Seismomeeter (seismograaf) – mis see on ja kuidas töötab

Seismomeeter (seismograaf) — kuidas mõõdetakse maapinna liikumist ja maavärinaid; selgitus seismogrammidest, toimimisest ja seismilisest tomograafiast lihtsas, praktilises keeles.

Seismomeeter või seismograaf on seade, mis mõõdab maapinna liikumist — nii väikseid kui suuri nihkeid, kiirendusi või kiiruseid. Selle abil registreeritakse liikumisi, mida põhjustavad näiteks maavärinad, tuumaplahvatused, vulkaaniline tegevus, plahvatused, inimmõjulised vibratsioonid ja muud allikad.

Seismiliste lainete salvestused, mida nimetatakse seismogrammideks, annavad teavet nii sündmuse asukoha ja suuruse kohta kui ka võimaldavad uurida Maa sisemust. Seismogrammide põhjal saab eristada erinevaid laine tüüpe (näiteks P- ja S-lained) ning mõõta nende saabumisaegu ja amplituude, mis on aluseks sündmuste lokaliseerimisele ja magnituudi määramisele.

Sõna tuleneb kreekakeelsest sõnast seismós (raputamine või värisemine), verbi σείω, seíō (raputada) ja μέτρον, métron (mõõta).

Kuidas seismomeeter töötab

Enamikes seismomeetrites on mass (inertsne kaal) kinnitatud vedrusüsteemiga või elektromehaanilise süsteemiga, mis võimaldab massil jääda paigale nii, et kui maa liigutab instrumenti, siis mass liigub mõõteriistaga suhtes suhteliselt vastupidiselt. See suhteline liikumine muudetakse transduktori abil elektriliseks signaaliks (näiteks generaatori, piezoelektrilise elemendi või optilise anduri kaudu). Signaalid võimendatakse, salvestatakse ja analüüsitakse — tänapäeval enamasti digitaalselt kõrge näidissagedusega andmevoogudena.

Peamised seismomeetrite tüübid

• Lühiperioodi seismomeetrid — tundlikud lühiajalistele, kiiretele lainetele; sobivad tavaliselt kaugelt ja lähilt tulevate maavärinate registreerimiseks.
• Broadband (laiapõhjalised) seismomeetrid — registreerivad laia sagedusriba (väga madalast kuni kõrgete sagedusteni), kasutusel teadusuuringutes ja globaalses seismivõrgustikus.
• Tugevliikumise seismomeetrid (acceleromeetrid) — kavandatud mõõtma suuri kiirendusi suurtel maavärinatsoontel ning ehitiste reageeringute hindamiseks.
• Borrohõõrde- ja puurimise seismomeetrid — paigaldatakse sügavale puuravasse kaevikusse või torusse, et vähendada pindmist müra ja saada puhast signaali.

Kasutusalad

Seismomeetreid kasutatakse mitmes valdkonnas:

• Hädaabiteenuste ja varase hoiatussüsteemide tugi — kiire andmevahetus võimaldab hinnata maavärina tugevust ja saata häireid.
• Geofüüsiline uurimine — Maa sissevaate saamiseks ja struktuuride uurimiseks (näiteks nafta- ja gaasiotsingud, geotermilised uuringud).
• Volcanoloogia — vulkaanilise tegevuse jälgimiseks ja ennustamiseks.
• Tuuma- ja plahvatusmonitooring — kontrollimaks kehtivate lepingute järgimist ja tuumakatsetuste tuvastamist.
• Insenerigeoloogia ja ehituseelne hindamine — hoonete ja sildade reageeringu ning vundamentide tugevuse hindamine.

Seismogrammid ja mõõtmised

Seismogramm näitab aja jooksul muutuvat signaali — tavaliselt kas nihket, kiirust või kiirendust. Analüüsides lainefrontide saabumisaegu (näiteks P-laine ja S-laine) mitmest seismoseadmest, saab määrata sündmuse epicentri ja sügavuse. Magnituudi määratakse standardiseeritud meetodite abil (näiteks momentimagnituut), mis annavad objektiivse hinnangu vabastatud energiast.

Paigaldus, kalibreerimine ja müra

Usaldusväärse mõõtmise tagamiseks tuleb seismomeetrid paigaldada kindlate nõuete järgi: jäik ühendus kivimiga või betooniga, temperatuuri- ja niiskuskontroll, magnetilise ja elektroonilise müra vähendamine ning regulaarne kalibreerimine. Pinnasevibratsioon, inimtegevus ja ilmastikutingimused võivad tekitada taustmüra, mistõttu oluliste mõõtmiste jaoks eelistatakse sageli vaikses keskkonnas asuvaid ja sügavale paigutatud seadmeid.

Seismiline tomograafia

Seismomeetri abil Maa sisemusest pildi loomiseks kasutatavat tehnikat nimetatakse seismiliseks tomograafiaks. Selle meetodi puhul analüüsitakse seismiliste lainete kiiruseid ja teekondi läbi Maa erinevate struktuuride; muutused lainekiirustes viitavad tiheduse, temperatuuride või muude omaduste erinevustele. Seismiline tomograafia aitab modelleerida näiteks mantli konvektsioonivooge, subduktsiooniplaate või magmakambrite asukohti.

Lühike ajalooline märkus

Seismograafi ideed on uuritud juba antiikajast alates (nt hiina teadlase Zhang Heng’i seismoskoop), kuid tänapäevased täpsed seismomeetrid arendasid välja 19. ja 20. sajandi teadlased. Alates digitaalse salvestuse ja võrgustike laienemise ajast on seismoloogia saanud väga täpseks ning võimaldanud kiiresti jagada ja analüüsida suures mahus andmeid üle maailma.

Seismomeetrid on tänapäeval hädavajalikud tööriistad nii teaduses kui ka avalikus ohutus- ja inseneripraktikas, aidates mõista ja reageerida Maa aktiivsusele.

Otsing