Nl>. 35 (1625). W arszaw a, dnia 27 sierpnia 1911 r. Tom X X X .
TYGODNIK POPULARNY, POŚWIĘCONY NAUKOWI PRZYRODNICZYM.
PRENUMERATA „W SZECHŚW IATA".
W Warszawie.' r o c z n ie r b . 8, k w a r ta ln ie rb . 2.
Z przesyłką pocztową r o c z n ie r b . 10, p ó łr . rb . 5.
PRENUMEROWAĆ MOŻNA:
W R e d a k c y i „ W sze c h św ia ta " i w e w s z y s tk ic h k się g a r n ia c h w kraju i za g ra n icą .
R e d a k to r „ W sze c h św ia ta * 4 p r z y jm u je z e sp raw am i r ed a k c y jn e m i c o d z ie n n ie o d g o d z in y 6 d o 8 w ie c z o r e m w lo k a lu r e d a k c y i.
A d r e s R e d a k c y i: W S P Ó L N A JSTs. 37. T e le fo n u 83-14.
O S E I S M O G R A F A C H , C Z Y L I P R Z Y R Z Ą D A C H D O B A D A N I A T R Z Ę
S I E Ń Z I EM I.
P rzez dłu gi s zereg wieków trzęsienia ziemi b y ły badane je d y n ie zapomocą zmysłów; oczywiście b adania tak ie nie m ogły dać re z u lta tó w ścisłych. Próby ob m yślen ia p rzy rz ą d ó w s p ecy aln y ch, ozna
czających ilościowo właściwości ruchu seism icznego, d ały r e z u lta ty zado w alają
ce dopiero w końcu X I X stulecia, kiedy dzięki postępom fizyki i m ech anik i m o
żna było w reszcie p rzy stą p ić do rozw ią
za nia zadan ia wielce zawiłego, jak ie m j e s t zmierzenie d rg a ń nadzw yczaj s z y b kich, przychodzących niespodziew anie i, co n ajw ażn iejsza, w p ra w ia ją c y ch w ruch w sz y stk ie przedm ioty, o taczające b a d a cza, n ie d a ją c mu żadnego p u n k t u s ta łe go, względem którego mógłby m ierzyć w a rto ść ru chów cząsteczki ziemi.
Poniżej p rze d s taw ię w ' najbardziej ogólnych za ry sa c h zasady, na jak ich opiera się te o r y a tych przyrządów i ich u ż ytko w an ie. P rz y rz ą d y te są to z j e dnej s tr o n y seism oskopy, k tó ry c h dzia
łanie ogranicza się do o s trz e g an ia nas o trzęsieniu ziemi, z dru giej s tro n y se- ism om etry, służące do m ierzenia i noto
w ania różnych w a rto śc i r u c h u seismicz- nego; te o sta tn ie b y w a ją zaopatrzone zazwyczaj w przy rz ą d zapisujący a u to m atycznie ru ch y i na z y w a ją się wówczas sejsm ografam i.
