Seismoloogia: maavärinate, seismomeetrite ja Maa siseehituse uurimine

Seismoloogia: avasta, kuidas seismomeetrid ja vibratsioonianalüüs paljastavad maavärinate päritolu ja Maa siseehituse — praktiline ja teaduslik ülevaade.

Seismoloogia on teadusharu, mis uurib Maa pinnal ja tema lähedal toimuvaid vibratsioone — peamiselt maavärinate, vulkaanide ja inimtekkeliste lõhkeprotsesside poolt tekitatud lainetusi. Seda uurimist läbi viiv inimene on seismoloog. Seismoloogia eesmärk on mõista, mõõta ja modelleerida seismilisi sündmusi ning nende kaudu uurida Maa sisemist struktuuri ja protsesse.

Seismoloogia paikneb geofüüsika sees

See valdkond on osa geofüüsika teadusest, mis uurib Maa ja teiste planeetide tekkimist, sisemist ehitust ja dünaamikat läbi füüsikaliste meetodite. Seismoloogia annab olulist infot nii teaduslikeks eesmärkideks (nt Maa kese- ja vahevöö omadused) kui ka rakenduslikuks kasutuseks (nt maavärineriskide hindamine, nafta- ja gaasimaardlate otsing).

Seismilised lained — mida seismoloogid mõõdavad

Maavärinate ja muude allikate poolt tekitatud seismilised lained liiguvad läbi Maa ja avalduvad eri tüüpidena:

• P-lained (primaarlainetused) — kokkusurumis- ja paisumislaine, liigub kõige kiiremini ja jõuab seadeteni esimesena.
• S-lained (sekundaarlainetused) — nüri nihkelained, liiguvad aeglasemalt; ei läbi vedelikke (see omadus aitab kindlaks teha näiteks Maa tuuma olekut).
• Pinnalained (nt Rayleigh ja Love lained) — tekivad pealispinnal, liiguvad aeglasemalt, kuid põhjustavad sageli kõige suuremat kahju maavärinate ajal.

Mõõteseadmed ja registrite tüübid

Seismoloogid ja geofüüsikud kasutavad vibratsioonide registreerimiseks mitmesuguseid sensoreid, sealhulgas geofonideks, hüdrofonideks ja seismomeetriteks nimetatavaid seadmeid. Tänapäevased seismomeetrid võivad olla laia ribaga (broadband), tugevusmõõtjad (strong-motion) või paigutatud ookeanipõhja (ocean‑bottom seismometers).

Paljud seismilised andurid töötavad samal põhimõttel: nad teisendavad mehaanilise vibratsiooni elektriliseks signaaliks, kasutades magnetit ja traatmähist magnetit ja või teisi jõu-magnetilisi skeeme, samas kui kiirendusmõõturid (acceleromeetrid) registreerivad tugevaid maapinna liikumisi. Signaalid digitaliseeritakse ja saadetakse analüüsiks arvutisse, kus neid saab filtreerida, korrigeerida ja kasutada sündmuste tuvastamiseks.

Passiivne ja aktiivne seismoloogia

Seismoloogia võib olla:

• Passiivne — sensoreid paigutatakse maapinnale või merre ja lihtsalt „kuulatakse” looduslikke sündmusi (maavärinad, vulkaaniline tegevus, loomulikud mikrovibratsioonid).
• Aktiivne — uurija tekitab kontrollitud vibratsioone (nt väiksed lõhkelaengud, nafta‑geoloogias kasutatavad vibratsiooniseadmed), mille peegeldusi ja refraktsioone mõõdetakse, et määrata maapinna ja kivimikihtide omadusi.

Kuidas määratakse maavärina asukoht ja tugevus

Maavärina epitsenter ehk pinnal paiknev projektsioon leitakse tavaliselt kolmest või enamast seismilisest jaamast lahti‑ ja saabumisaegade (P- ja S‑lainete) põhjal triangulatsiooniga. Sügavuse ja võimsuse kohta annavad lisateavet lainete amplituudid ja signaalide kuju.

Tugevuse mõõtmiseks kasutatakse erinevaid skaalaid: ajalooliselt tuntud Richteri skaalat asendab tänapäeval sagedamini momentmagnitude (Mw), mis kirjeldab maavärina tegelikku energia vabanemist paremini väga suurte sündmuste korral.

Rakendused ja tähtsus

• Uurida Maa sisemist struktuuri: seismiline tomograafia võimaldab koostada kujutisi mantli, vahevöö ja tuuma omadustest.
• Volkaanimonitooring: seismiline aktiivsus annab infot magma liikumisest ja võib varakult viidata võimalikule purseohule vulkaanide puhul.
• Inseneri- ja ehitustalitlus: seismilised uuringud aitavad määrata pinnase vastupidavust ja kujundada ehitusstandardeid maavärinakoormustele vastamiseks.
• Energiasektor: aktiivsed seismilised meetodid ja mikroseismika aitavad leida ja karakteriseerida nafta- ja gaasimaardlaid.
• Rahvusvaheline julgeolek: seismoloogilised võrgustikud tuvastavad ja eristavad ka maa-aluseid tuumakatsetusi — paljud seismilised registreerimisjaamad on selleks rajatud.

Ajalugu ja tänapäev

Varaseimaid seismomeetreid on ajalooallikates kirjeldatud Hiinas: legendaarne seismoskoop, mille töötas välja Zhang Heng 132. aastal pKr, näitas kauguses aset leidvaid maavärinaid, visates välja kuulide süsteemi kaudu märke vastavas suunas. Tänapäeval on seismoloogia saanud väga täpseks: globaalsete ja regionaalsete võrkude andmed, ookeanipõhja seadmed, satelliit‑GPS ja arvutusvõimsuse kasv võimaldavad seismilisi sündmusi kiiresti tuvastada ja analüüsida.

Tulevikusuunad

Edasised arengud hõlmavad tihedamate ja odavamate sensorvõrkude kasutuselevõttu (näiteks nutitelefonide ja väikeste sensorite abil), seismilise andmetöötluse automatiseerimist tehisintellekti abil, paremaks muutuvat varajase hoiatuse süsteemi ning üha detailsemat seismilist tomograafiat, mis annab põhjalikuma pildi Maa sisemusest.

Seismoloogia ühendab lihtsustatult mõõtmise, füüsika ja arvutusliku analüüsi, et mõista Maa dünaamikat, ennetada ja leevendada maavärinate tagajärgi ning aidata otsida maa-aluseid ressursse.

Küsimused ja vastused

K: Mis on seismoloogia?

K: Kelleks nimetatakse inimest, kes uurib seismoloogiat?

K: Mis on geofüüsika?

K: Milliseid seadmeid kasutatakse seismoloogias vibratsioonide ülesvõtmiseks?

K: Millised on kahte tüüpi seismilised detektorid?

K: Mis on seismomeetri eesmärk?

K: Millised on seismomeetri võimalikud kasutusalad?

Otsing