Сейсмограф это прибор для измерения

Что такое сейсмограф?

Слово «сейсмограф» имеет греческое происхождение и происходит от двух слов: «сейсмос» — эмоция, вибрация и «графо» — пиши, пиши. То есть сейсмограф — это прибор, предназначенный для регистрации колебаний земной коры.

Первый сейсмограф, упоминание о котором осталось в истории, был создан в Китае почти две тысячи лет назад. Ученый-астроном Чжан Хэн сделал для китайского императора огромную двухметровую бронзовую чашу, стены которой поддерживали восемь драконов. Во рту каждого дракона лежал тяжелый шар.

Внутри чаши был подвешен маятник, который при землетрясении ударился о стену, заставив пасть одного из драконов раскрыться и уронить шар, который упал прямо в пасть одной из больших бронзовых жаб, сидящих вокруг чаши… Согласно описанию, прибор мог регистрировать землетрясения на расстоянии до 600 км от места установки.

Собственно говоря, простейший сейсмограф каждый из нас может сделать самостоятельно. Для этого нужно точно на ровной поверхности повесить заостренный груз. Любая вибрация в земле вызовет вибрацию груза. Если посыпать платформу под грузом меловой пылью или мукой, полосы, нарисованные заостренным концом гирь, укажут силу и направление колебаний.

правда, такой сейсмограф не подойдет жителю крупного города, дом которого находится недалеко от оживленной дороги. Проезжающие тяжелые грузовики иногда сотрясают землю, вызывая микроколебания маятника.

Первый сейсмограф современной конструкции изобрел русский ученый князь Б. Голицын, применивший преобразование энергии механических колебаний в электрический ток.

Конструкция довольно проста: груз подвешен на пружине, расположенной вертикально или горизонтально, а ручка записывающего устройства прикреплена к другому концу груза.

Вращающаяся бумажная лента используется для регистрации колебаний груза. Чем сильнее толчок, тем сильнее отклоняется ручка и тем дольше вибрирует пружина. Вертикальный вес позволяет регистрировать горизонтальные удары, и, наоборот, горизонтальный регистратор записывает удары в вертикальной плоскости. Обычно горизонтальная регистрация выполняется в двух направлениях: север-юг и запад-восток.

Записи сейсмографа необходимы для изучения закономерностей возникновения тремора. Этим занимается наука под названием сейсмология. Наибольший интерес для сейсмологов представляют так называемые сейсмически активные места — зоны разломов земной коры. Часто происходят извержения вулканов и движение огромных слоев подземных горных пород, то есть то, что обычно вызывает землетрясения.

Как правило, сильные землетрясения не случаются неожиданно. Им предшествует серия небольших, почти незаметных толчков особого характера. Научившись предсказывать землетрясения, люди смогут избежать смерти от этих катаклизмов и минимизировать причиняемый ими материальный ущерб.

Сейсмо́граф

Устройство для регистрации упругих колебаний земной коры, вызванных землетрясениями или техногенными взрывами

Зачем нужны сейсмографы?

Все записи сейсмографов помогают ученым понять закономерности возникновения всех колебаний. На этой основе родилась наука под названием сейсмология. Чаще всего исследование подходит для районов, где землетрясения являются постоянной ситуацией, например, в горных районах или в местах разломов. Бывают извержения вулканов, осыпи, оползни.

Как уже поняли многие исследователи в этой области на практике, сильное землетрясение не происходит произвольно. То есть перед ее началом требуются более слабые шоки, в результате которых они предсказывают наступление крупной катастрофы. Такие выводы помогают людям подготовиться к возможным потерям, выйти из дома, взять необходимые вещи.

Сейсмографы, используемые учеными

Первый сейсмограф современной конструкции изобрел русский ученый князь Б. Голицын, применивший преобразование энергии механических колебаний в электрический ток.

Конструкция довольно проста: груз подвешен на пружине, расположенной вертикально или горизонтально, а ручка записывающего устройства прикреплена к другому концу груза.