Seism oskopy w najlepszym razie no
tu ją chwilę rozpoczęcia trzęsienia. Bu
dowa ich może opierać się n a jed n e in z wielu zjaw isk, to w a rz y sz ą cyc h stale trzęsieniom ziemi, ja k o to r u c h y cieczy, kołysanie się przedm iotów zawieszonych, upadanie przedm iotu z n a jd u jąc e g o się w sta nie równowragi niestałej, z a m y k a nie lub otw ieranie p rądu elek trycznego , r u ch y sprężyny i t. d. Jeżeli chodzi o zmierzenie ru ch u seismicznego., to za
danie s ta je się znacznie tru dn iejszem . W samej rzeczy wszelki ruch jak ie g o ś p u n k tu może być z b a d an y i zmierzony je d y n ie w s to s u n k u do jak ie g o ś innego r u ch u nam znanego lub w sto su n k u do p u n k tu stałego. W seismologii zastoso
wanie pierwszego sposobu j e s t niem ożli
we, poniew aż w sz ystkie p rzedm ioty o ta
czające uczestniczą w ru ch u seismicz-
nym, któ ry w ła śn ie zbadać należy.™ Dla
W SZ E C H SW IA T 5.1 A "
ty c h sa m y c h p rzy czyn niem ożliw ością j e s t znalezienie bezpośrednio p u n k t u s t a
łego, nie m ożna bowiem n a w e t m yśleć 0 zuży tk o w an iu j a k ie g o ś p u n k tu stałeg o n a niebie,—gw iazdy, j a k to czyni a s t r o nom, ponieważ ro z m ia ry r u c h u seismicz- nego są n iesko ńczenie małe w s to s u n k u do odległości między ciałami niebieskie- mi. Z p owyższego w y nik a , że ta k i p u n k t sta ły m usim y o trz y m a ć drog ą p o ś re d n ią przez utrzym an ie w spokoju p ew nego p u n k tu , ew en t. pewnej m asy, w y b ra ne j przez nas; innerni słowy n ależy wyna- leść sposób usunięcia pew nej m a s y w g r an ic ac h możliwości od w p ły w u r u chu sejsmicznego, k tó ry p o ru sz a w s z y s t ko dookoła.
O trzym aw szy ta k i p u n k t stały, pozo
s ta je tylko z ao patrzy ć go w ind ek s, za
pisujący n a powierzchni odpowiednio d o b ranej i uczestniczącej w r u c h u seismicz- nym, r u c h tej o statn iej w s to s u n k u do naszego p u n k tu stałego. Poniew aż d r g a nia seism iczne p o s ia d a ją am p litu d ę b a r dzo m ałą i p o w ta rz a ją się o g ro m n ą ilość razy, więc k rzy w a w ten sposób o t r z y m an a b yłaby nadzw yczaj zaw iła i n a jz u pełniej niem ożliwa do o dczytania. D la
tego też powierzchni zapisującej n a d a je się ruch w łasny, ale p rosty , postępow y lub obrotow y, o szybkości je d n o s ta jn e j 1 nam znanej; wówczas w artości k olejne k rzy w e j, w y rażającej ru ch seism iczny b ędą oddzielały się j e d n e od d ru g ic h na długość, e w e n tu a ln ie na kąt, k tó ry łatw o obliczyć dla je d n o s tk i czasu, np. dla s e k u n d y . K rz y w ą w ten sposób o trz y m a n ą m ożna będzie teraz zbadać i w y m ierzy ć w sz ystkie jej szczegóły, biorąc oczy w i
ście pod u w a g ę ruch , k tó ry ś m y dodali.
Jeżeli W T eszcie w sz y stk ie dane, d o ty c z ą ce czasu: godziny, m in u ty i s e k u n d y są n o to w a n e przez p rzyrząd zegarowy, to wów czas seism og ram (ta k się nazywra k rzyw a z a p isa n a przez a p a ra t) d o s ta rc z y nam w sz y s tk ic h d anych, do ty cz ą c y ch r u c h u seism icznego, k tó ry wyobraża.
Ruch, k tó ry pewien p u n k t na p o w ie rz chni ziemi o trz y m u je w s k u te k trzęsienia, b y w a często n a d zw yczaj mały, z w łasz
cza dla m ikroseizm ów , czyli trz ę s ie ń ta k słab ych, że n iem ożna ich uc hw y c ić z m y
słami, i dla teleseizmów, t. j. d rg ań s e jsm icznych, k tó re przycho d zą do nas z bardzo wielkiej odległości. To też se- ism o g ra m y b y ły b y często na d z w yc z aj m ałe, m ikroskopowe i błędy w m ie rze niu b y ły b y nieuniknione; d latego to ów p u n k t sta ły zaopatrzony b yw a wr p rz y r z ą d pow iększający zapomocą u k ła d u drążków , p a n to g ra fó w lub p rzy rządu optycznego. Są to ju ż tylko szczegóły tech niczne, w prak ty c e je d n a k n a d z w y
czaj ważne.
