جهاز رصد وقياس الزلازل هو جهاز يقيس ويسجل الهزات الأرضية التي تحدث على سطح الأرض. إذ يتكون الجهاز من جهاز استشعار (سيزمومتر) وجهاز تسجيل (مسجل). ومن خلال المقال التالي عبر منصة تركيا رصد سنبين كيفية صناعة أجهزة رصد وقياس الزلازل، مرفقة بمتطلبات صناعة أجهزة رصد الزلازل، إلى جانب طرق صناعة أجهزة قياس الزلازل، تابع معنا.
اقرأ أيضًا: غرفة مقاومة للزلازل
جهاز رصد وقياس الزلازل
جهاز رصد الزلازل هو جهاز يتم استخدامه لرصد الهزات الأرضية وتسجيلها. إذ يعمل الجهاز بتحويل الحركة الأرضية الصغيرة التي تنتج عن الهزات الأرضية إلى إشارات كهربائية تمثل تلك الحركة.
تتكون أجهزة رصد الزلازل عادةً من مجموعة من الحساسات الحركية التي توضع في مواقع مختلفة في الأرض. حيث تتصل هذه الحساسات بجهاز تسجيل يسجل الإشارات الكهربائية التي تولدها الحساسات.
وتعتمد جودة الجهاز على عدة عوامل مثل حساسية الحساسات، وجودة الإلكترونيات المستخدمة في تسجيل الإشارات، وجودة برامج التحليل التي تستخدم لتحليل البيانات المسجلة. كما تستخدم بيانات هذا الجهاز في دراسة الزلازل وفهم طبيعة الزلازل وتنبؤاتها.
كيفية صناعة جهاز رصد وقياس الزلازل
يمكن إنشاء جهاز رصد وقياس الزلازل باستخدام مجموعة متنوعة من المكونات والتقنيات الإلكترونية. فيما يلي ملخص للخطوات التي يمكن اتباعها لإنشاء جهاز رصد الزلازل بسيط:
- الحصول على حساسات الزلزال: يمكن شراء حساسات الزلزال بسهولة من الإنترنت أو من متاجر الإلكترونيات. كما يجب أن تكون هذه الحساسات حساسة للحركة الأفقية والرأسية وتحتوي على مستويات عالية من الحساسية.
- توصيل حساسات الزلزال: يجب توصيل حساسات الزلزال بوحدة التحكم باستخدام الكابلات المناسبة. كما يمكن توصيل أجهزة الكمبيوتر الصغيرة مثل Raspberry Pi كوحدة تحكم.
- برمجة الجهاز: يجب برمجة الجهاز ليتلقى الإشارات من حساسات الزلزال ويحولها إلى قراءات يمكن فهمها. ويمكن استخدام اللغات البرمجية مثل Python وC ++ وMATLAB لتطوير البرنامج.
- تخزين البيانات: يجب تخزين البيانات التي تم جمعها من الجهاز في قاعدة بيانات. ويمكن استخدام خدمات السحابة مثل Amazon Web Services أو Microsoft Azure لتخزين البيانات.
- تحليل البيانات: يمكن استخدام تقنيات التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي لتحليل البيانات التي تم جمعها من الجهاز. يمكن استخدام هذه التقنيات لتنبؤ بالزلازل المستقبلية وتحديد مواقعها وشدتها.
يجب الانتباه إلى أن إنشاء جهاز رصد الزلازل يتطلب معرفة مسبقة بالتقنيات الإلكترونية والبرمجة والتحليل البيانات. كما يجب الحرص على اختيار المكونات الصحيحة.
اقرأ أيضًا: ظاهرة الحفر العملاقة تنتشر بشكل واسع وخبير جيولوجي يكشف علاقتها بالزلزال
مبدأ عمل جهاز قياس الزلازل
يتم تثبيت جهاز رصد وقياس الزلازل على سطح الأرض ويقوم بقياس حركة الأرض خلال الزلازل وتحويلها إلى إشارة كهربائية. إذ تتألف الأرض من طبقات مختلفة، وعندما يحدث زلزال، ينتشر الاهتزاز عبر هذه الطبقات. يحتوي السيزمومتر على مجموعة من الأجهزة الحساسة للغاية، تستطيع اكتشاف حركة الأرض حتى بسيطة جدًا، مثل تلك التي يسببها الجريان الجوفي للمياه أو حركة المركبات الثقيلة في الطرق. وعندما يحدث زلزال، ينتشر الاهتزاز عبر الأرض ويصل إلى السيزمومتر، الذي يحول هذا الاهتزاز إلى إشارة كهربائية. كما يتم توصيل السيزمومتر بجهاز التسجيل، الذي يقوم بتسجيل الإشارة الكهربائية على شريط أو ديسك، ويمكن استخدام الإشارات الكهربائية لتحديد موقع وشدة الزلزال. ويتم تحليل البيانات المسجلة عن طريق المختصين في علم الزلازل لتحديد خصائص الزلزال، مثل موقعه وشدته وزمن حدوثه وانتشاره في الأرض.
