Откога могат да се измерват земетресенията

Малко неща са по-обезпокоителни от усещането, че привидно твърдата земя внезапно се накланя и търкаля под краката ни. В резултат на това хората търсят начини да измерват или дори да предсказват земетресения в продължение на хиляди години.

Въпреки че все още не можем точно да предсказваме земетресения, хората са извървели дълъг път в откриването, записването и измерването на сеизмични трусове. Този процес започва преди близо 2000 години с изобретяването на първия сеизмоскоп в Китай.

През 132 г. сл. н.е. изобретателят, императорски историк и кралски астроном Джан Хън (Zhang Heng) излага своята невероятна машина за откриване на земетресения, или сеизмоскоп, в двора на династията Хан. Описанието, с което разполагаме (от „История на късната династия Хан“), гласи, че сеизмоскопът на Джан бил гигантски бронзов съд, наподобяващ бъчва с диаметър почти 2 метра. Осем дракона се виели с лице надолу по външната страна на бъчвата, отбелязвайки основните посоки на компаса. В устата на всеки дракон имало малка бронзова топка. Под драконите седели осем бронзови жаби, с широки усти, зейнали, за да поемат топките.

Въпреки това, не знаем точно как е изглеждал първият сеизмоскоп. Описанията ни дават малка представа за размера на инструмента и механизмите, които са го карали да работи. Някои източници също така отбелязват, че външната страна на тялото на сеизмоскопа е била красиво гравирана с планини, птици, костенурки и други животни, но оригиналният източник на тази информация е труден за проследяване.

Точният механизъм, който кара топката да пада в случай на земетресение, също не е известен. Една теория  гласи, че  когато е имало земетресение, едната от устите на драконите се отваряла и пускала топката си в бронзова жаба в основата, издавайки звук и уж показвайки посоката на земетресението 

Друга теория твърди, че от капака на инструмента е била окачена палка като свободно люлеещо се махало. Когато махалото се залюлява достатъчно широко, за да удари стената на бъчвата, това кара най-близкия дракон да освободи топката си. Звукът от удара на топката в устата на жабата би предупредил наблюдателите на уреда за земетресението. Това би дало приблизителна индикация за посоката на произход, но не е предоставяло никаква информация за интензивността на трусовете.

^{Реплика на сеизмоскопа на Джан Хън. Кредит: Wikipedia Commons}

Чудната машина на Джан се нарича houfeng didong yi, което означава „инструмент за измерване на ветровете и движенията на Земята“. В Китай, предразположен към земетресения, това било важно изобретение.

Само шест години след изобретяването на устройството, голямо земетресение с магнитуд седем по скалата на Рихтер разлюлява днешната провинция Гансу. Хората в столицата на династията Хан, Луоян (на 1600 километра разстояние), не усещат труса. Сеизмоскопът обаче предупреждава правителството на императора за факта, че някъде на запад е имало земетресение. Това е първият известен случай, в който научно оборудване е засекло земетресение, което не е било усетено от хората в района. Констатациите на сеизмоскопа са потвърдени няколко дни по-късно, когато пратеници пристигат в Луоян, за да съобщят за голямо земетресение в Гансу.

Китайските записи показват, че други изобретатели и майстори в двора са усъвършенствали дизайна на сеизмоскопа на Джан Хън през следващите векове. Идеята изглежда се разпространява на запад из Азия, вероятно по Пътя на коприната.

До 13-ти век подобен сеизмоскоп е използван в Персия, въпреки че историческите записи не предоставят ясна връзка между китайските и персийските устройства. Възможно е великите мислители на Персия да са стигнали до подобна идея независимо един от друг.

Ранни дизайни (1259-1839)

До ХІІІ век сеизмоскопски устройства са съществували в обсерваторията Мараке (основана през 1259 г.) в Персия, въпреки че не е ясно дали те са конструирани независимо или въз основа на първия сеизмоскоп. Френският физик и свещеник Жан дьо Отфой (Jean de Hautefeuille) описва сеизмоскоп през 1703 г., който използва купа, пълна с живак, който се излива в един от осемте приемника, разположени на равно разстояние около купата, въпреки че няма доказателства, че той действително е конструирал устройството. Живачен сеизмоскоп е конструиран през 1784 или 1785 г. от Атанасио Кавали (Atanasio Cavalli),  копие от което може да се види в Университетската библиотека в Болоня. Джеймс Линд (James Lind) също така е конструирал сеизмологичен инструмент с неизвестен дизайн или ефикасност (известен като ,,машина за земетресения“) в края на 1790-те години.

