seismometr je zařízení citlivé na vibrace. Pracuje na principu kyvadla: těžká, inertní hmota s určitou odolností proti pohybu (tj. setrvačnost) je díky své hmotnosti zavěšena z rámu pružinou, která umožňuje pohyb. Energie z jakékoli seismické aktivity vzrušuje tuto „důkazní hmotu“, jak ji nazývají geofyzici, což ji vibruje.
co se vlastně pohybuje? To záleží na vašem pohledu!,
tento pohled na mobilní hmotnost je platný, pokud se domníváte, že rám, ke kterému je hmota připevněna—a který je pevně připevněn k zemi—se nepohybuje. Nicméně, když dojde k zemětřesení, nebo třes je produkován jakýmkoli druhem šoku, je to vlastně země—a proto rám připojený k němu—který se pohybuje!
Pokud změníte názor a pohled na hmotu, můžeme uvažovat, že když třes nastane, hmotnost—která má setrvačnost, protože jeho váha se bude pohybovat pouze po určité době, vzhledem k tomu, že snímek se bude pohybovat v souladu s pozemní pohybu.,
kromě hmotnosti, pružiny a rámu potřebuje seismometr zařízení, které neustále zaznamenává pohyb hmoty vzhledem k rámu. Jedná se o centrální část seismického senzoru a rozdíl mezi technologiemi seismometru, protože někteří měří rychlost hmoty a další její posun. V obou případech je záznam, který ukazuje pozemní pohyb v průběhu času, známý jako seismogram.
ještě jednodušší technika pro reprezentaci tohoto signálu spočívá v připojení pera k kyvadlu. Pero se dotýká role papíru navinutého kolem rotujícího bubnu., Toto je známé jako seismograf, nástroj, který přímo vykresluje signál spíše než jeho záznam v digitální podobě.
jednoduché kyvadla a obrácené kyvadla
princip fungování seismometru (©Adobe Stock).
první vyvinuté seismometry byly založeny na jednoduchém kyvadle, ve kterém je pohyblivá hmota zavěšena svisle z rámu.
pro zvýšení citlivosti byl tento typ zařízení namontován vzhůru nohama, a proto je známý jako obrácené kyvadlo. V tomto případě je střed hmoty kyvadla nad otočným bodem.,
na Rozdíl od první design, tato sestava je přirozeně nestabilní a nejméně rušení bude dělat, že hromadné čerpání dovolené jeho bod rovnováhy a pohyb doleva nebo doprava, jak gravitace přitahuje ji směrem dolů.
inherentní nestabilita obráceného kyvadla nicméně způsobuje, že toto zařízení reaguje na nejmenší pohyb, i když malý. Jak uvidíte později, seis přístroj InSight kosmické lodi je založen na principu obráceného kyvadla.,
Spiknutí seismogram
seismometr poskytuje data jako seismogram, které je záznamem rozsahu pohybu země v průběhu času, zatímco pravidelně měřit odchylku mezi pozicí hmoty a rám, ke kterému je připojen, ve vztahu k rovnovážné poloze, tj. když je zařízení v klidu, v nepřítomnosti jakékoli seismické aktivity.
Historicky, první seismografy byly vyrobeny základní prostředky: kovové jehly připojené k mobilní hmoty nechala sledovat jeho pohyby na papír pokrytý sazemi., Později byla jehla nahrazena inkoustovým perem, které zaznamenávalo pohyby na rotujícím kotouči papíru. V současné době v digitálním věku poskytují seismometry digitální signály zaznamenané počítači. Seismometry letěl na Měsíc mise Apollo byly mezi prvními tohoto druhu, protože i na začátku roku 1970, většina seismických stanic na Zemi byly ještě vybaveny seismografy.,
role moderních snímačů je sledovat pohyb hmoty, a mohou mít tři typy měření: změny v postavení hmotnosti vzhledem k jeho „nula“ rovnovážné polohy (posunutí), rychlost hmoty (tj. pohybu v průběhu času), a konečně variace v rychlosti v průběhu času (tj. zrychlení nebo zpomalení).
záznam seismického signálu (©Adobe Stock).
některé typy senzorů jsou vhodnější než jiné v závislosti na typu měření, které chcete provést., Induktivní senzory jsou zaměřeny na měření rychlosti, zatímco kapacitní senzory jsou ideální pro měření polohy hmotnosti. Seismometr InSight používá extrémně citlivý kapacitní senzor.
počet os
při pohybu země v trojrozměrném prostoru (podél svislé osy nebo dvou vodorovných OS) je třeba zaznamenávat posuny pomocí tří samostatných kyvadel. To je jediný způsob, jak lze seismickou aktivitu komplexně zdokumentovat.
sofistikované seismometry obvykle měří všechny tři osy, jednu pro každý směr v prostoru., Jednoduché jednosé seismometry obvykle měří pouze vertikální pohyb; horizontální pohyb povrchu je ignorován, protože není měřen.
přístroj SEIS určený k letu na palubě InSight na Mars je tříosý seismometr. Zajímavým detailem je, že tři osy seismometru nejsou zarovnány s horizontální a vertikální, což by možná bylo „logické“.
i když každý z SEIS tři osy je umístěn v úhlu 90° k ostatním, celá sestava je skloněna o přibližně 30.5° vzhledem k vodorovné ose., Existuje mnoho, někdy složitých důvodů, ale pro zjednodušení záležitostí, řekněme, že taková konfigurace minimalizuje účinek hluku.
citlivost seismometru závisí na vztahu mezi seismickým signálem, který chcete zaznamenat, a různými poruchami, které narušují tento signál. Tento „šum“, který může jít až k prevenci měření, je podobný efektu sněhu, který můžete vidět na televizní obrazovce.