Вращающаяся бумажная лента используется для регистрации колебаний груза. Чем сильнее толчок, тем сильнее отклоняется ручка и тем дольше вибрирует пружина. Вертикальный вес позволяет регистрировать горизонтальные удары, и, наоборот, горизонтальный регистратор записывает удары в вертикальной плоскости. Обычно горизонтальная регистрация выполняется в двух направлениях: север-юг и запад-восток.

Принцип работы

Принцип работы сейсмографа основан на передаче колебаний объектам, установленным в разрезе земной коры. Когда одна плита земной коры располагается поверх другой, накапливается огромное количество энергии, и, когда она высвобождается, происходит сотрясение.

Что такое сейсмограф? Современные устройства состоят из маятника, подвешенного на проволоке и прочно закрепленного на опоре на земле. На конце маятника есть перо, которое при качании будет рисовать амплитуду величины деформации. Барабан с бумагой, на которой будет отображаться процесс землетрясения, также жестко установлен на земле. Когда происходит землетрясение, маятник остается в своем положении по инерции, а бумажный барабан колеблется, отслеживая значение энергии, выделяемой сейсмическим явлением. Современные устройства способны контролировать даже небольшие неразрушающие изменения.

Что такое сейсмограф на животных? Их тело устроено таким образом, что малейшие изменения атмосферы и состояния земной поверхности в радиусе нескольких километров вызывают у них беспокойство. Закон самосохранения работает, и они покидают опасные территории. Наиболее чувствительны к явлению землетрясений землетрясения, относящиеся к видам земноводных и рептилий, то есть змеям, лягушкам, ящерицам.

Современные сейсмографы способны определять и измерять амплитуду колебаний в трех плоскостях. Для измерения скорости вибрации сейсмографы имеют диапазон частот измерения от 0,3 до 500 Гц с диапазоном измерения скорости вибрации от 0,0002 до 20 мм / с. Сейсмографы могут быть как переносными, так и стационарными. Последние имеют большие габариты и специально устанавливаются один раз и на весь срок эксплуатации. Ноутбук можно переустановить в определенном месте в зависимости от местности. Все современные модели оснащены программными интерфейсами и напрямую переносят все свои измерения в базу данных на компьютере.

Что такое сейсмограф и где его установить? Он расположен в потенциально опасных районах, где возможны проявления колебаний земной коры. Портативные сейсмографы устанавливаются в горнодобывающих или подземных районах, чтобы избежать человеческих жертв, предотвращая землетрясения и эвакуируя рабочих. При установке следует учитывать, что устройство может давать серьезные ошибки при установке вблизи дорог, по которым может проезжать тяжелая техника.

Характеристики

Современные сейсмографы способны определять и измерять амплитуду колебаний в трех плоскостях. Для измерения скорости вибрации сейсмографы имеют диапазон частот измерения от 0,3 до 500 Гц с диапазоном измерения скорости вибрации от 0,0002 до 20 мм / с. Сейсмографы могут быть как переносными, так и стационарными. Последние имеют большие габариты и специально устанавливаются один раз и на весь срок эксплуатации. Ноутбук можно переустановить в определенном месте в зависимости от местности. Все современные модели оснащены программными интерфейсами и напрямую переносят все свои измерения в базу данных на компьютере.

Чжан Хэн и первый в мире сейсмограф

«Лопаться!» — тишину императорского дворца нарушает шум металлической сферы, которая вылетает из головы дракона и падает в пасть одной из восьми жаб, равномерно распределенных по кругу по всем сторонам света. Через несколько дней измученный посыльный скачет во дворец в провинции Хэнань, чтобы доложить императору о недавнем землетрясении, произошедшем в одном из регионов его огромной страны. Но Владыка знал о случившемся уже несколько дней: о землетрясении он узнал сразу после падения металлического шара. Что это — один из эпизодов фантастического фильма? Нет, это древний Китай, империя Хань, 132 г н.э.

С древних времен Китай был регионом, подверженным землетрясениям. Исторические хроники содержат много сведений о землетрясениях, разрушавших целые города еще до нашей эры. Для огромной территории Империи Хань каждое из этих землетрясений представляло огромную опасность: внешние враги не преминули воспользоваться чужим несчастьем, организовывая набеги на разрушенные города и грабя дезориентированных жителей.

