لرزه‌نگار: چشم‌های زمین برای دیدن لرزه‌ها
لرزه‌نگار چه کاری انجام می‌دهد؟
تصور کنید روی یک تشک فنری بزرگ ایستاده‌اید. اگر کسی کنار شما بپرد، شما هم کمی تکان می‌خورید. زمین نیز مانند آن تشک فنری است، اما در مقیاسی بسیار بزرگتر. وقتی در جایی از پوسته‌ی زمین انرژی زیادی آزاد می‌شود (مثلاً در اثر شکستن سنگ‌ها)، این انرژی به صورت امواجی در همه‌ی جهت‌ها پخش می‌شود. به این امواج، امواج لرزه‌ای2 می‌گویند. کار لرزه‌نگار این است که این امواج را وقتی به محل استقرارش می‌رسند، احساس کند، اندازه‌گیری کند و بر روی کاغذ یا در حافظه‌ی یک کامپیوتر ثبت کند. خروجی این دستگاه یک نمودار خطی به نام لرزه‌نگاشت3 است.
اجزای اصلی یک لرزه‌نگار چگونه کار می‌کنند؟
یک لرزه‌نگار ساده معمولاً از سه بخش اصلی تشکیل شده است:
| نام جزء | توضیح وظیفه | مثال ساده |
|---|---|---|
| جرم و آونگ | یک جسم سنگین که به یک فنر یا میله آویزان است. این جزء به دلیل لَختی4 تمایل دارد در جای خود ثابت بماند. | مانند یک مسافر در اتوبوس که وقتی اتوبوس ترمز می‌کند، بدنش به سمت جلو پرتاب می‌شود. |
| قاب یا پایه | بدنه‌ی دستگاه که مستقیماً به زمین متصل است و همراه با زمین تکان می‌خورد. | مانند بدنه‌ی خود اتوبوس که حرکت می‌کند. |
| سیستم ثبت‌کننده | وسیله‌ای که حرکت نسبی بین جرم و قاب را به یک نمودار تبدیل می‌کند. | مانند یک قلم که روی یک کاغذ متحرک خط می‌کشد. |
وقتی زمین می‌لرزد، قاب لرزه‌نگار که به زمین وصل است، تکان می‌خورد. اما جرم به دلیل لختی، تمایل دارد در جای خودش بماند. این اختلاف حرکت بین قاب و جرم، اساس کار لرزه‌نگار است. سیستم ثبت‌کننده، این حرکت نسبی را به یک خط منحنی روی کاغذ یا یک سیگنال دیجیتال تبدیل می‌کند.
انواع امواج لرزه‌ای که لرزه‌نگار ثبت می‌کند
لرزه‌نگارها می‌توانند چندین نوع موج مختلف را که از کانون زمین‌لرزه خارج می‌شوند، تشخیص دهند. این امواج با سرعت‌های متفاوتی حرکت می‌کنند و به لرزه‌شناسان کمک می‌کنند محل زمین‌لرزه را پیدا کنند.
| نام موج | ویژگی | سرعت |
|---|---|---|
| امواج اولیه (P)5 | امواج فشاری هستند که مانند حرکت یک فنر، ذرات را در راستای انتشار موج جابه‌جا می‌کنند. از همه‌چیز (جامد، مایع، گاز) عبور می‌کنند. | سریع‌ترین |
| امواج ثانویه (S)6 | امواج برشی هستند که ذرات را عمود بر راستای انتشار موج تکان می‌دهند. فقط از مواد جامد عبور می‌کنند. | کندتر از P |
| امواج سطحی (L)7 | این امواج روی سطح زمین حرکت می‌کنند و معمولاً باعث بیشترین خرابی می‌شوند. | کندترین |
ترتیب رسیدن این امواج به یک ایستگاه لرزه‌نگاری بسیار مهم است: اول موج P، سپس موج S و در آخر امواج سطحی. با اندازه‌گیری فاصله‌ی زمانی بین رسیدن موج P و S، می‌توان فاصله‌ی ایستگاه از کانون زمین‌لرزه را محاسبه کرد. رابطه‌ی ساده‌شده‌ی آن به این شکل است:
کاربردهای لرزه‌نگاری در زندگی و علم
ثبت امواج لرزه‌ای فقط برای اعلام زمین‌لرزه نیست، بلکه کاربردهای گسترده‌ای دارد:
- مطالعهٔ درون زمین: از آنجا که امواج لرزه‌ای درون زمین سفر می‌کنند، با بررسی نحوه‌ی تغییر سرعت و مسیر آنها، دانشمندان می‌توانند لایه‌های مختلف درون زمین (مانند پوسته، گوشته و هسته) را شناسایی کنند. این کار مانند سی‌تی‌اسکن از کره‌ی زمین است.
