Dispositivo sismógrafo para registro. Quem e quando inventaram o primeiro sismógrafo para prever terremotos. Estação de previsão de terremotos ATROPATENA]

Animação

Descrição do produto

Sismógrafos (SF) são usados \u200b\u200bpara detectar e registrar todos os tipos de ondas sísmicas. O princípio de operação do SF moderno é baseado na propriedade de inércia. Qualquer SF consiste em um receptor sísmico ou sismômetro e um dispositivo de gravação (gravação). A parte principal do SF é o corpo inercial - a carga suspensa em uma mola do suporte, que é rigidamente fixada ao corpo (Fig. 1).

Vista geral do sismógrafo mais simples para registrar oscilações verticais

Fig. 1

A carcaça do SF é fixada em rocha sólida e, portanto, entra em movimento durante um terremoto e, devido à propriedade de inércia, o pêndulo de carga fica atrás do movimento do solo. Para obter um registro de vibrações sísmicas (sismogramas), é utilizado um tambor gravador que gira a uma velocidade constante com uma fita de papel presa ao estojo SF e uma caneta conectada a um pêndulo (veja a Fig. 1). O vetor de deslocamento da superfície da Terra é determinado pelos componentes horizontal e vertical; consequentemente, qualquer sistema para observações sísmicas consiste em sismômetros horizontais (para registrar deslocamentos ao longo dos eixos X e Y) e verticais (para registrar deslocamentos ao longo do eixo Z).

Para os sismômetros, os pêndulos são usados \u200b\u200bcom mais frequência, cujo centro de balanço mantém uma relativa paz ou fica atrás do movimento da superfície oscilante da terra e do eixo da suspensão a ela conectado. O grau de descanso do centro de giro do geofone caracteriza sua operação e é determinado pela razão entre o período Tp das oscilações do solo e o período T das oscilações naturais do pêndulo do geofone. Se Tp ¤ T for pequeno, o centro de oscilação é praticamente imóvel e as vibrações do solo são reproduzidas sem distorção. Em T p ¤ T próximo a 1, é possível distorção devido à ressonância. Em grandes valores de T p ¤ T, quando o movimento do solo é muito lento, as propriedades de inércia não aparecem, o centro de oscilação se move quase como um todo com o solo e o geofone deixa de registrar as vibrações do solo. Ao registrar oscilações na exploração sísmica, o período de oscilações naturais é de vários centésimos ou décimos de segundo. Ao registrar oscilações de terremotos locais, o período pode ser de ~ 1 segundo e, para terremotos distantes por milhares de quilômetros, deve ser da ordem de 10 segundos.

O princípio da operação SF pode ser explicado pelas seguintes equações: Deixe um corpo de massa M ser suspenso em uma mola, cuja outra extremidade e a balança estão presas ao solo. Quando o solo se move para cima pelo valor de Z ao longo do eixo Z (movimento portátil), a massa M devido à inércia fica para trás e desce o eixo Z para baixo pelo valor de z (movimento relativo), o que dá origem à força de tração na mola - cz (c é a rigidez da mola). Essa força durante o movimento deve ser equilibrada pela força de inércia do movimento absoluto:

M d 2 z¤ dt 2 \u003d - cz,

onde z \u003d Z - z.

Isso implica a equação:

d 2 z ¤ dt 2 + cz ¤ M \u003d d 2 Z ¤ dt 2,

cuja solução relaciona o deslocamento real do solo Z ao z observado.

Características de tempo

Tempo de iniciação (log de -3 a -1);

Tempo de vida (log tc de -1 a 3);

Tempo de degradação (log td de -3 a -1);

Tempo ideal de manifestação (log tk de -1 a 1).

Gráfico:

Implementação técnica do efeito

Sismômetro horizontal tipo SKGD

Uma vista geral de um sismômetro horizontal do tipo SKGD é mostrada na Fig. 2)

Esquema do sismômetro horizontal SKGD

Fig. 2

Designações:

2 - sistema magnético;

3 - bobina conversora;

4 - braçadeira de suspensão;

5 - mola de suspensão.

O dispositivo consiste em um pêndulo 1, suspenso em um grampo 4 em um rack, montado na base do dispositivo. O peso total do pêndulo é de cerca de 2 kg; comprimento reduzido é de cerca de 50 cm. A primavera é tensa. Na estrutura fixada no pêndulo existe uma bobina de indução plana 3 com três enrolamentos de fio de cobre isolado. Um enrolamento serve para registrar o movimento do pêndulo e um circuito de galvanômetro é conectado a ele. O segundo enrolamento é usado para ajustar a atenuação do sismômetro e a resistência ao amortecimento é conectada a ele. Além disso, existe um terceiro enrolamento para fornecer um pulso de controle (o mesmo se aplica aos sismômetros verticais). Com base no dispositivo, um ímã permanente 2 é reforçado, cuja abertura de ar é a parte central dos enrolamentos. O sistema magnético é equipado com uma derivação magnética, que é duas placas de ferro macio, cujo movimento causa uma alteração na força do campo magnético no espaço de ar do ímã e, portanto, uma alteração na constante de atenuação.

No final do pêndulo, uma seta plana é reforçada, sob a qual há uma escala com divisões milimétricas e uma lente de aumento através da qual a escala e a seta são examinadas. A posição da seta pode ser contada em uma escala com precisão de 0,1 mm. A base do pêndulo está equipada com três parafusos de fixação. Duas laterais são usadas para ajustar o pêndulo na posição zero. O parafuso de ajuste frontal serve para ajustar o período de oscilações naturais do pêndulo. Para proteger o pêndulo de várias interferências, o dispositivo é colocado em uma caixa de metal protetora.

Aplicando efeito

Os SFs usados \u200b\u200bpara registrar vibrações do solo durante terremotos ou explosões fazem parte de estações sísmicas permanentes e móveis. A existência de uma rede global de estações sísmicas permite determinar com alta precisão os parâmetros de quase todos os terremotos que ocorrem em diferentes regiões do globo, bem como investigar a estrutura interna da Terra usando as características de propagação de ondas sísmicas de vários tipos. Os principais parâmetros de um terremoto incluem principalmente: coordenadas do epicentro, profundidade focal, intensidade, magnitude (característica da energia). Em particular, para calcular as coordenadas de um evento sísmico, são necessários dados sobre os tempos de chegada das ondas sísmicas pelo menos em três estações sísmicas a uma distância suficiente uma da outra.

