Сейсмограф

Барабанный сейсмограф

Сейсмо́граф (от др.-греч. σεισμός — землетрясение и др.-греч. γράφω — записывать) — средство измерения и регистрации колебаний, создаваемых столкновениями подземных плит. Применяется в сейсмологии. Синонимы — сейсмоскоп, сейсмометр.

История

Сейсмоскоп Чжан Хэна

Сейсмометр на вулкане

Сейсмоскоп — указывает направление на эпицентр землетрясения. Был изобретён Чжан Хэном в 132 году в Китае.

В большинстве случаев сейсмограф имеет установленный на пружинной подвеске груз, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие — к вертикальным. Волны регистрируются пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты) с записью в запоминающие устройства.

Сейсмограф Голицына в токийском музее

Первые сейсмографы были механическими. В них колебания корпуса относительно груза с помощью рычагов увеличивались и передавались на перо, оставлявшее следы на барабане с закопченной бумагой. В 1906 году российский князь Борис Голицын изобрёл первый электромагнитный сейсмограф, основанный на явлении электромагнитной индукции. В таком сейсмографе к грузу прикреплена катушка индуктивности, которая при колебаниях корпуса перемещается относительно закреплённых на нём магнитов. При этом возникает электрический ток, колебания которого при помощи гальванометра с зеркальцем вместо стрелки записываются на фотобумагу.

В СССР в создании сейсмографов в 30–40-е годы большую роль сыграл Григорий Александрович Гамбурцев. В 1929 году Гамбурцев разработал конструкцию короткопериодного сейсмографа с гидравлическим увеличением и испытал его на геофизической станции Кацевели в Крыму. Он разработал теорию и конструкцию полевого микрофонного сейсмографа (модели СМ-1 — СМ-5)), новый тип электрического сейсмографа — термомикрофонный (донный), испытанный зимой 1933/34 на Байкале.

До недавнего времени в качестве чувствительных элементов сейсмографов в основном использовались механические или электромеханические устройства. Вполне естественно, что стоимость таких инструментов, содержащих элементы точной механики, является настолько высокой, что они практически недоступны для рядового исследователя, а сложность механической системы и, соответственно, требования к качеству её исполнения фактически означают невозможность изготовления подобных приборов в промышленных масштабах.

Бурное развитие микроэлектроники и квантовой оптики в настоящее время привело к появлению серьёзных конкурентов традиционным механическим сейсмографам в средне- и высокочастотной области спектра. Однако, такие устройства на основе микромашинной технологии, волоконной оптики или лазерной физики, обладают весьма неудовлетворительными характеристиками в области инфранизких частот (до нескольких десятков Гц), что является проблемой для сейсмологии (в частности, организации телесейсмических сетей).

Существует и принципиально иной подход к построению механической системы сейсмографа — замена твёрдой инерционной массы жидким электролитом. В таких устройствах внешний сейсмический сигнал вызывает поток рабочей жидкости, который, в свою очередь, преобразуется в электрический ток с помощью системы электродов. Чувствительные элементы подобного типа получили название молекулярно-электронных. Преимуществами сейсмографов с жидкой инерционной массой является низкая стоимость, продолжительный, порядка 15 лет, срок службы и отсутствие элементов точной механики, что резко упрощает их изготовление и эксплуатацию.

Современные системы

Сейсмометр на Луне

С появлением компьютеров и аналого-цифровых преобразователей функциональность сейсмоизмерительного оборудования резко повысилась. Появилась возможность одновременно фиксировать и анализировать в реальном времени сигналы с нескольких сейсмодатчиков, учитывать спектры сигналов. Это обеспечило принципиальный скачок в информативности сейсмоизмерений.

См. также

• Сейсморазведка
• Сейсмогеологическая граница
• Гавайская вулканическая обсерватория
• SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) — французский сейсмометр, установленный на космическом аппарате InSight

Литература

• Кропоткин П. А. Сейсмометры // Труды 1 съезда русских естествоиспытателей: [28 дек. 1867 г. — 4 янв. 1868 г.]. Отд. Минералогии и геологии. СПб.: тип. ИАН, 1868. 20-22.
• Эйби Дж. А. Землетрясения = Earthquakes. — М.: Недра, 1982. — 50 000 экз.

Ссылки

• Молекулярно-электронный сейсмограф.  (неопр.)
• Автономный донный сейсмограф.  (неопр.) Дата обращения: 30 ноября 2009.
• The history of early seismometers
• The Lehman amateur seismograph, from Scientific American Архивная копия от 4 февраля 2009 на Wayback Machine- not designed for calibrated measurement.
• The Development Of Very-Broad-Band Seismography: Quanterra And The Iris Collaboration discusses the history of development of the primary technology in global earthquake research.
• Iris EDU — How Does A Seismometer Work?