Sve od nastanka našeg planeta, preko Pangee do danas, formiranje i pomicanje kontinenata i tektonskih ploča stalan je proces. Potresi nastaju pomicanjem tektonskih ploča koje plutaju na žitkoj podlozi te se zbog njenog strujanja podvlače ili navlače jedna na drugu.
Zanimljivo je da je jedan od najranijih instrumenata za proučavanje potresa, konstruiran od strane Zhang Henga 132. godine, bio cilindričnog oblika poput vrča te se na gornjem obodu nalazilo osam zmajevih glava. Kako bi pokazao smjer iz kojeg dolazi potres, ispustio bi jednu od kuglica iz zmajevih usta u usta metalnog predmeta u obliku žabe koji se nalazio ispod svakog zmaja. Poznavanje smjera bilo je izuzetno bitno radi pravovremenog slanja pomoći ugroženim regijama. Poznata je veličina samog instrumenta koja je u promjeru iznosila 2 metra, dok sam mehanizam nije poznat.
Nagli razvoj seizmometrije i seizmologije započeo je nakon razornih potresa na kraju 18., te početkom 19. stoljeća. Razorni potresi tog razdoblja potaknuli su brojne studije, podržane i financirane od strane vlade, kako bi se detaljnije upoznalo s efektima potresa i mjestima gdje oni nastaju. Najveći doprinos znanstvenika tog razdoblja je prikupljanje velike količine znanstvenih podataka o potresima.
Luigi Palmieri konstruirao je prvi elektromagnetni seizmometar 1855. godine. Seizmometar je imao cijevi u obliku slova U koje su bile ispunjene živom i orijentirane u različite smjerove. U slučaju potresa, živa bi se pokrenula i dolazi do električnog kontakta koji zaustavlja sat, pokreće bubanj sa registracijom koji snima kretanja plovka koji se nalazio na površini žive. Takav način mjerenja omogućio je prikupljanje podataka o samom vremenu nastanka potresa, relativnom intenzitetu i trajanju.
Jedan od problema koji se javlja pri mjerenju gibanja tla je kako održati fiksnu referentnu točku koja nije u čvrstoj vezi s tlom, tj. ostaje fiksna kada se tlo pomiče. Kako bi dobili relativni pomak u odnosu na gibanje tla iskorištena je inercija, odnosno činjenica da tijelo koje miruje želi ostati u stanju mirovanja. Upravo zato, zbog veće inercije, prvi instrumenti su imali velike mase. Da bi doskočili tom problemu, konstruirani su mjerni uređaji na principu njihala. Prvi seizmograf konstruirao je talijanski fizičar Filippo Cecchi 1875. godine koristeći upravo princip njihala. Cecchijev seizmograf je bio prvi koji je zabilježio relativno gibanje njihala s obzirom na kretanje tla kao funkciju vremena, te je bilo moguće odrediti vrijeme početka potresa i njegovo trajanje. Veliki razvoj i napredak seizmologije kao znanosti i struke dogodio se 1880. godine nakon potresa u Japanu. Posljedice tog potresa nisu bile razorne, ali su dovele do osnivanja Seizmološkog društva Japana. Japanska je vlada odlučila dovoditi strane stručnjake u zemlju kako bi razvili seizmologiju kao znanstvenu disciplinu i kako bi dali odgovore na pitanja vezana uz potrese. Jedan od važnijih znanstvenika koji su tada boravili u Japanu svakako je engleski fizičar i geolog John Milne koji je vodio osnivanje Seizmološkog društva Japana. Pod okriljem Seizmološkog društva konstruirani su razni mjerni instrumenti, a najbitniji od njih je Milneov seizmograf s horizontalnim njihalom s mirenjem koji je mogao detektirati više vrsta seizmičkih valova i procijeniti njihovu brzinu. Milneov doprinos seizmologiji leži i u tome što je 1895. predložio svjetsku mrežu instrumenata. Unaprjeđenje i razvoj seizmologije doveo je do toga da seizmologija prvi puta postane i sveučilišni odjel 1886. godine u Japanu. Razvoj seizmometrije u Japanu utjecao je i na brojne europske znanstvenike koji su sada poznate seizmografe još unaprjeđivali.
Njemački astronom i geofizičar von Rebeur-Paschwitz 1886. godine konstruirao je horizontalno njihalo s ciljem proučavanja oscilacije viska pod utjecajem astronomskih tijela, no pokazalo se da su njegova njihala osjetljiva i na horizontalno ubrzavanje tla. Njegovi instrumenti postavljeni u Potsdamu i Wilhelmshavenu 1889. godine zabilježili se podrhtavanje tla uzrokovano potresom u Japanu. To je bio prvi poznati zapis tako udaljenog potresa (slika 3). Također je prvi koristio fotografski papir za bilježenje oscilacija. Spoznaja da se jaki potresi mogu zabilježiti na velikim udaljenostima pomogla je uvesti moderno doba u području seizmologije i fizike Zemljine unutrašnjosti.