J a k widzim y, całe zadanie seism ografii polega n a o trz y m a n iu p u n k tu stałego, t. j. niepodlegającego ruchow i sejsm icz
n e m u i obd arzeniu go zdolnością z a p is y w ania na odpowiednio w y b ra n e j pow ierz
chni r u c h u pew nego p u n k t u tejże po
w ierzchni, czyli wogóle mówiąc r u c h u pewrnego p u n k tu powierzchni ziemi. P ie r w sza część z a d an ia j e s t daleko t r u d n i e j sza do rozwiązania, i w tym celu tylko dwie drogi są do w yboru: 1) n adanie d a nem u punktow i w każdej chwili i to z a pomocą sam ego r u c h u seismicznego, r u chu je d n a k o w e j wielkości, ale w k ie r u n ku przeciw ny m , niż im puls seism iczny;
2) zb udow anie w a h a d ła o bdarzonego b ez
w ład no ścią ta k wielką, że będzie w s t a nie oprzeć się w strząśnien iu, u dzielo n e
mu jeg o m asie przez p u n k t zawieszenia.
M etoda p ierw sza pozwala o trzym ać, p rzy n a jm n ie j w teoryi, pew'ną masę n ie ruchom ą, stałą, gd y tym czasem wr d r u gim p rzy p a d k u o trz y m u je m y te n rezul
t a t tylk o w przybliżeniu; a j e d n a k tem u o s ta tn ie m u zaw dzięczam y n ajw ię k sz ą ilość seism ografów . P rz y jrz y jm y się bliżej obu metodom.
Metoda pierwsza, poleg ająca na zobo
j ę t n ie n i u r u c h u danego p u n k tu przez n a danie mu w każdej chwili ru ch u j e d n a kowego co do wielkości, ale o k i e r u n k u przeciw nym , doprowadziła do budow ania w a h a d e ł podwójnych. J a k o typ, może posłużyć w ahadło podwójne Milnea (fig. l).
J e s t to s y s te m dwu w ahadeł, z których
je d n o jest norm aln e (krąg ołow iany W
duże, zawieszony na nitkach), a d ru g ie
przew rócone (k rą g w małe), w s p a r ty na
s z ty w n y m słupku, opierający m się z a
o strzonym końcem o p odstaw ę. Oba
jSla 35 W SZ E C H SW IA T 54?
k r ę g i są połączone ze sobą w sposób r u chomy, j a k to widać n a załączonym ry-
^ L e
p \
1__ 1
r
Ł
( F ig . 1).
su nku. Jeżeli teraz pod w pływ em wstrzą- śnienia p o d s ta w y obu w ahadeł jed n o c z e śnie będą pc hn ię te np. na prawo, to k rąg W duże w a h a d ła norm alneg o będzie s t a rał przesu n ąć się rówrnież n a prawo, prze
ciwnie zaś k r ą g w małe w a h a d ła prze
wróconego będzie sta ra ł przesunąć się na lewo, i jeżeli ciężary obu w a h a d e ł są t a k dobrane, że sto s u n e k m iędzy niemi ró w n a się stosun k ow i ich długości, to oba r u c h y z n e u tra liz u ją się w zajem nie i oba kręgi p ozostaną w spokoju. W ś r o d ku k r ę g a W (dużego) um oco w an y j e s t p ręt /J na ru cho m em kolanku, zaopatrzo
ny we w skazów kę z a p isującą d y a g ra m na płytce i, obdarzonej ru c h e m postępo
w ym lub ob ro tow y m zapomocą m ec h a nizmu zegarowego. Oprócz tego z p r ę tem łączy się w O ramię B, podlegające ru ch ow i seism icznem u wraz z podstaw ą całego przyrządu, s k u tk ie m tego u rzą dzenia d y a g ra m zostaje zapisan y n a p ły t
ce t w powiększeniu.
