Was ist ein Seismograph?
Ein Seismograph ist ein Gerät, das entwickelt wurde, um die Erschütterungen eines Erdbebens aufzuzeichnen, wenn dieses auftritt.
Es wird angenommen, dass der Prototyp bereits vor über 1800 Jahren in China existierte, und er wird oft als das älteste Seismograph der Welt bezeichnet. Moderne Seismographen sollen in Japan in der frühen Meiji-Zeit (1868-1912) erfunden worden sein, und seither wurden verschiedene Verbesserungen vorgenommen.
Ein ähnlicher Begriff wie Seismometer ist seismischer Intensitätsmesser, der eine Art Seismograph ist. Neben der Funktion eines Seismometers hat ein Seismometer auch die Funktion, die seismische Intensität zu berechnen, und wird daher getrennt von einem Seismographen genannt.
Anwendungen von Seismographen
Die von Seismographen gemessenen Daten werden für verschiedene Maßnahmen zur Erdbebenbekämpfung verwendet.
Seismographen sind über die ganze Welt verteilt, allein die JMA verfügt über mehr als 600 Standorte im ganzen Land. Die jeweiligen Länder sammeln die Daten von den Seismographen im ganzen Land in Echtzeit, und wenn ein Erdbeben auftritt, werden die Daten auf verschiedene Weise genutzt, z. B. für die Versendung von Gefahrenwarnungen in Form von Erdbebenfrühwarnungen, Informationen über die Erdbebenintensität und das Epizentrum sowie für Tsunami-Vorhersagen. Diese Informationen werden dann an die nationale Regierung und verschiedene Ministerien und Behörden weitergeleitet, um sicherzustellen, dass anschließend schnell die notwendige Hilfe geleistet werden kann.
Seismographen werden auch als Instrumente zur Beobachtung vulkanischer Aktivitäten eingesetzt. Seismographen werden in der Nähe von Vulkanen installiert, um vulkanische Erdbeben und vulkanische Mikroerschütterungen zu beobachten.
Funktionsweise von Seismographen
Seismographen sind Instrumente, die sich das Pendelprinzip zunutze machen.
1. Das Gesetz der Trägheit sorgt für einen unbeweglichen Punkt
Seismographen werden in der Regel an der Erdoberfläche oder unterirdisch installiert und bewegen sich mit dem Boden, wenn dieser bebt, so dass ein Referenzpunkt, der so genannte unbewegliche Punkt, erforderlich ist, der sich im Verhältnis zum Boden nicht bewegt.
Unter der Annahme, dass der Drehpunkt des Pendels der Boden ist, wird ein Stift an der Position des Gewichts platziert und eine Papierrolle am Ende des Stifts angebracht, die mit einer konstanten Geschwindigkeit zugeführt wird. Wenn der Boden schnell bebt, bebt auch die gesamte Vorrichtung, aber die Gewichte bleiben aufgrund des Trägheitsgesetzes im Raum stehen, so dass das Beben des Bodens auf der Papierrolle aufgezeichnet wird. Erdbebenerschütterungen treten normalerweise in alle Richtungen auf, aber Erschütterungen, die parallel zur Bewegung der Papierrolle verlaufen, lassen sich nur schwer aufzeichnen, weshalb drei Seismographen verwendet werden, die jeweils drei Komponenten aufzeichnen: Nord-Süd, Ost-West und Auf-Ab.
In jüngster Zeit werden auch Seismographen eingesetzt, die anstelle von Papierrollen Spulen und Magnete verwenden, um die Bewegung eines Pendels als elektrisches Signal aufzuzeichnen.
2. Beobachtung von Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung
Die Beobachtung von Auslenkung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Bodens steht im Zusammenhang mit der Eigenperiode des Pendels.
Die Zeit, die das Gewicht benötigt, um in seine Ausgangslage zurückzukehren, wenn das Pendel frei schwingt, wird als Eigenperiode bezeichnet. Ist die Schwingungsdauer des Bodens im Vergleich zur Eigenperiode sehr kurz, bleibt das Gewicht stehen; ist dagegen die Schwingungsdauer des Bodens im Vergleich zur Eigenperiode sehr lang, schwingt das Gewicht in der gleichen Weise wie der Boden. Wenn die Schwingungsperiode des Bodens gleich der Eigenperiode ist, wird das Gewicht aufgrund von Resonanz viel stärker schwingen als der Boden.
Um die Resonanz zu verhindern, wird ein Dämpfer am Gewicht angebracht und eine Reaktionskurve des Seismographen erstellt, bei der die Periode des Bodens auf der horizontalen Achse und die Verschiebung auf der vertikalen Achse dargestellt wird. In einer Region, in der die Erschütterungsperiode viel kürzer ist als die natürliche Periode und die Verschiebung konstant ist, sind die Gewichte ortsfest, so dass man beobachten kann, um wie viel sich der Boden aufgrund der Erschütterung von seiner ursprünglichen Position entfernt hat, also die Verschiebung. In Regionen, in denen die Erschütterungsperiode gleich der natürlichen Periode ist, kann die Geschwindigkeit gemessen werden, und in Regionen, in denen die Periode länger als die natürliche Periode ist, kann die Beschleunigung gemessen werden.
Weitere Informationen über Seismographen
1. Arten von Seismographen
Es gibt drei Haupttypen von Seismographen: hochempfindliche Seismographen für kleine Erschütterungen, Breitbandseismographen für langsame Erschütterungen und starke Seismographen für starke Erschütterungen.
Diese werden für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Beispielsweise können hochempfindliche Seismographen aufgrund ihrer Eigenschaften Erschütterungen feststellen, die mit dem beabsichtigten Zweck nichts zu tun haben, so dass Maßnahmen wie das Bohren von Beobachtungsbohrungen erforderlich sein können.
2. Beobachtungsmethoden mit Seismographen
Es gibt zwei Arten der seismischen Beobachtung: die regelmäßige und die vorübergehende.
Bei der regelmäßigen Beobachtung handelt es sich um eine Methode der kontinuierlichen Beobachtung über einen langen Zeitraum, während die zeitlich begrenzte Beobachtung eine Methode der begrenzten Beobachtung über einen kurzen Zeitraum ist. Vorübergehende Beobachtungen werden zu bestimmten Zwecken durchgeführt, z. B. zur Beobachtung von Nachbeben nach einem schweren Erdbeben.
3. Der Einsatz von Seismographen
Seismographen werden bei verschiedenen Initiativen zur Katastrophenvorbeugung und -minderung eingesetzt.
Seismographen werden auch für Informationen wie Erdbebenfrühwarnungen verwendet, die von den jeweiligen Ländern verbreitet werden. Die Seismographen und Messgeräte für die seismische Intensität werden eingesetzt, um das Auftreten eines Erdbebens sofort zu erkennen und entsprechende Informationen zu verbreiten.