چه کسی زلزله‌سنج را اختراع کرد؟ تاریخچه و تکامل لرزه‌نگارها
مطالعه زلزله و نوآوری‌های مرتبط با آن، جنبه‌های گوناگونی دارد. یکی از مهم‌ترین این جنبه‌ها، زلزله‌سنج‌ها یا سیسم‌نگارها هستند. این ابزارها برای شناسایی زلزله و ثبت اطلاعاتی مانند نیرو و مدت‌زمان آن به کار می‌روند. علاوه بر سیسم‌نگارها، ابزارهای دیگری نیز برای تجزیه‌وتحلیل و ثبت جزئیات دیگر زلزله، مانند شدت و بزرگی آن، ساخته شده‌اند. این ابزارها، نقش مهمی در شکل‌دهی به نحوه مطالعه زمین‌لرزه‌ها ایفا می‌کنند و به ما کمک می‌کنند تا پدیده‌ی زلزله را بهتر درک کنیم.
زلزله‌سنج (سیسم‌نگار) چیست؟
امواج لرزه‌ای، ارتعاشاتی هستند که در اثر زلزله در زمین منتشر می‌شوند. این امواج توسط دستگاه‌هایی به نام زلزله‌سنج یا سیسم‌نگار ثبت می‌شوند. سیسم‌نگارها با رسم یک خط زیگزاگی، دامنه تغییرات حرکات زمین در زیر دستگاه را نشان می‌دهند. قسمت حسگر زلزله‌سنج را لرزه‌سنج یا سیسمومتر می‌نامند. قابلیت ترسیم و ثبت اطلاعات به مرور زمان به این دستگاه اضافه شده است.
زلزله‌سنج‌های حساس، که حرکات زمین را به میزان زیادی بزرگنمایی می‌کنند، می‌توانند زمین‌لرزه‌های قدرتمند را از هر نقطه از جهان شناسایی کنند. با استفاده از داده‌های ثبت‌شده توسط ایستگاه‌های زلزله‌نگاری، می‌توان زمان، مکان و بزرگی یک زلزله را تعیین کرد.
کوزه اژدها: نخستین لرزه‌نگار جهان
در حدود سال 132 پس از میلاد، دانشمند چینی، چانگ هنگ، نخستین لرزه‌نگار جهان را اختراع کرد. این ابزار که به کوزه اژدها شهرت داشت، می‌توانست وقوع زلزله را ثبت کند.
کوزه اژدها یک کوزه استوانه‌ای بود که هشت سر اژدها در لبه‌ی آن قرار داشتند و هر کدام توپی را در دهان خود نگه داشته بودند. در پایین کوزه، هشت قورباغه قرار داشتند که هر کدام مستقیماً زیر سر اژدها بودند. هنگام وقوع زلزله، توپی از دهان اژدها رها می‌شد و در دهان قورباغه می‌افتاد.
لرزه‌سنج‌های آبی و جیوه‌ای
چند قرن بعد، دستگاه‌هایی با استفاده از حرکت آب و سپس جیوه در ایتالیا توسعه یافتند. به طور خاص، لوئیجی پالمیری در سال 1855 یک لرزه‌سنج جیوه‌ای طراحی کرد.
لرزه‌سنج پالمیری دارای لوله‌های U شکل بود که در امتداد جهت‌های قطب‌نما قرار گرفته و با جیوه پر شده بودند. هنگام وقوع زلزله، جیوه حرکت می‌کرد و یک اتصال الکتریکی برقرار می‌کرد که باعث توقف ساعت و شروع به کار یک استوانه ضبط می‌شد. حرکت شناوری روی سطح جیوه بر روی این استوانه ثبت می‌شد. این نخستین دستگاهی بود که زمان وقوع زلزله، شدت و مدت‌زمان حرکات را ثبت می‌کرد.
لرزه‌سنج‌های مدرن
جان میلن، زمین‌شناس و زلزله‌شناس انگلیسی، نخستین لرزه‌سنج مدرن را اختراع کرد و ساخت ایستگاه‌های زلزله‌نگاری را ترویج داد. در سال 1880، سر جیمز آلفرد یوینگ، توماس گری و جان میلن - همگی دانشمندان بریتانیایی که در ژاپن کار می‌کردند - شروع به مطالعه زلزله‌ها کردند. آن‌ها انجمن زلزله‌شناسی ژاپن را تأسیس کردند که بودجه اختراع لرزه‌سنج‌ها را تامین می‌کرد. میلن لرزه‌سنج آونگی افقی را در همان سال اختراع کرد.