O primeiro sismógrafo foi inventado em 132 na China. Foi inventado pelo astrônomo Zhang Hyun para o imperador chinês. O sismógrafo mais simples foi usado com sucesso na previsão de terremotos. O dispositivo era uma tigela de dois metros com uma cúpula de cobre. Em um círculo da tigela estavam as cabeças dos dragões, e dentro penduravam um pêndulo. Uma bola de bronze foi colocada nas bocas abertas de cada dragão.

Ao redor da tigela estavam sapos de bronze com bocas abertas. Com as menores vibrações sísmicas, o pêndulo começou a balançar e jogou a bola da boca dos dragões para a boca dos sapos. Um aviso foi um som alto gerado por uma batida de metal. A localização do outono ajudou a determinar onde está localizado o epicentro do terremoto. Os historiadores afirmam que um instrumento antigo pode pegar tremores a uma distância de 600 km do local da instalação.

Criar um sismógrafo é mais fácil do que parece. Pegue um peso de metal com uma ponta pontiaguda e pendure-o sobre uma superfície horizontal. Polvilhe a superfície com farinha ou outro pó e abaixe o peso para que a ponta toque levemente o avião.

Durante as oscilações, a carga começará a se mover, e as linhas traçadas com uma ponta aguda indicarão a direção e permitirão determinar a força das ondas sísmicas.

Aqui estão algumas opções mais interessantes:

Sismógrafos completos apareceram apenas no final do século passado. Hoje são dispositivos eletrônicos que podem detectar as menores flutuações e prever os elementos.

Mas os equipamentos modernos utilizados pelos profissionais trabalham com os mesmos princípios. Os instrumentos consistem em um receptor sísmico ou sismômetro e um dispositivo de gravação (gravação).

Para a detecção e registro de todos os tipos de ondas sísmicas.

Design de Instrumentos

Na maioria dos casos, o sismógrafo possui uma carga montada em uma suspensão de mola, que permanece estacionária durante um terremoto, enquanto o restante do instrumento (corpo, suporte) entra em movimento e se move em relação à carga. Alguns sismógrafos são sensíveis aos movimentos horizontais, outros à vertical. As ondas são gravadas com uma caneta vibratória em uma fita de papel em movimento. Existem sismógrafos eletrônicos (sem fita de papel).

Até recentemente, dispositivos mecânicos ou eletromecânicos eram usados \u200b\u200bprincipalmente como elementos sensíveis de sismógrafos. É bastante natural que o custo de tais ferramentas que contenham elementos de mecânica de precisão seja tão alto que sejam praticamente inacessíveis para o pesquisador comum, e a complexidade do sistema mecânico e, consequentemente, os requisitos para a qualidade de seu desempenho realmente signifiquem a impossibilidade de fabricar esses dispositivos em escala industrial.

O rápido desenvolvimento da microeletrônica e da óptica quântica atualmente levou ao surgimento de concorrentes sérios aos sismógrafos mecânicos tradicionais nas regiões espectrais de média e alta frequência. No entanto, esses dispositivos baseados na tecnologia de micro-máquinas, fibra ótica ou física do laser têm características muito insatisfatórias no campo de frequências infra-baixas (até várias dezenas de Hz), o que é um problema para a sismologia (em particular, a organização de redes telesísmicas).

Existe uma abordagem fundamentalmente diferente para a construção de um sistema sismógrafo mecânico - substituindo uma massa inercial sólida por um eletrólito líquido. Nesses dispositivos, um sinal sísmico externo causa um fluxo de fluido de trabalho, que, por sua vez, é convertido em corrente elétrica usando um sistema de eletrodos. Elementos sensíveis desse tipo são chamados molecular-eletrônicos. As vantagens dos sismógrafos com massa inercial líquida são baixo custo, duradouros, da ordem de 15 anos, vida útil e ausência de elementos de mecânica precisa, o que simplifica bastante sua fabricação e operação.

Sistemas Sísmicos Computadorizados

Com o advento dos computadores e conversores analógico-digitais, a funcionalidade do equipamento de medição sísmica aumentou dramaticamente. Houve uma oportunidade de registrar e analisar simultaneamente em tempo real os sinais de vários sensores sísmicos, para levar em consideração os espectros de sinais. Isso proporcionou um salto fundamental no conteúdo informativo das medições sísmicas.

Escreva uma crítica sobre Seismograph

Referências

Exemplos de sismógrafos:

• .
• . .

Anotações

Trecho do sismógrafo

O século passado apresentou ao mundo a descoberta do BB Método galvanométrico de Golitsyn de observação de fenômenos sísmicos. O progresso sismométrico subsequente foi associado a esta descoberta. Os sucessores do caso Golitsyn foram o cientista russo D.P. Kearnos, americanos Wood Andersen, imprensa Ewing. Escola Russa de Sismometria na D.P. Kirnose foi notável por sua elaboração completa de equipamentos e métodos de suporte metrológico de observações sísmicas. Registros de eventos sísmicos tornaram-se propriedade da sismologia na solução não apenas de problemas cinemáticos, mas também dinâmicos. Uma continuação natural do desenvolvimento da sismometria foi o uso de meios eletrônicos para obter informações da massa de teste dos sismômetros, seu uso na oscilografia e nos métodos digitais para medir, acumular e processar dados sísmicos. A sismometria sempre teve os frutos do progresso científico e tecnológico do século XX. Na Rússia nos 70-80 anos. Sismógrafos eletrônicos foram desenvolvidos para cobrir a faixa de frequências de frequências ultra baixas (formalmente de 0 Hz) a 1000 Hz.

