Seismometrs (seismogrāfs) — ierīce zemes kustību, zemestrīču un seismogrammu mērīšanai

Seismometrs — precīza ierīce zemes kustību, zemestrīču un seismogrammu mērīšanai; uzzini, kā dati atklāj Zemes iekšieni un reģistrē dabas spēkus.

Seismometrs vai seismogrāfs ir instruments, ar kuru mēra zemes kustības, tostarp zemestrīču, kodolsprādzienu un citu avotu radītās kustības.

Seismisko viļņu ieraksti, ko sauc par seismogrammām, ļauj mums kartēt Zemes iekšpusi un atrast un izmērīt šo dažādo avotu lielumu.

Šis vārds ir atvasināts no grieķu valodas vārda seismós, kas nozīmē kratīšanu vai zemestrīci, no darbības vārda σείω, seíō, kratīt, un μέτρον, métron, mērīt.

Seismometra izmantošanu, lai izveidotu Zemes iekšienes attēlu, sauc par seismisko tomogrāfiju.

Kā darbojas seismometrs

Vienkāršākais principa skaidrojums: seismometrs satur masu, kas inerces dēļ mēģina palikt miera stāvoklī, kamēr ierīces karkass kustas kopā ar zemi. Relatīvā kustība starp masu un karkasu tiek pārvērsta elektriskā signālā ar mehānisku (piem., atsperes vai stieples) un elektrodinamiskiem elementiem (piem., spole un magnēts) vai ar moderniem inerciālajiem sensoriem. Signāls tiek pastiprināts, digitalizēts un ierakstīts kā seismogramma.

Seismometri var tieši mērīt pastāvīgo pārvietojumu, pārvietojuma ātrumu vai paātrinājumu, atkarībā no ierīces konstrukcijas. Tipiskas vienības ir metri (m) vai nanometri (nm) pārvietojumam, metri sekundē (m/s) ātrumam un metri sekundē kvadrātā (m/s²) paātrinājumam.

Seismometru veidi un pielietojumi

• Platjoslas seismometri (broadband) — reaģē uz plašu frekvenču spektru (no ilgstošiem svārstījumiem līdz dažu desmitu Hz) un ir piemēroti globālai seismoloģijai, zemes iekšējās struktūras pētījumiem un vājāku triecienu reģistrēšanai.
• Īspējas (short‑period) seismometri — jutīgi pret augstākiem frekvenču signāliem, izmanto reģionālai seismikai un lokāliem ļodzījumiem.
• Stipru kustību akselerometri (strong‑motion) — paredzēti lielu paātrinājumu reģistrēšanai zemestrīču laikā, svarīgi būvniecības inženieriem un risku novērtēšanai.
• Jūras dibena seismometri (OBS) — uzstāda uz okeāna dibena, lai reģistrētu zemūdens virkņu un zemestrīču seismiskos signālus.
• Rotoriskie un speciālie sensori — mēra rotācijas komponentus vai citus specifiskus kustību veidus zinātniskām pētījumu vajadzībām.

Instalēšana, kalibrēšana un datu pārvaldība

Seismometra izvietojumam ir nozīme: ierīces parasti iebūvē seismoloģiskos kamerās vai urbumos (boreholē), lai samazinātu virsmas trokšņus (vējš, satiksme, termiskie efekti). Lai nodrošinātu precizitāti, seismometri regulāri kalibrē, pārbauda instrumenta atbildes funkciju un sinhronizē laiku, izmantojot GPS pulksteņus. Mūsdienu ieraksti tiek saglabāti digitālā formātā (piem., SEED/miniSEED) un bieži nosūtīti reālajā laikā uz centrālajiem tīkliem.

Seismoloģiskie tīkli (piem., nacionālie vai starptautiskie tīkli) apvieno daudz staciju datus, ļaujot lokalizēt notikumus, aprēķināt to magnitūdu un izmantot datus agrīnās brīdināšanas sistēmās, seismiskā risku modelēšanā un zinātniskos pētījumos.

Seismogrammas un to interpretācija

Seismogrammā parasti atšķir vairākas viļņu fāzes: P-viļņi (garie, ātrākie), S-viļņi (šķēlveida, lēnāki) un virsmas viļņi (Love, Rayleigh), katrai ir raksturīga ātruma un polarizācijas īpašības. No viļņu ierašanās laikiem un amplitūdām var noteikt trieciena epicentru, dziļumu un enerģijas lielumu.

Magnitūdas noteikšanai izmanto dažādas metodes — klasiskais Rihtera skalas variants mūsdienās bieži tiek aizvietots ar momenta magnitūdu (Mw), kas precīzāk raksturo lielus notikumus. Seismogrammas arī izmanto seismiskajā tomogrāfijā, lai rekonstruētu Zemes iekšējo struktūru, kā arī kodolizmēģinājumu un citu antropogēnu notikumu noteikšanai.

Vēsturiskā attīstība un nozīme

Seismometru attīstība aptver vairākus gadsimtus — no vienkāršiem svēruma/pendula ierakstiem līdz mūsdienu ļoti jutīgiem digitālajiem sensoriem. Lielais datu apjoms un augstā precizitāte ļauj pētniekiem izpētīt Zemes garozas un mantijas struktūru, izstrādāt zemestrīču brīdināšanas sistēmas, modelēt seismisko risku, kā arī uzraudzīt cilvēka radītus notikumus (piem., kodolizmēģinājumus).

Biežāk mināmie tehniskie parametri

• Frekvenču diapazons: no ~0.001 Hz (ilgtermiņa svārstības) līdz dažām desmitām vai simtiem Hz (atkarībā no tipa).
• Paraugošanas frekvence (sampling rate): no dažiem paraugiem sekundē līdz dažiem simtiem Hz.
• Jutība un trokšņu slieksnis: nosaka, cik vājus signālus ierīce spēj uztvert (bieži mērāma nm/s vai nm).

Seismometrs ir pamatelements mūsdienu seismoloģijā — bez precīziem mērījumiem nebūtu iespējams saprast Zemes dinamisko uzvedību, novērtēt un mazināt zemestrīču radītos riskus un veikt daudzus citus svarīgus ģeozinātniskus pētījumus.

Meklēt pēc burta