Un sismómetro es un instrumento que responde a los ruidos del suelo y a los temblores causados por terremotos , erupciones volcánicas y explosiones . Generalmente se combinan con un dispositivo de cronometraje y un dispositivo de registro para formar un sismógrafo . [1] El resultado de un dispositivo de este tipo, anteriormente registrado en papel (ver imagen) o película, ahora grabado y procesado digitalmente, es un sismograma . Estos datos se utilizan para localizar y caracterizar terremotos y para estudiar la estructura interna de la Tierra .
Un sismómetro simple, sensible a los movimientos de arriba a abajo de la Tierra, es como un peso que cuelga de un resorte, ambos suspendidos de un marco que se mueve con cualquier movimiento detectado. El movimiento relativo entre el peso (llamado masa) y el marco proporciona una medida del movimiento vertical del suelo . Se fija un tambor giratorio al marco y un bolígrafo al peso, registrando así cualquier movimiento del suelo en un sismograma .
Cualquier movimiento desde el suelo mueve el marco. La masa tiende a no moverse debido a su inercia , y midiendo el movimiento entre el marco y la masa se puede determinar el movimiento del suelo.
Los primeros sismómetros utilizaban palancas ópticas o enlaces mecánicos para amplificar los pequeños movimientos involucrados, registrándolos en papel cubierto de hollín o en papel fotográfico. Los instrumentos modernos utilizan la electrónica. En algunos sistemas, la masa se mantiene casi inmóvil en relación con el marco mediante un circuito electrónico de retroalimentación negativa . Se mide el movimiento de la masa con respecto al marco y el circuito de retroalimentación aplica una fuerza magnética o electrostática para mantener la masa casi inmóvil. El voltaje necesario para producir esta fuerza es la salida del sismómetro, que se registra digitalmente.
En otros sistemas se permite que el peso se mueva, y su movimiento produce una carga eléctrica en una bobina unida a la masa cuyo voltaje se mueve a través del campo magnético de un imán unido al marco. Este diseño se utiliza a menudo en un geófono , que se utiliza en la exploración de petróleo y gas.
Los observatorios sísmicos suelen tener instrumentos que miden tres ejes: norte-sur (eje y), este-oeste (eje x) y vertical (eje z). Si solo se mide un eje, suele ser el vertical porque es menos ruidoso y da mejores registros de algunas ondas sísmicas. [ cita necesaria ]
La cimentación de una estación sísmica es fundamental. [2] A veces, una estación profesional se monta sobre un lecho de roca . Los mejores montajes pueden realizarse en pozos profundos, que evitan los efectos térmicos, el ruido del suelo y las inclinaciones provocadas por las condiciones climáticas y las mareas. Otros instrumentos suelen montarse en recintos aislados sobre pequeños pilares enterrados de hormigón no reforzado. Las varillas de refuerzo y los agregados deformarían el muelle a medida que cambia la temperatura. Siempre se inspecciona un sitio para detectar ruido del suelo con una instalación temporal antes de verter el muelle y colocar el conducto. Originalmente, los sismógrafos europeos se colocaban en un área determinada después de un terremoto destructivo. Hoy en día, están dispersos para proporcionar una cobertura adecuada (en el caso de sismología de movimiento débil) o concentrados en regiones de alto riesgo (sismología de movimiento fuerte). [3]
La palabra deriva del griego σεισμός, seismós , sacudida o temblor, del verbo σείω, seíō , sacudir; y μέτρον, métron , medir, y fue acuñado por David Milne-Home en 1841, para describir un instrumento diseñado por el físico escocés James David Forbes . [4]
Sismógrafo es otro término griego de seismós y γράφω, gráphō , dibujar. A menudo se utiliza para referirse a sismómetro , aunque es más aplicable a los instrumentos más antiguos en los que se combinaban la medición y el registro del movimiento del suelo, que a los sistemas modernos, en los que estas funciones están separadas. Ambos tipos proporcionan un registro continuo del movimiento del suelo; este registro los distingue de los sismoscopios , que simplemente indican que se ha producido movimiento, tal vez con alguna simple medida de su magnitud. [5]
La disciplina técnica relativa a tales dispositivos se llama sismometría , [6] una rama de la sismología .
