地震計

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背景

地震計は、地球内の振動を検出および測定するために設計された機器であり、それらが生成する記録は、地震記象として知られています。 この接頭辞で始まる他の多くの用語と同様に、これらの単語はギリシャ語の地震に由来します。 「ショック」または「地震」を意味します。地下測量には特定の種類の地震計が使用されますが、地震の調査にはこの装置が最もよく知られています。

地震計は、サポートベースに取り付けられた振り子で構成されています。次に、振り子はインクペンなどのレコーダーに接続されます。地面が振動すると、レコーダーが動いている間、振り子は静止したままになり、地球の動きの記録が作成されます。典型的な地震計には3つの振り子があります。1つは垂直方向の動きを記録し、2つは水平方向の動きを記録します。

地震計は地震計から発展したもので、揺れや地震の方向を検出することはできますが、振動の強さやパターンを特定することはできません。地震を検出するために使用された最も初期の既知の装置は、西暦132年頃に中国の学者Chang Hengによって作成されました。詳細な説明によると、それは、上部の円周に8つの竜の頭が配置された豪華な装飾の銅製シリンダーで構成される美しく独創的な装置でした。外向き。ドラゴンの頭の真下の下部の円周の周りに、8匹の銅のカエルが固定されていました。地震によってシリンダー内の柔軟性があり、上端が重くなったロッドがトリガーされたときに、各ドラゴンはその口の中で小さなボールを持っていて、その下のカエルの口に落ちました。落下したボールを捕らえた特定のカエルは、地震の一般的な方向を示しました。

1700年以上の間、地震の研究は張衡のような不正確な機器に依存していました。何世紀にもわたって、多種多様な地震計が構築され、その多くは水または液体水銀のプール内の波紋の検出に依存していました。カエルとドラゴンのメカニズムに似たそのような装置の1つは、震えが発生したときにその周りに置かれた小さな皿にこぼれる水銀の浅い皿を特徴としていました。 18世紀に開発された別のタイプの地震計は、天井から吊り下げられた振り子が細かい砂のトレイに引きずり込まれ、振動が振り子を揺らしたときに動くポインターに取り付けられていました。 19世紀の間に、最初の地震計が建設されました。さまざまな種類の振り子を使用して、地下の振動のサイズを測定しました。

最初の真の地震計は、1855年にイタリアの科学者ルイージパルミエリによって設計された複雑なメカニズムであった可能性があります。この機械は、水銀で満たされた、電気接点とフロートが取り付けられたチューブを使用しました。揺れが水銀を乱すと、電気接点が同時に時計を止め、フロートの動きを記録する装置をトリガーし、地震の時間と強さの両方を大まかに示しました。最初の正確な地震計は、1880年に、地震学の父としてよく知られている英国の地質学者ジョン・ミルンによって日本で開発されました。ミルンは、海外駐在の科学者であるジェームズアルフレッドユーイングとトーマスグレイとともに、さまざまな地震学的装置を発明しました。その1つが水平振り子地震計でした。この洗練された楽器は、揺れに邪魔されるとスリットプレートをずらす加重ロッドで構成されていました。プレートの動きにより、反射光がスリットを通して、またその下にある別の静止スリットを通して輝くことができました。感光紙に当たると、光は震えの記録を刻みました。今日でもほとんどの地震計はミルンと彼の仲間によって導入された基本的な設計に依存しており、科学者は振り子の動きに対する地球の動きを研究することによって震えを評価し続けています。

最初の電磁地震計は、1906年にロシアの王子、ボリス・ゴリツィンによって発明されました。ボリス・ゴリツィンは、19世紀に英国の物理学者マイケルファラデーによって開発された電磁誘導の原理を採用しました。ファラデーの誘導の法則は、磁気強度の変化を使用して電流を生成できると仮定しました。この教訓を取り入れて、Golitsynは、揺れによってコイルが磁場の中を移動する機械を構築しました。これにより、電流を測定して方向付ける装置である検流計に供給される電流が生成されます。次に、電流は、ミルンの装置に光を向けたものと同様のミラーを変動させます。この電子システムの利点は、レコーダーを実験室などの便利な場所に設置できる一方で、地震計自体を離れた場所に設置できることです。

20世紀の間に、核実験検出プログラムは現代の地震学を可能にしました。地震の本当の危険性にもかかわらず、地下核爆発の脅威が1960年に世界標準地震計観測網（WWSSN）の設立を促すまで、地震学は多数の地震計を指揮することができませんでした。ネットワークは60カ国に120の地震計を設置しました。そして、その後援の下で、地震計ははるかに洗練されたものになりました。第二次世界大戦後に開発されたPress-Ewing地震計は、研究者がいわゆる長周期地震波、比較的低速で長距離を伝わる振動を記録することを可能にしました。この地震計は、ミルンモデルで使用されているような振り子を使用していますが、摩擦を減らすためにロッドを支えるピボットを弾性ワイヤーに置き換えています。その他の戦後の革新には、タイミングをより正確にするための原子時計や、コンピューターに入力できるデジタル表示が含まれていました。ただし、最も重要な このフローチャートは、地震計の製造と設置に関連する手順を示しています。使用される主な材料はアルミニウムであり、次に銅、鋼、ガラス、プラスチックで構成される通常の電気機器が続きます。基本ユニットは、ヒンジとワイヤー（水平ユニットの場合）またはスプリング（垂直ユニットの場合）によって地面にしっかりと固定された支持フレームに取り付けられた気密容器内の振り子で構成されています。現代の開発は地震計アレイの実装でした。これらのアレイは、数百の地震計で構成されており、単一の中央レコーダーにリンクされています。さまざまな観測所で作成された個別の地震記象を比較することにより、研究者は地震の震源地（地震の発生源の真上にある地表上の点）を特定できます。