- اکتشاف نفت و گاز: با ایجاد لرزه‌های مصنوعی (مثلاً با انفجارهای کنترل‌شده) و ثبت امواج بازگشتی، می‌توان ساختارهای زیرزمینی که ممکن است حاوی نفت یا گاز باشند را پیدا کرد.
- بررسی فعالیت آتشفشان‌ها: لرزه‌نگارها می‌توانند لرزه‌های کوچک قبل از فوران یک آتشفشان را ثبت کنند و به پیش‌بینی فوران کمک نمایند.
- پایش آزمایش‌های هسته‌ای: شبکه‌های جهانی لرزه‌نگاری می‌توانند امواج لرزه‌ای ناشی از یک آزمایش هسته‌ای زیرزمینی را تشخیص دهند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. لرزه‌نگارها ابزاری برای ثبت و اندازه‌گیری زمین‌لرزه هستند، نه پیش‌بینی آن. آنها لرزه را فقط پس از وقوع و هنگامی که امواج به دستگاه می‌رسند، ثبت می‌کنند. در حال حاضر، علم قادر به پیش‌بینی دقیق زمان و مکان زمین‌لرزه نیست.
این دو کلمه اغلب به جای هم استفاده می‌شوند، اما تفاوت ظریفی دارند. لرزه‌سنج8 حسگر اصلی است که لرزش را احساس می‌کند. لرزه‌نگار به سیستم کامل‌تری گفته می‌شود که شامل لرزه‌سنج (برای حس کردن) و یک سیستم ثبت‌کننده (برای رسم نمودار) است. در واقع لرزه‌سنج قلب لرزه‌نگار محسوب می‌شود.
با استفاده از داده‌های یک ایستگاه فقط می‌توان فهمید زمین‌لرزه در چه فاصله‌ای از آن ایستگاه رخ داده است، اما جهت آن مشخص نیست. محل دقیق زمین‌لرزه مانند نقطه‌ای است که روی یک کره قرار دارد. برای پیدا کردن آن، حداقل به سه ایستگاه نیاز است. با رسم کره‌هایی به شعاع فاصله‌ی محاسبه‌شده از هر ایستگاه، نقطه‌ی تقاطع این کره‌ها، محل وقوع زمین‌لرزه را نشان می‌دهد.
لرزه‌نگار یک دستگاه علمی پیشرفته و در عین حال با مفهومی ساده است که با استفاده از اصل لختی، لرزش‌های زمین را ثبت می‌کند. این دستگاه نه‌تنها برای اندازه‌گیری بزرگی زمین‌لرزه‌ها، بلکه برای کاوش درون سیاره‌ی ما، یافتن منابع انرژی و نظارت بر پدیده‌های طبیعی حیاتی است. درک کار این دستگاه، پنجره‌ای به دنیای پویا و فعال زیر پایمان باز می‌کند.
پاورقی
1 لرزه‌نگار (Seismograph): دستگاهی برای ثبت حرکات زمین.
2 امواج لرزه‌ای (Seismic Waves): امواج انرژی که در اثر شکست ناگهانی سنگ‌ها در پوسته زمین ایجاد می‌شوند.
3 لرزه‌نگاشت (Seismogram): نمودار خروجی یک لرزه‌نگار که حرکت زمین را در طول زمان نشان می‌دهد.
4 لختی (Inertia): تمایل یک جسم برای مقاومت در برابر هرگونه تغییر در حالت حرکتش.
5 امواج P (Primary Waves): اولین امواجی که از یک زمین‌لرزه ثبت می‌شوند.
6 امواج S (Secondary Waves): امواجی که پس از امواج P می‌رسند.
7 امواج L (Surface Waves): امواجی که در سطح زمین حرکت می‌کنند.
8 لرزه‌سنج (Seismometer): بخش حسگر لرزه در یک لرزه‌نگار.