El concepto de medir la "sacudida" de algo significa que la palabra "sismógrafo" podría usarse en un sentido más general. Por ejemplo, una estación de monitoreo que rastrea los cambios en el ruido electromagnético que afecta las ondas de radioaficionados presenta un sismógrafo de RF . [7] Y la heliosismología estudia los "temblores" del Sol . [8]
El primer sismómetro se fabricó en China durante el siglo II. [9] Fue inventado por Zhang Heng , un matemático y astrónomo chino. La primera descripción occidental del dispositivo proviene del físico y sacerdote francés Jean de Hautefeuille en 1703. [10] El sismómetro moderno se desarrolló en el siglo XIX. [3]
Los sismómetros se colocaron en la Luna a partir de 1969 como parte del Paquete de Experimentos de la Superficie Lunar del Apolo . En diciembre de 2018, el módulo de aterrizaje InSight desplegó un sismómetro en el planeta Marte , la primera vez que se colocó un sismómetro en la superficie de otro planeta. [11]
En el Antiguo Egipto , Amenhotep, hijo de Hapu, inventó un precursor del sismómetro, unos postes verticales de madera conectados con canalones de madera en el eje central que funcionaban para llenar de agua un recipiente hasta que estuviera lleno para detectar terremotos.
En el año 132 d. C. , se dice que Zhang Heng, de la dinastía Han de China , inventó el primer sismoscopio (según la definición anterior), que se llamó Houfeng Didong Yi (traducido como "instrumento para medir los vientos estacionales y los movimientos de la Tierra"). . La descripción que tenemos, de la Historia de la Dinastía Han Posterior , dice que se trataba de una gran vasija de bronce, de unos 2 metros de diámetro; en ocho puntos alrededor de la parte superior había cabezas de dragón que sostenían bolas de bronce. Cuando había un terremoto, la boca de uno de los dragones se abría y dejaba caer su bola en un sapo de bronce en la base, emitiendo un sonido y supuestamente mostrando la dirección del terremoto. Al menos en una ocasión, probablemente durante un gran terremoto en Gansu en el año 143 d.C., el sismoscopio indicó un terremoto aunque no se sintió. El texto disponible dice que en el interior de la embarcación había una columna central que podía moverse por ocho vías; Se cree que esto se refiere a un péndulo, aunque no se sabe exactamente cómo se vincula con un mecanismo que abriría solo la boca de un dragón. El primer terremoto registrado por este sismoscopio se produjo supuestamente "en algún lugar del este". Días después, un ciclista procedente del oriente denunció este sismo. [9] [12]
En el siglo XIII, existían dispositivos sismográficos en el observatorio de Maragheh (fundado en 1259) en Persia, aunque no está claro si se construyeron de forma independiente o se basaron en el primer sismoscopio. [13] El físico y sacerdote francés Jean de Hautefeuille describió un sismoscopio en 1703, [10] que utilizaba un recipiente lleno de mercurio que se derramaba en uno de los ocho receptores equidistantes alrededor del recipiente, aunque no hay evidencia de que realmente construyera el dispositivo. [14] Atanasio Cavalli construyó un sismoscopio de mercurio en 1784 o 1785, [15] una copia del cual se puede encontrar en la Biblioteca de la Universidad de Bolonia, y Niccolò Cacciatore construyó otro sismoscopio de mercurio en 1818. [14] James Lind también construyó una herramienta sismológica de diseño o eficacia desconocida (conocida como máquina sísmica) a finales de la década de 1790. [dieciséis]
Al mismo tiempo se desarrollaron dispositivos pendulares. El naturalista napolitano Nicola Cirillo instaló una red de detectores de terremotos pendulares después del terremoto de Puglia de 1731, donde se detectó la amplitud utilizando un transportador para medir el movimiento de oscilación. El monje benedictino Andrea Bina desarrolló aún más este concepto en 1751, haciendo que el péndulo creara marcas en la arena debajo del mecanismo, proporcionando tanto la magnitud como la dirección del movimiento. El relojero napolitano Domenico Salsano produjo un péndulo similar que registraba usando un pincel en 1783, etiquetándolo como geosismómetro , posiblemente el primer uso de una palabra similar a sismómetro . El naturalista Nicolo Zupo ideó un instrumento para detectar perturbaciones eléctricas y terremotos al mismo tiempo (1784). [14]
El primer dispositivo moderadamente exitoso para detectar la hora de un terremoto fue ideado por Ascanio Filomarino en 1796, quien mejoró el instrumento de péndulo de Salsano, usando un lápiz para marcar y usando un cabello adherido al mecanismo para inhibir el movimiento del volante de un reloj. . Esto significaba que el reloj sólo se pondría en marcha una vez que se produjera un terremoto, lo que permitiría determinar el momento de incidencia. [14]
Después del terremoto que tuvo lugar el 4 de octubre de 1834, Luigi Pagani observó que el sismoscopio de mercurio de la Universidad de Bolonia se había desbordado por completo y no proporcionaba información útil. Por lo tanto, ideó un dispositivo portátil que utilizaba perdigones de plomo para detectar la dirección de un terremoto, donde el plomo caía en cuatro contenedores dispuestos en círculo, para determinar el cuadrante de incidencia del terremoto. Completó el instrumento en 1841. [14]
En respuesta a una serie de terremotos cerca de Comrie en Escocia en 1839, se formó un comité en el Reino Unido para producir mejores dispositivos de detección de terremotos. El resultado de esto fue un sismómetro de péndulo invertido construido por James David Forbes , presentado por primera vez en un informe de David Milne-Home en 1842, que registraba las mediciones de la actividad sísmica mediante el uso de un lápiz colocado sobre un papel sobre el péndulo. Los diseños proporcionados no resultaron eficaces, según informa Milne. [14] Fue Milne quien acuñó la palabra sismómetro en 1841, para describir este instrumento. [4] En 1843, el primer péndulo horizontal se utilizó en un sismómetro, según informó Milne (aunque no está claro si fue el inventor original). [17] Después de estos inventos, Robert Mallet publicó un artículo en 1848 en el que sugería ideas para el diseño de sismómetros, sugiriendo que dicho dispositivo necesitaría registrar el tiempo, registrar amplitudes horizontal y verticalmente y determinar la dirección. El diseño que sugirió fue financiado y se intentó la construcción, pero su diseño final no cumplió con sus expectativas y sufrió los mismos problemas que el diseño de Forbes, ya que era inexacto y no registraba por sí mismo. [17]
Karl Kreil construyó un sismómetro en Praga entre 1848 y 1850, que utilizaba un péndulo cilíndrico rígido suspendido en un punto cubierto de papel, dibujado con un lápiz fijo. El cilindro se hacía girar cada 24 horas, lo que proporcionaba un tiempo aproximado para un terremoto determinado. [14]
Luigi Palmieri , influenciado por el artículo de Mallet de 1848, [17] inventó un sismómetro en 1856 que podía registrar la hora de un terremoto. Este dispositivo utilizaba péndulos metálicos que cerraban un circuito eléctrico con vibración, que luego alimentaba un electroimán para detener un reloj. Los sismómetros Palmieri estuvieron ampliamente distribuidos y utilizados durante mucho tiempo. [18]
En 1872, un comité en el Reino Unido dirigido por James Bryce expresó su descontento con los sismómetros disponibles actualmente, todavía usando el gran dispositivo Forbes de 1842 ubicado en la iglesia parroquial de Comrie, y solicitó un sismómetro que fuera compacto, fácil de instalar y de leer. . En 1875 se decidieron por un gran ejemplo del dispositivo Mallet, que consistía en una serie de pasadores cilíndricos de varios tamaños instalados en ángulo recto entre sí sobre un lecho de arena, donde los terremotos más grandes derribarían pasadores más grandes. Este dispositivo se construyó en la 'Earthquake House' cerca de Comrie, que puede considerarse el primer observatorio sismológico del mundo construido expresamente. [17] Hasta 2013, ningún terremoto ha sido lo suficientemente grande como para provocar la caída de alguno de los cilindros, ya sea en el dispositivo original o en las réplicas.