1. Introdução

Terremotos! Para aqueles que vivem em zonas sísmicas ativas, essa não é uma frase vazia. As pessoas vivem em silêncio, esquecendo o desastre anterior. Mas de repente, na maioria das vezes à noite, a TI chega. A princípio, apenas tremores, mesmo jogados para fora da cama, o barulho de pratos, a queda de móveis. Em seguida, o estrondo de tetos em colapso, paredes sem capital, poeira, escuridão, gemidos. Foi assim em 1948 na cidade de Ashgabat. O país descobriu muito mais tarde. Está quente. Um funcionário quase despido do Instituto de Sismologia de Ashgabat, naquela noite, se preparou para falar em uma conferência republicana sobre sismicidade e escreveu um relatório. Cerca de 2 horas começaram. Ele conseguiu pular para o quintal. Na rua, em clubes de poeira e uma noite escura do sul, nada era visível. Sua esposa, também sismóloga, conseguiu se levantar na porta, que foi imediatamente fechada dos dois lados pelo teto desabado do teto. Sua irmã, que estava dormindo por causa do calor no chão, estava coberta com um guarda-roupa, cujas portas foram abertas, proporcionando um "abrigo" para o corpo. Mas as pernas estavam presas em cima do armário.

Várias dezenas de milhares de residentes morreram em Ashgabat devido à noite e à falta de construções anti-sísmicas (ouvi estimativas atingindo 50.000 pessoas que morreram. De qualquer forma, GP Gorshkov, chefe do Departamento de Geologia Dinâmica da Universidade Estadual de Moscou, disse isso. Ed.) o edifício, pelos gastos excessivos durante a construção dos quais o arquiteto que o projetou foi condenado.

Agora, na memória da humanidade, existem dezenas de terremotos catastróficos históricos e modernos que reivindicaram milhões de vidas humanas. Entre os terremotos mais fortes, podemos listar Lisboa 1755, Japão 1891, Assamese (Índia) 1897, San Francisco 1906, Messina (Sicília-Calibria) 1908, China 1920 e 1976. (Já muito depois de Ashgabat, em 1976, na China, um terremoto matou 250.000 pessoas e o indiano do ano passado também não menos que 20.000. Ed.), Japonês 1923, Chile 1960, Agadir (Marrocos) 1960, Alasca, 1964 ., Spitak (Armênia) 1988. Após o terremoto no Alasca, Benjeoff, especialista americano no campo da sismometria, obteve um registro das próprias vibrações da Terra ao acertar uma bola. Antes e, principalmente, depois de um forte terremoto, ocorre uma série de centenas e milhares de terremotos mais fracos (tremores secundários). A observação deles por sismógrafos sensíveis permite delinear a área do choque principal, para obter uma descrição espacial da fonte dos terremotos.

Existem duas maneiras de evitar grandes perdas com os terremotos: construção anti-sísmica e alerta precoce de um possível terremoto. Mas ambos os métodos permanecem ineficazes. A construção anti-sísmica nem sempre é adequada sobre as vibrações causadas por terremotos. Existem casos estranhos de destruição inexplicada de concreto armado, como foi o caso em Kobe, no Japão. A estrutura do concreto é tão perturbada que o concreto se desintegra nos lugares dos antinodos das ondas estacionárias na poeira. Rotações de edifícios ocorrem, como foi observado em Spitak, Leninakan, na Romênia.

Terremotos são acompanhados por outros fenômenos. Brilho da atmosfera, interrupção da comunicação por rádio e o igualmente terrível tsunami, cujas ondas do mar às vezes ocorrem se o centro (centro) de um terremoto ocorrer em uma trincheira do oceano do oceano (nem todos os terremotos que ocorrem nas encostas de uma trincheira do mar profundo são tsunamigênicos, mas os últimos são detectados usando sismógrafos por característica) sinais de deslocamento no surto). Foi assim em Lisboa, Alasca e Indonésia. Eles são especialmente perigosos porque quase de repente as ondas aparecem na costa, nas ilhas. Um exemplo são as ilhas havaianas. A onda do terremoto de Kamchatka de 1952 ocorreu inesperadamente após 22 horas. A onda do tsunami é invisível em mar aberto, mas com o acesso à costa adquire a inclinação da frente principal, a velocidade da onda diminui e a onda de água ocorre, o que às vezes leva a um crescimento de ondas de até 30 m, dependendo da força do terremoto e do relevo da costa. Essa onda foi completamente destruída no final do outono de 1952, na cidade de Severo-Kurilsk, localizada nas margens do estreito entre as duas. Paramushir e sobre. Shumshu. A força do impacto da onda e seu movimento reverso foram tão fortes que os tanques no porto foram simplesmente lavados e desapareceram "em uma direção desconhecida". Uma testemunha ocular disse que acordou das vibrações de um forte terremoto e não conseguiu adormecer rapidamente. De repente, ele ouviu um zumbido forte de baixa frequência do lado da porta. Olhando pela janela e sem pensar por um segundo, ele estava certo no que pulou na neve e correu para uma elevação, sendo capaz de superar a onda que avançava.

O mapa abaixo mostra o cinturão tectônico do Pacífico mais sismicamente ativo. Os pontos mostram os epicentros de fortes terremotos apenas para o século XX. O mapa dá uma idéia da vida ativa do nosso planeta e seus dados falam muito sobre as possíveis causas de terremotos em geral. Existem muitas hipóteses sobre as causas das manifestações tectônicas na face da Terra, mas até agora não existe uma teoria confiável da tectônica global que defina exclusivamente a teoria do fenômeno.

Para que servem os sismógrafos?

Antes de tudo, para estudar o fenômeno em si, é necessário determinar, por meios instrumentais, a força do terremoto, seu local de ocorrência e a frequência de origem desses fenômenos nesse local e os locais principais de sua ocorrência. Vibrações elásticas excitadas por um terremoto, como um raio de luz de um holofote, podem iluminar os detalhes da estrutura da Terra.

Quatro tipos principais de ondas são excitados: longitudinal, tendo uma velocidade máxima de propagação e chegando primeiro ao observador, depois vibrações transversais e as ondas de superfície mais lenta com vibrações elípticas no plano vertical (Rayleigh) e no plano horizontal (Love) na direção da propagação. A diferença horária das chegadas das primeiras ondas é usada para determinar a distância até o epicentro, a posição do hipocentro e para determinar a estrutura interna da Terra e a localização da fonte dos terremotos. Usando o registro de ondas sísmicas que passam pelo núcleo da Terra, foi possível determinar sua estrutura. O núcleo externo estava em estado líquido. Apenas ondas longitudinais se propagam em um líquido. Um núcleo interno sólido foi detectado usando ondas de cisalhamento, que são excitadas por ondas longitudinais que atingem a interface dureza do líquido. A partir da imagem das oscilações registradas e dos tipos de ondas, desde os tempos de chegada das ondas sísmicas por sismógrafos à superfície da Terra, foi possível determinar as dimensões dos componentes do núcleo e sua densidade.

