الزلازل (أجهزة رصد-)

زلازل (اجهزه رصد)

Seismograph - Sismographe

الزلازل (أجهزة رصد ـ)

جهاز الرصد الزلزالي

يعد جهاز الرصد الزلزالي seismometer الأداة الرئيسة لالتقاط الأمواج الاهتزازية الناتجة من الحركة الزلزالية. وأهميته العلمية في الدراسات الزلزالية كأهمية المرقاب الفلكيtelescope في الفلك.

الشكل (1) أول جهاز رصد زلزالي في التاريخ صممه تشانغ هنغ سنة 132م

يعتمد عمل جهاز الرصد الزلزالي على مبدأ النواس pendulum الذي تتحرك فيه الكتلة حركة حرة حول نقطة تعليقها بدور طبيعي natural period يسمى الدور الطبيعي للنواس. وقد يستعاض عن الدور بكلمة التواتر فيقال التواتر الطبيعي natural frequency للنواس، ولأن النواس الطبيعي يقيس قدر الحركة التي تسبب نوسانه، فقد أضيف إليه جزء خاص لتسجيل هذا القدر الحركي وتخزينه، وسمي الجهاز الكلي «جهاز الرسم الزلزالي» seismograph.

التطور التاريخي لجهاز الرصد الزلزالي

يعد الجهاز الصيني الذي صممه تشانغ هنغ Chang Heng في عام 132 م لتحديد اتجاه الحركة الزلزالية أول محاولات تصميم جهاز رصد زلزالي في التاريخ . ويعتمد مبدأ الجهاز على سقوط كرة موضوعة في فم تنين إلى فم ضفدع مثبت أسفله (الشكل1). ولم يكن هذا الجهاز يعطي أي تسجيل دائم للزلزال ولكنه يحدد اتجاه الحركة الزلزالية استناداً إلى تحديد التنين الذي سقطت من فمه الكرة.

أما أول وصف علمي لأسباب حدوث الزلازل فكان على يد العلماء المسلمين في القرن الرابع الهجري/العاشر الميلادي. يصف ابن سينا (ت458هـ) في كتابه «عيون الحكمة» الزلازل وأسباب حدوثها وأنواعها بقوله: «حركة تعرض لجزء من أجزاء الأرض بسبب ما تحته ولا محالة أن ذلك السبب يعرض له أن يتحرك ثم يحرك ما فوقه، والجسم الذي يمكن أن يتحرك تحت الأرض إما جسم بخاري دخاني قوي الاندفاع كالريح، وإما جسم مائي سيال، وإما جسم هوائي، وإما جسم ناري، وإما جسم أرضي».

الشكل (2) مخطط مبسط لبنية جهاز الرصد الزلزالي الأولي

الشكل(3) مخطط مبسط لبنية جهاز الرصد الزلزالي الكهرطيسي الأول

ويضيف ابن سينا مستعرضاً الظواهر المصاحبة لها في كتابه «النجاة». وهو يصف أنواع الزلازل ويورد تصوراً لأماكن حدوثها فيقول: «وأكثر ما تكون الزلزلة في بلاد متخلخلة غور الأرض متكاثفة وجهها، أو مغمورة الوجه بماء».

أما السيوطي (ت911هـ) الذي أورد معلومات تحدد أماكن معظم الزلازل بدقة فقد تحدث في كتابه «كشف الصلصلة عن وصف الزلزلة» عن شدتها من خلال وصف آثارها التدميرية مثل أوزان الصخور المتساقطة، ومقاييس الشقوق الناتجة منها، وعدد المدن والقرى والمساكن، والصوامع والمآذن المتهدمة، وعدد القتلى. كما وصف درجات الزلازل بتعبيرات أشبه ما تكون بالمقاييس الحديثة مثل لطيفة جداً، وعظيمة، وهائلة. وقد حدد مدة بقاء الزلزلة مستخدماً في ذلك طريقة فريدة فذكر: «دامت الزلزلة بقدر ما يقرأ الإنسان سورة الكهف».

