Сейсмометр Вуда – Андерсона

Сейсмометр Вуда-Андерсона (также известный как сейсмограф Вуда-Андерсона) — торсионный сейсмометр, разработанный в США Гарри О. Вудом и Джоном Августом Андерсоном в 1920-х годах для регистрации локальных землетрясений в южной Калифорнии . Он фотографически фиксирует горизонтальное движение. [ 1 ] В сейсмометре используется маятник массой 0,8 g, его период составляет 0,8 секунды, увеличение — 2800 раз, а константа затухания — 0,8. [ 2 ] Чарльз Фрэнсис Рихтер разработал шкалу магнитуд Рихтера, используя сейсмометр Вуда-Андерсона.
Обзор
[ редактировать ]В 1908 году геолог Гроув К. Гилберт заплатил Гарри Вуду 1000 долларов за составление карты потенциально активных разломов в северной Калифорнии, а несколько лет спустя Лоусон поручил Вуду наблюдать за сейсмометрами университета, где внимание было сосредоточено на местных землетрясениях, а также на отдаленных событиях, которые использовались (особенно европейскими учёными, такими как Бено Гутенберг ) для изучения свойств недр Земли. Сейсмометры, которые использовались до этого времени, были разработаны и оптимизированы для обнаружения долгопериодных сейсмических волн от далеких землетрясений и плохо обнаруживали местные события. Вуд покинул Беркли в 1912 году и провел несколько лет, исследуя сейсмологию вулканов на Гавайях, и установил контакт с Артуром Л. Деем , директором геофизической лаборатории Института Карнеги, в то время как Дэй также проводил там вулканологические исследования. Он стал наставником Вуда, который последовал его совету и пошел работать в Бюро стандартов в Вашингтоне, округ Колумбия, где были установлены отношения с Джордж Эллери Хейл , директор обсерватории Карнеги Маунт-Вилсон в Пасадене. [ 3 ] [ 4 ]
В марте 1921 года Институт Карнеги принял предложение Вуда обеспечить финансирование долгосрочной программы сейсмологических исследований в Южной Калифорнии . В качестве исследователя института Вуд работал в партнерстве с Джоном А. Андерсоном (разработчиком приборов и астрофизиком из обсерватории Маунт-Вилсон) над разработкой сейсмометра, который мог бы регистрировать короткопериодические волны от местных землетрясений. Их прибору потребуется способность измерять сейсмические волны с периодами от 0,5 до 2,0 секунды, что значительно короче того, что могли обнаружить существующие устройства. В сентябре 1923 года, после успешного завершения создания так называемого торсионного сейсмометра Вуда-Андерсона, основное внимание уделялось созданию сети инструментов по всему региону, которые могли бы точно определять эпицентры землетрясений и, в конечном итоге, позволять картировать соответствующие зоны разломов. Вуд предложил Институту Карнеги создать небольшую сеть подразделений в пяти местах по всему региону (Пасадена, Маунт-Уилсон, Риверсайд, остров Санта-Каталина и Фоллбрук), и институт согласился продолжить работу над этим предложением. [ 3 ] [ 4 ]
Шкала магнитуд Рихтера
[ редактировать ]До разработки шкалы магнитуд единственной мерой силы или «размера» землетрясения была субъективная оценка интенсивности сотрясений, наблюдаемых вблизи эпицентра землетрясения, классифицированная по различным шкалам сейсмической интенсивности, таким как шкала Росси-Фореля. . («Размер» используется в смысле количества выделившейся энергии, а не размера площади, затронутой тряской, хотя землетрясения с более высокой энергией, как правило, затрагивают более широкую территорию, в зависимости от местной геологии.) В 1883 году Джон Милн предположил, что сотрясения при сильных землетрясениях могут порождать волны, обнаруживаемые по всему земному шару, а в 1899 году Э. фон Ребур Пашвиц наблюдал в Германии сейсмические волны, вызванные землетрясением в Токио. [ 5 ] В 1920-х годах Гарри Вуд и Джон Андерсон разработали сейсмограф Вуда-Андерсона, один из первых практических инструментов для регистрации сейсмических волн. [ 6 ] Затем Вуд построил под эгидой Калифорнийского технологического института и Института Карнеги сеть сейсмографов, простирающуюся по всей Южной Калифорнии . [ 7 ] Он также нанял молодого и неизвестного Чарльза Рихтера для измерения сейсмограмм и определения местонахождения землетрясений, порождающих сейсмические волны. [ 8 ]