Чтобы предотвратить такие случаи и вовремя помочь нашему собственному населению, необходимо было немедленно узнать о произошедшей трагедии и немедленно выехать на место. Где еще, как не в Китае, должен был появиться первый сейсмограф? Его создателем стал выдающийся древнекитайский ученый Чжан Хэн.

Китайский изобретатель Ян Хенг

Чжан Хэн родился в семье обедневшего китайского чиновника в 78 г н.э. С детства проявляя трудолюбие и тягу к знаниям, Чжан Хэн всегда выделялся среди своих сверстников. Молодой человек быстро поднялся по карьерной лестнице, поэтому неудивительно, что в 37 лет он занял одну из самых уважаемых должностей в империи Хань — должность придворного историка и астролога. За свою жизнь Чжан Хэн изобрел множество интересных изобретений, улучшил географические карты Китая, внес большой вклад в развитие математики. Кроме того, он был первым, кто утверждал, что лунный свет — это отраженный солнечный свет. Но самое известное его творение — сейсмограф, который он подарил императору в 132 году нашей эры после того, как очередное землетрясение нанесло серьезный ущерб столице. По мнению древнекитайских авторов, необычный сейсмограф позволял регистрировать землетрясения, происходящие за сотни километров от места нахождения устройства.

Сейсмограф Чжан Хэна мало похож на современные инструменты для измерения подземной активности. Это огромная медная ваза с прикрепленным кверху маятником. Маятник несли 8 рычагов, равномерно распределенных по окружности. Под воздействием малейших толчков бушующего вдали землетрясения маятник отклонился в сторону, приводя в движение один из рычагов, который, в свою очередь, прикреплялся другим концом к голове дракона и выходил с металлическим шаром в помещении. Система пружин бросала мяч в фигуры жаб с широким ртом. Падающий шар издал громкий звенящий звук, который можно было услышать по всему зданию.

Современная копия первого в мире сейсмографа

Сейсмограф понравился императору и с тех пор всегда был в рабочем состоянии, готовый предупредить о произошедшей катастрофе. Этот сейсмограф первым в истории увековечил имя своего создателя. Судьба самого Чжан Хэна кардинально изменилась через 4 года после изобретения устройства: в результате дворцовых интриг ученый был изгнан из столицы и назначен директором отдаленной провинции империи, где проработал до конца своей жизни жизнь.

Современная копия первого в мире сейсмографа

Но остается более важный вопрос: действительно ли сейсмограф Чжан Хэна зафиксировал землетрясение, или описания его работы слишком приукрашены? Примечательно, что во всех сохранившихся описаниях большое внимание уделяется внешнему виду сейсмографа, а не принципу его действия. Устройство, безусловно, красивое, и его дизайн действительно оригинален, но современные исследователи хотели бы узнать больше о его внутренней начинке. Нет сомнений в том, что основной частью внутреннего механизма был подвешенный маятник, способный с невероятной точностью реагировать на сотрясения, происходящие на больших расстояниях. Как именно он был закреплен на корабле и что позволяло ему замечать толчки, которые человек не мог почувствовать? К сожалению, это остается главной загадкой.

Конечно, энтузиасты не раз пытались создать такое устройство. Все сейсмографы Zhang Heng, которые мы видим сегодня в музеях, являются работой современных мастеров. При изготовлении внутренней части этих сейсмографов были опробованы современные материалы, а сам маятник был изготовлен с ювелирной точностью, которую, при всем уважении к древним китайским мастерам, невозможно было сделать две тысячи лет назад. Эти инструменты, расположенные во многих частях мира, никогда не могли зафиксировать ни одного землетрясения. Хотя некоторые стихийные бедствия были довольно серьезными и даже привели к многочисленным жертвам.

Но, может быть, мы просто недооцениваем гений изобретателя, который почти два тысячелетия назад сумел с помощью простейших технологий создать удивительно точный рабочий сейсмограф?