Outros problemas também estão sendo resolvidos para determinar energia e terremotos (magnitudes na escala Richter, magnitude zero corresponde a energia e 10 (+5) Joules, a magnitude máxima observada corresponde a energia e 10 (+ 20- + 21) J), a composição espectral para resolver o problema resistente a terremotos construção, para detecção e controle de testes subterrâneos de armas nucleares, monitoramento sísmico e desligamento de emergência em instalações perigosas como usinas nucleares, transporte ferroviário e até elevadores em arranha-céus, controle de estruturas hidráulicas. O papel dos instrumentos sísmicos na exploração sísmica de minerais e, em particular, na busca de "reservatórios" com petróleo é inestimável. Eles também foram usados \u200b\u200bpara investigar as causas da morte de Kursk. Foi com a ajuda desses dispositivos que se estabeleceu o tempo e o poder da primeira e da segunda explosões.

Instrumentos sísmicos mecânicos

O princípio de operação dos sensores sísmicos - sismômetros - formando um sistema sismográfico, que inclui esses nós - um sismômetro, um conversor de seu sinal mecânico em tensão elétrica e um gravador - um dispositivo de armazenamento de informações, baseia-se imediatamente nas primeira e terceira leis de Newton - a propriedade de massas à inércia e à gravitação. O elemento principal de qualquer dispositivo sismômetro é a massa, que possui uma certa suspensão na base do dispositivo. Idealmente, a massa não deve ter nenhuma conexão mecânica ou eletromagnética com o corpo. Apenas fique no espaço! No entanto, isso ainda não é viável sob as condições da atração da Terra. Distinga entre sismômetros verticais e horizontais. Primeiro, a massa tem a capacidade de se mover apenas no plano vertical e geralmente é pendurada para fora usando uma mola para combater a força da gravidade da Terra. Nos sismômetros horizontais, a massa tem um grau de liberdade apenas no plano horizontal. A posição do equilíbrio de massa é mantida como com a ajuda de uma mola de suspensão muito mais fraca (geralmente placas planas) e, preste atenção especial, com a força de gravidade restauradora da Terra, que é muito enfraquecida pela reação do eixo quase verticalmente localizado da suspensão e atua no plano quase horizontal do movimento de massa.

Os dispositivos mais antigos para consertar eventos de terremotos foram descobertos e restaurados na China [Savarensky EF, Kirnos DP, 1955]. O dispositivo não tinha meios de gravação, mas apenas ajudou a determinar a força do terremoto e a direção de seu epicentro. Tais instrumentos são chamados seismoscópios. O antigo seismoscópio chinês data de 123 dC e é uma obra de arte e engenharia. Dentro do vaso artisticamente projetado havia um pêndulo astático. A massa desse pêndulo está localizada acima do elemento elástico que sustenta o pêndulo na posição vertical. As mandíbulas dos dragões estão localizadas no navio em azimute, no qual bolas de metal são colocadas. Durante um forte terremoto, o pêndulo atingiu as bolas e elas caíram em pequenos vasos em forma de sapos com a boca aberta. Naturalmente, o impacto máximo do pêndulo foi ao longo do azimute da fonte do terremoto. A partir das bolas encontradas nos sapos, foi possível determinar de onde vieram as ondas do terremoto. Tais instrumentos são chamados seismoscópios. Eles são amplamente usados \u200b\u200bagora, fornecendo informações valiosas sobre terremotos em grande escala em grandes áreas. Na Califórnia (EUA), estão localizados milhares de seismoscópios com pêndulos astáticos registrados em vidro esférico revestido com fuligem. Geralmente, é visível uma imagem complexa do movimento da ponta do pêndulo ao longo do vidro, na qual é possível distinguir vibrações de ondas longitudinais indicando a direção do foco. E as amplitudes máximas dos caminhos de gravação dão uma idéia da força do terremoto. O período de oscilação do pêndulo e sua atenuação são definidos de forma a simular o comportamento de estruturas típicas e, assim, avaliar a magnitude dos terremotos. A magnitude dos terremotos é determinada pelas características externas dos efeitos das vibrações em seres humanos, animais, árvores, edifícios típicos, móveis, utensílios, etc. Existem diferentes escalas de classificação. A mídia usa "pontuações na escala Richter". Esta definição é projetada para o público em geral e não está de acordo com a terminologia científica. Diga corretamente - a magnitude de um terremoto na escala Richter. É determinado por medições instrumentais usando sismógrafos e indica convencionalmente o logaritmo da velocidade máxima de gravação, referente à fonte do terremoto. Esse valor mostra condicionalmente a energia liberada das vibrações elásticas na fonte do terremoto.

Um seismoscópio semelhante foi feito em 1848 pelo Cacciatore italiano, no qual o pêndulo e as bolas são substituídos pelo mercúrio. Com as vibrações do solo, o mercúrio foi derramado em vasos localizados uniformemente no azimute. Na Rússia, são usados \u200b\u200bos seismoscópios de S.V. Medvedev; na Armênia, são desenvolvidos os seismoscópios AIS de A.G. Nazarov, nos quais são utilizados vários pêndulos com frequências diferentes. Eles tornam possível obter aproximadamente espectros vibracionais, ou seja, dependência da amplitude de gravação nas frequências de oscilação durante um terremoto. Esta é uma informação valiosa para projetistas de edifícios anti-sísmicos.

