Seismoloģija – definīcija, metodes, instrumenti un pielietojumi

Seismoloģija ir zinātne, kas pēta Zemes iekšējo uzbūvi un procesus, mērot Zemes virsmas un iekšējās vibrācijas. Tā sniedz informāciju par to, kas atrodas zem Zemes virsmas, kā arī par zemestrīču, vulkānu un citu seismisku procesu raksturu. Personu, kas nodarbojas ar seismoloģiju, sauc par seismologu.

Seismoloģijas vieta zinātnēs

Seismoloģija ir daļa no ģeofizikas un izmanto fizikas, matemātikas un inženierijas metodes, lai izprastu Zemes un citu planētu iekšējo struktūru un to veidošanās procesu fiziku. Tā sadarbojas ar ģeoloģiju, vulkanoloģiju, inženierģeoloģiju, klimata zinātni un citām disciplīnām.

Seismiskie viļņi — ko mēra

Seismoloģijā galvenokārt analizē trīs pamata seismisko viļņu tipus:

• P (primārie) viļņi — garenviļņi, kas izplatās ātrāk un caurvada gan cietos, gan šķidros slāņos;
• S (sekundārie) viļņi — šķērsviļņi, kas pārvietojas lēnāk un neizplatās šķidrumos;
• virsmas viļņi (Rayleigh, Love u. c.) — lēnāki, bet bieži izraisīt spēcīgākas virsmas kustības un postījumus.

Seismiski signāli satur informāciju par viļņu avotu (piem., zemestrīci), viļņu ceļu un materiālu īpašībām, caur kuriem tie izplatās.

Metodes: pasīvā un aktīvā seismoloģija

Seismoloģija var būt:

• pasīvā — reģistrē dabiskos seismiskos notikumus (zemestrīces, vulkānu drudzi, okeāna viļņu ietekmi u. tml.) un analizē šo signālu ierakstus;
• aktīvā — ģenerē mākslīgas seismiskas viļņas (izmantojot sprādzienus, vibroseis, smagus traktorus u. c.) un novēro atstarotos/izliekotos signālus, lai izpētītu zemes garozas struktūru un īpašības.

Aktīvā seismoloģija ir plaši izmantota ģeofizikālajā prospekcijā (piem., naftas un gāzes meklēšanā) un inženieru izpētēs. Pasīvā metode ir galvenā, lai noteiktu dabiskos notikumus un veiktu seismisko monitoringu.

Instrumenti un aparatūra

Seismologi un ģeofiziķi izmanto dažādas ierīces vibrāciju uztveršanai, tostarp ģeofonus, hidrofoniem (jūras vidē) un seismometriem. Mūsdienās plaši tiek lietoti arī digitālie seismometru tīkli, paātrinājuma (accelerometru) sensori spēcīgu kustību mērīšanai un plašas joslas (broadband) sensorikas smalkākiem signāliem.

• Ģeofoni — parasti darbojās zemu frekvenču diapazonā un tiek izmantoti laukā;
• Hidrofoni — paredzēti akustisko viļņu jūrā reģistrācijai;
• Seismometri un seismogrāfi — mēra gan vektoru komponentes (vertikālo un horizontālās), gan nodrošina precīzu digitālu signāla ierakstu;
• Accelerometri — izmanto inženierizpētēs un spēcīgu kustību reģistrēšanā;
• GPS, InSAR un citi ģeodēziskie sensori — papildina seismiskos datus, ļaujot mērīt zemes virsmas deformācijas un pārvietojumus.

Seismiskos signālus bieži pārveido par elektrisku signālu, izmantojot magnētu un spoli vai citas kustīgās elementu sistēmas. Tradicionālajos mehāniskajos sensoros izmanto magnētu un stieples spirāli, kas pārvērš vibrācijas elektriskā signālā. Viens no agrākajiem seismometru koncepcijas aprakstiem tika izstrādāts jau seno ķīniešu laiku zinātnieku darbos (piem., Zhang Heng), taču mūsdienu digitālie seismometri nodrošina daudz augstāku precizitāti un datu apstrādes iespējas.