Сейсмограф своими руками

Зная, что такое сейсмограф и для чего он нужен, каждый при желании может сделать это для себя. Правда, он не будет таким чувствительным, как профессиональные устройства, но также сможет ощущать близлежащие неровности. Для этого вам нужно найти небольшой груз, который будет слегка заострен к концу. Затем его вешают на подставку и под дно кладут плоскую тарелку. Когда он вибрирует, вес ударяет по нему. Под дно можно насыпать муку или меловую пудру, тогда гиря точно проведет на них направления колебаний, а также покажет силу самого землетрясения.

Если человек живет в большом городе, где постоянный шум и вибрация являются нормой, такое устройство вряд ли поможет ему что-либо исправить. Максимум, что можно, — это самому почувствовать вибрации и попытаться угадать их силу.

Как изучают землетрясения

Работа в области сейсмологии, другими словами — науки о землетрясениях, требует не только абсолютной точности приборов, но и их установки в помещении с постоянной температурой в течение всего года, где они не проникают в случайные удары. Поэтому сейсмические станции устанавливают в глубоких подвалах, а сами инструменты устанавливают на специальные глубокие фундаменты. Землетрясения большей или меньшей интенсивности происходят часто, но новости, подтверждающие их, не всегда достигают наших знаний, поскольку колебания земной коры могут происходить в малонаселенных странах, а также на дне океанов, которые обычно занимают около трех четверть земной поверхности (71%). По оценкам экспертов, ежегодно происходит в среднем десять тысяч землетрясений, то есть земная кора сотрясается каждый час. Если еще учесть сигналы морских глубин, то проявление жизни Земли, так сказать биение ее «пульса» будет еще более частым. На основании многолетних наблюдений сейсмических станций, количество которых в разных странах достигает нескольких сотен, ученые теперь приходят к выводу, что земная кора никогда не находится в состоянии сейсмического покоя. Его незначительные колебания, характеризующиеся удивительным постоянством, регистрируются сейсмическими станциями даже при отсутствии землетрясений.
Последствия землетрясения.

Основние определения в сейсмологии

Неуравновешенность слоев земной коры, возникающая при землетрясениях, сопровождается колебаниями различной интенсивности. Область внутри земной коры, где происходят эти изменения, называется очагом землетрясения или гипоцентром (от греческого предлога «гипо» — внизу, но вместе — «под центром», то есть под центром землетрясение). Глубина гипоцентра разная, в зависимости от того, какая сила землетрясения также разная: чем ближе гипоцентр к поверхности земли, тем сильнее сотрясение и тем более ограничена область его распространения. При значительной глубине гипоцентра сила землетрясения невелика, но ареал его распространения огромен. Согласно большинству определений, гипоцентры возникают в земной коре на глубине до 50 километров от поверхности земли, реже — до 100 километров (пример — Карпатские землетрясения 1802 и 1940 годов), и только отдельные землетрясения — от 300 километров и дальше. Площадь земной поверхности, расположенная непосредственно над гипоцентром, называется эпицентром (от греческого предлога «эпи» — он, т. Е. Площадь землетрясения на земной поверхности). Здесь землетрясение проявляется более остро. Во время сильных землетрясений в эпицентре ощущаются вертикальные толчки, поднимающие все предметы. По мере удаления от эпицентра толчки принимают более наклонное, латеральное направление, постепенно теряя свою разрушительную силу. Сотрясения в результате землетрясения передаются во всех направлениях как в глубине земной коры, так и по ее поверхности. Распространенность и силу ударов можно примерно сравнить с теми волнами, которые получаются на гладкой поверхности воды брошенным в нее камнем. Большой камень, который производит значительную вибрацию частиц воды, дает большие, маленькие — маленькие волны. Точно так же сила землетрясений зависит от силы подземных толчков. Колебания частиц жидкости, конечно, отличны от колебаний частиц твердого тела. Они не могут войти в такое колебательное движение, как частицы жидкости: их движения ограничены соседними частицами; они могут только сжиматься, изменять свой объем.

Волны землетрясений

Сейсмические волны распространяются двумя способами:

1. первый — снизу вверх, то есть по направлению удара; этот путь называется продольным, поэтому волны получают определение продольных волн;
2. другой путь — поперечное направление, т.е перпендикулярно предыдущему, поэтому волны называют поперечными.

