地震儀

　　最早地震儀

　　世界最早地震儀是張衡發(fā)明的。地震儀是銅鑄的，形狀像一個(gè)酒樽，四周有八個(gè)龍頭，龍頭對(duì)著東、南、西、北、東南、西南、東北、西北八個(gè)方向。龍嘴是活動(dòng)的，各自都銜著一顆小銅球，每一個(gè)龍頭下面，有一個(gè)張大了嘴的銅蛤蟆，儀器的內(nèi)部中央有一根銅質(zhì)“懸垂擺”，柱旁有八條通道，稱為“八道，還有巧妙的機(jī)關(guān)。經(jīng)過公元134年的甘肅西南部的地震試驗(yàn)，完全證實(shí)了它檢測地震的準(zhǔn)確性。它比歐洲創(chuàng)造的類似的地震儀早了1700多年?？上У氖菛|漢地動(dòng)儀早已失傳，我們看到的地動(dòng)儀都是后人根據(jù)史籍復(fù)原的。

　　地震儀制成后，安置在洛陽。在公元138年的一天，京都和往常一樣，周圍并沒有什么動(dòng)靜，但是小鋼球卻異乎尋常地從龍口里吐了出來，落到蛤蟆嘴里。激揚(yáng)的響聲，驚動(dòng)了四周，人們紛紛議論，大地并沒有震動(dòng)，地震儀為什么會(huì)報(bào)震呢？大概是地震儀不靈吧？誰知過了沒有幾天，隴西（今甘肅省西部）發(fā)生地震的消息便傳來了，事實(shí)生動(dòng)地證明了地震儀是何等的靈敏、何等的準(zhǔn)確！

　　由于地動(dòng)儀只是記錄了地震的大致方向，而非記錄地震波，所以相當(dāng)于是驗(yàn)震器，而非真正意義上的地震儀。張衡發(fā)明的地震儀開創(chuàng)了人類使用科學(xué)儀器測報(bào)地震的歷史。對(duì)此，長期以來中外科學(xué)家一直給予極高的評(píng)價(jià)。認(rèn)為它是利用慣性原理設(shè)計(jì)制成的，能探測地震波的主沖方向。在科學(xué)技術(shù)還很落后的2世紀(jì)初能做到這一點(diǎn)，是極其難能可貴的。它和國外類似的地震儀相比，早了1千多年。

　　近代的地震儀在1880年才制成，它的原理和張衡地動(dòng)儀基本相似，但在時(shí)間上卻晚了1700多年。

　　中國第一個(gè)地震觀測臺(tái)是1930年由著名地震學(xué)家李善邦主持建立的，位置在北京鷲峰。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的奮斗，中國地震臺(tái)由一個(gè)發(fā)展到幾百個(gè)，已擁有全國基本臺(tái)網(wǎng)，大地震速報(bào)臺(tái)網(wǎng)，都可以由地震儀記錄下來，并報(bào)送到中國地震局分析預(yù)報(bào)中心，使中國地震觀測技術(shù)處于世界前列。

　　地震儀發(fā)展史

　　第一臺(tái)真正意義上的地震儀由意大利科學(xué)家盧伊吉·帕爾米里于1855年發(fā)明，它具有復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。這臺(tái)機(jī)器使用裝滿水銀的圓管并且裝有電磁裝置。當(dāng)震動(dòng)使水銀發(fā)生晃動(dòng)時(shí)，電磁裝置會(huì)觸發(fā)一個(gè)內(nèi)設(shè)的記錄地殼移動(dòng)的設(shè)備，粗略地顯示出地震發(fā)生的時(shí)間和強(qiáng)度。

　　第一臺(tái)精確的地震儀，于1880年由英國地理學(xué)家約翰·米爾恩在日本發(fā)明，他也被譽(yù)為“地震儀之父”。在帝國大學(xué)的同事詹姆斯·尤因和托馬斯·格雷的幫助下，約翰·米爾恩發(fā)明出多種檢測地震波的裝置，其中一種是水平擺地震波檢測儀。這個(gè)精妙的裝置有一根加重的小棒，在受到震動(dòng)作用時(shí)會(huì)移動(dòng)一個(gè)有光縫（一個(gè)可以通過光線的細(xì)長縫）的金屬板。金屬板的移動(dòng)使得一束反射回來的光線穿過板上的光縫，同時(shí)穿過在這塊板下面的另外一個(gè)靜止的光縫，落到一張高度感光的紙上，光線隨后會(huì)將地震的移動(dòng)“記錄”下來。今天大部分地震儀仍然按照米爾恩和他助手的發(fā)明原理進(jìn)行設(shè)計(jì)?？茖W(xué)家將繼續(xù)通過研究地殼的移動(dòng)和擺錘的擺動(dòng)的關(guān)聯(lián)性來探測地球的震動(dòng)。

