أسرار أجهزة قياس الزلازل

محتويات

المكونات الأساسية لجهاز قياس الزلازل

تُستخدم أجهزة السيزموغراف لرصد وتسجيل الزلازل. يتكون الجهاز بشكل أساسي من كتلة معلقة على قاعدة ثابتة. عند حدوث زلزال، تتحرك القاعدة مع حركة الأرض، بينما تبقى الكتلة ثابتة نسبياً بفضل القصور الذاتي. تُسجّل هذه الحركة النسبية بين الكتلة والقاعدة على وسط تسجيل، كالأشرطة المغناطيسية أو الورق. يُستخدم تحليل هذه التسجيلات لاحقاً للحصول على قياسات دقيقة لحركة الأرض.

يتألف جهاز السيزموغراف من جزئين رئيسيين: السيزموميتر، وهو عبارة عن رقاص (بندول) معلق بنابض، والسيزموغرام، وهو جهاز تسجيل الحركة الأرضية، يُظهر رسم بيانيّ بمحور أفقي للوقت ومحور رأسي لإزاحة الأرض (عادةً بالمليمتر).

كيف تعمل أجهزة قياس الزلازل؟

تُسجل الهزات الأرضية حالياً إلكترونياً، ويتم حفظ البيانات رقمياً على جهاز حاسوب. في السابق، كانت تُسجل على ورق. عند حدوث زلزال، يهتز جهاز السيزموغراف بالكامل، ما عدا الكتلة المعلقة التي تبقى ثابتة تقريباً. يُسجل السيزموغرام الحركة النسبية بين الكتلة وأجزاء الجهاز الأخرى، والتي تُمثل حركة الأرض. في حالة عدم وجود زلزال، يرسم الجهاز خطاً مستقيماً، باستثناء بعض الموجات الصغيرة التي تُشير إلى ضوضاء خارجية.

تُظهر بيانات السيزموغراف الموجات الزلزالية، مما يُمكن من تحديد قوة الزلزال، ومدته، ومسافته عن جهاز الرصد. تُحدد سعة الموجة حجم الزلزال. إذا رصد السيزموغرام موجات P وموجات سطحية ولم يرصد موجات S، فهذا يشير إلى أن جهاز الرصد يقع على الجانب الآخر من الكرة الأرضية بالنسبة لمركز الزلزال، لأن موجات S لا تستطيع الانتقال عبر اللب الأرضي السائل.

لتحديد موقع مركز الزلزال، تُستخدم بيانات من ثلاثة أجهزة سيزموغراف على الأقل. يتم رسم دوائر حول كل محطة، ونصف قطر كل دائرة يُساوي المسافة بين المحطة ومركز الزلزال. نقطة تقاطع الدوائر الثلاث تُحدد موقع مركز الزلزال.

رحلة تطور أجهزة قياس الزلازل عبر التاريخ

شهدت أجهزة قياس الزلازل تطوراً كبيراً عبر التاريخ. في عام 132م، اخترع العالم الصيني تشانغ هينغ أول جهاز لقياس الزلازل، “Earthquake Weathercock”، على شكل جرة بها ثمانية تنانين، وعند حدوث زلزال، يفتح أحد التنانين فمه ويلقي كرة برونزية.

في عام 136م، قام العالم الصيني تشوك بتحديث الجهاز، مستخدماً أعمدة من سائل لزج بدلاً من الكرات، مما سمح بتحديد شدة الزلزال واتجاهه.

خلال القرن الثامن عشر، قام علماء إيطاليون بتجارب باستخدام رقاص بسيط لتسجيل الحركات الأرضية. وفي القرن التاسع عشر، تم بناء “بيت الزلزال” في بريطانيا، لكنه لم يكن حسّاساً بما فيه الكفاية.

يُعتبر جون ميلن “أب علم الزلازل الحديث”. أنشأ في عام 1895م مرصداً زلزالياً، وأدار شبكة عالمية لمقاييس الزلازل. تطورت الأجهزة من استخدام رقاص بسيط إلى استخدام أشعة الضوء على ورق التصوير الفوتوغرافي لتسجيل حتى أضعف الإشارات.

في بداية القرن العشرين، استُخدم مقياس وود أندرسون الحساس، ثم طور تشارلز ريختر مقياس ريختر لقياس قوة الزلازل.

مقاييس قياس الزلازل: القوة والشدّة

تُستخدم مقاييس مختلفة لقياس قوة الزلزال وشدته. قوة الزلزال تُشير إلى مقدار الطاقة المنبعثة من بؤرته، بينما الشدة تُشير إلى آثار الزلزال على المباني والناس والبيئة.

من مقاييس القوة: مقياس ريختر، مقياس قوّة الموجة السطحية، مقياس قوّة موجة الجسم، ومقياس العزم الزلزالي. يمتلك الأخير قدرة أكبر على قياس الزلازل الكبيرة.

من مقاييس الشدة: المقياس الأوروبي، المقياس الأمريكي (ميركالي المُعدَّل)، والمقياس الياباني.

الزلازل: تعريفها وأنواعها

الزلزال هو اهتزاز مفاجئ للأرض ناتج عن مرور موجات زلزالية عبر الصخور. تنتج هذه الموجات عن تحرر الطاقة المُخزّنة في قشرة الأرض، مما يؤدي إلى انزلاق الصخور وانهيارها. تحدث الزلازل في المناطق التي تتحرك فيها الصخور بالنسبة لبعضها البعض، عادةً على طول الصدوع الجيولوجية.

أنواع الموجات الزلزالية

يوجد ثلاثة أنواع رئيسية من الموجات الزلزالية: موجات P (موجات أولية)، موجات S (موجات ثانوية)، والموجات السطحية. موجات P هي أسرع الموجات، وتستطيع الانتقال عبر المواد الصلبة والسائلة. موجات S أبطأ، ولا تستطيع الانتقال عبر السوائل. الموجات السطحية تنتقل على سطح الأرض، وهي الأكثر تدميراً.

تُقاس الموجات الزلزالية بواسطة شبكة من محطات الرصد، التي تقيس اهتزاز الأرض الناتج عن تحرر الطاقة في بؤرة الزلزال. ينتقل هذا الاهتزاز عبر الصخور على شكل موجات.