لرزه‌نگار چیست؟
لرزه‌نگار چگونه کار می‌کند؟
برای درک کار لرزه‌نگار، یک آزمایش ساده را تصور کنید: یک وزنه‌ی سنگین را با یک نخ بلند از سقف آویزان کنید. اگر زمین به آرامی بلغزد، این وزنه به دلیل لَختی3 تمایل دارد در جای خود بماند. لرزه‌نگار هم از همین اصل فیزیکی استفاده می‌کند. این دستگاه معمولاً یک جرم سنگین (وزنه) دارد که به یک سیستم فنر یا آونگ متصل است. وقتی زمین در اثر یک زمین‌لرزه می‌لرزد، پایه‌ی دستگاه همراه با زمین حرکت می‌کند، اما آن جرم سنگین به دلیل لختی، تمایل دارد ساکن بماند. این اختلاف حرکت بین پایه و جرم، ارتعاش زمین را نشان می‌دهد.
در گذشته، این حرکت نسبی با یک قلم بر روی یک کاغذ دودزده4 که به دور یک استوانه می‌چرخید، ثبت می‌شد. امروزه، حرکت به سیگنال الکتریکی تبدیل شده و به صورت دیجیتالی در حافظه‌ی کامپیوتر ذخیره می‌گردد. به نمودار ثبت‌شده توسط لرزه‌نگار، لرزه‌نگاشت5 می‌گویند.
سیر تکامل لرزه‌نگار از گذشته تا امروز
اولین دستگاه‌های لرزه‌نگاری در چین باستان اختراع شدند. حدود سال 132 پس از میلاد، دانشمندی به نام ژانگ هنگ6 دستگاهی به نام "کوزه‌ی زمین‌لرزه" ساخت. این کوزه‌ی برنزی دارای هشت سر اژدها در اطراف خود بود که هر کدام گویى در دهان داشتند. در زیر هر اژدها، یک قورباغه با دهان باز قرار گرفته بود. هنگام وقوع زمین‌لرزه، یک مکانیزم داخلی باعث می‌شد که گوی از دهان اژدهایی که رو به جهت زمین‌لرزه بود، رها شده و به داخل دهان قورباغه بیفتد و با ایجاد صدا، وقوع زمین‌لرزه و جهت تقریبی آن را اطلاع می‌داد.
لرزه‌نگارهای مدرن در قرن نوزدهم توسعه یافتند. یک پیشرفت بزرگ، ساخت لرزه‌نگارهای فنری و آونگی بود که می‌توانستند نه تنها وقوع زمین‌لرزه، بلکه جزئیات حرکات زمین (دامنه، فرکانس و مدت زمان) را نیز به دقت ثبت کنند. امروزه لرزه‌نگارهای دیجیتال بسیار حساس، داده‌ها را به صورت بلادرنگ به مراکز علمی در سراسر جهان ارسال می‌کنند.
| نوع لرزه‌نگار | اصل کار | کاربرد اصلی |
|---|---|---|
| مکانیکی (قدیمی) | استفاده از آونگ و قلم بر روی کاغذ دودزده | ثبت زمین‌لرزه‌های بزرگ و قدرتمند |
| الکترومغناطیسی | تبدیل حرکت مکانیکی به سیگنال الکتریکی با آهنربا و سیم‌پیچ | ثبت لرزه‌های با دامنه‌ی متوسط |
| دیجیتال (مدرن) | استفاده از سنسورهای پیشرفته (مانند خازنی) و ذخیره‌ی داده‌های دیجیتال | ثبت تمام لرزه‌ها، از بسیار کوچک تا بسیار بزرگ، و انتقال داده به مراکز پژوهشی |
خواندن و تفسیر یک لرزه‌نگاشت
یک لرزه‌نگاشت، مانند یک نوار قلب برای زمین است. این نمودار به دانشمندان اطلاعات مهمی می‌دهد:
- زمان رسیدن امواج: زمین‌لرزه امواج مختلفی تولید می‌کند. اولین موجی که به لرزه‌نگار میرسد، موج اولیه7 یا P است. این موج سریع‌ترین موج است و می‌تواند از میان مواد جامد، مایع و گاز عبور کند. موج بعدی، موج ثانویه8 یا S است که کندتر حرکت می‌کند و فقط در مواد جامد عبور می‌کند. فاصله‌ی زمانی بین رسیدن این دو موج، برای محاسبه‌ی فاصله‌ی ایستگاه لرزه‌نگاری از کانون زمین‌لرزه استفاده می‌شود.
- دامنه‌ی نوسان: بلندی یا ارتفاع خطوط روی لرزه‌نگاشت، نشان‌دهنده‌ی قدرت ارتعاش است. هرچه دامنه بزرگ‌تر باشد، زمین‌لرزه قوی‌تر است. از روی دامنه، بزرگی9 زمین‌لرزه (مانند مقیاس ریشتر) محاسبه می‌شود.
- مدت زمان لرزش: طولانی‌تر بودن لرزه‌نگاشت نشان می‌دهد که زمین برای مدت بیشتری لرزیده است.
با استفاده از داده‌های چندین لرزه‌نگار که در مکان‌های مختلف قرار دارند، دانشمندان می‌توانند به طور دقیق محل کانون زمین‌لرزه (نقطه‌ی شروع شکستگی در عمق زمین) و مرکز سطحی10 (نقطه‌ی مستقیماً بالای کانون روی سطح زمین) را پیدا کنند.