Обе волны возникают одновременно в гипоцентре и от него распространяются во все стороны вдоль лучей. Продольные волны отличаются максимальной скоростью распространения — от 8 до 10 километров в секунду. Эти волны сначала регистрируются сейсмографами. Скорость поперечных волн примерно вдвое меньше, чем у продольных — 4 километра в секунду, а скорость поверхностных волн еще ниже — 3,5 километра. Эти волны, по данным Пулковской сейсмической станции, облетели мир во время Мессинского землетрясения (1908 г.) за 3 часа 8 минут 51 секунду. При особо сильных землетрясениях гравитационные волны, похожие на волны на поверхности воды, возникают в районе эпицентра, особенно в рыхлых породах. Эти волны распространяются с очень незначительной скоростью — 4 метра в секунду, но их действие особенно разрушительно. Ни земля, ни здания не могут противостоять этим волнам. Именно эти волны заставляют качаться деревья, заводские дымоходы, соборы и небоскребы. Часто такие волны отпечатываются на поверхности земли. Расшифровка или чтение сейсмограмм землетрясения требует от исследователя большой работы, чтобы выяснить содержание всех записей в целом и ответить на вопрос, как землетрясения изучаются.

Сейсмические шкалы

В мире существует большое количество сейсмических шкал.

• Первоначально сила землетрясений определялась по специальной шкале Росси-Фореля. Эти ученые (Росси и Форель) в 1883 г упорядочили в определенной последовательности те характерные признаки, которые наблюдаются во время землетрясений, и разделили их на десять цифр или точек. Эта шкала в настоящее время используется в странах Латинской Америки.
• В России используется самая распространенная в мире 12-балльная сейсмическая шкала MSK-64 (Медведева-Шпонхойер-Карник), основанная на шкале Меркалли-Канкани (1902 г.).
• В Японии используется 7-балльная сейсмическая шкала.

Шкала землетрясений

Познакомимся с содержанием Шкалы землетрясений в соответствии с описанными ниже баллами:

1. Колебания не воспринимаются людьми напрямую, их регистрируют только специальные устройства.
2. Очень легкий тремор, наблюдаемый только у людей в состоянии покоя.
3. Очень легкий тремор, который большинство людей видит только внутри здания, часто смешанный со строительными толчками от грузовика.
4. Слабые колебания грунта, воспринимаемые людьми в движении и на работе. Звон стекла и посуды, скрип двери, полов, потрескивание потолка.
5. Достаточно сильное землетрясение на ощупь. Здания, которые трясутся. Кресла-качалки, стулья и другая мебель. Колебание ветвей деревьев, как на легком ветру. Колышутся шторы, люстры и картины. Двери и окна открываются и закрываются. Просыпаются спящие.
6. Сильное землетрясение, чувствительные толчки. Картины падают со стен, книги с полок. Мебельное движение. Остановите напольные часы. Штукатурка начинает крошиться. Пробуждение всех спящих.
7. Очень сильное землетрясение. Сильные попадания. Переворачивание предметов меблировки в квартире. Звон больших колоколов. Удалите кусочки штукатурки и замазки. Повреждение дымоходов. Появление оползней, изменение уровней колодцев.
8. Разрушительное землетрясение, очень сильные удары. Трещины в стенах зданий. Разрушение дымоходов. Падение заводских труб. Деревья сильно раскачиваются и даже ломаются. Многие люди страдают укачиванием».
9. Разрушительное землетрясение. Разрушение отдельных частей зданий или целых построек. Появление трещин в земле.
10. Необычно сильные удары. Общее разрушение. Образование трещин в земле, разломов, оползней, оползней. Гибка железнодорожных рельсов. Перебои с водоснабжением, канализацией, газом и электричеством. На дорогах появляются трещины и волнистые выступы.
11. Катастрофическое землетрясение. Образование крупных трещин, многочисленных оползней и оползней. Полное разрушение каменных построек и устоев мостов, разрушение насыпей, дамб и других сооружений.
12. Сильное катастрофическое землетрясение. Образование разломных трещин, порезов и разрывов. Огромные изменения в природной среде: появление водопадов, отклонение течения рек, образование озер из-за речных блоков. Окончательное разрушение всех рукотворных построек.