زلزله نگار ( لرزه نگار) و کاربردهای آن

زلزله نگار (Seismograph) یا لرزه نگار دستگاهی است که به ارتعاشات حساس است و ارتعاشات ناشی از زلزله، انفجار یا هر پدیده دیگری در زمین را ثبت می کند.

لرزه نگار در واقع دستگاهی برای اندازه گیری حرکت زمین است و از یک سنسور تشخیص ارتعاش به نام لرزه سنج، همراه با یک سیستم ضبط برای نمایش ارتعاشات تشکیل شده است.

اگرچه این دستگاه ها در ابتدا برای مکان یابی زمین لرزه های طبیعی طراحی شده اند اما لرزه نگارها کاربردهای دیگری مانند اکتشاف نفت، بررسی حرکات پوسته زمین و لایه های زیرین زمین و نظارت بر فعالیت آتشفشانی نیز دارند.

علم زلزله شناسی مبتنی بر ایده استفاده از حسگر برای تشخیص زمین لرزه و اندازه گیری بزرگی آن است. لرزه نگاری همچنین بر اثرات یک زمین لرزه، به عنوان مثال، یک سونامی تمرکز دارد. 

زلزله نگار یا لرزه نگار چگونه کار می کند؟
یک لرزه سنج ساده شامل یک آونگ آویخته در یک قاب است که به حرکات بالا و پایین زمین حساس است و همراه با هر حرکتی که تشخیص داده می شود، حرکت می کند.

حرکت نسبی بین آونگ و قاب حرکت عمودی زمین را مشخص می کند. معمولا یک درام چرخان به قاب و یک قلم به آونگ متصل می شود تا حرکاتت زمین را در یک لرزه نگار ثبت کند.

به طورکلی هرگونه حرکتی در زمین قاب را به حرکت در می آورد. اما آونگ به دلیل اینرسی تمایل به حرکت ندارد و با اندازه گیری حرکت بین قاب و آونگ می توان حرکت زمین را تعیین کرد.

لرزه سنج های اولیه از اهرم های نوری یا اتصالات مکانیکی برای تقویت حرکت های کوچک و ثبت آنها بر روی کاغذ پوشیده شده از دوده یا کاغذ عکاسی استفاده می کردند. دستگاه های مدرن از الکترونیک استفاده می کنند.

در برخی سیستم ها آونگ نسبت به قاب توسط یک حلقه بازخورد منفی الکترونیکی تقریباً بی حرکت نگه داشته می شود.

بنابراین حرکت آونگ نسبت به قاب اندازه گیری می شود و حلقه بازخورد یک نیروی مغناطیسی یا الکترواستاتیک ایجاد می کند تا آونگ تقریبا بی حرکت بماند. ولتاژ مورد نیاز برای تولید این نیرو خروجی لرزه سنج است که به صورت دیجیتالی ثبت می شود.

در سیستم های دیگر آونگ مجاز به حرکت است و حرکت آن بار الکتریکی را در یک سیم پیچ متصل به آونگ تولید می کند که این ولتاژ از طریق میدان مغناطیسی آهنربا متصل به قاب حرکت می کند. این طرح اغلب در ژئوفون استفاده می شود که در اکتشاف نفت و گاز استفاده می شود.

رصد خانه های لرزه ای معمولاً از ابزاری استفاده می کنند که سه محور را اندازه گیری می کند: شمال - جنوب (محور y)، شرق- غرب (محور ( x و عمودی (محور. ( z اگر فقط یک محور اندازه گیری شود، معمولاً عمودی است زیرا صداهای مزاحم کمتری دارد و امواج لرزه ای را بهتر ثبت می کند.

علاوه بر این فوندانسیون یک بخش حیاتی ایستگاه لرزه نگاری است. یک ایستگاه حرفه ای گاهی اوقات روی بستر سنگی نصب می شود. ابزارهای دیگر اغلب در محفظه های عایق بندی شده روی پایه های کوچک دفن شده از بتن غیر مسلح نصب می شوند تا در زمان وقوع زلزله ثابت بمانند.

تاریخچه کشف زلزله نگار یا لرزه نگار:
اولین ابزار لرزه نگار سیسموسکوپ نام داشت که توانایی ثبت نوسانات زمین را نداشت اما نشان می داد که لرزش رخ داده است.

