Сеизмология: наука за земетресения, земната кора и сеизмометри

Сеизмологията е науката, която изучава това, което се намира под повърхността на Земята, чрез измерване и анализ на вибрациите на земната повърхност. Човек, който се занимава с това, се нарича сеизмолог. Чрез изследване на сеизмичните вълни се получава информация за структурата на земната кора, мантията и ядрото, за динамичните процеси като земетресения и вулканична дейност, както и за рисковете, свързани с тях.

Сеизмологията е част от науката геофизика, която изучава физиката на процесите, които са формирали Земята и другите планети. Комбинирайки наблюдения и математически модели, сеизмолозите реконструират вътрешната структура и динамиката на планетата.

Инструменти и устройства

Сеизмологията се извършва от сеизмолози и геофизици, които използват различни устройства за улавяне на вибрациите, наречени геофони, хидрофони или сеизмометри. Съвременните инструменти включват чувствителни широколентови сеизмометри за регистриране на слаби и далечни събития, силно-движителни акселерометри за записване на големи ускорения при близки разрушителни земетресения и подводни хидрофони за наблюдение в океаните. Допълнително се използват GPS и интерферометрия (InSAR) за измерване на бавни деформации и прагови движения.

Сеизмичните детектори биват два основни вида - такива, които измерват вибрациите нагоре и надолу (вертикални компоненти), и такива, които измерват вибрациите встрани (хоризонтални компоненти). И двата типа често използват магнит и намотка от проводник, които преобразуват механичните вибрации в електрически сигнал, който може да бъде съхранен и анализиран от компютри. Най-ранният сеизмометър е разработен от китайците, като историческите модели дават основата за по-късни усъвършенствани устройства.

Типове сеизмология и методи

Сеизмологията може да бъде:

• Пасивна — наблюдават се естествено възникнали вибрации, предизвикани от земетресения, вулканична и човешка дейност. Анализът на тези вълни разкрива информация за източника и средата, през която преминават.
• Активна — предизвикват се изкуствени вълни, например чрез малки експлозивни заряди или вибрационни източници, и се регистрират отговорите в подпочвените слоеве. Този метод се използва често при сеизмично проучване за добив на полезни изкопаеми и инженерни изследвания.

Сеизмични вълни и локализиране на земетресения

Сеизмичните вълни се делят основно на тялесни (P- и S-вълни) и повърхностни (Love и Rayleigh). P-вълните (първични) са най-бързи и се разпространяват чрез сгъстяване и разреждане, S-вълните (вторични) са по-бавни и изискват твърда среда. Разликата във времето на пристигане на P- и S-вълните във различни станции позволява да се определи местоположението на огнището (хипоцентъра) и епицентъра чрез триангулация.

Сеизмолозите могат да определят координатите и дълбочината на земетресенията, като нанесат получените вибрации върху карта и използват данни от множество станции. Те могат да регистрират и подземни ядрени опити, поради характерните сигнатури на източника, и именно за това са създадени много от сеизмичните станции, част от глобални наблюдателни мрежи.

Магнитуди, интензитет и рискове

За количествено оценяване на размера на земетресение се използват различни скали: класическата Рихтерова скала (локален магнитуд), която е исторически важна, и по-съвременната скала на моментна мощност (Mw), която дава по-точна оценка за големи събития. За определяне на ефектите върху хора и сгради се използват интензитетни скали, като модифицираната Меркали (MMI).

Знанията от сеизмологията са ключови за оценка на сеизмичния риск, изготвяне на карти за опасност, задаване на строителни норми и мерки за предпазване (например проектиране на сгради, земетресениян мониторинг и ранно предупреждение).

Приложения и научни изводи

Сеизмолозите използват сеизмични данни и за други приложения:

• Сеизмично проучване за откриване на слоеве скали и потенциални находища на въглеводороди.
• Мониторинг и прогнозиране на вулканична дейност и изучаване на вътрешната структура на вулканите.
• Сеизмична томография — метод, подобен на медицинската компютърна томография, който картографира скоростите на вълните в земната вътрешност и разкрива големи структури като конвективни клетки и граници между слоевете.
• Контрол на подземни взривове и изпитания, включително международен мониторинг за ядрени тестове.
• Инженерна сеизмология — изследване за проектиране на инфраструктура и намаляване на щетите от земетресения.

Международни мрежи и бъдеще

Днес глобални и регионални сеизмологични мрежи събират непрекъснати данни, които се обменят между научни институти и служби за бързо предупреждение и изследване. Развитието на широколентови станции, силно-движителни системи, сензори на базата на оптика и интелигентни мрежи, както и напредъкът в изчислителните методи (машинно обучение, числено моделиране), разширяват възможностите за по-точно картографиране, ранно предупреждение и разбиране на сложните процеси в Земята.

Сеизмологията е междудисциплинарна наука с голямо обществено значение — от научни открития за вътрешността на планетата до практически приложими решения за опазване на човешкия живот и инфраструктурата при сеизмични събития.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява сеизмологията?

В: Как се нарича човек, който изучава сеизмология?

В: Какво представлява геофизиката?

В: Какви устройства се използват за улавяне на вибрации в сеизмологията?

В: Какви са двата вида сеизмични детектори?

В: Какво е предназначението на сеизмометъра?

В: Какви са възможните приложения на сеизмологията?

Търсене по буква