لرزهنگاشت: دفترچه خاطرات زمینلرزه
زمینلرزه و امواج آن: پیامرسانهای لرزه
زمانی که انرژی ذخیره شده در سنگهای پوسته زمین به طور ناگهانی آزاد میشود، زمینلرزه رخ میدهد. این انرژی آزاد شده در همهجهتها پخش میشود، دقیقتر مانند وقتی که سنگی را در آب آرام برکه میاندازید و امواج دایرهای شکل از آن نقطه پخش میشوند. این امواج، امواج لرزهای نام دارند.
امواج لرزهای انواع مختلفی دارند، اما دو نوع اصلی که در لرزهنگاشت به وضوح دیده میشوند عبارتند از:
| نام موج | سرعت | نوع حرکت | زمان رسیدن به لرزهنگار |
|---|---|---|---|
| امواج اولیه (P)[6] | سریعتر | فشاری-کششی (مثل حرکت کرم ابریشم) | اولین موج |
| امواج ثانویه (S)[7] | کندتر | برشی (حرکت عمود بر جهت موج) | دومین موج |
| امواج سطحی[8] | کندترین | پیچشی و نوسانی (مانند امواج دریا) | آخرین موج و اغلب مخربتر |
لرزهنگار چگونه کار میکند؟
لرزهنگار دستگاه هوشمندی است که لرزش زمین را احساس و ثبت میکند. یک مدل ساده از آن را میتوان با یک قلم، یک فنر و یک کرهی سنگین متصل به آن تصور کرد. هنگامی که زمین میلرزد، پایه دستگاه همراه زمین حرکت میکند، اما آن کرهی سنگین (به دلیل خاصیت لَختی) تمایل دارد در جای خود بماند. این حرکت نسبی بین پایه و وزنه، توسط قلم بر روی یک کاغذ که به دور استوانهای میچرخد، ثبت میشود. نتیجه، یک خط پیچیده و موجدار است: همان لرزهنگاشت.
خواندن یک لرزهنگاشت: از خطوط تا اطلاعات
یک لرزهنگاشت دیجیتال امروزی، اساساً یک نمودار است با دو محور مهم:
- محور افقی (زمان): نشان میدهد لرزش در طول زمان چگونه تغییر کرده است. واحد آن معمولاً ثانیه (s) است.
- محور عمودی (دامنه): نشاندهندهی میزان جابجایی یا شدت لرزش زمین است. واحد آن میکرون (μm) یا متر (m) است.
با نگاه به نمودار، متوجه یک الگوی مشخص میشویم: ابتدا لرزشهای کوچک و سریع (امواج P)، سپس لرزشهای قویتر (امواج S) و در نهایت، نوسانات بلند و پردامنه (امواج سطحی) ظاهر میشوند. فاصله زمانی بین رسیدن موج P و موج S، کلید یافتن فاصله ایستگاه لرزهنگاری از کانون زمینلرزه است.
از نمودار تا عدد: تعیین بزرگی زمینلرزه
یکی از مهمترین کاربردهای لرزهنگاشت، محاسبه بزرگی زمینلرزه است. بزرگی، معیاری عددی از میزان انرژی آزاد شده در کانون زمینلرزه است. مشهورترین مقیاس، مقیاس ریشتر[9] است که توسط چارلز ریشتر ابداع شد. در این مقیاس، بزرگی از روی بیشترین دامنه ثبت شده روی لرزهنگاشت، با در نظر گرفتن فاصله ایستگاه از زمینلرزه، محاسبه میشود. نکته جالب این است که این مقیاس لگاریتمی[10] است.
| افزایش بزرگی | تغییر در دامنه موج | تغییر در انرژی آزاد شده |
|---|---|---|
| 1 واحد (مثلاً از 4 به 5) | 10 برابر بزرگتر میشود. | 32 برابر (حدود $\sim 32$) بیشتر میشود. |
| 2 واحد (مثلاً از 4 به 6) | 100 برابر ($10 \times 10$) | 1000 برابر ($\sim 32 \times 32$) بیشتر میشود. |
امروزه مقیاسهای دقیقتری مانند گشتاور لرزهای[11] ($M_w$) استفاده میشوند که برای زمینلرزههای بسیار بزرگ دقیقتر عمل میکنند.
کاربردهای لرزهنگاشت فراتر از اندازهگیری زمینلرزه
لرزهنگاشتها فقط برای ثبت زمینلرزههای طبیعی نیستند. دانشمندان با ایجاد لرزشهای مصنوعی (مثلاً با انفجارهای کنترل شده یا دستگاههای لرزاننده) و مطالعه لرزهنگاشتهای ثبت شده از این لرزشها، به کاوش درون زمین میپردازند. این علم لرزهشناسی اکتشافی نام دارد.
مثال عملی: اکتشاف نفت امواج لرزهای در لایههای مختلف زمین (شن، سنگ، نفت) با سرعتهای متفاوتی حرکت میکنند. با تحلیل لرزهنگاشتهای حاصل از انفجارهای کوچک، میتوان نقشهای از لایههای زیرزمینی ترسیم و محل احتمالی ذخایر نفت یا گاز را پیدا کرد.
همچنین، شبکهای از لرزهنگارها میتوانند فعالیت آتشفشانها را زیر نظر بگیرند و حتی برای شناسایی آزمایشهای هستهای زیرزمینی توسط کشورها استفاده شوند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
[1] لرزهنگاشت (Seismogram): نمودار ثبت حرکت زمین.
[2] لرزهنگار (Seismometer): دستگاه ثبتکننده حرکت زمین.
[3] امواج لرزهای (Seismic Waves).
[4] بزرگی (Magnitude).
[5] کانون (Hypocenter).
[6] امواج اولیه یا P (Primary / Pressure Waves).
[7] امواج ثانویه یا S (Secondary / Shear Waves).
[8] امواج سطحی (Surface Waves).
[9] مقیاس ریشتر (Richter Scale).
[10] لگاریتمی (Logarithmic): رابطهای ریاضی که در آن افزایش یک واحد، متناظر با ضریب ثابتی است.
[11] گشتاور لرزهای (Moment Magnitude, $M_w$).
[12] مقیاس مرکالی (Mercalli Intensity Scale).