این دستگاه توسط یک دانشمند چینی به نام ژانگ هنگ در اوایل سال 132 میلادی اختراع شد. این ابزار به شکل استوانه ای بود و سر هشت اژدها در اطراف محیط فوقانی آن قرار گرفته بود که هر کدام یک توپ در دهان خود داشتند.

در اطراف محیط پایین، هشت قورباغه قرار داشت که هر کدام مستقیماً زیر سر اژدها قرار داشتند. هنگام وقوع زلزله، توپ ها از دهان اژدها توسط یک آونگ داخلی که مطابق جهت لرزش به عقب و جلو حرکت می کرد به دهان قورباغه انداخته می شد و باعث تولید صدا می شد.

پس از آن در سال 1855 دانشمند ایتالیایی لوئیجی پالمیری لرزه نگار اختراع کرد که از چندین لوله U شکل پر از جیوه ساخته شده بود و جهت آن به سمت نقاط مختلف قطب نما بود.

وقتی زمین لرزه رخ می داد حرکت جیوه یک تماس الکتریکی ایجاد کرد و حرکت ساعت را متوقف کرد و همزمان یک درام شروع به ثبت آن می کرد. بنابراین با این دستگاه زمان وقوع، شدت نسبی و طول مدت زمین لرزه مشخص می شد.

اولین لرزه نگار واقعی در سال 1875 توسط فیزیکدان ایتالیایی فیلیپو سکی اختراع شد. لرزه نگار وی نیز از آونگ استفاده می کرد اما برای اولین بار بود که یک دستگاه می توانست حرکت نسبی آونگ ها را با توجه به حرکات زمین به عنوان تابعی از زمان ثبت کند.

در قرن سیزدهم، دستگاه های لرزه نگاری در رصدخانه مراغه در ایران وجود داشتند. ژان دو هاوتفویل فیزیکدان و کشیش فرانسوی یکی را در سال 1703 ساخت.

پس از سال 1880، بیشتر لرزه سنج ها از نسل های ساخته شده توسط تیم جان میلن، جیمز آلفرد اوینگ و توماس گری بودند که از سال 1880 تا 1895 به عنوان مشاور دولت خارجی کار می کردند. در این لرزه سنج ها از آونگ های افقی میرایی استفاده می شد.

تفاوت لرزه سنج، لرزه نگار، لرزه نگاشت چیست؟
لرزه سنج در واقع قسمت داخلی لرزه نگار است که ممکن است یک آونگ یا جرمی باشد که روی فنر نصب شده است.

لرزه نگارها ابزاری هستند که برای ثبت حرکت زمین در هنگام زلزله استفاده می شوند. آنها در سراسر جهان نصب شده اند و به عنوان بخشی از یک شبکه لرزه نگاری کار می کنند.

همانطور که گفتیم اولین "لرزه نگاری" توسط فیلسوف چینی چانگ هنگ در سال 132 میلادی انجام شد هرچند که دستگاه او زلزله را ثبت نمی کرد و فقط نشان می داد که یک زمین لرزه رخ داده است. اولین لرزه نگار واقعی که قدرت ثبت بزرگی زمین لرزه را داشت در سال 1890 ساخته شد.

یک لرزه نگار به طور ایمن بر روی سطح زمین نصب می شود به طوری که هنگام لرزش زمین، کل واحد با آن می لرزد به جز جرم یا آونگ که دارای اینرسی است و در همان مکان باقی می ماند.

با لرزش لرزه نگار در زیر جرم، دستگاه ثبت موجود بر روی آونگ حرکت نسبی بین خود و بقیه دستگاه را ثبت می کند، بنابراین حرکت زمین ثبت می شود. در حقیقت این مکانیسم ها دیگر دستی نیستند، بلکه در عوض با اندازه گیری تغییرات الکترونیکی حاصل از حرکت زمین با توجه به آونگ کار می کنند.

لرزه نگاشت کار ثبت زمین لرزه را انجام می دهد و حرکات زمین را بر روی کاغذ ثبت می کند البته لرزه نگارها اکنون دیجیتال هستند و دیگر هیچ کاغذی برای ثبت زمین لرزه مورد استفاده قرار نمی گیرد.