現在、地震研究では3種類の地震計が使用されており、それぞれが測定する振動のスケールに対応する周期を持っています（周期は振り子が1回の完全な振動を完了するのに必要な時間の長さです）。短周期地震計は、一次および二次振動、最も速く移動する地震波を研究するために使用されます。これらの波は非常に速く移動するため、短周期地震計は1回の完全な振動を完了するのに1秒もかかりません。また、科学者が地球の速い動きのパターンを知覚できるように、結果として生じる地震記象を拡大します。長周期地震計の振り子は、一般に振動するのに最大20秒かかり、一次波と二次波に続くラブ波やレイリー波などの動きの遅い波を測定するために使用されます。 WWSSNは現在、このタイプの機器を使用しています。振り子の周期が最も長い地震計は、超長と呼ばれます。 またはブロードバンド 楽器。広帯域地震計は、地球規模の振動のより包括的な理解を深めるためにますます頻繁に使用されています。

原材料

地震計のコンポーネントは標準です。最も重要な材料はアルミニウムであり、次に銅、鋼、ガラス、プラスチックで構成される通常の電気機器が続きます。最新の地震計は、地球の振動を測定する1つまたは複数の地震計で構成されています。地震計は、地面にしっかりと設置された支持フレームにヒンジとワイヤー（水平ユニットの場合）またはばね（垂直ユニットの場合）によって取り付けられた気密コンテナ内の振り子（不活性質量）で構成されています。 1つまたは複数の電気コイルが振り子に取り付けられ、磁石の磁場内に配置されます。コイルのわずかな動きでさえ電気信号を生成し、それが増幅器とフィルターに供給され、後で印刷するためにコンピューターのメモリーに保存されます。あまり洗練されていない地震計には、ミラーがあります。 感光紙（ミルンの地震計のように）、ロール紙に速乾性インクで書き込むペン、または感熱紙に印を付けるヒートペンに光を当てます。

デザイン

地震地震計の需要はそれほど高くありません。特定の研究者のニーズを満たすためにカスタムメイドの地震計を設計する数社のメーカーが対応できます。したがって、地震計の基本的なコンポーネントは標準ですが、特定の機能を特定の目的に使用できるように適合させることができます。たとえば、何千マイルも離れた場所で地震イベントを研究するために、より感度の高い機器が必要になる場合があります。別の地震学者は、地震の最も早い揺れを観察するために、振り子がほんの数秒の短い周期を持つ機器を選択するかもしれません。水中研究の場合、地震計は水中にある必要があります。

製造
プロセス

サイトの選択

• 1あるサイトは、いくつかの理由で地震学者の興味を引く可能性があります。最も明白なものは、おそらくそれが地殻の断層または割れ目に隣接しているために、その地域が地震を起こしやすいということです。そのような割れ目は、それらに隣接する地球のブロックの1つを取り除き、ブロックを断層に対してより高く、より低く、または水平に平行にシフトさせ、その領域をさらに不安定にしやすくします。地震計が現在設置されていない地域にも地震計が設置されている可能性があります。これにより、地震学者はその地域のより完全な全体像を把握するためのデータを収集できます。
• 2一部の地震計は教育目的で大学や博物館の地下室に設置されていますが、地震研究の理想的な場所はもっと離れた場所にあります。地球の地震動をより正確に記録するには、交通やその他の振動が最小限になる場所に地震計を配置する必要があります。場合によっては、未使用のトンネルを割り当てることができます。また、自然の地下洞窟が利用できる場合もあります。地震計が望ましいと思われる地下の穴が他にない場合、地震学の研究者は井戸を掘って機器を中に置くことさえ選択するかもしれません。地上の地震計も可能ですが、固い岩盤の上に置く必要があります。

