Instrumenter

Alle seismometre er basert på et lodd montert i et fjærende oppheng eller på en pendel. I prinsippet vil loddet henge i ro mens bakken (og opphenget) beveger seg idet en bølge passerer. Opphenget har også en dempning som hindrer at loddet vil fortsette å svinge (som en pendel) etter at rystelsene er over, samt en anretning som registrerer loddets posisjon i forhold til opphenget. Seismometre lages både for å måle bevegelser i vertikalretningen (loddet kan svinge opp og ned) og horisontalretningen (loddet kan svinge sidelengs). En seismisk stasjon bruker gjerne tre seismometre, en vertikal samt to horisontale (orientert nord-sør og øst-vest).

Skjematisk fremstilling av en seismograf.

Norges første seismograf, ved Jordskjelvstasjonen i Bergen.

Et av hovedproblemene med registregin av seismiske bølger er den enorme forskjellen mellom de svakeste og sterkeste bølgene som skal registreres, også kalt dynamikk. Utslaget fra bølgene fra et lite jordskjelv på noen ti-hundretalls kilometer avstand kan måles i nanometer (en nanometer er en milliarddels meter, eller 0.0000001 mm) med høye frekvenser, mens overflatebølgene fra et stort jordskjelv selv på mange tusen kilometers avstand kan gi utslag på flere centimeter ved lave frekvenser. For å løse dette brukte man tidligere flere typer instrumrenter, som var følsomme for hvert sitt frekvensområde for å måle forskjellige typer bølger. P- og S-bølgene fra et lite nærskjelv vil dermed ikke være synlig på et mindre følsomt lavfrekvent instrument, mens overflatebølgene fra et sort fjernskjelv ikke vil "overdøve" et fintfølende høyfrekvensinstrument.

På tidlige seismografer ble målingene nedtegnet direkte på papir eller fotografisk film gjennom mekaniske innretninger. Etterhvert fikk vi elektromekaniske seismometere, der instrumnetene ga målingene som elektriske impulser. I og med at målingene fortsatt ble nedtegnet på papir løste ikke dette problemet med dynamikk, men løste noen praktiske problem, bla. kunne man flytte skriveren bort fra selve instrumentet.

Til høyre ser vi to moderne seismometre beregnet på høye frekvenser, av typen Geotech GS-13. Disse instrumentene veier ca 15. kg, og er utrolig følsomme for ørsmå rystelser i frekvensområdet fra ca. 0.5 til 20 Hz. Det stående instrumentet måler vertikale rystelser, mens det liggende er beregnet på å måle bevegelser i horisontalretningen. Bilder viser kun selve føleren, (man trenger i tillegg utstyr for å lagre eller skive ut registreringene), seismometre av denne typen er fortsatt i bruk over hele jorden i dag.

Seismometer av typen GS-13.

Datalagringsenhet med harddisk for midlertidige stasjoner.

De siste 20-30 årene har forbedringer innen elektronikk i praksis løst problemet med dynamikken til seismiske bølger. For sammenligningens skyld kan en CD bruke drøye 65.000 nivåer til å lagre musikk (musikk på CD lagres på samme måte som en seismisk bølge), mens en moderne seismisk stasjon gjerne registrerer over 16 millioner nivåer. Med dette har det ogå kommet instrumenter som kan måle alle interessante frekvenser, f.eks. finnes det instrumenter som kan måle alt fra små, nære jordskjelv og sprengninger med frekvenser opp til 100 Hz til tidevannskreftene med periode like under 12 timer!

Registreringene kan lagres på plater eller disker som må hentes jevnlig, eller overføres til forskerne via bla. Internett, telefon eller satelitt.

De 25 seismometerplasseringene som utgjør ARCES-arrayen i Finnmark. Arrayen dekker et område på ca. 3x3 km, og er en av verdens beste til å registrere seismiske hendelser på avstander opp til ca. 3000 km.

En seismisk array er en type seismisk stasjon der man bruker mange seismometre over et område fra noen hundre meter til flere titalls kilometer. Dette har to hensikter: ved å legge sammen registreringene fra flere instrumenter vil en seismisk bølge lettere kunne oppdages, og man kan også måle retning og hastighet til en bølge (dette er nesten umulig med vanlige stasjoner). Begge deler brukes til å forbedre lokaliseringen av seismiske hendelser. Dette muliggjør også helautomatiske lokaliseringer av jordskjelv og andre seismiske hendelser i tilnærmet sann tid. Ulempen er selvfølgelig at slike installasjoner tar mye plass og er svært dyre.

NORSAR utenfor Oslo ligger helt i verdensfronten når det gjelder bruk og utvikling av seismiske arrayer, og driver for tiden tre arrayer på norsk jord: På Løten i Hedmark, ved Karasjok i Finnmark og på Spitsbergen. Disse brukes først og fremst til å overvåke den kjernefysiske prøvestansavtalen. Av denne grunnen må også andre seismiske hendelser registreres og analyseres med høyest mulige nøyaktighet for lettere å kunne skille ut eventuelle prøvesprengninger. Dette er selfølgelig også til nytte for annen jordskjelvrelatert forskning.