سازمان زلزله نگار ایران:
سازمان زلزله نگار ایران با نام پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله در آذرماه سال 1368 تأسیس شد و در حال حاضر 43 نفر عضو هیئت علمی دارد و زمینه رشته های مرتبط با زلزله شناسی و ژئوفیزیک دانشجو می پذیرد.

این پژوهشگاه از پنج آزمایشگاه کف قوی و میز لرزه، سانتریفیوژ، آزمایشگاه ژئوتکنیک، مدل سازی فیزیکی، آزمایشگاه سازه و آزمایشگاه زلزله شناسی تشکیل شده است.

زلزله نگار آنلاین:
زلزله نگار آنلاین یک نرم افزار است که بر روی گوشی قابل نصب است و با استفاده از آن می توانید از وقوع زمین لرزه در سراسر کشور مطلع شوید.

این نرم افزار رایگان است و می توانید از کافه بازار آن را دانلود کنید. در این اپلیکیشن اطلاعات مربوط به زمین لرزه های ایران از سال 1386تاکنون وجود دارد. این نرم افزار در صورت وقوع زلزله بر روی گوشی شما هشدار می دهد و شما را مطلع می سازد.

سازمان زلزله نگار جهانی:
سازمان زلزله نگار جهانی یک شبکه بین المللی از لرزه نگارهای دیجیتال (FDSN) است. عضویت در این سازمان برای کلیه سازمان هایی که در زمینه سنجش زمین لرزه کار می کنند آزاد است و دسترسی آزاد به داده های زمین لرزه را در سراسر دنیا برای سایر اعضا فراهم می کند.

این سازمان به دانشمندان سراسر دنیا جهت تعامل و پیشرفت بیشتر در رابطه با علوم زمین و به ویژه مطالعه حرکات زمین کمک می کند. این سازمان تحت سلطه هیچ کشور یا گروهی نیست و پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله ایران نیز عضو این فدراسیون هستند.

آیا پیش بینی زمین لرزه امکان پذیر است؟
خیر هیچ دانشمندی تاکنون نتوانسته زمین لرزه را پیش بینی کند. دانشمندان فقط می توانند احتمال وقوع یک زمین لرزه قابل توجه را در یک منطقه خاص در طول چندین سال محاسبه کنند. برای پیش بینی زلزله باید 3 مولفه را تعریف کرد: 1) تاریخ و زمان، 2) مکان و 3) بزرگی.

اگرچه برخی از مردم می گویند که می توانند زمین لرزه را پیش بینی کنند، اما در اینجا دلایل نادرست بودن اظهارات آنها شرح داده می شود:

اظهارات آنها مبتنی بر شواهد علمی نیستند و زمین لرزه ها بخشی از یک فرایند علمی هستند. به عنوان مثال، زمین لرزه ها هیچ ارتباطی با ابر، دردهای بدنی، یا حرکت خاص جانوران ندارند. آنها هر سه مولفه نام برده شده مورد نیاز برای پیش بینی زلزله را تعریف نمی کنند.

پیش بینی های آنها چنان کلی است که همیشه زمین لرزه ای متناسب با آن اتفاق خواهد افتاد. مثلا در 30 روز آینده در جایی در ایالات متحده زمین لرزه رخ خواهد داد یا امروز در سواحل غربی ایالات متحده زمین لرزه رخ خواهد داد.

اگر زلزله ای در این مناطق اتفاق بیفتد که متناسب با پیش بینی آنها باشد، آنها ادعا می کنند که موفق به پیش بینی زلزله شده اند هرچند پیش بینی آنها با آنچه در واقعیت رخ داده تفاوت زیادی داشته باشد.

پیش بینی ها (توسط افراد غیر دانشمند) معمولاً وقتی اتفاق می افتد که زمزه هایی از وقوع زمین لرزه در شبکه های اجتماعی دست به دست می شود.

مثلا گفته می شود قبل از زلزله مقادیر رادون در آب محلی افزایش می یابد یا در رفتار حیوانات تغییراتی دیده می شود که اساس علمی ندارد.

متأسفانه، بیشتر این پیش بینی ها غالباً ربطی به وقوع زلزله ندارد بنابراین پیش بینی واقعی زمین لرزه فعلا امکان پذیر نیست ولی ممکن است در آینده بشر موفق شود زلزله را پیش بینی کند.