzoši, ka cilvēki mēģināja paredzēt, lai viņiem būtu laiks aizbēgt, aizbēgot no bīstamas zonas. Tādā veidā tika izveidots seismogrāfs.

Kas ir seismogrāfs?

Vārds "seismogrāfs" ir grieķu izcelsmes un ir veidots no diviem vārdiem: "seismos" - kratīšana, vibrācija un "grapho" - rakstīšana, ierakstīšana. Tas ir, seismogrāfs ir ierīce, kas paredzēta zemes garozas vibrāciju reģistrēšanai.

Pirmais seismogrāfs, kura pieminēšana paliek vēsturē, tika izveidots Ķīnā gandrīz pirms diviem tūkstošiem gadu. Zinātnieks astronoms Džans Hens izgatavoja Ķīnas imperatoram milzīgu divus metrus garu bronzas bļodu, kuras sienas atbalstīja astoņi pūķi. Katra pūķa mutē gulēja smaga bumba.


Bļodā tika iekārts svārsts, kas, pakļaujot pazemes triecienam, ietriecās sienā, izraisot viena pūķa mute atvēršanos un nometa bumbiņu, kas iekrita tieši mutē vienam no sēžošajiem lielajiem bronzas krupjiem. ap bļodu. Saskaņā ar aprakstu ierīce varēja fiksēt zemestrīces, kas notiek līdz 600 km attālumā no vietas, kur tā tika uzstādīta.

Stingri sakot, katrs no mums pats var izgatavot vienkāršu seismogrāfu. Lai to izdarītu, pakariet svaru ar smailu galu tieši virs līdzenas virsmas. Jebkura vibrācija zemē izraisīs svara svārstības. Ja zem slodzes vietu pulverējat ar krīta pulveri vai miltiem, tad atsvara asajā galā novilktās svītras norādīs uz vibrāciju stiprumu un virzienu.

Tiesa, šāds seismogrāfs ir paredzēts iedzīvotājam liela pilsēta, kura māja atrodas blakus dzīvai ielai, nav piemērota. Garām braucošās smagās kravas automašīnas nepārtraukti vibrēs augsni, izraisot svārsta mikrosvārstības.

Zinātnieku izmantotie seismogrāfi

Pirmo modernā dizaina seismogrāfu izgudroja krievu zinātnieks princis B. Goļicins, kurš izmantoja mehāniskās vibrācijas enerģijas pārveidošanu elektrība.


Dizains ir pavisam vienkāršs: atsvars ir piekārts uz vertikālas vai horizontālas atsperes, bet pie otrā svara gala ir piestiprināta rakstāmspalva.

Lai reģistrētu kravas vibrācijas, tiek izmantota rotējoša papīra lente. Jo spēcīgāks spiediens, jo tālāk pildspalva novirzās un atspere svārstās ilgāk. Vertikālais svars ļauj ierakstīt horizontāli virzītus triecienus, un otrādi, horizontālais ierakstītājs fiksē triecienus vertikālā plaknē. Parasti horizontālā ierakstīšana tiek veikta divos virzienos: ziemeļu-dienvidu un rietumu-austrumu virzienā.

Kāpēc ir nepieciešami seismogrāfi?

Seismogrāfa ieraksti ir nepieciešami, lai izpētītu trīču rašanās modeļus. To dara zinātne, ko sauc par seismoloģiju. Seismologus visvairāk interesē apgabali, kas atrodas tā sauktajās seismiski aktīvajās vietās - zemes garozas lūzumu zonās. Tur bieži sastopamas arī milzīgu pazemes iežu slāņu kustības - t.i. kaut kas parasti izraisa zemestrīces.


Parasti lielas zemestrīces nenotiek negaidīti. Pirms tiem seko virkne mazu, gandrīz nemanāmu īpaša rakstura satricinājumu. Mācoties paredzēt zemestrīces, cilvēki varēs izvairīties no nāves šo katastrofu dēļ un samazināt to nodarīto materiālo kaitējumu.

Jautājums 1. Kas ir Zemes garoza?

Zemes garoza ir Zemes ārējais cietais apvalks (garoza), litosfēras augšējā daļa.

2. jautājums. Kādi zemes garozas veidi pastāv?

Kontinentālā garoza. Tas sastāv no vairākiem slāņiem. Augšējais ir nogulumiežu slānis. Šī slāņa biezums ir līdz 10-15 km. Zem tā atrodas granīta slānis. Ieži, kas to veido, pēc savām fizikālajām īpašībām ir līdzīgi granītam. Šī slāņa biezums ir no 5 līdz 15 km. Zem granīta slāņa ir bazalta slānis, kas sastāv no bazalta un akmeņiem, fizikālās īpašības kas atgādina bazaltu. Šī slāņa biezums ir no 10 līdz 35 km.

Okeāna garoza. No kontinentālās garozas tā atšķiras ar to, ka tai nav granīta slāņa vai tā ir ļoti plāna, tāpēc okeāna garozas biezums ir tikai 6-15 km.

3. jautājums. Kā zemes garozas veidi atšķiras viens no otra?

Zemes garozas veidi atšķiras viens no otra biezumā. Kontinentālās garozas kopējais biezums sasniedz 30-70 km. Okeāna garozas biezums ir tikai 6-15 km.