地震計ユニットの組み立て

• 3専門の工場で、地震計の構成部品が組み立てられ、出荷の準備が整います。まず、振り子は柔らかいばね（垂直ユニットの場合）またはワイヤー（水平ユニットの場合）のいずれかに取り付けられ、シリンダー内に吊り下げられます 水平地震計にはワイヤーに取り付けられた振り子が含まれていますが、垂直ユニットは代わりにバネを使用しています。地震の際に地面が振動すると、レコーダーが動いている間、振り子は静止したままになり、地球の動きの記録が作成されます。
  一部のレコーダーは、電気信号を生成するコイルで構成されており、電気信号は後で印刷するためにコンピューターのメモリに保存されます。あまり洗練されていない地震計には、感光紙に光を当てるミラー、ロール紙に速乾性インクで書き込むペン、または感熱紙に印を付けるヒートペンのいずれかがあります。電気コイルの間。次に、コイルはプリント回路基板に配線され、地震計本体の内部に配置されます。ユニット全体をデジタルオーディオテープレコーダーに接続することができます。デジタルオーディオテープレコーダーは、コイルによって生成された電流を受け取り、回路基板に転送されます。データ記録装置がロール紙やペンなどの従来の装置で構成されている場合、これらはユニットに接続されます。最終目的地に応じて、地震計は、繊細な電子機器の移動に経験のある輸送業者によって、クッション付きの箱に入れてトラックまたは飛行機で輸送されます。

地震計ユニットの設置

• 4教育目的の地震計がコンクリートにボルトで固定される場合があります 地下室の床ですが、研究用地震計は、建物の避けられない振動から遠く離れた場所に配置するのが最適です。それらは、高い精度が要求される場合には岩盤に直接設置されるか、コンクリートのベッドに設置されます。どちらの場合も、土は取り除かれ、地面は平らになります。 2番目の例では、コンクリートのベッドが注がれ、固まることができます。
• 5ベースの準備ができたら、地震計ユニットをボルトで固定します。高い感度が要求されるいくつかの例では、それは温度と湿度が制御されている金庫室に収容されます。地震計ユニットは通常、選択したフィールド、洞窟、または金庫室に設置されますが、増幅器、フィルター、および記録装置は別々に収容されます。
• 6現代の地震学では、いくつかの地震計ユニットが互いに離れた場所に配置されているのが一般的です。各地震計ユニットは中央の場所に信号を送信し、そこでデータを印刷して調査することができます。信号は、ユニットに組み込まれたアンテナからブロードキャストすることも、より高度なユニットでは衛星に向けて送信することもできます。

品質管理

地震計は、要素に耐えるように設計されています。それらは防水性と防塵性があり、多くは設置場所に応じて、極端な温度と高湿度にもかかわらず機能するように設計されています。それらの感度と保護要件にもかかわらず、多くの地震計は30年続くことが知られています。工場の品質管理担当者は、設計と最終製品をチェックして、顧客の要求を満たしているかどうかを確認します。すべての部品の公差と適合性がチェックされ、地震計が適切に機能するかどうかがテストされます。さらに、ほとんどの地震計にはテスト装置が組み込まれているため、後でテストすることができます 典型的な地震計には、3つの振り子が含まれています。1つは垂直方向の動きを記録し、2つは水平方向の動きを記録します。地震計ユニットは通常、フィールド、洞窟、または金庫室に設置されますが、増幅器と記録装置は別々に収容されます。インストールされ、動作する前に。資格のあるコンピュータープログラマーも、出荷前にソフトウェアのバグをテストします。感度と精度は重要ですが、特に地震予知ではタイミングも重要です。最新の地震計のほとんどは、世界時（以前はグリニッジ時間と呼ばれていました）に合わせて調整された原子時計に接続されているため、すべての研究者が理解できる非常に正確な情報が保証されます。

最新の地震計による品質管理のもう1つの重要な側面は、人的エラーを最小限に抑えることです。以前の地震計は単純で、実際には誰でもそれらの使用方法を学ぶことができましたが、現代の地震計は複雑で使いにくい正確で感度の高いデバイスです。今日、地震計の研究者と労働者は、彼ら自身がまだ資格のあるエンジニアと科学者でない場合、製造施設のエンジニアと科学者によって訓練されなければなりません。彼らは、地震計とコンピューターなどのすべての補助装置を実行および保守する方法を学ぶ必要があります。

未来

地震学は地震の研究で最もよく知られています。その重点は、地球の構造の理論的研究ではなく、脆弱な地域での地震の影響を予測して軽減することにありました。地球内部の研究は、石油鉱床の探索、建設前の地盤の不安定性のテスト、および地下核爆発の追跡に向けられてきました。しかし、地震予知は何よりも重要です。地震が発生することを研究者が事前に判断できれば、病院や安全要員の増員などの予防策を講じることができます。米国政府が発表した最初の公式の地震予知は1985年にのみ行われた。したがって、地震予知はまだ始まったばかりである。 1989年にサンフランシスコで発生したような最近の大地震は、サンアンドレアス断層の研究を強化しました。現在、地震学者のチームは、その断層のパークフィールドセグメントを調査して、小さな地震を予測できるかどうかを判断しています。この試みのデータは、人口の多い地域での大地震を予測するのに役立ちます。その他の開発には、長周期波と短周期波の両方を記録できる、より感度が高く耐久性のある地震計が含まれます。ある地球科学者は、地震警報システムを設置できると信じています。そのようなシステムは、振動を拾うための地震計、それらを差し迫った地震として解釈するためのコンピュータ、そして緊急要員に時間内に警告するための通信システムを必要とするでしょう。一部の専門家は、地震が発生しやすい地域に多数の地震計を構想しており、個々の地震計の所有者がデータを収集して地震学者に送信することができます。