В 1931 году Кийо Вадати показал, как он измерил при нескольких сильных землетрясениях в Японии амплитуду сотрясений, наблюдаемых на различных расстояниях от эпицентра. Затем он построил логарифм зависимости амплитуды от расстояния и нашел серию кривых, которые показали приблизительную корреляцию с предполагаемыми магнитудами землетрясений. [ 9 ] Рихтер разрешил некоторые трудности с помощью этого метода. [ 10 ] а затем, используя данные, собранные его коллегой Бено Гутенбергом , он построил аналогичные кривые, подтвердив, что их можно использовать для сравнения относительных магнитуд различных землетрясений. [ 11 ]
Создание практического метода определения абсолютной меры величины потребовало дополнительных разработок. Во-первых, чтобы охватить широкий диапазон возможных значений, Рихтер принял предложение Гутенберга о логарифмической шкале, где каждый шаг представляет собой десятикратное увеличение звездной величины, аналогичной шкале звездных величин, используемой астрономами для определения яркости звезд . [ 12 ] Во-вторых, он хотел, чтобы нулевая величина была примерно на пределе человеческого восприятия. [ 13 ] В-третьих, он определил сейсмограф Вуда-Андерсона в качестве стандартного инструмента для получения сейсмограмм. Тогда магнитуда была определена как «логарифм максимальной амплитуды следа, выраженной в микронах », измеренной на расстоянии 100 км (62 мили). Шкала была откалибрована путем определения толчка магнитудой 0 как толчка, который создает (на расстоянии 100 км (62 мили)) максимальную амплитуду 1 микрон (1 мкм, или 0,001 миллиметра) на сейсмограмме, записанной методом кручения Вуда-Андерсона. сейсмометр. [ 14 ] Наконец, Рихтер рассчитал таблицу поправок на расстояние: [ 15 ] в том, что для расстояний менее 200 километров [ 16 ] на затухание сильно влияют структура и свойства региональной геологии. [ 17 ]
Когда Рихтер представил получившуюся шкалу в 1935 году, он назвал ее (по предложению Гарри Вуда) просто шкалой «величин». [ 18 ] «Величина Рихтера», по-видимому, возникла, когда Перри Байерли заявил прессе, что шкала принадлежит Рихтеру и «должна называться таковой». [ 19 ] В 1956 году Гутенберг и Рихтер, все еще ссылаясь на «шкалу магнитуд», обозначили ее как «локальную величину» с помощью символа ML , чтобы отличить ее от двух других разработанных ими шкал: величины поверхностной волны (MS ) и объемной шкалы. масштабы амплитуды волны (MB ) . [ 20 ]
Магнитуда по Рихтеру землетрясения определяется из логарифма амплитуды волн , регистрируемых сейсмографами (включаются поправки для компенсации изменения расстояния между различными сейсмографами и эпицентром землетрясения). Исходная формула: [ 21 ]
где А — максимальное отклонение сейсмографа Вуда–Андерсона, эмпирическая функция А0 эпицентрального зависит только от расстояния станции, . На практике показания всех станций наблюдения усредняются после корректировки с поправками для конкретных станций для получения M L. значения [ 21 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Вуд-Андерсон» . www.usgs.gov . Геологическая служба США . Проверено 12 мая 2023 г.
- ^ Музей сейсмографов - Институт исследования землетрясений, Токийский университет (стр.8)
- ^ Jump up to: а б Гешвинд, К. (2001). Землетрясения в Калифорнии: наука, риск и политика смягчения опасностей . Издательство Университета Джонса Хопкинса . стр. 53–60. ISBN 978-0-8018-6596-1 .