Устройствата с махало се развиват по същото време. След земетресението в Пулия през 1731 г., неаполитанският натуралист Никола Чирило (Nicola Cirillo) създава мрежа от детектори за земетресения с махало. При тях амплитудата се открива с помощта на транспортир за измерване на люлеещото се движение. Бенедиктинският монах Андреа Бина (Andrea Bina) доразвива тази концепция през 1751 г., като махалото създава следи в пясъка под механизма, предоставяйки както величината, така и посоката на движение. Неаполитанският часовникар Доменико Салсано (Domenico Salsano) произвежда подобно махало, което записва с четка през 1783 г., наричайки го geosismometro - вероятно първата употреба на дума, подобна на сеизмометър. Натуралистът Николо Зупо (Nicolo Zupo) разработва инструмент за едновременно откриване на електрически смущения и земетресения (1784 г.)

Първото умерено успешно устройство за откриване на времето на земетресение е изобретено от Асканио Филомарино (Ascanio Filomarino) през 1796 г., който усъвършенства махалото на Салсано, използвайки молив за маркиране и косъм, прикрепен към механизма, за да възпрепятства движението на балансиращото колело на часовника. Това означава, че часовникът ще се стартира само след като се случи земетресение, което позволява определяне на времето на случването му.

След земетресение, случило се на 4 октомври 1834 г., Луиджи Пагани (Luigi Pagani) наблюдава, че живачният сеизмоскоп, съхраняван в Университета в Болоня, се е разлял напълно и не е предоставил полезна информация. Затова той разработва преносимо устройство, което използва оловни сачми за откриване на посоката на земетресението. При него оловото пада в четири контейнера, подредени в кръг, за да се определи квадрантът на честотата на земетресението. Той завършва инструмента си през 1841 г.

^{Още една илюстрация на сеизмоскопа на Джан Хън, 132 г. сл. н.е. Кредит: Wikipedia Commons}

Ранномодерни дизайни (1839–1880)

В отговор на серия от земетресения близо до Комри в Шотландия през 1839 г., в Обединеното кралство е сформиран комитет с цел да се създадат по-добри устройства за откриване на земетресения. Резултатът от това е т.н. ,,сеизмометър с обърнато махало“ (inverted pendulum seismometer), конструиран от Джеймс Дейвид Форбс (James David Forbes). Той е представен за първи път в доклад през 1842 г. и записва измерванията на сеизмичната активност чрез използването на молив, поставен върху хартия. Дейвид Милн-Хоум (David Milne-Home) е този, който въвежда думата ,,сеизмометър“ през 1841 г., за да опише този инструмент, затова оттук нататък и ние ще го наричаме така.

След тези изобретения Робърт Малет (Robert Mallet)  през 1848 г. публикува статия, в която предлага идеи за проектиране на сеизмометър, предполагайки, че такова устройство ще трябва да регистрира време, да записва амплитуди хоризонтално и вертикално и да определя посоката. Предложеният от него проект е финансиран и е направен опит за строителство, но окончателният му проект не отговаря на очакванията и страда от същите проблеми като онзи на Форбс – неточен е и  не работи предвидимо и стабилно.

След това Карл Крайл (Karl Kreil) конструира сеизмометър в Прага между 1848 и 1850 г., който използва окачено на точка твърдо цилиндрично махало, покрито с хартия, върху което се рисува с неподвижен молив. Цилиндърът се завърта на всеки 24 часа, което осигурява приблизително време за дадено земетресение.

Луиджи Палмиери (Luigi Palmieri), повлиян от статията на Малет от 1848 г., изобретява сеизмометър през 1856 г., който може да записва времето на земетресение. Това устройство използва метални махала, които затварят електрическа верига с вибрация, която след това захранва електромагнит, за да спре часовник. Сеизмометрите на Палмиери са широко разпространени и се използват дълго време.

Източници:

The Invention of the Seismoscope - https://www.thoughtco.com/the-invention-of-the-seismoscope-195162

Seismometer - https://en.wikipedia.org/wiki/Seismometer

Още по темата

05/09/2025

Земята

100-годишната геоложка теория за Хималаите е погрешна според нов модел

21/09/2022

Космос

За първи път са регистрирани метеоритни удари на Марс

10/11/2021

Земята

Най-дълбокото земетресение, открито някога, би трябвало да е невъзможно

13/05/2022

Земята

Инге Леман - откривателят на вътрешното ядро на Земята