O primeiro sismógrafo científico foi construído em 1879 no Japão por Ewing. Como carga para o pêndulo, havia um anel de ferro fundido pesando 25 kg suspenso em um fio de aço. O comprimento total do pêndulo era de quase 7 metros. Devido ao comprimento, foi obtido o momento de inércia de 1156 kgּ m 2) Os deslocamentos relativos do pêndulo e do solo foram registrados em vidro defumado, girando em torno de um eixo vertical. Um grande momento de inércia ajudou a reduzir a influência do atrito da ponta do pêndulo no vidro. Em 1889, um sismólogo japonês publicou uma descrição de um sismógrafo horizontal, que serviu de protótipo para um grande número de sismógrafos. Sismógrafos semelhantes foram feitos na Alemanha em 1902-1915. Ao criar sismógrafos mecânicos, a tarefa de aumentar a sensibilidade só poderia ser resolvida com a ajuda de alavancas de Arquimedes. Ao registrar oscilações, a força de atrito foi superada devido à enorme massa do pêndulo. Então, o sismógrafo Wichert tinha um pêndulo com uma massa de 1000 kg. Nesse caso, foi alcançado um aumento de apenas 200 para períodos de oscilações registradas não superiores ao período intrínseco do pêndulo de 12 segundos. O sismógrafo vertical Wichert possuía a maior massa, seu peso pendular era de 1300 kg, suspenso em molas helicoidais poderosas com fio de aço de 8 mm. A sensibilidade foi de 200 para períodos de ondas sísmicas de não mais de 5 segundos. Wiechert foi um grande inventor e designer de sismógrafos mecânicos e construiu vários instrumentos diferentes e espirituosos. O movimento relativo da massa inercial dos pêndulos e do solo foi registrado em papel fuligem, girado por uma fita contínua por um relógio.

Sismógrafos Galvanométricos

A revolução na técnica de sismometria foi feita pelo brilhante cientista no campo da óptica, matemática, príncipe B. B. Golitsyn. Ele inventou um método galvanométrico de registrar terremotos. A Rússia é o fundador do mundo dos sismógrafos com registro galvanométrico. Pela primeira vez no mundo, ele desenvolveu a teoria de um sismógrafo em 1902, criou um sismógrafo e organizou as primeiras estações sísmicas nas quais novos instrumentos foram instalados. A Alemanha tinha experiência na produção de sismógrafos e os primeiros sismômetros Golitsyn foram fabricados lá. No entanto, o aparelho de gravação foi projetado e fabricado nas oficinas da Academia Russa de Ciências em São Petersburgo. E ainda este dispositivo possui todas as características do primeiro registro. O tambor, no qual o papel fotográfico foi fixado com um comprimento de quase 1 me uma largura de 28 cm, foi acionado em rotação com um deslocamento a cada revolução por uma distância ao longo do eixo do tambor selecionado e substituído de acordo com o problema de observação. A separação do sismômetro e os meios de registrar os movimentos relativos da massa inercial do instrumento foram tão progressivos e bem-sucedidos que esses sismógrafos ganharam reconhecimento mundial nas próximas décadas. O BB Golitsyn identificou as seguintes vantagens do novo método de registro.

1. A capacidade de obter um grande sucesso naquele momento com uma técnica simples sensibilidade .

2. Registro em distância  do local de instalação dos sismômetros. O afastamento, a sala seca, a acessibilidade aos registros sísmicos para seu processamento posterior deram uma nova qualidade ao processo de observações sísmicas e a exclusão de efeitos indesejáveis \u200b\u200bnos sismômetros do lado do pessoal da estação sísmica.

3. Independência da qualidade de gravação deriva  sismômetros zero.

Essas principais vantagens determinaram por muitas décadas o desenvolvimento e o uso do registro galvanométrico em todo o mundo.

O peso do pêndulo não teve mais esse valor como nos sismógrafos mecânicos. Havia apenas um fenômeno que precisava ser levado em consideração - a reação magnetoelétrica da estrutura do galvanômetro, localizada no espaço de ar do ímã permanente, ao pêndulo do sismômetro. Como regra, essa reação reduziu a atenuação do pêndulo, o que levou à excitação de suas vibrações naturais excessivas, que distorceram o padrão de ondas das ondas registradas dos terremotos. Portanto, B. B. Golitsyn usou uma massa de pêndulos da ordem de 20 kg para negligenciar a reação reversa do galvanômetro ao sismômetro.

O terremoto catastrófico de 1948 em Ashgabat estimulou o financiamento para a expansão da rede de observação sísmica na URSS. Para equipar novas e antigas estações sísmicas com o professor D.P. Kirnos, juntamente com o engenheiro V.N. Soloviev, sismógrafos galvanométricos do tipo geral SGK e SVK foram desenvolvidos em conjunto com o galvanômetro GK-VI. O trabalho foi iniciado dentro dos muros do Instituto Sismológico da Academia de Ciências da URSS e de suas oficinas instrumentais. Os dispositivos Kirnos foram distinguidos por um estudo científico e técnico completo. A técnica de calibração e operação foi aperfeiçoada, o que garantiu alta precisão (cerca de 5%) da amplitude e resposta de frequência de fase (AFC) ao registrar eventos. Isso permitiu aos sismólogos definir e resolver não apenas problemas cinemáticos, mas também dinâmicos na interpretação de registros. Nisso, a escola de D.P. Kirnos diferia favoravelmente da escola americana de ferramentas semelhantes. D.P. Kirnos melhorou a teoria dos sismógrafos com o registro galvanométrico, introduzindo o coeficiente de acoplamento do sismômetro e do galvanômetro, o que tornou possível construir a resposta de frequência de amplitude do sismógrafo para registrar o deslocamento do solo, primeiro na faixa de 0,08 a 5 Hz e depois na faixa de 0,05 a 10 Hz usando os sismômetros SKD recém-desenvolvidos. Nesse caso, estamos falando sobre a introdução da resposta em frequência de banda larga na sismometria.