پس از جنگ جهانی دوم، لرزه‌سنج آونگی افقی با لرزه‌سنج پرس-یوینگ، که در ایالات متحده برای ثبت امواج با دوره تناوب طولانی توسعه یافته بود، بهبود یافت. این لرزه‌سنج از یک آونگ میلن استفاده می‌کند، اما محور نگهدارنده آونگ با یک سیم الاستیک جایگزین شده است تا از اصطکاک جلوگیری شود.
نوآوری‌های دیگر در مطالعه زلزله
درک مقیاس‌های شدت و بزرگی
شدت و بزرگی، دو حوزه مهم دیگر در مطالعه زلزله‌ها هستند. بزرگی، انرژی آزاد شده در منبع زلزله را اندازه‌گیری می‌کند. این مقدار از لگاریتم دامنه امواج ثبت شده بر روی یک زلزله‌نگار در یک دوره زمانی معین تعیین می‌شود. در همین حال، شدت، قدرت تکان‌های ناشی از زلزله را در یک مکان خاص اندازه‌گیری می‌کند. این مقدار با توجه به اثرات بر روی مردم، سازه‌های انسانی و محیط طبیعی تعیین می‌شود. شدت مبنای ریاضی ندارد و تعیین آن بر اساس اثرات مشاهده شده است.
مقیاس روسی-فورل
اعتبار نخستین مقیاس‌های شدت مدرن به طور مشترک به میشل ده روسی از ایتالیا و فرانسوا فورل از سوئیس می‌رسد. آن‌ها به طور مستقل مقیاس‌های شدت مشابهی را به ترتیب در سال‌های 1874 و 1881 منتشر کردند. روسی و فورل بعداً با هم همکاری کردند و مقیاس روسی-فورل را در سال 1883 تولید کردند. این مقیاس نخستین مقیاسی بود که به طور گسترده در سطح بین‌المللی مورد استفاده قرار گرفت.
مقیاس روسی-فورل از 10 درجه شدت استفاده می‌کرد. در سال 1902، آتشفشان‌شناس ایتالیایی، جوزپه مرکالی، یک مقیاس 12 درجه‌ای ایجاد کرد.
مقیاس شدت مرکالی اصلاح شده
اگرچه مقیاس‌های شدت متعددی برای اندازه‌گیری اثرات زلزله‌ها ایجاد شده است، مقیاسی که در حال حاضر در ایالات متحده استفاده می‌شود، مقیاس شدت مرکالی اصلاح شده (MM) است. این مقیاس در سال 1931 توسط زلزله‌شناسان آمریکایی، هری وود و فرانک نویمان توسعه یافت. این مقیاس از 12 سطح افزایشی شدت تشکیل شده است که از تکان‌های نامحسوس تا تخریب فاجعه‌بار متغیر است. این مقیاس مبنای ریاضی ندارد و در عوض، یک رتبه‌بندی دلخواه بر اساس اثرات مشاهده شده است.
مقیاس بزرگی ریشتر
مقیاس بزرگی ریشتر در سال 1935 توسط چارلز اف. ریشتر از موسسه فناوری کالیفرنیا توسعه یافت. در مقیاس ریشتر، بزرگی به صورت اعداد صحیح و اعشاری بیان می‌شود. به عنوان مثال، یک زلزله با بزرگی 5.3 ممکن است متوسط محاسبه شود و یک زلزله قوی ممکن است به عنوان بزرگی 6.3 رتبه‌بندی شود. به دلیل مبنای لگاریتمی مقیاس، هر افزایش یک واحد کامل در بزرگی، نشان دهنده افزایش ده برابری در دامنه اندازه‌گیری شده است. به عنوان تخمینی از انرژی، هر گام یک واحد کامل در مقیاس بزرگی، مربوط به آزاد شدن حدود 31 برابر انرژی بیشتر از مقدار مرتبط با مقدار عدد صحیح قبلی است.
زمانی که مقیاس ریشتر برای نخستین بار ایجاد شد، فقط می‌توانست برای ثبت اطلاعات از دستگاه‌های تولید شده یکسان استفاده شود. در حال حاضر، دستگاه‌ها با دقت نسبت به یکدیگر کالیبره شده‌اند. بنابراین، بزرگی را می‌توان با استفاده از مقیاس ریشتر از ثبت هر زلزله‌سنج کالیبره شده محاسبه کرد.