آلية عمل جهاز رصد وقياس الزلازل
جهاز رصد الزلازل هو جهاز يتم استخدامه لرصد الهزات الأرضية وقياس قوتها وموقعها وعمقها. إذ يتكون هذا الجهاز من شبكة من المستشعرات الحساسة للحركة والتي تسجل الاهتزازات التي تحدث في الأرض. عادة ما يتم تركيب هذه المستشعرات في مواقع مختلفة في الأرض، ويمكن أن تكون مثبتة في الأرض أو تثبت في البحار. وعندما يحدث زلزال، يتم قياس حركة الأرض من خلال هذه المستشعرات، ويتم إرسال البيانات الحية إلى مركز المراقبة لتحليلها.
كما تعتمد الأجهزة الحساسة للزلازل على تقنية الحواسيب الدقيقة والمجموعات الحساسة جدًا من الحساسات لتسجيل الهزات. وفي حالة حدوث زلزال، يتم تحليل البيانات المسجلة من هذه المستشعرات لتحديد موقع الزلزال وقوته وعمقه.
بالإضافة إلى ذلك تعتمد آلية عمل جهاز رصد الزلازل على القدرة على قياس حركة الأرض بدقة عالية وتحليل هذه البيانات بدقة عالية أيضًا لتحديد موقع الزلزال ومدى تأثيره على المناطق المحيطة به.
تصميم جهاز قياس الزلازل
يتطلب تصميم جهاز قياس الزلازل العديد من المتطلبات التقنية والهندسية لضمان أن يكون الجهاز فعالًا في الكشف عن الهزات الأرضية وقياسها بدقة. وتشمل هذه المتطلبات ما يلي:
- حساسية عالية: يجب أن يكون الجهاز حساسًا بما يكفي للكشف عن الهزات الأرضية الضعيفة وقياسها بدقة.
- دقة عالية: يجب أن يكون الجهاز قادرًا على قياس الهزات الأرضية بدقة عالية لتتمكن من التحليل الصحيح للنتائج.
- قدرة على الاتصال بشبكات الاتصالات: يجب أن يكون الجهاز قادرًا على الاتصال بالشبكات اللاسلكية لإرسال بيانات القياس وتلقي بيانات من أجهزة قياس الزلازل الأخرى.
- القدرة على تخزين البيانات: يجب أن يكون الجهاز قادرًا على تخزين بيانات القياس لاستخدامها فيما بعد في التحليل والتصور.
- القدرة على العمل في ظروف مختلفة: يجب أن يكون الجهاز قادرًا على العمل في ظروف مختلفة مثل الرطوبة العالية والحرارة العالية والظروف الجوية السيئة الأخرى.
- السهولة في الاستخدام: يجب أن يكون الجهاز سهل الاستخدام والتحكم به حتى يتمكن المستخدمون من تشغيله بسهولة والحصول على النتائج بسرعة.
- التوافق مع المعايير الدولية: يجب أن يكون الجهاز متوافقًا مع المعايير الدولية لقياس الزلازل وتحليلها للتأكد من أن البيانات المحصل عليها صحيحة وقابلة للمقارنة مع بيانات أخرى.
اقرأ أيضًا: أكثر البلدان عرضة لحوادث الكوارث الطبيعية مثل الزلزال
مكونات جهاز قياس الزلازل
يتكون جهاز قياس الزلازل، أو ما يسمى بمقياس الزلازل (Seismometer)، من العديد من المكونات، ومن أهم هذه المكونات:
- الاستشعار (Sensor): وهو المكون الأساسي في جهاز قياس الزلازل، والذي يستخدم لقياس الاهتزازات الأرضية. إذ يتمثل الاستشعار عادة في عنصر حساس يتحرك بحرية بمقدار صغير جداً عند حدوث اهتزازات أرضية.
- المحرك (Actuator): وهو المكون الذي يستخدم لتوليد الاهتزازات الاصطناعية التي تستخدم في عملية معايرة الجهاز واختباره.
- الإلكترونيات الإشارية (Signal electronics): وتتكون من مكبرات الإشارة والفلاتر الإلكترونية ومحولات التيار والجهود والتي تستخدم لتكبير الإشارة الناتجة عن الاستشعار ومعالجتها وتحويلها إلى إشارة قابلة للتسجيل والتحليل.
- المسجل (Recorder): وهو المكون الذي يستخدم لتسجيل الإشارات الناتجة عن الاستشعار، والتي يمكن تحليلها لتحديد مقدار واتجاه الاهتزازات الأرضية.
- ثم العازل (Isolator): وهو المكون الذي يستخدم لحماية جهاز قياس الزلازل من الاهتزازات الأرضية الزائدة، والتي يمكن أن تؤثر على دقة القراءات. كما يتمثل العازل عادة في مادة مرنة تحتوي على زيوت أو مواد صلبة، والتي تعمل على تقليل تأثير الاهتزازات الأرضية على الاستشعار.
