Землетрясение – это подземные толчки и колебания земной поверхности, вследствие сдвига тектонических плит. Такие явления возникают по разным причинам: деформацией толщ горных пород, движением магмы в недрах вулканов, крупными обвалами и даже деятельностью человека (добыча нефти и газа, ядерные взрывы и др.).
Чаще всего происхождение землетрясений связано с тектоническим фактором, то есть с деформацией горных пород. Дело в том, что в результате перемещений земной коры в слагающих ее горных породах накапливаются напряжения. Спустя какое-то время, когда превышается предел прочности, происходит разлом горных пород с выделением энергии и деформацией в виде упругих колебаний (сейсмических волн).
Представьте, что вы надуваете воздушный шарик. Пока он надувается, на какое-то время прочности материала хватает, чтобы сдерживать нарастающее давление. Но в определенный момент давление воздуха внутри становится слишком большим, и шарик лопается. Так же с земной корой: когда напряжение внутри становится слишком большим, происходит разлом.
Область внутри Земли, где происходит образование разломов – очаг землетрясения, однако колебания распространяются по земной коре порой на сотни километров от очага.
Эпицентр — точка на поверхности Земли, ровно над центром очага землетрясения.
Количественно величину энергии, выделившейся при образовании сейсмических волн, характеризует магнитуда.
Шкала магнитуды землетрясений была предложена еще в 1935 году Чарльзом Рихтером, который предложил оценивать энергию в условных единицах, рассчитанных на основе амплитуды колебаний, периода волны, расстояния до эпицентра и глубины очага землетрясения.
Первоначальная шкала уже много раз модернизировалась и уточнялась в соответствии с новыми наблюдениями. На данный момент существует ряд шкал, однако все они масштабированы так, чтобы получаемые по ним значения были сопоставимы друг с другом. Вычисляемые величины магнитуды лежат в промежутке от 0 до 9,5. Самое масштабное землетрясение с магнитудой 9,5 произошло в 1960 году в Чили. Его связывают с мегатолчком, возникшим в результате высвобождения механического напряжения между двумя плитами.
Магнитуду рассчитывают только после получения информации о произошедших колебаниях. Они регистрируются специальным прибором – сейсмографом.
В большинстве случаев сейсмограф имеет неподвижную часть (груз на пружинной подвеске) и остальная часть прибора (корпус, опора), которая во время землетрясения приходит в движение и смещается относительно груза. Волны регистрируются пером на движущейся бумажной ленте или записываются на запоминающее устройство.
Причем тут драконы и жабы?
Первый созданный сейсмограф изобрел китайский философ Чжан Хэн в 132 году нашей эры.
Его прибор представлял собой бронзовый сосуд с диаметром около 2 метров. На внешних стенках располагались 8 драконьих голов. У каждого дракона в пасти был шар, и у челюстей была возможность раскрываться. Внутри сосуда находился маятник, соединенный с головами драконов. При землетрясении маятник приходил в движение, и пасть дракона, обращенного в сторону толчка, раскрывалась, шар выкатывался и падал в рот одной из восьми жаб, восседавших у основания сосуда.
Количественно землетрясения было невозможно оценивать, но можно было понять направление волн. Приборы, указывающие направление землетрясений, называются сейсмоскопы.
Сейсмографы, имевшие научное значение, стали появляться после изобретения 1879 году сейсмографа Юинга. В качестве груза для маятника использовали чугунное кольцо весом 25 кг, подвешенное на стальной проволоке. Относительные перемещения маятника записывались на закопченном стекле, вращающемся вокруг вертикальной оси. Прибор послужил прототипом для создания многих других механических сейсмографов.
Однако у такого типа приборов существовала большая проблема: нужно было преодолевать силу трения при записи информации. Проблему пытались решить, увеличивая массу груза. Например, в сейсмографе Вихтера использовался груз массой 1 тонна.
Следующий этап развития сейсмографов – изобретение электромагнитного сейсмографа князем Борисом Голицыным в 1906 году.
В приборе Голицына к грузу была прикреплена катушка индуктивности, которая при возникновении колебаний перемещалась относительно магнитов. Колебания возникающего при этом электрического тока записывались при помощи гальванометра на фотобумагу.
Со второй половины XX века стали развиваться электронные сейсмографы, устройства на основе волоконной оптики, лазеров, микроэлектроники и т.д. Существуют приборы, в которых используется жидкий электролит. В таких устройствах сейсмические колебания вызывают поток рабочей жидкости, который, в свою очередь, преобразуется в электрический ток с помощью системы электродов.
Сейсмографы записывают сейсмограммы – зависимость уровня сигнала сейсмических волн от времени регистрации. Например, так выглядит сейсмограмма первого землетрясения в Турции в феврале 2023 года.
По сейсмограмме можно определить типы сейсмических волн, рассчитать скорость, амплитуду и т.д. На основе этих данных и рассчитывается магнитуда.
Магнитуду не стоит путать с интенсивностью землетрясений – это еще одна оценочная шкала. Магнитуда – это информация, получаемая из экспериментальных данных сразу после начала землетрясения. А интенсивность - это качественная характеристика последствий землетрясения и масштаба разрушений.
Данные, получаемые с помощью сейсмографов, позволяют предсказать дальнейший ход землетрясения и потенциальный масштаб разрушения. Анализ сейсмических волн играет большую роль в изучении внутреннего строения Земли, так как сейсмические волны проходят внутри недоступных для наблюдения областях земного шара.
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru
