地震仪的发展历程

地震仪的发展历程

地震仪是一种监视地震的发生，记录地震相关参数的仪器。我国汉朝的科学家张衡。在公元132年就制成了世界上最早的“地震仪”——地动仪。

这架仪器是铜铸的，形状像一个酒樽，四周有八个龙头，龙头对着东、南、西、北、东南、西南、东北、西北八个方向。龙嘴是活动的，各自都衔着一颗小铜球，每一个龙头下面，有一个张大了嘴的铜蛤蟆，仪器的内部中央有一根铜质“悬垂摆”，柱旁有八条通道，称为“八道”，还有巧妙的机关。当某个地方发生地震时，悬垂摆拨动小球通过“八道”，触动机关，使发生地震方向的龙头张开嘴，吐出铜球，落到铜蟾蜍的嘴里，发生很大的声响。于是人们就可以知道地震发生的方向。

经过公元134年的甘肃西南部的地震试验，完全证实了它检测地震的准确性。它比欧洲发明的类似的地震仪早了1700多年。可惜的是东汉地动仪早已失传，现在我们看到的地动仪都是后人根据史籍复原的。

由于地动仪只是记录了地震的大致方向，而非记录地震波，所以相当于是验震器，而非真正意义上的地震仪。

第一台真正意义上的地震仪由意大利科学家卢伊吉·帕尔米里于1855年发明，它具有复杂的机械系统。这台机器使用装满水银的圆管并且装有电磁装置。当震动使水银发生晃动时，电磁装置会触发一个内设的记录地壳移动的设备，粗略地显示出地震发生的时间和强度。

第一台精确的地震仪于1880年由英国地理学家约翰·米尔恩在日本发明，他也被誉为“地震仪之父”。在帝国大学的同事詹姆斯·尤因和托马斯·格雷的帮助下，约翰·米尔恩发明出多种检测地震波的装置，其中一种是水平摆地震波检测仪。这个精妙的装置有一根加重的小棒，在受到震动作用时会移动一个有光缝（一个可以通过光线的细长缝）的金属板。金属板的移动使得一束反射回来的光线穿过板上的光缝，同时穿过在这块板下面的另外一个静止的光缝，落到一张高度感光的纸上，光线随后会将地震的移动“记录”下来。今天大部分地震仪仍然按照米尔恩和他助手的发明原理进行设计。科学家将继续通过研究地壳的移动和摆锤的摆动的关联性来探测地球的震动。

1906年俄国王子鲍里斯-格里芩发明了第一台电磁地震仪，在这台机器的设计中，他利用了19世纪由英国物理学家迈克尔·法拉第提出的电磁感应原理。法拉第的感应原理认为磁铁磁力线密度的改变可以产生电荷。在此基础上，格里芩制造出一种仪器，可以在感受到震动时将一个线圈穿过磁场，产生电流并将电流导人检流计中，检流计可以测量并直接记录电流。电流随后移动一面镜子，如同米尔恩所制作的引导光线的金属板一样。这个电子装置的优点在于记录器可以放置在实验室里，而地震仪可以被安放在比较偏僻的的可能会发生地震的地点。

20世纪时，核能测试检测系统的出现促进了现代地震仪的发展。尽管地震会对人身和财产安全造成巨大损失，直到地下核爆炸的威胁促使世界性的地震监测仪网络（WWSSN）于1960年建立后，地震仪才被大规模地投入使用，在60多个国家共设立了120多台地震仪。

发展于第二次世界大战后，普雷斯·尤因地震仪使研究者能够记录长周期地震波——波在相对较慢的速度下传递很长时间。这种地震仪使用的摆与米尔恩模型中所使用的类似，不同的是使用一条有弹性的金属线代替枢轴支撑加重的小棒以减少摩擦。战后还对地震仪进行了一些改进，引进自动计时器使计时更加准确，使用狮子读出器，可以将数据放人计算机中进行分析等。

现代地震仪最重要的发展是应用地震检波器组合。这种组合，有些由几百个地震仪组成，都连接到一个单独的中心记录器上。通过对不同地点产生的地震波图进行比较，研究者可以确定震中位置。

目前在地震研究中使用的地震仪主要有三种，每一种都有与它们将要测量的地震震动幅度（速度和强度）相应的周期（周期指的是摆完成一次摆动所需的时间长度，或者来回摆动一次所需的时间）。

短周期地震仪一般用于研究初次和二次震动，测量移动速度最快的地震波。这是因为这些地震波移动速度太快，短周期地震仪在不到一秒钟的时间就能完成一次摆动；它同样能够放大记录下来的地震波图，使研究人员能够看出地壳瞬间运动的轨迹。

长周期地震仪使用的摆锤一般需要20秒左右的时间完成一次摆动，可以用来测量跟随在地壳初次和二次震动后的较缓慢的移动。地震检测仪网络现在使用的就是这种类型的工具。

具有最长摆锤摆动周期的地震仪叫超长型或宽波段地震仪。宽波段地震仪的应用越来越广泛，通常能够对全世界范围内的地壳运动提供更为全面的信息。