- ^ Jump up to: а б Гудштейн, младший ; Робертс, П. (1990), «Съемка сейсмограмм и связанных с ними материалов в Калифорнийском технологическом институте» , «История геофизики » , Американский геофизический союз , стр. 185–186, ISBN. 0-87590-278-2
- ^ Магазин 1993 , с. 47.
- ^ Хаф 2007 ;
- ^ Хаф 2007 , с. 57.
- ^ Хаф 2007 , стр. 57, 116.
- ^ Рихтер 1935 , с. 2.
- ^ Рихтер 1935 , стр. 1–5.
- ^ Рихтер 1935 , стр. 2–3.
- ^ [ожидает]
- ^ Рихтер 1935 , с. 14: Гутенберг и Рихтер 1936 , с. 183.
- ^ Рихтер 1935 , с. 5. См. также Hutton & Boore 1987 , с. 1; Чунг и Бернройтер 1980 , с. 10.
- ^ Рихтер 1935 , с. 6, таблица I.
- ^ Рихтер 1935 , с. 32.
- ^ Чунг и Бернройтер 1980 , с. 5.
- ^ Рихтер 1935 , с. 1. Его статья называется: «Инструментальная шкала магнитуд землетрясений».
- ^ Хаф 2007 , стр. 123–124.
- ^ Гутенберг и Рихтер 1956b , с. 30.
- ^ Jump up to: а б Эллсворт, Уильям Л. (1991). «Шкала Рихтера ML» . В Уоллесе, Роберт Э. (ред.). Система разломов Сан-Андреас, Калифорния . Геологическая служба США. п. 177. Professional Paper 1515. Архивировано из оригинала 25 апреля 2016 года . Проверено 14 сентября 2008 г.
Источники
[ редактировать ]- Болт, BA (1993), Землетрясения и геологические открытия , Научно-американская библиотека, ISBN 0-7167-5040-6 .
- Бур, Д. М. (сентябрь 1989 г.), «Шкала Рихтера: ее разработка и использование для определения параметра источника землетрясения» (PDF) , Tectonophysicals , 166 (1–3): 1–14, Bibcode : 1989Tectp.166....1B , дои : 10.1016/0040-1951(89)90200-х
- Чунг, Д.Х.; Бернройтер, Д.Л. (1980), Региональные взаимоотношения между шкалами магнитуд землетрясений. , doi : 10.2172/5073993 , НУРЭГ/CR-1457.
- Гутенберг, Б.; Рихтер, К.Ф. (21 февраля 1936 г.), «Дискуссия: Магнитуда и энергия землетрясений» , Science , 83 (2147): 183–185, Бибкод : 1936Sci....83..183G , doi : 10.1126/science.83.2147 .183 , ПМИД 17770563 .
- Гутенберг, Б.; Рихтер, К.Ф. (1956b), «Масштуда, интенсивность, энергия и ускорение землетрясения (вторая статья)» , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 46 (2): 105–145, doi : 10.1785/BSSA0460020105 .
- Хаф, SE (2007), Шкала Рихтера: мера землетрясения, мера человека , Princeton University Press, ISBN 978-0-691-12807-8 .
- Хаттон, ЛК; Бур, Дэвид М. (декабрь 1987 г.), « Шкала ML Бибкод в Южной Калифорнии» (PDF) , Nature , 271 (5644): 411–414, : 1978Natur.271..411K , doi : 10.1038 /271411a0 , S2CID 4185100 .
- Канамори, Хироо (2 февраля 1978 г.), «Количественная оценка землетрясений» (PDF) , Nature , 271 (5644): 411–414, Бибкод : 1978Natur.271..411K , doi : 10.1038/2714 , S2011ID . 4185100 .
- Рихтер, К.Ф. (январь 1935 г.), «Инструментальная шкала магнитуд землетрясений» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 25 (1): 1–32, Бибкод : 1935BuSSA..25....1R , doi : 10.1785/BSSA0250010001 , заархивировано из оригинала. (PDF) от 10 июля 2018 г. , получено 12 мая 2023 г.