　　1906年俄國王子鮑里斯·格里芩發(fā)明了第一臺(tái)電磁地震儀，在這臺(tái)機(jī)器的設(shè)計(jì)中，他利用了19 世紀(jì)由英國物理學(xué)家邁克爾·法拉第提出的電磁感應(yīng)原理。法拉第的感應(yīng)原理認(rèn)為磁鐵磁力線密度的改變可以產(chǎn)生電荷。在此基礎(chǔ)上，格里芩制造出一種儀器，可以在感受到震動(dòng)時(shí)將一個(gè)線圈穿過磁場，產(chǎn)生電流并將電流導(dǎo)入檢流計(jì)中，檢流計(jì)可以測量并直接記錄電流。電流隨后移動(dòng)一面鏡子，如同米爾恩所制作的引導(dǎo)光線的金屬板一樣。這個(gè)電子裝置的優(yōu)點(diǎn)在于記錄器可以放置在實(shí)驗(yàn)室里，而地震儀可以被安放在比較偏僻的的可能會(huì)發(fā)生地震的地點(diǎn)。

　　20世紀(jì)時(shí)，核能測試檢測系統(tǒng)的出現(xiàn)促進(jìn)了現(xiàn)代地震儀的發(fā)展。盡管地震會(huì)對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失，直到地下核爆炸的威脅促使世界性的地震監(jiān)測儀網(wǎng)絡(luò)（WWSSN）于1960年建立后，地震儀才被大規(guī)模地投入使用，在60多個(gè)國家共設(shè)立了120多臺(tái)地震儀。

　　發(fā)展于第二次世界大戰(zhàn)后，普雷斯·尤因地震儀使研究者能夠記錄長周期地震波－－波在相對(duì)較慢的速度下傳遞很長時(shí)間。這種地震儀使用的擺與米爾恩模型中所使用的類似，不同的是使用一條有彈性的金屬線代替樞軸支撐加重的小棒以減少摩擦。戰(zhàn)后還對(duì)地震儀進(jìn)行了以下改進(jìn)，引進(jìn)自動(dòng)計(jì)時(shí)器使計(jì)時(shí)更加準(zhǔn)確，使用獅子讀出器，可以將數(shù)據(jù)放入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析等。

　　現(xiàn)代地震儀最重要的發(fā)展是應(yīng)用地震檢波器組合。這種組合，有些由幾百個(gè)地震儀組成，都連接到一個(gè)單獨(dú)的中心記錄器上。通過對(duì)不同地點(diǎn)產(chǎn)生的地震波圖的進(jìn)行比較，研究者可以確定震中位置。

　　現(xiàn)代地震儀

　　記錄地震波的儀器稱為地震儀，它能客觀而及時(shí)地將地面的振動(dòng)記錄下來。其基本原理是利用一件懸掛的重物的慣性，地震發(fā)生時(shí)地面振動(dòng)而它保持不動(dòng)。由地震儀記錄下來的震動(dòng)是一條具有不同起伏幅度的曲線，稱為地震譜。曲線起伏幅度與地震波引起地面振動(dòng)的振幅相應(yīng)，它標(biāo)志著地震的強(qiáng)烈程度。從地震譜可以清楚地辨別出各類震波的效應(yīng)?？v波與橫波到達(dá)同一地震臺(tái)的時(shí)間差，即時(shí)差與震中離地震臺(tái)的距離成正比，離震中越遠(yuǎn)，時(shí)差越大。由此規(guī)律即可求出震中離地震臺(tái)的距離，即震中距。

　　值得注意的是，地震儀只能用于測量地震的強(qiáng)度、方向，并不能用于預(yù)測地震。

　　類別

　　在地震研究中使用的地震儀主要有三種，每一種都有與它們將要測量的地震震動(dòng)幅度（速度和強(qiáng)度）相應(yīng)的周期（周期指的是擺完成一次擺動(dòng)所需的時(shí)間長度，或者來回?cái)[動(dòng)一次所需的時(shí)間）。

　　短周期

　　一般用于研究初次和二次震動(dòng)，測量移動(dòng)速度最快的地震波。這是因?yàn)檫@些地震波移動(dòng)速度太快，短周期地震儀在不到一秒鐘的時(shí)間就能完成一次擺動(dòng)；它同樣能夠放大記錄下來的地震波圖，使研究人員能夠看出地殼瞬間運(yùn)動(dòng)的軌跡。

　　長周期

　　使用的擺錘一般需要20秒左右的時(shí)間完成一次擺動(dòng)，可以用來測量跟隨在地殼初次和二次震動(dòng)后的較緩慢的移動(dòng)。地震檢測儀網(wǎng)絡(luò)使用的就是這種類型的工具。

