При обсуждении исследования землетрясений и нововведений, связанных с ним, есть несколько способов взглянуть на него. Есть сейсмограф, используемый для обнаружения землетрясений и записи информации о них, такой как сила и продолжительность. Также существует ряд инструментов, созданных для анализа и записи других деталей землетрясений, таких как интенсивность и магнитуды. Это некоторые из инструментов, которые определяют то, как мы изучаем землетрясения.
Определение сейсмографа
Сейсмические волны – это вибрации от землетрясений, проходящих через землю. Они записываются на приборах, называемых сейсмографами, которые следуют зигзагообразной кривой, которая показывает изменяющуюся амплитуду колебаний грунта под прибором. Сенсорная часть сейсмографа называется сейсмометром, а возможность построения графиков была добавлена в качестве более позднего изобретения.
Чувствительные сейсмографы, которые значительно увеличивают эти земли движения, может обнаруживать сильные землетрясения от источников в любой точке мира. Время, место и магнитуду землетрясения можно определить по данным, записанным сейсмографическими станциями.
Драконий кувшин Чанг Хенг
Около 132 г. н.э. китайский ученый Чанг Хэн изобрел первый сейсмоскоп – инструмент, который мог регистрировать землетрясение, называемое сосудом дракона. Сосуд с драконом представлял собой цилиндрический сосуд с восемью головами дракона, расположенными по краям, каждая из которых держала во рту шар. У подножия кувшина было восемь лягушек, каждая прямо под головой дракона. Когда произошло землетрясение, мяч выпал из пасти дракона и был пойман пастью лягушки.
Сейсмометры воды и ртути
Несколько веков спустя в Италии были разработаны устройства, использующие движение воды, а позже и ртути. В частности, Луиджи Пальмиери сконструировал ртутный сейсмометр в 1855 году. Сейсмометр Палмьери имел U-образные трубки, расположенные вдоль точек компаса и заполненные ртутью. Когда происходит землетрясение, ртуть перемещается и вступает в электрический контакт, который останавливает часы и запускает записывающий барабан, на котором записывается движение поплавка по поверхности ртути. Это был первый прибор, который записал время землетрясения, а также интенсивность и продолжительность движений.
Современные сейсмографы
Джон Милн был английским сейсмологом и геологом, который изобрел первый современный сейсмограф и способствовал строительству сейсмологических станций. В 1880 году сэр Джеймс Альфред Юинг, Томас Грей и Джон Милн – все британские ученые, работавшие в Японии, – начали изучать землетрясения. Они основали Сейсмологическое общество Японии, которое профинансировало изобретение сейсмографов. В том же году Милн изобрел сейсмограф с горизонтальным маятником.
После Второй мировой войны сейсмограф с горизонтальным маятником был усовершенствован с помощью сейсмографа Press-Ewing, разработанного в США для регистрации длиннопериодических волн. В этом сейсмографе используется маятник Милна, но стержень, поддерживающий маятник, заменен упругой проволокой, чтобы избежать трения.
Другие инновации в изучении землетрясений
Понимание шкал интенсивности и магнитуды
Интенсивность и магнитуды – другие важные области изучения землетрясений. Величина измеряет энергию, выделяемую в очаге землетрясения. Он определяется по логарифму амплитуды волн, записанных на сейсмограмме в определенный период. Между тем, интенсивность измеряет силу сотрясения, вызванного землетрясением в определенном месте. Это определяется воздействием на людей, человеческие строения и окружающую среду. Интенсивность не имеет математической основы – ее определение основано на наблюдаемых эффектах.
Шкала Росси-Фореля
Кредит за первая современная шкала интенсивности принадлежит Микеле де Росси из Италии и Франсуа Форелю из Швейцарии, которые независимо друг от друга опубликовали аналогичные шкалы интенсивности в 1874 и 1881 годах соответственно. Позже Росси и Форель сотрудничали и в 1883 году создали шкалу Росси-Фореля, которая стала первой шкалой, широко использовавшейся на международном уровне.
Используемая шкала Росси-Фореля 10 степеней интенсивности. В 1902 году итальянский вулканолог Джузеппе Меркалли создал 12-градусную шкалу.
Модифицированная шкала интенсивности Меркалли
Хотя было много Шкала интенсивности, созданная для измерения последствий землетрясений, в настоящее время используется в Соединенных Штатах – это Модифицированная шкала интенсивности Меркалли (MM). Он был разработан в 1931 году американскими сейсмологами Гарри Вудом и Фрэнком Нойманом. Эта шкала состоит из 12 возрастающих уровней интенсивности, которые варьируются от незаметной тряски до катастрофического разрушения. У него нет математической основы; вместо этого это произвольный рейтинг, основанный на наблюдаемых эффектах.
Шкала величин Рихтера
Шкала величин Рихтера была разработана в 1935 году. Чарльз Ф. Рихтер из Калифорнийского технологического института. По шкале Рихтера величина выражается целыми числами и десятичными дробями. Например, землетрясение с магнитудой 5,3 может быть рассчитано как умеренное, а сильное землетрясение – как землетрясение с магнитудой 6,3. Из-за логарифмической основы шкалы каждое целочисленное увеличение величины представляет десятикратное увеличение измеренной амплитуды. В качестве оценки энергии каждый шаг целого числа на шкале величин соответствует выделению примерно в 31 раз большего количества энергии, чем количество, связанное с предыдущим целочисленным значением.
Когда она была впервые создана, шкала Рихтера могла применяться только к записям с инструментов идентичного производства. Теперь инструменты тщательно откалиброваны относительно друг друга. Таким образом, магнитуда может быть вычислена с использованием шкалы Рихтера из записи любого откалиброванного сейсмографа..