W celu p r z e k o n a n ia się, w j a k i m s to pniu r u c h y obu w ah ad eł zostały z n e u tr a lizowane i p u n k t s ta ły osiągnięty, Milne u sta w ił p rzy rz ą d na stole, k tó re m u n a dano w strz ą ś n ie n ie , mające przedstaw iać trzęsienie ziemi; z drugiej s tro n y p r z y rząd s p e cy a ln y n o to w ał ruch rzeczyw i
s ty stołu w s to s u n k u do podłogi, tym razem rzeczyw iście stałej. Obie krzywre, t. j. k rzy w a rzeczyw istego ru ch u stołu i krzyw7a notow ana przez seismograf, zgadzały się dość dobrze w ogólnym
przebiegu, choć ta o s ta tn ia okazała się b ardziej zawiłą, co dowodzi, że z n e u t r a lizowanie r u ch ó w jed n e g o w a h a d ła przez drugie udało się ty lk o w części.
Od czasów Milnea (1888 r.) zbudowano wiele in n y ch a p a ra tó w na ty m sy ste m ie o partych, które dały w y n ik i znacznie lepsze. W now szych i n s tr u m e n ta c h (np.
se ism o g ra f Benndorffa 1910 r.) wahadło j e s t ta k urządzone, że p o ruszać się może
tylko w p e w n y m kierunku.
W ah ad ło zw yczajne daje również mo- żność o trz y m an ia p u n k t u stałego, pewnej m asy stałej, i pozwala zmierzyć w s to s u n k u do niej ruch pewnego p u n k tu , podlegającego trz ę sie n iu ziemi. W samej rzeczy, jeżeli p u n k t zawieszenia w a had ła podlega pew nem u przesunięciu w sk u te k w strząśnienia, to m asa w a had ła ulegn ie pew nem u podniesieniu i pod wpływ em siły ciężkości przy jm ie ru ch w ahadłow y, k tóry, g d y b y w ahadło n ad al pozostawało w spokoju, doprowadziłby po pew ny m czasie m asę w a h a d ła do ró w no w a g i s t a łej. Ponieważ j e d n a k r u c h seism iczny trw a w dalszym ciągu, coraz w inn ym k ie ru n k u przesu w ając p u n k t zawieszenia, więc coraz nowe r u c h y w ahadłowe k o m b in u ją się z poprzedniem i, dopiero co za- czętemi i nieukończonemi. W s k u te k t e go ruch m asy w a h a d ła j e s t daleko b a r dziej złożony niż ruch p u n k tu z a w iesz e nia, czyli, innem i słowy, r u c h cząsteczki ziemi podczas trzęsienia.
Na szczęście ruch y w a h a d ła są tem powolniejsze, im długość je g o i m asa są większe. Możemy zatem p rze d staw ić so
bie wrahadło do statecznie długie i cięż
kie, ażeby w a h a n ia były n a ty le powolne w s to s u n k u do r u c h u seism icznego, że w p rak ty c e m asę jeg o można uw ażać za stałą, albo raczej za masę, k tó ra z po- w'odu swojej wielkiej bezwładności opie
ra się ruchow i seism icznem u. Jeżeli m asę ta k ą z a opatrzym y we w skazów kę i p ły tk ę z a p isu jąc ą r u c h o m ą — to o tr z y m am y seism ograf.
Ten typ seismografówr j e s t n a jd a w n ie j
szy, a i dotych c z a s jeszcze większość sejsmografów, u ż y w a n y c h we W łoszech, n ależy do tego typu, pomimo niedogod
ności, j a k ą p r z e d s ta w ia ją podobne w a
W SZEC H SW IA T M 35 h a d ła z powodu swej długości, p rze n o
szącej często 20 m etrów , wagi, w y n o s z ą cej setki kilogram ów , ton n ę lub n a w e t więcej, tudzież kosztów instalacyi. Mi
mo w szystko, o trz y m u je się m asę s ta łą ty lk o w p rzyb liże niu i na d y a g ra m a c h widać w yraźn ie d w a rodzaje oscylacyj, z k tó ry c h j e d n e są seism icznem i, a d r u gie—ru c h a m i w łasnem i wahadła. W p r a k t y c e okazało się, że z a m ia s t s t a r a ć się o usunięcie, wogóle b ard zo u tru d n io n e , ty c h ru chó w w ła sn y ch w a h a d ła, lepiej j e s t uczynić j e j a k n a j b a r d z ie j w yra ź n e- mi i o dm iennem i od d r g a ń seism iczn y ch , ażeby ich oddzielenie uczynić łatw em . P o w sta ła je d n a k now a tru d no ść: p o n ie waż d rg an ia seism iczne ró ż n ią się wielce m iędzy sobą pod w zględem p e ry o d u drgań, a w a ru n k ie m nieod zo w n y m j a s n o ści s e ism o g ra m u j e s t n ie s y n c h ro n ic z n o ść ty ch d r g a ń z ru c h a m i w łasn em i w a h adła, więc każde o b se rw a to ry u m m u si być za
opatrzo n e w w iększą liczbę p rzyrządów z a stoso w an ych do różnego rodzaju d rg a ń seism icznych.