Los primeros sismógrafos se inventaron en las décadas de 1870 y 1880. El primer sismógrafo fue creado por Filippo Cecchi alrededor de 1875. Un sismoscopio activaba el dispositivo para que comenzara a registrar, y luego una superficie de registro producía automáticamente una ilustración gráfica de los temblores (un sismograma). Sin embargo, el instrumento no era lo suficientemente sensible y el primer sismograma producido por el instrumento fue en 1887, cuando John Milne ya había demostrado su diseño en Japón . [19]
En 1880, el primer sismómetro de péndulo horizontal fue desarrollado por el equipo de John Milne , James Alfred Ewing y Thomas Gray , quienes trabajaron como asesores de gobiernos extranjeros en Japón, de 1880 a 1895. [3] Milne, Ewing y Gray, todos con había sido contratado por el gobierno Meiji en los cinco años anteriores para ayudar en los esfuerzos de modernización de Japón , fundó la Sociedad Sismológica de Japón en respuesta a un terremoto que tuvo lugar el 22 de febrero de 1880 en Yokohama. Ewing construyó dos instrumentos durante el año siguiente, uno de ellos un sismómetro de péndulo común y el otro el primer sismómetro que utiliza un péndulo horizontal amortiguado. El innovador sistema de grabación permitió un registro continuo, el primero en hacerlo. El primer sismograma se registró el 3 de noviembre de 1880 en ambos instrumentos de Ewing. [19] Los sismómetros modernos eventualmente descenderían de estos diseños. A Milne se le ha llamado el "padre de la sismología moderna" [20] y su diseño de sismógrafo ha sido llamado el primer sismómetro moderno. [21]
Esto produjo la primera medición efectiva del movimiento horizontal. Gray produciría el primer método confiable para registrar el movimiento vertical, que produjo las primeras grabaciones efectivas en 3 ejes. [19]
Uno de los primeros sismómetros de propósito especial consistía en un gran péndulo estacionario , con un lápiz en la parte inferior. Cuando la tierra comenzó a moverse, la pesada masa del péndulo tuvo la inercia para permanecer quieta dentro del marco . El resultado es que el lápiz trazó un patrón correspondiente al movimiento de la Tierra. Este tipo de sismómetro de movimiento fuerte registraba sobre un vidrio ahumado (vidrio con hollín de carbón ). Si bien no es lo suficientemente sensible para detectar terremotos distantes, este instrumento podría indicar la dirección de las ondas de presión y así ayudar a encontrar el epicentro de un terremoto local. Dichos instrumentos fueron útiles en el análisis del terremoto de San Francisco de 1906 . En la década de 1980 se realizaron más análisis utilizando estas primeras grabaciones, lo que permitió una determinación más precisa de la ubicación inicial de la falla en el condado de Marin y su progresión posterior, principalmente hacia el sur.
Más tarde, los conjuntos de instrumentos profesionales para la red sismográfica estándar mundial tenían un conjunto de instrumentos sintonizados para oscilar a quince segundos y el otro a noventa segundos, cada conjunto midiendo en tres direcciones. Los aficionados u observatorios con medios limitados sintonizaron sus instrumentos más pequeños y menos sensibles a diez segundos. El sismómetro de péndulo horizontal amortiguado básico se balancea como la puerta de una valla. Se monta un peso pesado en la punta de un triángulo largo (de 10 cm a varios metros), articulado en su borde vertical. A medida que el suelo se mueve, el peso permanece inmóvil, haciendo girar la "puerta" de la bisagra.