Tijekom 19. stoljeća znanstvenici poput Cauchya, Poissona, Stokesa i lorda Rayleigha došli su do novih spoznaja o valnom gibanju, što je dovelo do novih teorijskih predviđanja i o prirodi seizmičkih valova. No, stupanj razvoja seizmometrije u to vrijeme nije omogućavao potvrdu teorijskih predviđanja. Tek nakon 30 godina, u 20.stoljeću potvrđena su teorijska predviđanja o postojanju tri glavna tipa valova (P, S i površinski) kada su identificirani na seizmogramima.
Konstruirani su novi seizmografi E. Wiecherta 1904. godine i Galitzina 1906. s uređajima za mjerenje čiji je zapis bio puno detaljniji od prijašnjih i time zainteresirao veliko zanimanje matematičara i fizičara diljem svijeta. Broj seizmoloških postaja u svijetu raste, točnost o vremenskom zapisu poboljšana je radio signalima, seizmogrami su se kopirali i arhivirali na mikrofilmovima, te su podaci postali široko dostupni uspostavljanjem WWSSN-a – prve globalne mreže seizmoloških postaja. Također su pomoću novih seizmografa otkrivene brojne nove faze na seizmogramima.
Hrvatski geofizičar Andrija Mohorovičić zaslužan je za postavljanje dva Wiechertova seizmografa na Griču u Zagrebu 1908. godine. Potres kod Pokupskog 1909. godine zabilježen na Weichertovom seizmogramu i na mnogim drugima u Europi pružio mu je uvid u veliku bazu podataka pomoću čijih je analiza nastojao objasniti način rasporostiranja valova potresa kroz unutrašnjost Zemlje. Opažanja o nailasku dva potresna vala na nekim seizmološkim postajama protumačio je širenjem valova različitim putevima i različitim brzinama. Ta saznanja vodila su ga zaključku da unutrašnjost Zemlje nije homogena, već da postoje slojevi različitih svojstava pri čemu se iz jednog sloja u drugi potresni valovi lome i reflektiraju. Sve te analize i zaključci dokazale su mu da diskontinuitet, tj granica između Zemljine kore i Zemljinog plašta postoji. Ta granična ploha nazvana je njemu u čast Mohorovičićev diskontinuitet. Mohorovičićevo otkriće spada u red najvećih prirodoznanstvenih otkrića u povijesti te promijenilo način na koji proučavamo potrese.
Razvojem industrije i električnih komponenti, smanjena je veličina i težina mjernih instrumenata koji su znali težiti i do nekoliko tona, a time su postali dostupniji i jednostavniji za transport. Prvi digitalni seizmografi 1980-ih otvaraju potpuno nove mogućnosti koje se koriste i danas, kao što je 24-satno prikupljanje podataka, brzo prenošenje podataka satelitom, digitalnim radiom, internetom, a računala omogućuju razne simulacije. Podaci o podrhtavanju tla tako su dostupni unutar nekoliko sekundi nakon jakog lokalnog potresa. Današnji seizmografi su opremljeni elektromagnetskim senzorima, gdje se njihalo sa zavojnicom giba u stalnom magnetskom polju kućišta te tako inducira električni napon. Električni signal se dalje obrađuje i pohranjuje u memoriju. Da bi se na temelju seizmograma rekonstruiralo gibanje tla, seizmografi istodobno bilježe tri međusobno okomite komponente gibanja tla (sjever-jug, istok-zapad, gore-dolje).
Seizmografi su instalirani i na površini Mjeseca 1969. godine u okviru programa Apollo s ciljem otkrivanja unutarnje strukture i tektonske aktivnosti Mjeseca. Slični instrumenti postavljeni su i na Mars 1976. godine. Nova istraživanja,unaprjeđenje tehnologije i velika dostupnost podataka dovele su do napretka u poznavanju i razumijevanju seizmičkih aktivnosti na Mjesecu i Marsu. Krajem 2018. godine NASA je na Mars spustila robotsku sondu InSight s tri primarna instrumenta, SEIS, HP3 i RISE s ciljem proučavanja unutrašnje građe, razumijevanja formiranja i evolucije planeta kroz praćenje geološke aktivnosti Marsa. InSight-ov seizmograf SEIS, pokriven je poluokruglom kupolom, te snima seizmičke vibracije Marsa. Kao što pomoću seizmografa imamo uvid u unutrašnju strukturu Zemlje, tako i pomoću SEIS-a imamo uvid u unutrašnju aktivnost Marsa. Hrvatski znanstvenik prof. dr. sc. Hrvoje Tkalčić i suradnik Sheng Wang u svome su novom radu objavljenom u Nature Communications, u listopadu 2022., potvrdili postojanje marsovske jezgre i odredili njezinu veličinu. Daljnjim razvijem seizmometrije očekuju nas nova i zanimljiva otkrića u budućnosti.
Izvori:
https://mars.nasa.gov/insight/mission/overview/
https://www.britannica.com/science/seismograph