Datu apstrāde un interpretācija

Seismiskās datu apstrādes posmi ietver signālu stiprināšanu, filtrēšanu, laika un frekvenču analīzi (piem., Fourier transformācijas), trokšņu slāpēšanu un inversijas metodes, lai iegūtu zemes struktūras modeļus. Ar speciālām metodēm, piemēram, seismisko tomogrāfiju, var veidot trīsdimensiju ātruma vai blīvuma kartes, kas atklāj iežu slāņu īpašības un līnijas.

Seismologi izmanto viļņu ierašanās laiku atšķirības (P un S viļņu attiecības) un triangulācijas metodes, lai noteiktu zemestrīces hipocentru (dziļumu) un epicentru (virsmas atrašanās vietu). Magnitūdas aprēķini (piem., momentmagnitūda) raksturo notikuma enerģiju.

Pielietojumi

• Zemesgarozas un mantijas pētījumi — izveidot modeļus par Zemes iekšējo uzbūvi un viļņu ātrumu sadalījumu;
• Zemestrīču reģistrācija un analīze — noteikšana, magnitūda, fokālie mehānismi un seismisko risku novērtējums;
• Vulkānu monitors — prognozēšana un aktīvās vulkāniskās aktivitātes uzraudzība, iegūstot informāciju par vulkānu iekšējo struktūru;
• Prospekcija (nafta, gāze, izejvielas) — aktīvās seismiskās metodes palīdz atklāt iežu slāņu robežas un rezervuārus;
• Kodolizmēģinājumu uzraudzība — globālie seismiskie tīkli spēj fiksēt pazemes kodolizmēģinājumus, un tieši šim nolūkam tika izveidotas daudzas seismiskās reģistrācijas stacijas;
• Inženierseismoloģija — būvju fundamentālo rezonances frekvenču izpēte, pamatu stingrība, seismiskā drošība un būvnormu izstrāde;
• Seismiskā agrīnās brīdināšanas sistēmas — reaģēšana uz tuvojošām spēcīgām kustībām, kas var sniegt dažas sekundes līdz minūtes priekšrocības;
• Inducēta seismiskā aktivitāte — monitorings rūpnieciskām darbībām (hidrauliskā frakcionēšana, ūdenskrātuves, ogļu ieguve), kā arī rūpnieciskās darbības ietekmes novērtēšana;
• Vides un enerģētikas pieteikumi — monitoringā tiek izmantota metode CO2 seklā uzglabāšanā, ūdens resursu un rezervuāru uzraudzībā.

Seismoloģijas nozīme sabiedrībai

Seismoloģija ir kritiski svarīga, lai mazinātu dabas katastrofu sekas, izstrādātu piemērotus būvnormatīvus, attīstītu brīdināšanas sistēmas un nodrošinātu drošu resursu ieguvi. Globālās un vietējās seismiskās novērošanas tīkli, datu pieejamība un modernās analīzes metodes ļauj uzlabot risku novērtējumu un veikt informētus lēmumus civilās aizsardzības un ģeotehnisko projektu īstenošanā.

Kopumā seismoloģija savieno teorētiskās zināšanas ar praktisku monitoringu un inženiertehniskiem risinājumiem, nodrošinot gan bāzes zinātnes attīstību, gan tiešu labumu sabiedrībai.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir seismoloģija?

J: Kā sauc cilvēku, kurš pēta seismoloģiju?

J: Kas ir ģeofizika?

J: Kādas ierīces izmanto vibrāciju uztveršanai seismoloģijā?

J: Kādi ir divi seismisko detektoru veidi?

J: Kāds ir seismometra mērķis?

J: Kādi ir iespējamie seismoloģijas izmantošanas veidi?

Meklēt pēc burta