Kes leiutas seismograafi?

Arutades maavärin kui selle ümber ehitatud uuendusi, on sellele vaatamiseks mitmeid viise. Seal on seismograaf, mida kasutatakse maavärinate tuvastamiseks ja nende kohta teabe, näiteks jõu ja kestuse registreerimiseks. Samuti on loodud mitmeid vahendeid, et analüüsida ja registreerida muid maavärina üksikasju, nagu intensiivsus ja ulatus. Need on mõned tööriistad, mis kujundavad seda, kuidas me maavärinaid uurime.

Seismilised lained on maavärinatest tulenevad vibratsioonid, mis rändavad läbi maa. Need on salvestatud seadmetel, mida nimetatakse seismograafideks ja mis järgivad siksakilist jälge, mis näitab instrumendi all olevate maapealsete võnkumiste erinevat amplituuti. Seismograafi anduriosale viidatakse kui seismomeetrile, hilisema leiutisena lisati ka graafikute koostamise võime.

Tundlikud seismograafid, mis suurendavad neid maapealseid liikumisi, suudavad tuvastada tugevaid maavärinaid kõikjal maailmas. Maavärina toimumise aja, asukoha ja ulatuse saab kindlaks teha seismograafijaamade salvestatud andmete põhjal.

Umbes 132 paiku leiutas Hiina teadlane Chang Heng esimese seismoskoop, instrument, mis võiks registreerida maavärina, mida nimetatakse draakoni purgiks. Draakonipurk oli silindriline purk, mille ääre ümber olid paigutatud kaheksa lohepead, millest igaüks hoidis palli suus. Purgi jala ümber oli kaheksa konna, igaüks otse lohepea all. Maavärina toimumisel langes draakoni suust kuul ja see sai konna suu kinni.

Mõni sajand hiljem töötati Itaalias välja vee liikumist ja hiljem elavhõbedat kasutavad seadmed. Täpsemalt kavandas Luigi Palmieri 1855. aastal elavhõbeda seismomeetri. Palmieri seismomeetril olid U-kujulised torud, mis olid paigutatud mööda kompassi punkte ja täidetud elavhõbedaga. Kui maavärin tabas, elavhõbe liigub ja loob elektrikontakti, mis peatas kella ja käivitas salvestustrumli, millel registreeriti elavhõbeda pinna ujuki liikumine. See oli esimene seade, mis registreeris maavärina aja ning liikumiste intensiivsuse ja kestuse.

John Milne oli inglise seismoloog ja geoloog, kes leiutas esimese moodsa seismograafi ja edendas seismoloogiliste jaamade ehitamist. 1880. aastal hakkasid kõik Jaapanis töötavad Briti teadlased sir James Alfred Ewing, Thomas Gray ja John Milne uurima maavärinaid. Nad asutasid Jaapani Seismoloogia Seltsi, mis rahastas seismograafide leiutamist. Milne leiutas samal aastal horisontaalse pendelseismograafi.

Pärast II maailmasõda parandati horisontaalset pendelseismograafi Press-Ewing seismograafiga, mis töötati välja Ameerika Ühendriikides pikaajaliste lainete registreerimiseks. Selles seismograafis on kasutatud Milne pendlit, kuid hõõrdumise vältimiseks on pendlit toetav punn asendatud elastse traadiga.

Maavärinate uurimisel on olulised ka intensiivsus ja ulatus. Suurus mõõdab maavärina allikal vabanenud energiat. See määratakse kindlaks seismogrammiga teatud aja jooksul salvestatud lainete amplituudi logaritmi järgi. Vahepeal intensiivsus mõõdab teatud kohas maavärina tekitatud raputustugevust. Selle määravad mõjud inimestele, inimstruktuuridele ja looduskeskkonnale. Intensiivsusel pole matemaatilist alust - intensiivsuse määramine põhineb täheldatud mõjudel.

Esimeste moodsate intensiivsusskaalade eest saavad krediiti Itaalia Michele de Rossi ja Francois Forel of Switzerland, kes mõlemad avaldasid iseseisvalt sarnased intensiivsusskaalad 1874. ja 1881. aastal, vastavalt. Rossi ja Forel tegid hiljem koostööd ja valmistasid 1883. aastal Rossi-Foreli skaala, millest sai esimene rahvusvaheliselt laialdaselt kasutatav skaala.

Rossi-Foreli skaala kasutas 10 intensiivsuse kraadi. 1902. aastal lõi itaalia vulkanoloog Giuseppe Mercalli 12-kraadise skaala.

Ehkki maavärinate mõju mõõtmiseks on loodud arvukalt intensiivsusskaalasid, on Ameerika Ühendriikides praegu kasutusel modifitseeritud Mercalli (MM) intensiivsusskaala. Selle töötasid välja 1931. aastal Ameerika seismoloogid Harry Wood ja Frank Neumann. See skaala koosneb 12 suurenevast intensiivsuse astmest, mis ulatuvad tajutavast raputamisest katastroofilise hävinguni. Sellel puudub matemaatiline alus; selle asemel on see suvaline järjestamine täheldatud mõjude põhjal.

Richteri magnituudiskaala töötas 1935. aastal välja Charles F. Richter California Tehnikainstituudist. Richteri skaalal väljendatakse suurusjärku täisarvudes ja kümnendmurdudes. Näiteks võib 5,3-magnituudise maavärina arvata mõõdukaks ja tugeva maavärina tugevuse 6,3. Skaala logaritmilise aluse tõttu tähistab iga täisarvu suurenemine suurusjärgu kümnekordset suurenemist amplituud. Energia hinnanguna vastab suurusvahemiku skaala iga täisarvu samm umbes 31 korda suurema energia eraldumisele kui eelneva täisarvu väärtusega seotud kogus.

Esialgsel loomisel sai Richteri skaalat kohaldada ainult sama tootmisega instrumentide dokumentide suhtes. Nüüd on instrumendid üksteise suhtes hoolikalt kalibreeritud. Seega saab suurusjärgu arvutada Richteri skaala abil mis tahes kalibreeritud seismograafi registrist.