کاربردهای لرزه‌نگار فراتر از مطالعه زمین‌لرزه
اگرچه اصلی‌ترین کاربرد لرزه‌نگارها مطالعه زمین‌لرزه‌هاست، اما از این دستگاه‌ها در زمینه‌های دیگری نیز استفاده می‌شود:
- اکتشاف نفت و گاز: شرکت‌ها با ایجاد ارتعاشات مصنوعی (مانند انفجارهای کوچک یا استفاده از کامیون‌های ویبره) و ثبت امواج بازتاب‌شده توسط لرزه‌نگارها، به مطالعه‌ی لایه‌های زیرزمین می‌پردازند تا محل ذخایر نفت و گاز را پیدا کنند. این روش لرزه‌نگاری اکتشافی نام دارد.
- مطالعه ساختار داخلی زمین: با تحلیل چگونگی عبور امواج لرزه‌ای از اعماق مختلف زمین، دانشمندان می‌توانند درباره‌ی جنس، دما و حالت لایه‌های درونی زمین (مانند هسته و گوشته) اطلاعات کسب کنند.
- نظارت بر آتشفشان‌ها: افزایش فعالیت‌های لرزه‌ای کوچک در اطراف یک آتشفشان می‌تواند نشانه‌ای از بیداری و احتمال فوران آن باشد. لرزه‌نگارها به دانشمندان در پیش‌بینی فوران‌های آتشفشانی کمک می‌کنند.
- شناسایی آزمایش‌های هسته‌ای زیرزمینی: شبکه‌های جهانی لرزه‌نگاری می‌توانند امواج لرزه‌ای ناشی از انفجارهای بزرگ زیرزمینی را تشخیص داده و ثبت کنند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. لرزه‌نگارها ابزارهایی برای ثبت و اندازه‌گیری زمین‌لرزه هستند، نه پیش‌بینی آن. علم امروز هنوز قادر به پیش‌بینی دقیق زمان، مکان و بزرگی یک زمین‌لرزه‌ی آینده نیست. لرزه‌نگارها پس از وقوع زمین‌لرزه، داده‌های آن را ثبت می‌کنند تا مورد مطالعه قرار گیرد.
این دو واژه اغلب به جای هم استفاده می‌شوند، اما تفاوت ظریفی دارند. لرزه‌سنج11 بخشی از لرزه‌نگار است که خود سنسور حساس به حرکت زمین می‌باشد. لرزه‌نگار به کل سیستم (شامل لرزه‌سنج و دستگاه ثبت‌کننده‌ی داده‌ها) اطلاق می‌شود. به زبان ساده، لرزه‌سنج "احساس" می‌کند و لرزه‌نگار "ثبت" می‌کند.
بله. لرزه‌نگارهای مدرن بسیار حساس هستند و می‌توانند لرزه‌هایی را ثبت کنند که انسان قادر به احساس آنها نیست. به این لرزه‌های بسیار کوچک خردلرزه12 می‌گویند. ثبت این لرزه‌ها برای مطالعه‌ی گسل‌ها و فعالیت‌های زمین‌ساختی منطقه بسیار مفید است.
لرزه‌نگار یک ابزار علمی ضروری است که به ما اجازه می‌دهد "ضربان قلب" زمین را بشنویم و ببینیم. از کشف ساختارهای پنهان در اعماق زمین گرفته تا کمک در اکتشاف منابع انرژی و افزایش آمادگی در برابر بلایای طبیعی، این دستگاه ساکت اما قدرتمند، نقش بی‌بدیلی در درک ما از سیاره‌ی پویایمان ایفا می‌کند. پیشرفت‌های فناوری، لرزه‌نگارها را هر روز دقیق‌تر و کارآمدتر می‌سازد و راه را برای کشفیات جدید هموار می‌نماید.
پاورقی
1 لرزه‌نگار (Seismograph): دستگاهی برای ثبت حرکات زمین.
2 کانون (Hypocenter): نقطه‌ی آغاز گسیختگی در عمق زمین.
3 لختی (Inertia): تمایل یک جسم برای حفظ حالت سکون یا حرکت یکنواخت خود.
4 کاغذ دودزده (Smoked Paper): کاغذی که با دود شمع یا چراغ سیاه شده و برای ثبت خطوط در دستگاه‌های قدیمی استفاده می‌شد.
5 لرزه‌نگاشت (Seismogram): نمودار ثبت‌شده توسط لرزه‌نگار.
6 ژانگ هِنگ (Zhang Heng): اخترشناس و مهندس چینی سلسله‌ی هان.
7 موج اولیه (Primary Wave - P-wave): سریع‌ترین موج لرزه‌ای.
8 موج ثانویه (Secondary Wave - S-wave): موج لرزه‌ای که پس از موج P میرسد.
9 بزرگی (Magnitude): معیاری برای سنجش انرژی آزادشده در زمین‌لرزه.
10 مرکز سطحی (Epicenter): نقطه‌ای روی سطح زمین که مستقیماً بالای کانون قرار دارد.
11 لرزه‌سنج (Seismometer): بخش حسگر لرزه در دستگاه لرزه‌نگار.
12 خردلرزه (Microearthquake): زمین‌لرزه‌ای با بزرگی بسیار کم (معمولاً کمتر از ۲).