Seismometer: Definition og funktion – måling af jordskælv og tomografi

Seismometer: Lær hvordan seismografer måler jordskælv, registrerer bølger og bruger seismisk tomografi til at kortlægge Jordens indre.

Et seismometer (ofte kaldet en seismograf) er et instrument, der måler bevægelser i jorden, herunder bevægelser forårsaget af jordskælv, atomeksplosioner og andre kilder. Optegnelser af seismiske bølger, kaldet seismogrammer, gør det muligt for os at kortlægge Jordens indre og finde og måle størrelsen af de forskellige kilder. Ordet stammer fra det græske ord seismós (rystelse) og métron (mål). Teknikken, hvor man bruger et seismometer til at opbygge et billede af Jordens indre, kaldes seismisk tomografi.

Hvordan virker et seismometer?

Grundprincippet er inertial: et seismometer indeholder en masse, der er frit bevægelig i forhold til et kabinet, typisk ophængt i en fjeder eller via magnetisk opspænding. Når jorden ryster, bevæger kabinettet sig, mens massen forsøger at forblive i ro. Den relative bevægelse mellem massen og kabinettet omdannes til et elektrisk signal, som registreres over tid og danner et seismogram.

Typer af seismometre

• Geofoner (kort-periodiske): følsomme over for højere frekvenser, bruges ofte til overfladiske undersøgelser og prospektering.
• Brede-bånd seismometre: måler et bredt frekvensspektrum (fra lave til høje frekvenser) og er standard i moderne globale netværk.
• Accelerometre / Strong-motion sensorer: designet til at måle meget kraftige bevægelser uden at mætres, vigtige i bygnings- og infrastrukturmonitorering.
• Borehulsseismometre: installeret dybt i borehuller for at mindske overfladenstøj og opnå højere følsomhed.

Seismiske bølgetyper og hvad de fortæller

• P-bølger (primære bølger): tryk/kompressionsbølger, hurtigst, bevæger sig gennem både væsker og faste stoffer.
• S-bølger (sekundære bølger): tværbølger (shearbølger), langsommere end P-bølger og kan kun bevæge sig gennem faste stoffer.
• Overfladebølger (Rayleigh og Love): bevæger sig langs Jordens overflade, ofte med store amplituder og skaber størstedelen af skaderne ved jordskælv.

Ved at analysere ankomsttidspunkter og relative styrker af disse bølger kan man bestemme et ledfs beliggenhed (epicenter), dybde og energimængde.

Hvad viser et seismogram?

• Tidsserien viser bølgernes ankomststider (P, S og overfladebølger) og deres varighed.
• Amplitude og frekvensindhold bruges til at estimere størrelse (f.eks. momentmagnitude, Mw) og kildeegenskaber.
• Flere stationer sammen gør det muligt at triangulere et epicenter og lave tredimensionelle billeder af kilden og den omgivende struktur.

Anvendelser

• Overvågning af jordskælv og farevarsling (tidlig varsling bruger P-bølgers ankomst til at advare mod kommende S- og overfladebølger).
• Seismisk tomografi til at kortlægge Jordens indre strukturer (kerne, kappe, kappeheterogeniteter).
• Overvågning og verifikation af nukleare prøvesprængninger.
• Volcanoovervågning, geotermisk og olie/gas prospektering.
• Ingeniør- og bygningsseismologi: bestemme geotekniske forhold og vurdere jordskælvspåvirkning på konstruktioner.

Installation, følsomhed og støj

For nøjagtige målinger placeres seismometre ofte i beskyttede seismologiske haller eller i borehuller på fast undergrund for at reducere vind-, antropogen og temperatursstyret støj. Moderne instrumenter måler enten forskel i forskydning, hastighed eller acceleration, og har en stor dynamisk rækkevidde for at kunne registrere både svage microsejsmiske signaler og meget stærke jordskælv.

Kalibrering og netværk

Seismometre skal kalibreres regelmæssigt for at sikre korrekte amplitudemålinger. Data fra mange stationer samles i regionale og globale netværk (f.eks. nationale seismiske centre) og gør det muligt med hurtig analyse, advarsler og forskning.

Seismisk tomografi kort

Seismisk tomografi bruger forskelle i bølgetransmission og rejsetider gennem Jorden fra mange seismiske kilder til at rekonstruere tredimensionelle hastighedsvariationer i kappen og skorpen. Teknikken kan sammenlignes med medicinsk CT-scanning, men anvender seismiske bølger og ofte et globalt observationsnetværk til at skabe billeder af dybe strukturer.

Afsluttende bemærkninger

Seismometre er nøgleinstrumenter i geovidenskab: de gør det muligt både at forstå Jordens indre og at reducere risici ved jordskælv og vulkansk aktivitet gennem bedre overvågning, forskning og varslingssystemer. Udviklingen fra mekaniske seismografer til moderne digitale brede-bånd instrumenter har øget vores evne til at måle og tolke selv de svageste jordbevægelser.

Søg efter bogstav