Sismógrafos mecânicos russos

Após o desastre em Severo-Kurilsk, foi emitido um decreto do governo sobre o estabelecimento de um serviço de alerta de tsunami em Kamchatka, Sakhalin e Ilhas Curilas. A implementação do decreto foi confiada à Academia de Ciências, ao Serviço Hidrometeorológico da URSS e ao Ministério das Comunicações. Em 1959, uma comissão foi enviada à região indicada para esclarecer a situação no terreno. Petropavlovsk Kamchatsky, Severo-Kurilsk, Yuzhno-Kurilsk, Sakhalin. Meios de transporte - a aeronave LI-2 (anteriormente Douglas), um navio, levantou do fundo do mar e reconstruiu barcos. O primeiro voo está marcado para as 6 da manhã. A comissão chegou ao aeroporto "Khalatyrka" (Petropavlovsk-Kamchatsky). Mas o avião decolou mais cedo - o céu se abriu sobre Shumshu. Depois de algumas horas, uma carga LI-2 foi encontrada e um pouso bem-sucedido na faixa da base com aeródromos subterrâneos, construídos pelos japoneses. Shumshu é a ilha mais setentrional da cordilheira Kuril. Somente no noroeste das águas do mar de Okhotsk surge um belo cone do vulcão Adelaide. A ilha parece completamente plana, como uma panqueca grossa entre as águas do mar. A ilha é principalmente guardas de fronteira. A comissão chegou ao cais sudoeste. Esperava um barco naval que, com grande velocidade, corria para o porto de Severo-Kurilsk. Além da comissão, há vários passageiros no convés. Ao lado, o marinheiro e a garota dizem algo com entusiasmo. O barco voa a toda velocidade para o porto. O telégrafo de direção emite um sinal para a sala de máquinas: "Jin-jin" e também "Jin-jin" - sem efeito! De repente, um marinheiro de cabeça para baixo voa para baixo. Um pouco tarde - o barco corta bastante as cercas de madeira da escuna de pesca. Lascas de madeira voam, as pessoas quase caem. Marinheiros silenciosamente, sem nenhuma emoção, atracaram o barco. Esta é a especificidade do serviço no Extremo Oriente.

Havia tudo na viagem: chuva leve, cujas gotas voavam quase paralelamente ao chão, bambu pequeno e duro - o habitat dos ursos e uma enorme sacola de compras - que carregou passageiros (uma mulher com uma criança no centro) e levantou um guincho a vapor no convés do navio restaurado devido a uma grande onda de tempestade, e o caminhão GAZ-51, no corpo aberto em que a comissão atravessou a ilha de Kunashir do Oceano Pacífico até a costa de Okhotsk e que foi implantado muitas vezes no meio de uma enorme poça - rodas dianteiras em uma cola, rodas traseiras em outra - até que a rotina fosse corrigida com uma pá comum e a linha de surf na entrada do riacho desova, marcada por uma faixa contínua de caviar de salmão vermelho.

A Comissão concluiu que, até agora, o único dispositivo sísmico capaz de executar a tarefa de um serviço de alerta de tsunami pode ser apenas um sismógrafo mecânico gravado em papel fumado. Os sismógrafos foram desenvolvidos no laboratório sismométrico do Instituto de Física da Terra da Academia de Ciências. Um sismógrafo com uma pequena ampliação de 7 e um sismógrafo com uma ampliação de 42 foram recebidos para equipar estações de tsunami especialmente construídas. Tambores de papel defumado foram acionados por relógios de mola. O peso do sismógrafo com um aumento de 42 foi coletado de discos de ferro e totalizou 100 kg. Isso acabou com a era dos sismógrafos mecânicos.

Foi realizada uma reunião do Presidium da Academia de Ciências dedicada à implementação do Decreto Governamental. O presidente é o acadêmico Nesmeyanov, com um rosto bronzeado grande e impressionante, um pequeno secretário-acadêmico de estatura Topchiev, membros do Presidium. O famoso sismólogo EF Savarensky relatou, demonstrando uma foto sismográfica mecânica completa [Kirnos DP, Rykov AV, 1961]. O acadêmico Artsimovich participou da discussão: "O problema do tsunami pode ser facilmente resolvido movendo todos os objetos na praia para alturas acima de 30 metros!" . Isso é economicamente impossível e a questão das unidades da frota do Pacífico não está sendo resolvida.

Na segunda metade do século XX, começou a era dos sismógrafos eletrônicos. Transdutores paramétricos são colocados nos pêndulos dos sismômetros em sismógrafos eletrônicos. Eles receberam o nome do termo - parâmetro. Como parâmetro alternativo, a capacitância do condensador de ar, a resistência indutiva do transformador de alta frequência, a resistência do fotorresistor, a condutividade do fotodiodo sob o feixe de LED, o sensor Hall e tudo o que chegou às mãos dos inventores do sismógrafo eletrônico podem servir como variável. Entre os critérios de seleção, os principais foram a simplicidade do dispositivo, linearidade, baixo nível de ruído intrínseco, eficiência no fornecimento de energia. As principais vantagens dos sismógrafos eletrônicos sobre os sismógrafos de registro galvanométrico são que: a) a resposta de frequência diminui para baixas frequências, dependendo da frequência do sinal f não como f ^ 3, mas como f ^ 2 - ou seja, muito mais lento, b) é possível usar a saída elétrica do sismógrafo em gravadores modernos e, mais importante, na aplicação de técnicas digitais para medir, acumular e processar informações, c) a capacidade de influenciar todos os parâmetros do sismômetro usando o controle automático conhecido usando feedbacks (OS ) [Rykov A.V., 1963]. No entanto, a alínea c) tem uma aplicação específica na sismometria. Usando o sistema operacional, a resposta de frequência, sensibilidade, precisão e estabilidade do sismômetro são formadas. Foi descoberto um método para aumentar o período intrínseco de oscilações de um pêndulo usando um sistema operacional negativo, que não é conhecido nem na regulação automática nem na sismometria existente no mundo [A. Rykov,].

Na Rússia, o fenômeno de uma transição suave da sensibilidade inercial do sismômetro vertical e horizontal para a sua sensibilidade gravitacional com a diminuição da frequência do sinal é claramente formulado [A. Rykov, 1979]. Em uma alta frequência do sinal, o comportamento inercial do pêndulo prevalece; em uma frequência muito baixa, o efeito inercial diminui tanto que o sinal gravitacional se torna predominante. O que isso significa? Por exemplo, com vibrações verticais do solo, surgem ambas as forças inerciais, forçando o pêndulo a manter sua posição no espaço, bem como uma mudança nas forças gravitacionais devido a mudanças na distância do dispositivo do centro da Terra. À medida que a distância entre a massa e o centro da Terra aumenta, a força da gravidade diminui e a massa recebe força adicional levantando o pêndulo. E, inversamente, ao abaixar o dispositivo - a massa recebe força adicional, abaixando-o.