4. jautājums. Kāpēc mēs nepamanām lielāko daļu zemes garozas kustību?

Jo zemes garoza kustas ļoti lēni, un tikai berze starp plāksnēm izraisa zemestrīces.

5. jautājums. Kur un kā pārvietojas cietais Zemes apvalks?

Katrs zemes garozas punkts pārvietojas: paceļas uz augšu vai nokrīt uz leju, virzās uz priekšu, atpakaļ, pa labi vai pa kreisi attiecībā pret citiem punktiem. Viņu kopīgās kustības noved pie tā, ka kaut kur zemes garoza lēnām paceļas, kaut kur tā nokrīt.

6. jautājums. Kādi kustības veidi ir raksturīgi zemes garozai?

Lēnas jeb sekulāras zemes garozas kustības ir Zemes virsmas vertikālas kustības ar ātrumu līdz vairākiem centimetriem gadā, kas saistītas ar tās dziļumos notiekošo procesu darbību.

Zemestrīces ir saistītas ar plīsumiem un akmeņu integritātes traucējumiem litosfērā. Zonu, kurā notiek zemestrīce, sauc par zemestrīces avotu, un apgabalu, kas atrodas uz Zemes virsmas tieši virs avota, sauc par epicentru. Epicentrā zemes garozas vibrācijas ir īpaši spēcīgas.

7. jautājums. Kā sauc zinātni, kas pēta zemes garozas kustības?

Zinātni, kas pēta zemestrīces, sauc par seismoloģiju, no vārda "seismos" - vibrācijas.

8. jautājums. Kas ir seismogrāfs?

Visas zemestrīces skaidri reģistrē ar jutīgiem instrumentiem, ko sauc par seismogrāfiem. Seismogrāfs darbojas pēc svārsta principa: jutīgais svārsts noteikti reaģēs uz jebkādām, pat vājākajām zemes virsmas vibrācijām. Svārsts šūpojas, un šī kustība aktivizēs pildspalvu, atstājot zīmi uz papīra lentes. Jo spēcīgāka ir zemestrīce, jo lielāka ir svārsta šūpošanās un pamanāmāka pildspalvas atzīme uz papīra.

9. jautājums. Kāds ir zemestrīces avots?

Zonu, kurā notiek zemestrīce, sauc par zemestrīces avotu, un apgabalu, kas atrodas uz Zemes virsmas tieši virs avota, sauc par epicentru.

10. jautājums. Kur atrodas zemestrīces epicentrs?

Apgabals, kas atrodas uz Zemes virsmas tieši virs avota, ir epicentrs. Epicentrā zemes garozas vibrācijas ir īpaši spēcīgas.

11. jautājums. Kā atšķiras zemes garozas kustības veidi?

Jo laicīgas zemes garozas kustības notiek ļoti lēni un nemanāmi, un straujas garozas kustības (zemestrīces) notiek ātri un rada postošas ​​sekas.

12. jautājums. Kā var noteikt zemes garozas laicīgās kustības?

Zemes garozas laicīgo kustību rezultātā uz Zemes virsmas sauszemes apstākļus var aizstāt ar jūras apstākļiem un otrādi. Piemēram, Austrumeiropas līdzenumā var atrast pārakmeņojušās gliemju čaulas. Tas liek domāt, ka kādreiz tur bijusi jūra, bet dibens cēlies un tagad ir paugurains līdzenums.

13. jautājums. Kāpēc notiek zemestrīces?

Zemestrīces ir saistītas ar plīsumiem un akmeņu integritātes traucējumiem litosfērā. Lielākā daļa zemestrīču notiek seismisko joslu zonās, no kurām lielākā ir Klusā okeāna reģionā.

14. jautājums. Kāds ir seismogrāfa darbības princips?

Seismogrāfs darbojas pēc svārsta principa: jutīgais svārsts noteikti reaģēs uz jebkādām, pat vājākajām zemes virsmas vibrācijām. Svārsts šūpojas, un šī kustība aktivizēs pildspalvu, atstājot zīmi uz papīra lentes. Jo spēcīgāka ir zemestrīce, jo lielāka ir svārsta šūpošanās un pamanāmāka pildspalvas atzīme uz papīra.

15. jautājums. Pēc kāda principa nosaka zemestrīces stiprumu?

Zemestrīču stiprumu mēra punktos. Šim nolūkam ir izstrādāta īpaša 12 ballu zemestrīces stipruma skala. Zemestrīces spēku nosaka šī bīstamā procesa sekas, tas ir, iznīcināšana.

16. jautājums. Kāpēc vulkāni visbiežāk rodas okeānu dzelmē vai to krastos?

Vulkānu rašanās ir saistīta ar materiāla izvirdumu no mantijas uz Zemes virsmu. Visbiežāk tas notiek vietās, kur zemes garoza ir plāna.

17. jautājums. Izmantojot atlanta kartes, nosakiet, kur vulkānu izvirdumi notiek biežāk: uz sauszemes vai okeāna dibenā?

Lielākā daļa izvirdumu notiek okeānu dibenā un krastos litosfēras plākšņu krustpunktā. Piemēram, gar Klusā okeāna piekrasti.