La ventaja de un péndulo horizontal es que logra frecuencias de oscilación muy bajas en un instrumento compacto. La "puerta" está ligeramente inclinada, por lo que el peso tiende a volver lentamente a una posición central. El péndulo se ajusta (antes de instalar la amortiguación) para que oscile una vez cada tres segundos o una vez cada treinta segundos. Los instrumentos de uso general de estaciones pequeñas o de aficionados suelen oscilar una vez cada diez segundos. Se coloca una bandeja de aceite debajo del brazo y una pequeña lámina de metal montada en la parte inferior del brazo arrastra el aceite para amortiguar las oscilaciones. Se ajusta el nivel de aceite, la posición en el brazo, el ángulo y tamaño de la chapa hasta que la amortiguación sea "crítica", es decir, casi con oscilación. La bisagra es de muy baja fricción, a menudo alambres de torsión, por lo que la única fricción es la fricción interna del alambre. Pequeños sismógrafos con masas de prueba bajas se colocan en el vacío para reducir las perturbaciones causadas por las corrientes de aire.
Zollner describió péndulos horizontales suspendidos torsionalmente ya en 1869, pero los desarrolló para gravimetría más que para sismometría.
Los primeros sismómetros tenían una disposición de palancas sobre cojinetes enjoyados para rayar el vidrio o el papel ahumado. Más tarde, los espejos reflejaron un haz de luz sobre una placa de grabación directa o un rollo de papel fotográfico. Brevemente, algunos diseños volvieron a los movimientos mecánicos para ahorrar dinero. En los sistemas de mediados del siglo XX, la luz se reflejaba hacia un par de fotosensores electrónicos diferenciales llamados fotomultiplicador. El voltaje generado en el fotomultiplicador se utilizó para accionar galvanómetros que tenían un pequeño espejo montado en el eje. El haz de luz reflejado en movimiento incidiría en la superficie del tambor giratorio, que estaba cubierto con papel fotosensible. El costo de desarrollar papel fotosensible hizo que muchos observatorios sísmicos cambiaran a tinta o papel termosensible.
Después de la Segunda Guerra Mundial, los sismómetros desarrollados por Milne, Ewing y Gray se adaptaron al sismómetro Press-Ewing, ampliamente utilizado.
Los instrumentos modernos utilizan sensores electrónicos, amplificadores y dispositivos de grabación. La mayoría son de banda ancha que cubren una amplia gama de frecuencias. Algunos sismómetros pueden medir movimientos con frecuencias de 500 Hz a 0,00118 Hz (1/500 = 0,002 segundos por ciclo, a 1/0,00118 = 850 segundos por ciclo). La suspensión mecánica para instrumentos horizontales sigue siendo la puerta del jardín descrita anteriormente. Los instrumentos verticales utilizan algún tipo de suspensión de fuerza constante, como la suspensión LaCoste . La suspensión LaCoste utiliza un resorte de longitud cero para proporcionar un período prolongado (alta sensibilidad). [22] [23] Algunos instrumentos modernos utilizan un diseño "triaxial" o "Galperin" , en el que tres sensores de movimiento idénticos se colocan en el mismo ángulo con la vertical pero con una separación de 120 grados en la horizontal. Los movimientos verticales y horizontales se pueden calcular a partir de las salidas de los tres sensores.
Es inevitable que los sismómetros introduzcan cierta distorsión en las señales que miden, pero los sistemas diseñados profesionalmente han caracterizado cuidadosamente las transformaciones de frecuencia.
Las sensibilidades modernas se presentan en tres amplios rangos: geófonos , de 50 a 750 V /m; sismógrafos geológicos locales, alrededor de 1.500 V/m; y los telesismógrafos, utilizados para estudios mundiales, alrededor de 20.000 V/m. Los instrumentos se presentan en tres variedades principales: de corto plazo, de largo plazo y de banda ancha. Los períodos corto y largo miden la velocidad y son muy sensibles; sin embargo, "recortan" la señal o se salen de escala para un movimiento del suelo que es lo suficientemente fuerte como para que lo sientan las personas. Un canal de conversión analógico a digital de 24 bits es algo común. Los dispositivos prácticos son lineales hasta aproximadamente una parte por millón.