أما أول محاولة أوربية فتمت في عام 1703 حين استخدم دي هوت فوي De Haute-Feuille أول راصد زلزالي Seismoscope يعتمد على قلم مثبت إلى كتلة حرة الحركة يترك أثراً على سطح لوح زجاجي مطلي بهباب الفحم أو يرسم خطوطاً على الرمل، أو يشير مباشرة على مسطرة مثبتة أمام المؤشر المثبت إلى كتلة النواس يدل على حدوث زلزال (الشكل ـ 2). كذلك صُممت أجهزة مشابهة في مراحل زمنية متتالية في عام 1784 من قبل كافالي Cavalli وفي عام 1818 من قبل كاشياتوري Cacciatori في إيطاليا.

يعد بالميري Palmieri أول من استخدم مصطلح الراسم الزلزالي في عام 1859 حين استخدم جهاز رصد كهرطيسي electromagnetic متخامد يعتمد على السوائل اللزجة (الشكل ـ3) ويستطيع رصد كامل الحركة الزلزالية وتسجيلها.

وبحلول عام 1900 قام فيشرت Wiechert بتطوير الراسم الزلزالي الأفقي الحركة. وفي الوقت نفسه قام مينكا Mainka بتطوير جهاز مماثل، واعتمد التخامد في هذه الأجهزة على السوائل اللزجة، وكانت كتلة النواس تراوح بين 80و1000كغ والدور الطبيعي نحو 12 ثانية والتضخيم بين 200و300مرة.

الشكل (4) مثال توضيحي لآلية حساب قدر الزلازل وفق مقياس ريختر

حدثت نقلة نوعية في صناعة الأجهزة نحو عام 1910، إذ طوّر العالم الروسي غاليتسين Galitzin جهاز الرصد الكهرطيسي electromagnetic seismograph الجديد ذي الأبعاد الصغيرة والوزن القليل الذي يرسل إشارة كهربائية من وشيعته إلى جهاز الغلفانوميتر ومنه إلى ورق تصوير يسجل كامل الإشارة الزلزالية التي يتم تحليلها بعد معالجة فيلم التصوير، وذو تخامد يعتمد على قوة مقاومة كهربائية معاكسة لاتجاه التيار الخارج من الو شيعة، وكان الدور 12ثانية والتضخيم 1500مرة.

وفي عام 1915 تعاون ميلن Milne وشو Shaw على وضع جهاز جديد كتلته 0.5 كغ ودوره ثماني ثوان وبتضخيم 200مرة في إيطاليا. وصُممت كذلك أجهزة مماثلة في اليابان من قبل أوموري Omori وفي روسيا من قبل نيكيفوروف Nikiforov في المدة الزمنية نفسها.

في عام 1922 صمم أندرسن Anderson و وود Woodجهازاً جديداً يعتمد على مبدأ الفتل الأفقي horizontal torsion، وكان دوره الطبيعي 0.8 ثانية وتضخيمه 2800مرة.

وفي عام 1930 صمم بينيوف Benioff جهازاً جديداً للرصد الزلزالي يحتوي على كتلتين مغنطيسيتين تثبت إحداهما على جسم الجهاز والأخرى على النواس، وبحسب الحركة النسبية بين كتلة النواس وجسم الجهاز يتولد تيار في الوشيعة المثبتة على كتلة النواس، وكان الدور الطبيعي ثانية واحدة والتضخيم ضمن المجال من 1000 إلى 100000مرة.