　　超長或?qū)挷ǘ?/h3>

　　具有最長擺錘擺動(dòng)周期的地震儀叫超長型或?qū)挷ǘ蔚卣饍x。寬波段地震儀的應(yīng)用越來越廣泛，通常能夠?qū)θ澜绶秶鷥?nèi)的地殼運(yùn)動(dòng)提供更為全面的信息。

　　工作原理

　　記載的地動(dòng)儀發(fā)機(jī)原理是施關(guān)發(fā)機(jī)。整個(gè)記載說中有都柱傍行八道施關(guān)發(fā)機(jī)。都柱在地動(dòng)儀中心位置，它是內(nèi)部有結(jié)構(gòu)的柱子。所謂的候風(fēng)機(jī)件就在其中。牙機(jī)的延伸部分叫關(guān)，關(guān)注八道之內(nèi)與候風(fēng)部件接近。其之間的縫隙不足一毫米。地震波到來，侯風(fēng)部件擺動(dòng)到關(guān)的位置推動(dòng)關(guān)移動(dòng)觸發(fā)牙機(jī)。產(chǎn)生機(jī)發(fā)吐丸的結(jié)果。這是其真正的工作原理。牙機(jī)可以做到這地震波波前到來時(shí)發(fā)機(jī)。理論上牙機(jī) 的靈敏度可以做到一個(gè)幾何點(diǎn)。其它發(fā)機(jī)方式都不是候風(fēng)地動(dòng)儀的。

　　以下說法不對(duì)。請(qǐng)注意對(duì)比閱讀。

　　地動(dòng)儀中有一根倒立的、重心較高的長木椎，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這和倒豎一個(gè)啤酒瓶相似。當(dāng)?shù)卣鸩▊鱽頃r(shí)，儀器的底座起始的運(yùn)動(dòng)方向是指向震中，向相反方向的。由于本身的慣性作用，這時(shí)候木椎倒下的方向，就是指向震中的。木椎倒下觸發(fā)了這個(gè)方向的一個(gè)杠桿，杠桿帶動(dòng)這個(gè)方向的一個(gè)龍頭，龍頭就釋放了口中的木珠，從而指示了震中的方向。

　　地動(dòng)儀不能判定震中的距離和大小。

　　地震儀原理的解釋出現(xiàn)在《新概念英語》第四冊(cè)的一篇課文上。文章的題目為《記錄地震》。那么，地震儀是如何工作的呢？最粗糙的測試地震的方法是將不同高度的小圓柱體放在一個(gè)水平的平面上，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，這些圓柱體會(huì)倒下。不同程度的地震會(huì)導(dǎo)致不同穩(wěn)定性的圓柱體倒下。也就是說，當(dāng)?shù)卣鸩粡?qiáng)烈時(shí)，僅僅那些最不穩(wěn)定的圓柱體倒下，而地震很強(qiáng)時(shí)，所有的圓柱體都會(huì)倒下。這只是簡單的一個(gè)測試地震的方法，無法精確的記錄地震的波動(dòng)狀況。因此，這種測試工具需要進(jìn)一步改進(jìn)。

　　我們知道，當(dāng)我們寫字的時(shí)候，筆在紙上移動(dòng)，從而留下了痕跡。相反，如果我們保持筆不動(dòng)而紙移動(dòng)，我們也可以在紙上留下痕跡。這種原理可以用來記錄地震的波動(dòng)情況。有些人會(huì)擔(dān)心，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，紙和筆都在動(dòng)，如何可以精確的記錄地震的運(yùn)動(dòng)情況呢？我們可以做一個(gè)小試驗(yàn)。取一段長線（一米足矣），在線的一頭系上一個(gè)重物，用手拿住線的另一頭，將重物懸于空中，但是保持重物的低段剛好輕輕接觸地面，然后輕輕的前后左右的擺動(dòng)拿著線的手，你會(huì)發(fā)現(xiàn)重物的低端幾乎不會(huì)移動(dòng)。這其中的原理就是慣性。線一端已經(jīng)隨手的移動(dòng)而移動(dòng)，但是重物的一端由于慣性的作用，仍然保持在原處。也許移動(dòng)的手會(huì)對(duì)重物的位置產(chǎn)生影響，這種影響已經(jīng)通過長長的線大大地削弱了。同樣的道理，如果，我們將紙放在下面，用一支可以書寫的筆代替重物，我們就可以記錄地震的波動(dòng)情況了。

　　事實(shí)上，為了記錄更精確，平鋪的紙可以用一個(gè)隨著輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的紙圈代替，這樣，當(dāng)?shù)卣饹]有發(fā)生的時(shí)候，筆會(huì)在紙上留下一條直線，當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生于此垂直的波動(dòng)時(shí)，就會(huì)在紙上留下波浪狀的記錄。但是，問題是，無法記錄與直線同方向的波動(dòng)。但是，多個(gè)不同方向的設(shè)備可以削弱這些不利情況。隨著科學(xué)發(fā)著，這些問題已得到解決。