Los sismómetros entregados vienen con dos estilos de salida: analógica y digital. Los sismógrafos analógicos requieren equipos de grabación analógicos, que posiblemente incluyan un convertidor de analógico a digital. La salida de un sismógrafo digital se puede ingresar simplemente a una computadora. Presenta los datos en un formato digital estándar (a menudo "SE2" a través de Ethernet ).
El sismógrafo moderno de banda ancha puede registrar una gama muy amplia de frecuencias . Consiste en una pequeña "masa de prueba", confinada por fuerzas eléctricas, impulsada por una electrónica sofisticada . A medida que la Tierra se mueve, la electrónica intenta mantener estable la masa a través de un circuito de retroalimentación . Luego se registra la cantidad de fuerza necesaria para lograrlo.
En la mayoría de los diseños, la electrónica mantiene una masa inmóvil en relación con el marco. Este dispositivo se llama "acelerómetro de equilibrio de fuerzas". Mide la aceleración en lugar de la velocidad del movimiento del suelo. Básicamente, la distancia entre la masa y alguna parte del marco se mide con mucha precisión, mediante un transformador diferencial lineal variable . Algunos instrumentos utilizan un condensador diferencial variable lineal .
Luego, esa medición se amplifica mediante amplificadores electrónicos conectados a partes de un circuito electrónico de retroalimentación negativa . Una de las corrientes amplificadas del circuito de retroalimentación negativa impulsa una bobina muy parecida a un altavoz . El resultado es que la masa permanece casi inmóvil.
La mayoría de los instrumentos miden directamente el movimiento del suelo utilizando el sensor de distancia. El voltaje generado en una bobina sensora sobre la masa por el imán mide directamente la velocidad instantánea del suelo. La corriente a la bobina impulsora proporciona una medición sensible y precisa de la fuerza entre la masa y el marco, midiendo así directamente la aceleración del suelo (usando f=ma donde f=fuerza, m=masa, a=aceleración).
Uno de los problemas continuos de los sismógrafos verticales sensibles es la flotabilidad de sus masas. Los cambios desiguales de presión causados por el viento que sopla sobre una ventana abierta pueden cambiar fácilmente la densidad del aire en una habitación lo suficiente como para hacer que un sismógrafo vertical muestre señales espurias. Por lo tanto, la mayoría de los sismógrafos profesionales están sellados en recintos rígidos herméticos a los gases. Por eso, por ejemplo, un modelo común de Streckeisen tiene una base de vidrio gruesa que debe pegarse a su muelle sin que queden burbujas en el pegamento.
Podría parecer lógico hacer que el imán pesado sirva como masa, pero eso somete al sismógrafo a errores cuando se mueve el campo magnético de la Tierra. Esta es también la razón por la que las partes móviles del sismógrafo están construidas con un material que interactúa mínimamente con los campos magnéticos. Un sismógrafo también es sensible a los cambios de temperatura, por lo que muchos instrumentos se construyen con materiales de baja expansión, como el invar no magnético .
Las bisagras de un sismógrafo suelen estar patentadas y, cuando la patente expira, el diseño ha sido mejorado. Los diseños de dominio público más exitosos utilizan bisagras de lámina delgada en una abrazadera.
Otra cuestión es que la función de transferencia de un sismógrafo debe caracterizarse con precisión para conocer su respuesta en frecuencia. Ésta suele ser la diferencia crucial entre los instrumentos profesionales y aficionados. La mayoría se caracterizan sobre una mesa vibratoria de frecuencia variable.
Otro tipo de sismómetro es un sismómetro digital de movimiento fuerte o acelerógrafo . Los datos de un instrumento de este tipo son esenciales para comprender cómo afecta un terremoto a las estructuras artificiales, a través de la ingeniería sísmica . Los registros de dichos instrumentos son cruciales para la evaluación del peligro sísmico , a través de la ingeniería sismológica .