30.,5° úhel velmi širokopásmového (VBB) kyvadla InSight odpovídá úhlu, kde je vertikální složka měřena s nejlepší citlivostí vzhledem k vlastnímu šumu přístroje. Sklápění směrem k vodorovné ose by snížilo amplitudu vertikálního zrychlení, zatímco jeho vyklápění by zvýšilo vlastní šum nástroje, se zvyšující se oscilací vedoucí ke ztrátě dlouhodobé citlivosti.,
Ideální set-up podmínky
Jednou z otázek, na obličej při použití seismometr je, jak zajistit, že to může optimálně sledovat vibrace, i když vibrace trvá dlouhou dobu, od několika minut do několika hodin.
seismometry jsou podle definice extrémně citlivé a zaznamenávají vše, co se kolem nich děje, ať už seismické nebo ne. Nicméně, nejmenší drift jakéhokoliv druhu může zabránit seismometr nadále sledovat a děj vibrace, zejména v případě, že je dlouho-období události (nahrávání krátkého období události je snazší).,
geofyzici přikládají velký význam způsobu nastavení seismometrů. Jakkoli je nástroj citlivý, dá dobré výsledky pouze v případě, že je správně nastaven.
seismometry jsou obvykle umístěny na velmi tvrdých površích, jako jsou žulové nebo betonové desky. Povrch musí být co nejvíce plochý a vodorovný.
V ideálním případě musí být zvolené místo tiché. Není dobré nastavit seismometr vedle silnice nebo poblíž stanice metra. Teplota je také velmi důležitá., Musí být co nejstabilnější, protože jakákoli změna může ovlivnit mechaniku seismometru, zejména sílu generovanou pružinou na hmotě.
na Zemi jsou seismometry s výhodou umístěny v jámách nebo šachtách bývalých dolů, stovky metrů pod povrchem. Jedná se o dobrá místa, protože poskytují ideální provozní podmínky.
zdroje rušení, které se šíří velmi snadno, v blízkosti povrchu (např. neustálé hučení lidské činnosti, neustálý řev oceánu a atmosférické turbulence), jsou sníženy tak daleko, jak je to možné., Pokud jde o teplotu, je neuvěřitelně a přirozeně stabilní. Nejtišší lokalita v Evropě je v Černém lese, v provozu bývalého dolu. Teplota se tam pohybuje jen o několik tisícin stupně za rok!
jakmile je seismometr na ideálním místě, může cítit a sledovat jakoukoli seismickou vlnu, ať už velmi krátkou nebo naopak trvající několik minut nebo dokonce hodin.
seismické vlnové zdroje
seismometr je určen pro záznam seismických vln., Na Zemi jsou tyto vlny způsobeny hlavně zemětřeseními, která pravidelně a někdy silně otřásají určitými částmi světa a způsobují velké škody v závislosti na množství energie, kterou nesou.
na Rozdíl od velkých zemětřesení, které tvoří novinové titulky, zemský povrch je neustále předmětem velmi malé pohyby, které nechceme detekovat, ale které jsou odhaleny na seismogramy.
Naše planeta se může skutečně chovat jako zvon, a když se vyskytnou určité události, může dokonce rezonovat v rytmu., Země pak produkuje vlastní hudbu, telurickou melodii nepostřehnutelnou pro naše uši, ale schopnou zachytit nejcitlivější seismometry.
Ať už seismické vlny byly vydány během hlavní seismické činnosti, která se třese v určitých oblastech světa, nebo zda jsou to jen kvůli nepatrné oscilace naší planety, geofyzici využít každé příležitosti k rozšíření našich znalostí o zemském nitru.
seismometr je spíše jako stetoskop lékaře., Určením způsobu, jakým se v naší planetě šíří seismické vlny, v závislosti na tom, jak se odrážejí nebo lámou materiály tvořící vnitřní strukturu planety, ať už skály nebo kov, je možné vytvořit obraz.
Pasivní a aktivní znějící
Když je třeba studovat konkrétní dílčí plochy při hledání ložisek ropy, například, nemůžete vždy spolehnout na zemětřesení v pravý čas. Seismická aktivita se nevyskytuje na vyžádání.,
Existují dvě řešení v tomto případě: buď budete poslouchat na dlouhou dobu v naději, že seismická aktivita bude vytvářet seismické vlny jako vstup pro seismometry (to je řešení zvolené pro Vhled misi, která bude trvat dva Pozemské roky), nebo si vytvořit své vlastní vibrace. První je známý jako pasivní znějící, druhý jako aktivní znějící.
Na Zemi, ropných prospektorů pravidelně vytvářet umělé seismické vlny pomocí různých prostředků, od vybuchující dynamit spouštění vzduchové zbraně, nebo pomocí vozíky vybavené těžké vibrační desky., Tato technika byla také použita na Měsíci. Nálože byly spuštěny vytvářet seismické vlny, které pak byly zaznamenané geophones nastavit na povrchu astronauti z Apolla 14, 16 a 17 misemi.
V prostoru sektoru, lupeny mají mnoho zábavné způsoby, jak dělat hluk: se může záměrně poslat horní stupeň rakety na kolizním kurzu po skončení jeho životnosti nebo, podél stejných linek, pád zastaralého kosmické lodi na povrchu planety.,
na Marsu nelze tyto poněkud brutální techniky použít, protože vědci chtějí zabránit kontaminaci povrchu předměty, které dříve nebyly sterilizovány. Vhled a SEIS nástroj nebude mít jinou možnost, pak se ale spolehnout na své štěstí, i když penetrator Tepla, Průtoku a Fyzikální Vlastnosti Balení (HP3) bude použit pro malé aktivní seismologie experiment, není dostatečně silný, aby to znělo více než pár desítek metrů pod povrch Marsu.