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

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

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 ]}

M_{\mathrm {L} }=\log _{10}A-\log _{10}A_{\mathrm {0} }(\delta )=\log _{10}[A/A_{\mathrm {0} }(\delta )],\

где $А$ — максимальное отклонение сейсмографа Вуда–Андерсона, эмпирическая функция $А0 эпицентрального$ зависит только от расстояния станции, $\delta$ . На практике показания всех станций наблюдения усредняются после корректировки с поправками для конкретных станций для получения _{M L.} значения ^{[ 21 ]}

Ссылки

^ «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

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.

[1] «Вуд-Андерсон» . www.usgs.gov . Геологическая служба США . Проверено 12 мая 2023 г.

[2] Музей сейсмографов - Институт исследования землетрясений, Токийский университет (стр.8)

[Geschwind-3] 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 .

[Goodstein-4] 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

[5] Магазин 1993 , с. 47.

[6] Хаф 2007 ;

[7] Хаф 2007 , с. 57.

[8] Хаф 2007 , стр. 57, 116.

[9] Рихтер 1935 , с. 2.

[10] Рихтер 1935 , стр. 1–5.

[11] Рихтер 1935 , стр. 2–3.

[12] [ожидает]

[13] Рихтер 1935 , с. 14: Гутенберг и Рихтер 1936 , с. 183.

[14] Рихтер 1935 , с. 5. См. также Hutton & Boore 1987 , с. 1; Чунг и Бернройтер 1980 , с. 10.

[15] Рихтер 1935 , с. 6, таблица I.

[16] Рихтер 1935 , с. 32.

[17] Чунг и Бернройтер 1980 , с. 5.

[18] Рихтер 1935 , с. 1. Его статья называется: «Инструментальная шкала магнитуд землетрясений».

[19] Хаф 2007 , стр. 123–124.

[20] Гутенберг и Рихтер 1956b , с. 30.

[Ellsworth-21] 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.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]