Un sismómetro de movimiento fuerte mide la aceleración. Esto se puede integrar matemáticamente más adelante para dar velocidad y posición. Los sismómetros de movimientos fuertes no son tan sensibles a los movimientos del suelo como los instrumentos telesísmicos, pero se mantienen en escala durante las sacudidas sísmicas más fuertes.
Los sensores de movimiento potentes se utilizan para aplicaciones de medidores de intensidad.
Los acelerógrafos y geófonos suelen ser imanes cilíndricos pesados con una bobina montada en un resorte en su interior. A medida que la caja se mueve, la bobina tiende a permanecer estacionaria, por lo que el campo magnético corta los cables, induciendo corriente en los cables de salida. Reciben frecuencias desde varios cientos de hercios hasta 1 Hz. Algunos tienen amortiguación electrónica, una forma de bajo presupuesto de obtener parte del rendimiento de los sismógrafos geológicos de banda ancha y circuito cerrado.
Los acelerómetros de haz extensible construidos como circuitos integrados son demasiado insensibles para los sismógrafos geológicos (2002), pero se utilizan ampliamente en geófonos.
Algunos otros diseños sensibles miden la corriente generada por el flujo de un fluido iónico no corrosivo a través de una esponja electreto o un fluido conductor a través de un campo magnético .
Los sismómetros espaciados en un conjunto sísmico también se pueden utilizar para localizar con precisión, en tres dimensiones, la fuente de un terremoto, utilizando el tiempo que tardan las ondas sísmicas en propagarse lejos del hipocentro , el punto inicial de ruptura de la falla (ver también Ubicación del terremoto ). También se utilizan sismómetros interconectados, como parte del Sistema Internacional de Vigilancia para detectar explosiones de ensayos nucleares subterráneos , así como para sistemas de alerta temprana de terremotos . Estos sismómetros se utilizan a menudo como parte de un proyecto gubernamental o científico a gran escala, pero algunas organizaciones, como Quake-Catcher Network , también pueden utilizar detectores de tamaño residencial integrados en computadoras para detectar terremotos.
En sismología de reflexión , una serie de sismómetros obtienen imágenes de las características del subsuelo. Los datos se reducen a imágenes mediante algoritmos similares a la tomografía . Los métodos de reducción de datos se parecen a los de las máquinas de rayos X para imágenes médicas tomográficas asistidas por computadora (TAC) o a los sonares de imágenes .
Una gama mundial de sismómetros puede realmente obtener imágenes del interior de la Tierra en velocidad de onda y transmisividad. Este tipo de sistema utiliza eventos como terremotos, impactos o explosiones nucleares como fuentes de ondas. Los primeros esfuerzos en este método utilizaron la reducción manual de datos a partir de cartas sismográficas en papel. Los registros sismógrafos digitales modernos se adaptan mejor al uso directo de la computadora. Con diseños de sismómetros económicos y acceso a Internet, los aficionados y las pequeñas instituciones incluso han formado una "red pública de sismógrafos". [24]
Los sistemas sismográficos utilizados para la exploración de petróleo u otros minerales históricamente utilizaban un explosivo y un cable de geófonos desenrollados detrás de un camión. Ahora la mayoría de los sistemas de corto alcance utilizan "golpes" que golpean el suelo, y algunos sistemas comerciales pequeños tienen un procesamiento de señal digital tan bueno que unos pocos golpes de mazo proporcionan suficiente señal para estudios refractivos de corta distancia. A veces se utilizan conjuntos exóticos de geófonos cruzados o bidimensionales para realizar imágenes reflectantes tridimensionales de las características del subsuelo. El software básico de geomapeo refractivo lineal (que alguna vez fue un arte negro) está disponible en el mercado, se ejecuta en computadoras portátiles y usa cadenas tan pequeñas como tres geófonos. Algunos sistemas ahora vienen en una caja de plástico de 18" (0,5 m) con una computadora, pantalla e impresora en la cubierta.
