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地震科普

地震监测仪的前世今生

发布日期:2019-03-11

地球表面看似平静,其实内部无时无刻不在运动

地球内部蕴藏的巨大能量

一旦突破地壳层的薄弱处

造成岩层崩裂

地震就发生啦!


机智的人类很早就开始了给地球“把脉”的尝试

到了近代,更是发明出了地震监测仪器

这些仪器,如何实现对地球内部的“监控”?


说起地震监测,很多人可能觉得太遥远了

其实,它几乎每天都伴随着我们的日常


QQ记步、微信记步,利用的就是手机接收到的地震波影响产生的震动记录的。

智能手机的微型芯片,可以记录手机的任何动作,不论是慢跑时将其携带到口袋中的震动,还是放置在桌子上。而地震的监测仪器,利用的也是同样的原理,通过分析和解读这些记录,地球科学家已经了解了地球的内部结构,地震断层如何开裂以及建筑物如何随地震波而晃动。

地震仪器的发展简史



世界最早地震仪是张衡发明的,叫做——地动仪。经过公元134年的甘肃西南部的地震试验,完全证实了它检测地震的准确性。可惜的是东汉地动仪早已失传,我们看到的地动仪都是后人根据史籍复原的。

它利用惯性原理设计制成,能探测地震波的主冲方向,而非记录地震波,所以相当于是验震器,而非真正意义上的地震仪。

在科学技术还很落后的2世纪初能做到这一点,是极其难能可贵的,它开创了人类使用科学仪器测报地震的历史,对此,中外科学家一直给予极高的评价。近代的地震仪在1880年才制成,它的原理和张衡地动仪基本相似,但在时间上却晚了1700多年。

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第一台真正意义上的地震仪由意大利科学家卢伊吉·帕尔米里于1855年发明,它具有复杂的机械系统。这台机器使用装满水银的圆管并且装有电磁装置。当震动使水银发生晃动时,电磁装置会触发一个内设的记录地壳移动的设备,粗略地显示出地震发生的时间和强度。

第一台精确的地震仪,于1880年由英国地理学家约翰·米尔恩在日本发明,他也被誉为“地震仪之父”。时至今日,大部分的地震仪仍然按照米尔恩和他助手的发明原理进行设计。科学家将继续通过研究地壳的移动和摆锤的摆动的关联性来探测地球的震动。

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20世纪时,核能测试检测系统的出现促进了现代地震仪的发展。尽管地震会对人身和财产安全造成巨大损失,但直到地下核爆炸的威胁促使世界性的地震监测仪网络(WWSSN)于1960年建立后,地震仪才被大规模地投入使用,在60多个国家共设立了120多台地震仪。



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现代地震仪器分类

在地震研究中使用的地震仪器主要有三种,每一种都有与它们将要测量的地震震动幅度(速度和强度)相应的周期(周期指的是摆完成一次摆动所需的时间长度,或者来回摆动一次所需的时间)。包括短周期、长周期、超长或宽波段三种周期长度的地震仪器。


短周期


一般用于研究初次和二次震动,测量移动速度最快的地震波。这是因为这些地震波移动速度太快,短周期地震仪在不到一秒钟的时间就能完成一次摆动;它同样能够放大记录下来的地震波图,使研究人员能够看出地壳瞬间运动的轨迹。


长周期


使用的摆锤一般需要20秒左右的时间完成一次摆动,可以用来测量跟随在地壳初次和二次震动后的较缓慢的移动。地震检测仪网络使用的就是这种类型的工具。

超长或宽波段


具有最长摆锤摆动周期的地震仪叫超长型或宽波段地震仪。宽波段地震仪的应用越来越广泛,通常能够对全世界范围内的地壳运动提供更为全面的信息。


地震勘探仪器

地震勘探仪器是指地震勘探中用人工爆炸或用其他可控震源激发地震波﹐并记录它在地面引起的振动位移的仪器。通过分析地震波在岩石中的传播规律﹐确定地震界面的埋藏深度和形状。可以分为近场地震研究的强震仪、石油地震勘探仪器和工程地质领域的浅层地震仪。


地震勘探仪器由地震检波器﹑放大系统﹑记录系统3部分组成。目前已经发展到了第六代,全数字化地震数据传输与记录系统标志着第六代全数字遥测地震仪的出现。



仍在工作的高龄“地震仪”

伯克利地震实验室至今仍保有德国制造的老式地震仪,虽然这台地震仪已经有百年历史,但仍然在运作,只不过其数据已不再被作为参考。

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收藏于南京地震科学馆的维歇尔地震仪,重达17吨


人类的历史就是一部人与自然的抗争史

延续人类地震抗争足迹的地震仪也在不断发展

今后相信也会有更多更精确的地震监测仪器问世

造福人类

帮助人类早日战胜地震预测难题