Para altas frequências de vibrações do solo, o efeito inercial é muitas vezes maior que o efeito gravitacional. Em baixas frequências, o oposto é verdadeiro - as acelerações são extremamente pequenas e o efeito inercial é quase muito pequeno, e o efeito das mudanças de gravidade no pêndulo do sismômetro será muitas vezes maior. Para um sismômetro horizontal, esses fenômenos se manifestam quando o eixo de oscilação do pêndulo se desvia da linha de prumo, que é determinada pela mesma força gravitacional. Para maior clareza, a resposta em frequência de amplitude de um sismômetro vertical é mostrada na figura 1. É mostrado claramente como, com uma diminuição na frequência do sinal, a sensibilidade do sismômetro transita de inercial para gravitacional. Sem levar em conta essa transição, é impossível explicar o fato de que gravímetros e sismômetros são capazes de registrar marés lunares-solares.De acordo com a tradição, seria necessário continuar a linha de “velocidade” com uma sensibilidade tão baixa que marés com períodos de até 25 horas e uma amplitude em Moscou de 0,3 m não poderiam. para ser descoberto. Um exemplo de registro da maré e da inclinação em uma onda de maré é mostrado na FIG. Aqui Z é um registro do deslocamento da superfície da Terra em Moscou em 45 horas, H é um registro da inclinação de uma onda. Vê-se claramente que a inclinação máxima não cai na maré da maré, mas na maré da onda.

Assim, os recursos característicos dos sismógrafos eletrônicos modernos são a resposta de frequência de banda larga de 0 a 10 Hz das oscilações da superfície da Terra e o método digital de medir essas oscilações. O fato de Benjeoof, em 1964, observar as próprias oscilações da Terra após um forte terremoto com extensômetros, agora está disponível para o maior terremoto registrado nos Estados Unidos, foi uma magnitude 9,2 que atingiu o príncipe William Sound, no Alasca, na sexta-feira de março. 28, 1964 As consequências desse terremoto ainda são claramente visíveis, inclusive nas vastas áreas da floresta extinta, já que parte da terra desceu mais de 500 km em alguns casos até 16 m, e em muitos lugares a água do mar entrou nas águas subterrâneas, a floresta morreu. Note.Red).

A Figura 3 mostra a oscilação radial (vertical) da Terra em um tom fundamental de 3580 segundos. depois do terremoto.

Figura 3 Os componentes vertical Z e horizontal H registram oscilações após o terremoto no Irã, 14/03/98, M \u003d 6,9. Pode-se observar que as vibrações radiais prevalecem sobre as vibrações de torção com uma orientação horizontal.

Mostramos na Fig. 4 como é um registro de três componentes de um forte terremoto após converter um arquivo digital em visual.

Figura 4. Amostra de gravação digital de um terremoto na Índia, M \u003d 7.9, 26/01/2001, obtida na estação de banda larga KESH-R em operação contínua.

As primeiras chegadas de duas ondas longitudinais de até 25 minutos são claramente visíveis; depois, em um sismógrafo horizontal, uma onda transversal entra em cerca de 28 minutos e uma onda de Amor em 33 minutos. A onda de amor está ausente no componente vertical do meio (é horizontal) e, com o tempo, a onda de Rayleigh (38 minutos) começa ainda mais, visível tanto em trajetos horizontais quanto em verticais.

Na foto nº .4, você pode ver um sismômetro vertical eletrônico moderno, com o qual são mostrados exemplos de registros de marés, vibrações da própria Terra e registros de um forte terremoto. Os principais elementos estruturais do pêndulo vertical são claramente visíveis: dois discos de massa com um peso total de 2 kg, duas molas cilíndricas para compensar a gravidade da Terra e manter a massa do pêndulo na posição horizontal. Entre as massas na base do dispositivo está um ímã cilíndrico, no espaço de ar no qual entra uma bobina de arame. A bobina está incluída no design do pêndulo. No meio, a placa eletrônica do conversor capacitivo "espreita". O condensador de ar está localizado atrás do ímã e é pequeno em tamanho. A área do capacitor é de apenas 2 cm (+2). Um ímã com uma bobina é usado para o impacto da força usando o SO no deslocamento, velocidade e integral do deslocamento no pêndulo. O SO fornece a resposta de freqüência mostrada na figura 1, a estabilidade do sismômetro no tempo e a alta precisão da medição das vibrações do solo da ordem de um centésimo de por cento.

Foto nº 34. O sismômetro vertical da instalação KESH-R com a caixa removida.

Os sismógrafos Wiland-Strekeisen ganharam reconhecimento e ampla prática internacional. Esses instrumentos são tomados como base na Rede Mundial de Observação Sísmica Digital (IRIS). A resposta de frequência dos sismômetros IRIS é semelhante à resposta de frequência mostrada na figura 1. A diferença é que, para frequências inferiores a 0,0001 Hz, os sismômetros Wiland são mais "presos" ao sistema operacional integrado, o que levou a uma maior estabilidade temporal, mas reduziu a sensibilidade em frequências ultra-baixas em comparação com os sismógrafos CSES em cerca de 3 vezes.

Os sismômetros eletrônicos são capazes de revelar maravilhas exóticas que ainda podem ser desafiadas. O professor E.M. Linkov, da Universidade de Peterhof, usando um sismógrafo vertical magnetron, interpretou oscilações com períodos de 5 a 20 dias como oscilações "flutuantes" da Terra em órbita ao redor do Sol. A distância entre a Terra e o Sol permanece tradicional, e a Terra flutua um pouco, tanto em uma trela sobre a superfície de um elipsóide com uma amplitude dupla de até 400 mícrons. Foi observada uma conexão entre essas oscilações e a atividade solar [adicionalmente, ver 22].

Assim, os sismógrafos do século XX foram ativamente aprimorados. O início revolucionário deste processo foi iniciado pelo príncipe Boris Borisovich Golitsyn, um cientista russo. Em seguida, podem-se esperar novas tecnologias nos métodos de medição inercial e gravitacional. É possível que sejam sismógrafos eletrônicos que finalmente possam detectar ondas gravitacionais no Universo.