Los pequeños sistemas de imágenes sísmicas son ahora lo suficientemente económicos como para que los ingenieros civiles los utilicen para inspeccionar los sitios de cimientos, localizar lechos de roca y encontrar agua subterránea.
Se ha descubierto una nueva técnica para detectar terremotos mediante cables de fibra óptica . [25] En 2016, un equipo de metrólogos que realizaban experimentos de metrología de frecuencia en Inglaterra observaron ruido con una forma de onda que se asemeja a las ondas sísmicas generadas por los terremotos. Se encontró que esto coincidía con las observaciones sismológicas de un terremoto de Mw 6,0 en Italia, a ~1400 km de distancia. Otros experimentos en Inglaterra, Italia y con un cable submarino de fibra óptica hasta Malta detectaron otros terremotos, incluido uno a 4.100 km de distancia y un terremoto de magnitud ML 3,4 a 89 km del cable.
Las ondas sísmicas son detectables porque provocan cambios a escala micrométrica en la longitud del cable. A medida que cambia la longitud, también cambia el tiempo que tarda un paquete de luz en atravesar hasta el otro extremo del cable y regresar (usando una segunda fibra). Utilizando láseres ultraestables de grado metrológico, estos cambios de tiempo extremadamente pequeños (del orden de femtosegundos ) aparecen como cambios de fase.
El punto del cable perturbado por primera vez por la onda p de un terremoto (esencialmente una onda sonora en una roca) se puede determinar enviando paquetes en ambas direcciones en el par de fibras ópticas en bucle; la diferencia en los tiempos de llegada del primer par de paquetes perturbados indica la distancia a lo largo del cable. Este punto es también el más cercano al epicentro del terremoto, que debería estar en un plano perpendicular al cable. La diferencia entre los tiempos de llegada de la onda p/onda s proporciona una distancia (en condiciones ideales), lo que limita el epicentro a un círculo. Se necesita una segunda detección en un cable no paralelo para resolver la ambigüedad de la solución resultante. Observaciones adicionales limitan la ubicación del epicentro del terremoto y pueden resolver la profundidad.
Se espera que esta técnica sea de gran ayuda para observar terremotos, especialmente los más pequeños, en vastas porciones del océano global donde no hay sismómetros, y a un costo mucho más barato que los sismómetros del fondo del océano.
Investigadores de la Universidad de Stanford crearon un algoritmo de aprendizaje profundo llamado UrbanDenoiser que puede detectar terremotos, particularmente en ciudades urbanas. [26] El algoritmo filtra el ruido de fondo del ruido sísmico recopilado en ciudades concurridas en áreas urbanas para detectar terremotos. [26] [27]
Hoy en día, la grabadora más común es una computadora con un conversor analógico a digital, una unidad de disco y una conexión a Internet; para los aficionados, un PC con una tarjeta de sonido y el software asociado es suficiente. La mayoría de los sistemas registran continuamente, pero algunos registran sólo cuando se detecta una señal, como lo muestra un aumento a corto plazo en la variación de la señal, en comparación con su promedio a largo plazo (que puede variar lentamente debido a cambios en el ruido sísmico) . cita necesaria ] , también conocido como activador STA/LTA.
Antes de la disponibilidad del procesamiento digital de datos sísmicos a finales de la década de 1970, los registros se realizaban en diferentes formas y en diferentes tipos de medios. Un tambor "Helicorder" era un dispositivo utilizado para registrar datos en papel fotográfico o en forma de papel y tinta. Un "Develorder" era una máquina que registraba datos de hasta 20 canales en una película de 16 mm. La película grabada se puede ver mediante una máquina. La lectura y medición de este tipo de medios se puede realizar a mano. Una vez utilizado el procesamiento digital, los archivos de los datos sísmicos se grabaron en cintas magnéticas. Debido al deterioro de las cintas magnéticas más antiguas, una gran cantidad de formas de onda de los archivos no se pueden recuperar. [28] [29]
En la dinastía Sung del Sur, el dinero de regalo para los funcionarios de la corte imperial estaba envuelto en sobres de papel (chih pao).