W o sta tn ic h c z asa c h zaczęto j e d n a k znowu s ta r a ć się o u s u n ię c ie zupełne ruch ó w w łasnych w a h a d ła zapomocą urządzeń s p e cy a ln y ch i, o ile się zdaje, usiłow ania te uwieńczone zo stały n a d spodziew anie p o m y śln y m re z u lta te m . O statn ie modele W ie e h e rta i R ebeur - E h l e r t - Boscha pod względem s ta ło ści m asy nie po zostaw iają nic do życzenia.
J e s t jesz c ze pew ien typ sejsm ografów, k tó ry o kazał się bardzo p r a k t y c z n y m w użyciu. J e s t to w ah a d ło o osi ob rotu pionowej, a raczej t a k mało n achy lo n ej, że za,sługuje n a nazwę w a h a d ła p o z io m e go (zam iast konicznego, co byłoby ści- ślejszem). Pojęcie o niem d a ją n am pierw sze lepsze drzw i i wogóle wszelkie ciało w ah ające się około osi troszeczkę pochylonej. W sam ej rzeczy z a sa d a r ó w n o w a g i takiego ciała w y m a g a , ażeb y znajdo w ało się w płaszczyźnie pionowej przech od zącej przez oś obrotu; za naj- m niejszem u chyleniem od tej p łaszczy z n y s t a r a się ono do niej powrócić, c zy niąc cały s z ere g w a h a ń , tem w o l n i e j szych, im m n ie jsz y j e s t k ą t, k t ó r y oś o b ro tu daje z pionem. G dy b y oś o b ro tu
by ła doskonale pionowa, wówczas okres w a h a n ia byłby nieskończenie długi, czyli inn em i słowy, w ahadło byłoby zawsze w stanie ró w now agi obojętnej i nie m o
głoby służyć za seismograf; m ożemy j e d n a k uczynić te w a hania t a k powolne- mi, j a k chcem y, zm niejszając d o s ta te c z nie ką t, k tó ry oś ob ro tu czyni z pionem i w te n sposób otrzym ać przyrząd , k t ó rego w a h a n ia w łasn e będą w p ły w a ły na k r z y w ą r u c h u seism icznego w dowolnie m a ły m stopniu. D w a tak ie w a h a d ła um ieszczone pod k ą te m p ro sty m je d n o do d ru g ie g o dadzą n am dwie składow e r u c h u seismicznego. I s tn ie ją dw a ty p y w a h a d e ł poziomych, u ż y w a n y c h ja k o se- ism ografy: ciężkie i lekkie. P ierw sze s k ła d a ją się z m asy osadzonej n a pręcie poziom ym i s z ty w n y m , opierającym się o słup pionowy i p o d trz y m y w a n y m przez nić um ocow a ną u g ó ry słupa, tak, aby oś ob ro tu czyniła k ą t pewien z osią słupa.
W a h a d ła ty p u lekkiego (fig. 2) s k ła d a ją się z r a m y m etalow ej tró jk ą tn e j,
zaczepionej u g óry słupa i opierającej się u dołu; ciężarek um ieszczony j e s t na szczycie ram y , przeciw ległym do słupa.
Olbrzym ią dogodnością w posługiw aniu się tem i a p a ra ta m i j e s t okoliczność, że pow olność w ahań nie zależy od w ielko ści przyrządu, j a k to dzieje się z w a h adłam i pionowemi.
