Сейсмоскоп

Сейсмоскоп — это прибор, предназначенный для регистрации факта и момента начала землетрясения, а также для фиксации относительного направления смещения грунта. В отличие от сейсмографа, который записывает колебания почвы в виде непрерывной кривой (сейсмограммы), сейсмоскоп, как правило, не обеспечивает точной амплитудно-временной записи колебаний, а лишь указывает на сам факт сейсмического события и его приблизительные характеристики. Исторически сейсмоскопы были первыми инструментами для инструментального наблюдения за землетрясениями.

История

Первые упоминания и изобретения

Самый ранний из известных сейсмоскопов был изобретён в Китае во II веке нашей эры астрономом и математиком Чжан Хэном. Его прибор, известный как «землетрясная урна» или «сейсмоскоп Чжан Хэна», представлял собой бронзовый сосуд диаметром около 2 метров. Внутри сосуда на маятнике был подвешен груз, который при колебаниях почвы отклонялся и приводил в действие механизм, выбрасывающий шарик из пасти одного из восьми драконов, расположенных по окружности сосуда. Шарик падал в рот жабы, сидящей под драконом, издавая звук. Направление падения шарика указывало на сторону света, откуда пришла волна. Этот прибор мог регистрировать землетрясения на расстоянии до нескольких сотен километров, но не мог записать их силу или продолжительность.

Развитие в Европе и России

В Европе первые сейсмоскопы появились в XVIII веке. В 1703 году французский учёный Жан де Отфёй предложил конструкцию, основанную на ртутном барометре: при сотрясении ртуть выплескивалась в специальные ёмкости, указывая на направление толчка. В 1841 году шотландский физик Джеймс Форбс создал прибор, в котором использовался маятник, оставляющий след на закопчённом стекле.

В России первый сейсмоскоп был установлен в 1840 году в Тифлисе (ныне Тбилиси) по проекту академика А. Я. Купфера. Он представлял собой два взаимно перпендикулярных маятника, которые при колебаниях замыкали электрические контакты, подавая сигнал на регистрирующее устройство. В 1887 году русский геолог И. В. Мушкетов разработал и внедрил в практику сейсмоскоп с горизонтальным маятником, который использовался на сети сейсмических станций Российской империи.

Устройство и принцип действия

Основным элементом любого сейсмоскопа является инерционная масса (маятник, груз), которая в момент землетрясения стремится сохранить своё положение в пространстве. Корпус прибора, жёстко связанный с грунтом, смещается относительно этой массы. Это относительное движение фиксируется механическим, оптическим или электрическим способом.

Механические сейсмоскопы

Простейший тип — маятник, подвешенный на шарнире. При сотрясении маятник отклоняется, и его положение может быть зафиксировано, например, на закопчённой пластине или с помощью пера, оставляющего след на бумаге. К этому типу относятся приборы Чжан Хэна, Форбса и Мушкетова.

Ртутные сейсмоскопы

В основе лежит сосуд с ртутью, который при колебаниях наклоняется, и ртуть вытекает в специальные каналы или замыкает электрические контакты. Такие приборы просты, но не очень точны.

Электрические сейсмоскопы

В современных конструкциях инерционная масса (обычно маятник) замыкает или размыкает электрическую цепь при отклонении. Это позволяет передавать сигнал на удалённое устройство (звонок, лампочку, компьютер) или запускать запись сейсмографа. Такие сейсмоскопы часто используются в системах раннего предупреждения о землетрясениях.

Классификация

Сейсмоскопы можно классифицировать по нескольким признакам:

• По принципу действия: механические, ртутные, электрические, оптические.
• По способу регистрации: с механической записью, с электрическим сигналом, с визуальной индикацией.
• По назначению: для фиксации факта землетрясения, для определения направления на эпицентр, для запуска систем оповещения.

Применение

Историческое значение

До появления сейсмографов в конце XIX — начале XX века сейсмоскопы были единственным инструментом для регистрации землетрясений. Они позволили накопить первые статистические данные о сейсмической активности, выявить зоны повышенной сейсмичности и начать изучение закономерностей распространения сейсмических волн. В России сейсмоскопы сыграли ключевую роль в создании первой сети сейсмических станций, которая начала работать в 1880-х годах под руководством И. В. Мушкетова.

Современное использование

В настоящее время сейсмоскопы в чистом виде используются редко, уступив место более совершенным сейсмографам и акселерометрам. Однако их принципы применяются в:

• Системах раннего предупреждения (СРП): Простые сейсмоскопы, установленные вблизи потенциальных очагов землетрясений, могут мгновенно передать сигнал о начале толчка, что даёт несколько секунд или десятков секунд до прихода разрушительных волн в населённые пункты. Например, в Японии и Калифорнии используются сети таких датчиков.
• Учебных и демонстрационных целях: Простейшие механические сейсмоскопы часто используются в школах и университетах для наглядной демонстрации принципов регистрации землетрясений.
• Любительской сейсмологии: Энтузиасты создают самодельные сейсмоскопы на основе маятников или датчиков движения.

Сравнение с сейсмографом

Основное отличие сейсмоскопа от сейсмографа заключается в полноте регистрации. Сейсмограф записывает непрерывную кривую (сейсмограмму), на которой отражены все фазы колебаний: время прихода продольных (P) и поперечных (S) волн, их амплитуда, период и продолжительность. Это позволяет точно определить расстояние до эпицентра, магнитуду и глубину очага землетрясения.

Сейсмоскоп, напротив, регистрирует только сам факт события и, в лучшем случае, грубое направление на эпицентр. Он не даёт количественных данных о силе толчка. Поэтому сейсмоскопы пригодны лишь для простейшего мониторинга и оповещения, но не для научных исследований.

Интересные факты

• Сейсмоскоп Чжан Хэна был настолько чувствителен, что, по легенде, однажды зафиксировал землетрясение, произошедшее за 400 км от столицы, о котором никто в городе не знал. Через несколько дней прибыл гонец с известием о разрушениях.
• В СССР в 1930-х годах на некоторых сейсмических станциях использовались сейсмоскопы, которые при сильном толчке автоматически включали фотоаппарат, снимающий показания других приборов.
• В современной сейсмологии термин «сейсмоскоп» иногда используется для обозначения простейших акселерометров, которые измеряют ускорение грунта, но не дают полной записи колебаний.

Источники

• Б. Б. Голицын. Лекции по сейсмометрии. — СПб., 1912.
• И. В. Мушкетов. Физическая геология. — СПб., 1888.
• А. А. Никонов. Сейсмология: история и современность. — М.: Наука, 1985.
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. — Том 29. — СПб., 1900.
• Большая советская энциклопедия. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1969–1978.