طريقة صناعة جهاز قياس الزلازل
يمكن صناعة جهاز رصد وقياس الزلازل باستخدام مجموعة من المكونات الأساسية. إذ يتضمن هذا الجهاز عادةً مستشعرات لقياس الاهتزازات الأرضية ومكبرات لتضخيم إشارات الاهتزازات وجهاز تسجيل لتسجيل البيانات. وفيما يلي الخطوات العامة التي يمكن اتباعها لإنشاء جهاز لقياس الزلازل:
- تحديد المكونات: يجب تحديد المكونات المناسبة للجهاز، ومن بين هذه المكونات، المستشعرات والمكبرات وجهاز التسجيل.
- ثم تجميع المكونات: يجب توصيل المكونات معًا، ويتم ذلك عادةً باستخدام الأسلاك والموصلات.
- تركيب المستشعرات: يتم تركيب المستشعرات بحيث تتعرض للاهتزازات الأرضية وتستطيع قياسها. كما يجب وضع المستشعرات في أماكن مناسبة في الأرض، ويتم ذلك بعناية للحصول على قراءات دقيقة.
- ثم توصيل المكبرات: يجب توصيل المكبرات بين المستشعرات وجهاز التسجيل. يتم ذلك بحيث تضخم إشارات الاهتزازات الصغيرة التي تم قياسها بواسطة المستشعرات.
- تركيب جهاز التسجيل: يجب تركيب جهاز التسجيل في مكان مناسب بعيدًا عن المستشعرات لتسجيل البيانات المضخمة التي تم توليدها بواسطة المكبرات.
- ثم الاختبار: يجب اختبار الجهاز للتأكد من صحة عمله ودقته. كما يمكن ذلك عن طريق توليد اهتزازات صغيرة يدويًا ومراقبة قراءات جهاز التسجيل.
- تحليل البيانات: بعد جمع البيانات من جهاز التسجيل، يتم تحليلها لتحديد قوة ومدى الزلزال.
أشهر أجهزة رصد الزلازل
هناك العديد من أجهزة رصد الزلازل المستخدمة في جميع أنحاء العالم، ومن بين الأجهزة الأكثر شهرة نذكر:
- جهاز الزلازل Seismograph: وهو جهاز يقوم بتسجيل الاهتزازات الأرضية التي تحدث خلال الزلازل.
- جهاز GPS: وهو جهاز يستخدم لتحديد موقع الزلازل وقياس حركة الأرض.
- شبكات الاستشعار الزلزالي: وهي شبكة من أجهزة الاستشعار المنتشرة في جميع أنحاء العالم والتي تستخدم لرصد الزلازل وتحديد مواقعها.
- جهاز التحكم الآلي في الزلازل: وهو جهاز يستخدم في المباني والجسور والمنشآت الأخرى للكشف عن الاهتزازات الزلزالية والتحكم فيها لتجنب الأضرار.
- أجهزة الاستشعار المستخدمة في الفضاء: وهي أجهزة مثل الأقمار الصناعية ومحطات الفضاء الدولية التي تستخدم لرصد الزلازل وتحديد مواقعها.
أشهر تطبيقات التنبؤ بالزلازل
توجد العديد من تطبيقات التنبؤ بالزلازل المتاحة حالياً، ومن بين أشهرها:
- تطبيق Earthquake Network: وهو تطبيق مجاني يقدم إشعارات فورية عن الزلازل المحتملة في جميع أنحاء العالم، ويستخدم البيانات المستمدة من شبكة الاستشعار الزلزالي الأوروبية لتحديد مواقع الزلازل.
- تطبيق QuakeFeed: وهو تطبيق يقدم إشعارات حية ومعلومات مفصلة عن الزلازل في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك الموقع والعمق والشدة والتوقيت.
- تطبيق MyShake: وهو تطبيق يستخدم أجهزة الهواتف الذكية للكشف عن الزلازل وتحديد مواقعها، ويهدف هذا التطبيق إلى إنشاء شبكة عالمية للكشف عن الزلازل باستخدام أجهزة الهواتف الذكية.
- تطبيق QuakeWatch: وهو تطبيق يقدم إشعارات حية عن الزلازل ويعرض بيانات مفصلة حول الموقع والشدة والتوقيت والعمق.
- تطبيق Volcanoes & Earthquakes: وهو تطبيق يقدم معلومات مفصلة عن الزلازل والبراكين في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك الموقع والشدة والتوقيت والعمق والتحذيرات المحتملة.
ختامًا، وبإجماع آراء علماء الجيولوجيا، بعدم إمكانية التنبؤ بالزلازل. لكن يمكن الشعور بالهزات من خلال جهاز رصد وقياس الزلازل الذي تكلمنا عن كيفية صنعه أعلاه.