	1 ـ بزال ضبط الدور الطبيعي 2 ـ بزال التسوية الأفقية 3 ـ مأخذ التيار 4 ـ خيط التعليق 5 ـ كتلة النواس 6 ـ وشيعة النواس 7 ـ كتلتا المغنطيس 8 ـ ذراع الحركة للنواس 9 ـ الصفيحة المرنة
الشكل (5) مكونات جهاز الرصد الزلزالي (المركبة الأفقية) من  النموذج الأمريكي سبرنغنذر

وقد استخدم العالم الأمريكي تشارلز ريختر (1985ـ1900) Charles Richter  السجلات الزلزالية المسجلة بجهاز الرصد الزلزالي المسمى جهاز وود ـ أندرسن ذو الدور الطبيعي 0.8ثانية في تحديد قدر الزلازل Earthquake Magnitude التي حدثت في ولاية كاليفورنيا الأمريكية أول مرة عام 1935؛ ووضع استناداً إلى ذلك المقياس الحسابي الأول لتحديد قدر الزلازل. ولذلك فان هذا المقياس يعد معياراً عالمياً تنسب إليه القيم المحسوبة من الأنواع الأخرى للأجهزة في المراصد العالمية كافة. وهو مقياس لوغاريتمي من 1 إلى 9، ولهذا يكون الزلزال الذي شدته 7درجات أقوى عشر مرات من زلزال شدته 6درجات وأقوى 100مرة من زلزال شدته 5درجات. ومن ثم فإن مقياس ريختر هو الطريقة الحسابية التي وضعها هذا العالم لتحديد قدر الزلازل اعتماداً على تسجيلات أجهزة الرصد الزلزالي، وليس جهازاً كما هو شائع لدى بعض العامة.ويظهر الشكل (4) رسماً تخطيطياً لكيفية تطبيق مقياس ريختر.

الشكل (6) منظر علوي لمركبة الحركة الشاقولية لجهاز الرصد الزلزالي من تصميم كرنوس

بعد عام 1945، تعاون سبرنغنذر Sprengnether وماسلوان Macelwane على تصميم عدة نماذج لأجهزة رصد كهرطيسية بدور طبيعي قصير وأخرى بدور طويل ومتوسط (الشكل ـ5).

وفي عام 1953 قام أيوين وبريس Press & Ewing بتطوير جهاز رصد زلزالي بدور طبيعي من 15 إلى 30ثانية وتضخيم من 750 حتى 6000مرة.

وتم في الاتحاد السوڤييتي تطوير أجهزة رصد زلزالي مماثلة من قبل كرنوس Kirnos بدور طبيعي 12.5ثانية وأخرى بدور طبيعي 1 ثانية وبتضخيم ثابت 1000مرة ضمن المجال من 0.2 إلى 10ثانية (الشكل ـ6).

منذ عام 1970 أثرت في الرصد الزلزالي ثلاثة عوامل تطوير أساسية، كان الأول دخول التضخيم الإلكتروني electronic amplification، وتمثل الثاني في ظهور التسجيل الرقمي digital recording، في حين كان الثالث تصميم جهاز الرصد الزلزالي العريض المجال الترددي، والذي يعرف اليوم باسم broad band seismograph (BB)، من قبل ستريكسن وفيلاند Wieland & Streckiesen في عام 1983، ويمكنه التقاط مجال ترددي واسع من الأمواج الزلزالية من 0.001 إلى 100 هرتز، مما يعني تسجيله لكل أنواع الزلازل القريبة منها والبعيدة والقوية والخفيفة على حد سواء.

مكونات جهاز الرصد الزلزالي

يتألف جهاز الرصد الزلزالي من الأجزاء الآتية: 1ـ وشيعة، 2ـ كتلة، 3ـ مغنطيس، 4ـ مؤشر، 5ـ هيكل تثبيت، 6ـ بزال ضبط ومعايرة. ويظهر الشكل (5) السابق البيان التفصيلي لكيفية عمل هذه الأجزاء وتوصيلاتها في أحد أجهزة الرصد الزلزالي العالمية المعروفة باسم سبرنغنذر والموجودة في محطة الرصد الزلزالي في جامعة دمشق.

