Землетрясения - [63]
Поскольку движения грунта никогда не достигают большой амплитуды, зигзаг не бывает длинным. Чтобы его изучить, ученым при применении тромометра приходилось прибегать к микроскопу. Естественно, что вскоре они задумались над тем, как увеличить зигзаг. Казалось, что для этого достаточно удлинить иглу. Но вслед за этим потребовалось удлинить и нить, чтобы колебания грунта как можно слабее действовали на маятник. Маятник с короткой нитью будет колебаться в унисон с грунтом. Удлинение нити устраняет этот недостаток.
Тогда ученые начали конструировать тромометры с нитью в несколько метров. Итальянец Вицентини из Падуи сконструировал пользовавшийся большим успехом тромометр с нитыо длиной 10 метров. Однако и этого оказалось недостаточно. Для замедления периода колебаний до 10 секунд нужна нить длиной в 25 метров. Разумеется, установить маятник с такой нитью немыслимо. Ученые быстро сообразили, что надо вести поиски в другом направлении. И в 1880 году это новое направление нашел англичанин.
Англичанин этот, Джон Милн, работал горным инженером в Японии.
Разве мог специалист по горному делу не заинтересоваться землетрясениями, самым обыденным явлением в этой стране? Милн, склонный к научным исследованиям, заинтересовался этой проблемой и задался целью изобрести для изучения землетрясений более чувствительный прибор, чем маятник.
Проблема заключалась в том, чтобы увеличить период колебаний маятника. Но как добиться этого, не удлиняя нити? Известен и другой способ: уменьшить тяжесть гири[57]. Как это осуществить? Да заменить обычный вертикально подвешенный маятник горизонтальным! И вместе со своими друзьями физиками Юингом и Грейем Милн сконструировал первый сейсмограф.
Принцип, на котором основана конструкция сейсмографа с горизонтальным маятником, очень прост. Представьте себе дверь, ось которой не совсем вертикальна, а слегка наклонна. В этом случае дверь сама перемещается в вертикальную плоскость и чувствительна к любому толчку, перпендикулярному этой плоскости. Прибор состоит из горизонтального кронштейна CD (рис. 14), несущего на конце тяжелую массу D (весом несколько сот килограммов). Эта масса может свободно колебаться вокруг слегка наклонной оси АВ. Малейшее сотрясение каменной станины отражается соответствующим перемещением тяжелой массы D. В результате получаем период колебания, равный 15 и даже 20 секундам.
Как же пользоваться этим прибором для записи колебаний грунта? Разумеется, нет ничего проще, как прикрепить острие к тяжелой массе и поместить перед этим острием закопченную поверхность (например, разматывающуюся бумажную ленту, как это и делали вначале). Но Милн решил добиваться коренных усовершенствований: запись на закопченной поверхности он заменил фотографической регистрацией. Для этого он прикрепил к тяжелой массе не иглу, а зеркальце, и направил на него луч света; зеркальце отражает этот луч на разматывающуюся ленту фотографической бумаги. При разматывании бумажной ленты зеркальце оставалось неподвижным и на фото получалась прямая линия до тех пор, пока не происходило сотрясений грунта. При толчках на ленте записывались зигзаги, отражающие движения зеркальца. Так была получена подлинная сейсмограмма, читая которую, специалисты могли установить, когда началось землетрясение и его продолжительность, так как эта запись доверялась маятнику и электромагниту.
Сейсмограф, усовершенствованный после смерти Милна (1913) ученым Шоу, широко применяется и по сей день. Им пользуются не менее 20 обсерваторий. Однако эксплуатация этого прибора обходится дорого с учетом затрат на фотографическую бумагу. А ее расходуется 8 миллиметров за одну минуту. Сейсмограф Милна оставляет желать лучшего и в отношении точности.
Этим объясняется, что после Милна многие сейсмологи в свою очередь пытались изобрести другие приборы. В 1900 году немец Вихерт заменил горизонтальный маятник вертикальным астатическим маятником.
Сейсмограф Вихерта представляет собой не что иное, как огромный волчок (рис. 15), балансирующий на острие. Хотя равновесие этого волчка поддерживается двумя пружинами R и R' малейший толчок заставляет его отклоняться то в одну, то в другую сторону. Легко усилить и зарегистрировать это Движение, снабдив волчок пером и пропуская под ним ленту закопченной бумаги.
Прибор Вихерта очень экономичен, по обратной стороной медали здесь выступает механическая регистрация, которая вызывает трение, а это нельзя не учитывать. Чтобы преодолеть трение, вес массы волчка значительно увеличивали. Вес 1 тысяча килограммов — обычен для сейсмографа Вихерта. Столько весит этот прибор в обсерватории Сен-Морского парка. Но более мощные станции пользуются еще более тяжелым волчком. В институте Физики Земли в Страсбурге волчок весит не менее 19 тонн!
Читатель, вероятно, заметил, что все эти сейсмографы регистрируют только горизонтальные компоненты землетрясения. Чтобы записать вертикальную компоненту, пользуются другим прибором, состоящим в основном из тяжелой массы, подвешенной на спиральной пружине. Чтобы масса как можно меньше зависела от грунта, выбирается слабая пружина. В этом случае решающую роль играет инерция. Будет ли грунт резко прогибаться или подниматься, пружина, связанная через станину с тяжелой массой, растягивается или сжимается, а масса остается неподвижной. Можно, следовательно, заставить ее, как и в горизонтальном сейсмографе, вычертить график на закопченной или фотографической бумаге.