W s z y s tk ie wyżej opisane w a h a d ła s łu
żą w yłącznie do w yznaczenia skład o w y ch
poziom ych r u c h u seism icznego. Do oz n a
czenia składow ej pionowej używ a się
przyrządów o w a h a n ia c h w k ie r u n k u
pionowym . Są to albo sp rę ż y n y , albo
JV» 35 W SZECHSW IAT 549 p ręt e lastyczn y pochylony, p o d trz y m u ją
cy na końcu p ew ną masę, k tó rą należy uczynić możliwie stalą; ażeby przeszko
dzić ruchom w ła sn y m tej m asy posłu
g u ją się albo cieczami, albo dw iem a s p r ę żynami, d z iałającem i w k ie r u n k a c h p rze
ciw nych. P r z y rz ą d y te są naogół mniej czułe, niż poprzednie, i ru ch poniżej 1 m m a m p litu d y rzadko bardzo b yw a przez nie notow any.
P r z y jr z y jm y się teraz krzyw ym , zapi
sy w a n y m przez a p a ra ty , t. zw. seismo- gram om i zobaczm y, co one p rze d s ta wiają.
Ruch cząsteczki ziemi podczas trzęsie
nia j e s t nadzwyczaj zawiły; (fig. 3) przed
s ta w ia właśnie m odel części drogi, j a k ą c z ąstec z k a ziemi odbyła podczas pew ne
go trzęsien ia ziemi w Tokio (podług Sei- kei Sekiya). P odczas za p isy w a n ia przez seism ografy r u c h ten sko m p lik o w a n y zo
s ta je rozłożony na 3 s k łado w e p ro sto p a dłe do siebie, innem i słowy ruch rzeczy w isty w p rze strz e n i zostaje wyrażony zapomocą 3 spólrzędnych. W rzeczy s a mej, dla z a n o to w an ia dwu s k ład o w ych poziomych r u c h u u ż y w a się dw u sejsm o
grafów, um ieszczonych pod k ą te m pro
s ty m i d a ją c y c h np. składow e N — S i W — E ruchu cząsteczki ziemi; trzeci a parat, odpowiednio przystoso w an y, no
tu je sk ład o w ą pionową ruchu. Jeżeli t e raz z w ró c im y u w a g ę n a to, że powierz
c h n ia z a p is u jąc a (papier lub p ł y tk a czuła n a światło) j e s l obdarzona ru ch em prze
nośnym pro stym , to zrozum iem y, że k a ż dy d y a g ra m m usi p r ze d staw ia ć się w po
staci sinusoidy, na której wysokości ł u ków odpow iadają a m p litu d o m czyli wiel
kości d rg ań c z ąstec z k i ziemi, a cięciwy odpowiednim p ery o d o m czyli okresom.
B a da nia nad właściwościami r u c h u se- ismicznego sprow adzają się w całości do b adań nad seism ogram am i; seism og ram y po zw alają n a m określić czas t rw a n ia trzęsienia ziemi, peryody i a m p litu d y d rg a ń poszczególnych, obliczyć długość fal seism icznych i siłę trz ę sie n ia ziemi, czyli m ax im u m przyspieszenia udzielone
go cząsteczce ziemi. Dzięki seism ogra- fom udało się stw ierdzić, że podczas trz ę sienia ziemi p o w sta ją fale d rg a ń różnych rodzajów (jak w każdem ciele spręży- stem), które rozchodzą się po całej kuli ziemskiej z szybkościam i n iejednakow e- mi. Ta różnorodność d r g a ń daje się ł a two zau w ażyć na d y a g ra m a c h seizmów, p r z y b y w a ją c y ch zd aleka (teleseizmów), wówczas bowiem fale p r z y b y w a ją od dzielnie, t. j. je d n e prędzej d rugie póź
niej z powodu różnicy w szybkości roz
chodzenia się.
Fig. 4 przedstaw ia s c h e m a t n o rm a ln e go teleseizmu. J a k widzim y, nasam -
- i , - U D j - M i f . - i i j u - , - - 1