Literatura

1. Golitzin B. Izv. Comissão Sísmica Permanente AN 2, c. 2, 1906.

2. Golitsyn B.B. Izv. Comissão Sísmica Permanente AN 3, c. 1, 1907.

3. Golitsyn B.B. Izv. Comissão Sísmica Permanente AN 4, c. 2, 1911.

4. Golitsyn B., Lectures on Seismometry, ed. AN, São Petersburgo, 1912.

5. E.F. Savarensky, D.P. Kirnos, Elements of sismology and sismometry. Ed. O segundo estado, revisado. Ed. Theor. Lit., M. 1955

6. Instrumentação técnica de observação sismométrica na URSS. Editora "Science", M. 1974

7. D.P. Kirnos. Anais da Geophysis. Instituto de Academia de Ciências da URSS, n. 27 (154), 1955

8. D.P. Kirnos e A.V. Rykov. Equipamento sísmico de alta velocidade especial para alerta de tsunami. Bull. Conselho de Sismologia, “Problemas do Tsunami”, nº 9, 1961

9. A.V. Rykov. O efeito do feedback sobre os parâmetros do pêndulo. Izv. Academia de Ciências da URSS, ser. Geophys., No. 7, 1963

10. A.V. Rykov. Para o problema das observações das oscilações da Terra. Equipamento, métodos e resultados de observações sismométricas. M., "Science", sáb. Seismic Instruments, vol. 12, 1979

11. A.V. Rykov. Sismômetro e oscilações da Terra. Izv. Academia Russa de Ciências, ser. Física da Terra, M., "Ciência", 1992

12. Wieland E .., Streckeisen G. O sismômetro folha-mola - design e desempenho // Bull.Seismol..Soc. Amer., 1982. Vol. 72. P.2349-2367.

13. Wieland E., Stein J.M. Um sismógrafo digital de banda muito larga // Ann.Geophys. Ser. B. 1986. Vol. 4, N 3. P. 227 - 232.

14. A.V. Rykov, I.P. Bashilov. Kit sismômetro digital de banda ultra larga. Sáb Seismic Instruments, vol. Moscovo

15. Terremoto de K. Krylov Seattle em 28 de fevereiro de 2001 http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

16. Terremoto catastrófico de K.Krylov na Índia http: / /www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id\u003d1549#1549

17.   http://earthquake.usgs.gov/21. http://neic.usgs.gov/neis/eqlists/10maps_world.html estes são os terremotos mais fortes do mundo.

22. http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id\u003d1580#1580 Precursores de terremotos no espaço próximo à Terra - Um novo artigo foi publicado na revista Urania (em russo e inglês). O trabalho dos funcionários da MEPhI é dedicado à previsão de terremotos a partir de observações de satélite.

Desde a formação do globo, a base da superfície está constantemente em movimento. A crosta terrestre em movimento pode levar a terríveis conseqüências na forma de um fenômeno como um terremoto. Quando uma placa se arrasta sobre a outra, a tensão interna da crosta continental se acumula, ao passar por um ponto crítico, a energia acumulada é liberada, causando destruição terrível. A fim de evitar baixas durante o terremoto e estudar o próprio fenômeno, o dispositivo sismógrafo foi inventado. Com sua ajuda, tornou-se possível determinar a quantidade de energia liberada durante as flutuações da crosta terrestre.

O que é um sismógrafo?

A palavra "sismógrafo" vem do grego e significa diretamente "registro", "terremoto". O sismógrafo mais antigo foi feito na China antiga. Era uma grande tigela de bronze, mantida em oito dragões, na boca aberta de cada dragão havia uma bola. Dentro da tigela estava suspenso um pêndulo preso a uma prateleira, que era montada rigidamente na base da placa, na superfície da terra. Quando a oscilação ocorreu, o pêndulo atingiu a parede da tigela e uma bola caiu da boca do dragão, caindo na boca de um sapo de metal, localizado abaixo dessa estrutura. Esse dispositivo pode registrar vibrações além de 600 km de sua localização.

Princípio de funcionamento

O princípio de operação de um sismógrafo é baseado na transmissão de vibrações a objetos instalados em um gráfico da crosta terrestre. Quando uma placa da crosta terrestre é encontrada em outra, uma enorme quantidade de energia é acumulada; quando é liberada, ocorre uma concussão.

O que é um sismógrafo? Os dispositivos modernos consistem em um pêndulo suspenso em uma linha e fixado em um rack, firmemente apoiado no chão. No final do pêndulo há uma pena que, quando oscilando, atrai a amplitude do valor da tensão. Um tambor com papel no qual o processo de terremoto será exibido também é instalado firmemente no chão. Quando ocorre um terremoto, o pêndulo devido à inércia permanece no lugar e o tambor com o papel faz movimentos oscilantes, extraindo o valor da energia liberada durante o terremoto. Os dispositivos modernos são capazes de controlar até pequenas mudanças que não levam à destruição.

O que é um sismógrafo animal? Seu corpo é projetado para que as menores mudanças na atmosfera e no estado da superfície da Terra em um raio de vários quilômetros os causem ansiedade. A lei da autopreservação é acionada e eles deixam os territórios perigosos. Os mais sensíveis ao fenômeno do terremoto são considerados relacionados às espécies de anfíbios e répteis, ou seja, cobras, sapos, lagartos.

Características

Os sismógrafos modernos são capazes de determinar e medir a amplitude das oscilações em três planos. Medindo a velocidade de vibração, os sismógrafos têm uma faixa de frequência de medição de 0,3 a 500 Hz, com uma faixa de medição de velocidade de vibração de 0,0002 a 20 mm / s. Os sismógrafos são portáteis e estacionários. Estes últimos são de tamanho grande e instalados especificamente de uma vez por toda a vida útil. O portátil pode ser reinstalado em um local específico, dependendo do terreno. Todos os modelos modernos são equipados com interfaces de software e transferem diretamente todas as suas medidas para o banco de dados em um computador.

Recursos do aplicativo

O que é um sismógrafo e onde instalá-lo? É colocado em áreas potencialmente perigosas onde são possíveis manifestações de flutuações na crosta terrestre. Sismógrafos portáteis são instalados em áreas de mineração ou mineração subterrânea, a fim de evitar baixas humanas, impedindo terremotos e evacuando trabalhadores. Durante a instalação, lembre-se de que o dispositivo pode cometer erros graves se for instalado próximo a estradas onde equipamentos pesados \u200b\u200bpodem ser transportados.