أنواع أجهزة الرصد الزلزالي

الشكل (7) تأثير نوع جهاز الرصد الزلزالي في شكل الإشارة الزلزالية المسجلة لزلزال في بحر اليابان ونوعها

تقسم أجهزة الرصد الزلزالي إلى ثلاثة أنواع رئيسة وفقا لدورها الطبيعي:

1ـ أجهزة الرصد الزلزالي قصيرة الدور short period seismograph (SP).

وهي تتميز بدور طبيعي يراوح بين 0.5و2ثانية يتم تثبيته عند التصنيع.

2ـ أجهزة الرصد الزلزالي الطويلة الدور long period seismograph (LP).

وهي من الأجهزة التي تتميز بإمكانية تغيير الدور الطبيعي لها من 6 إلى 60ثانية في مكان تركيبها وتشغيلها

3ـ أجهزة الرصد الزلزالي عريضة المجال الترددي (BB).

الشكل (8) التوزع الجغرافي لبعض شبكات الرصد الزلزالي الرقمية  ذات المجال الترددي العريض في العالم

الشكل (9) وسائل الاتصال ونقل المعلومات في الشبكة الزلزالية الرقمية العالمية

 تتميز بدور طبيعي عند 200 إلى 300ثانية ويمكنها رصد الأمواج الزلزالية بأدوار تراوح بين 0.01و500ثانية وبتضخيم ثابت تقريباً ضمن هذا المجال. ولذلك فان دور الإشارة المسجلة وسعتها يعتمدان أساساً على الدور الطبيعي لجهاز الرصد الزلزالي المستخدم (الشكل ـ 7).

هناك أنواع أخرى من الأجهزة الزلزالية، تدعى اللواقط الصوتية geophones، أدوارها أقل من 0.2 ثانية، وتستخدم أساساً في دراسات التنقيب عن الثروات الباطنية.

يستخدم اليوم عدد كبير من أجهزة الرصد الزلزالي (الشكل ـ 8) ضمن برامج دراسات عالمية لمراكز أبحاث دولية موزعة على جميع أنحاء الكرة الأرضية، وذلك لتسجيل الأنشطة الزلزالية على مدار الساعة، ونقل تسجيلاتها إلى مراكز التحليل والدراسة بطرائق مختلفة (الشكل ـ 9).

استخدامات أجهزة الرصد الزلزالي

تستخدم أجهزة الرصد الزلزالي في تسجيل الزلازل الطبيعية والصنعية (تفجيرات منجمية، تفجيرات نووية)، على حد سواء. وتسمى تسجيلاتها «السجلات الزلزالية» seismograms، ويستفاد من تحليلها في دراسة الحركة الأرضية التي أدت إلى حدوث الزلزال وتحديد طبيعتها، واستنتاج أنواع الأمواج الزلزالية المسجلة وأزمنة مسيرها وتحديد الصفات الفيزيائية للطبقات الأرضية التي اجتازتها من منبع الزلزال إلى محطة الرصد الزلزالي.

كذلك يتم أيضاً تحديد القيمة الحقيقية للحركة الأرضية التي اهتز وفقها النواس، والتي زلزلت وفقها المنطقة التي يوجد فيها ذلك النواس. وهذا بدوره يستخدم مباشرة في تقويم الأثر الزلزالي على الوضع الطبوغرافي والجيولوجي والإنساني في موقع جهاز الرصد الزلزالي والمواقع المشابه له.

محمد داوود

الزلازل (علم ـ).

- A.BOLT BRUCE. Earthquakes. (W.H.Freeman and Company, New York 1993).

- J.ALGUACIL & G. HAVSKOVE., In­stru­men­tation in Earthquake Seis­mology, Pre­limi­nary Version (Bergen Uni­ver­sity, Nor­way 2002).

- A.UDIAS, Principles of Seismology (Cam­bridge University Press, UK 1999).

التصنيف : الصناعة

المجلد: المجلد العاشر

رقم الصفحة ضمن المجلد : 386

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية