What is Seismology – A Brief History of Seismology

Every  Day: There  are  about  50  earthquakes  strong  enough  to  be Every  day: There  are  about  50  earthquakes  strong  enough  to  be felt  locally;  several  of  these  produce  distant  seismic felt  locally;  several  of  these  produce  distant  seismic waves  that  can  be  measured  with  sensitive waves  that  can  be  measured  with  sensitive instruments  anywhere  on  the  globe. instruments  anywhere  on  the  globe.

Every  Few  Days: There  is  an  earthquake  strong  enough  to  damage structures. Every  few  days: There  is  an  earthquake  strong  enough  to  damage structures.“ Seismology  is  the  scientific  study  of  the  seismic waves  generated  by  earthquakes. Seismology  is  the  scientific  study  of  the  seismic waves  generated  by  earthquakes.

Scientific  &  Practical  Objectives  of  Seismology: Scientific  &  Practical  Objectives  of  Seismology: To learn about the structure of the earth (direct observation of the deep earth is impossible) and the physics of earthquakes Seismology  is  a  young  science,  only  about  150  years old. Seismology  is  a  young  science,  only  about  150  years old. Before  scientific  studies  began,  ideas  about earthquakes  were  largely  based  on  myth  and superstition. Before  scientific  studies  began,  ideas  about earthquakes  were  largely  based  on  myth  and superstition.

Early  1800s : “ The  theory  of  elastic  wave  propagation  in  solid materials  is  developed  by  Cauchy,    Poisson,  Stokes, Rayleigh The  theory  of  elastic  wave  propagation  in  solid materials  is  developed  by  Cauchy,    Poisson,  Stokes, Rayleigh ,  and  others.  They  describe  primary  and secondary  body  waves  (P-  and  S-waves)  and  surface ,  and  others.  They  describe  primary  and secondary  body  waves  (P-  and  S-waves)  and  surface waves.  (Theory  is  way  ahead  of  observation.) waves.  (Theory  is  way  ahead  of  observation.)

1857 :  “ R.  Mallet,  an  Irish  engineer,  travels  to  Italy  to  study damage  caused  by  an  earthquake  near  Naples.  His R.  Mallet,  an  Irish  engineer,  travels  to  Italy  to  study damage  caused  by  an  earthquake  near  Naples.  His work  is  generally  considered  to  be  the  first  serious work  is  generally  considered  to  be  the  first  serious attempt  at  observational  seismology.  His contributions: attempt  at  observational  seismology.  His contributions:

1875 : “ F. F. Cecchi Cecchi in  Italy. in  Italy. builds  the  first  time-recording  seismograph builds  the  first  time-recording  seismograph Higher  quality  instruments  are  then  developed  by British  scientists  in  Japan. Higher  quality  instruments  are  then  developed  by British  scientists  in  Japan. These  early  instruments  are These  early  instruments  are undamped undamped ,  and  therefore inaccurate  after  the  first  few  cycles  of  shaking. ,  and  therefore inaccurate  after  the  first  few  cycles  of  shaking.

1897 : “ First  seismograph  in  North  America  is  installed  at Lick  Observatory  near  San  Jose,  California.  This First  seismograph  in  North  America  is  installed  at Lick  Observatory  near  San  Jose,  California.  This instrument  will  later  record  the  1906  San  Francisco earthquake. instrument  will  later  record  the  1906  San  Francisco earthquake. E. E. Wiechert develops  the  first  seismometer  with develops  the  first  seismometer  with viscous  damping,  capable  of  producing  a  useful Wiechert viscous  damping,  capable  of  producing  a  useful record  for  the  entire  duration  of  ground  shaking. record  for  the  entire  duration  of  ground  shaking

Early  1900s : “ B.  B. B.  B. Galitzen develops  the  first  electromagnetic develops  the  first  electromagnetic seismograph  in  which  a  moving  pendulum  generates Galitzen seismograph  in  which  a  moving  pendulum  generates electric  current  in  a  coil,  and  establishes  a  network  of electric  current  in  a  coil,  and  establishes  a  network  of seismic  stations  across  Russia. seismic  stations  across  Russia. The  new  design  will  prove  to  be  much  more  accurate and  reliable  than  previous  mechanical  instruments;  all The  new  design  will  prove  to  be  much  more  accurate and  reliable  than  previous  mechanical  instruments;  all modern  seismographs  are  electromagnetic. modern  seismographs  are  electromagnetic.

1906 :  “ H.  F.  Reid,  an  American  engineer,  studies  survey lines  across  the  San  Andreas  fault  measured  before H.  F.  Reid,  an  American  engineer,  studies  survey lines  across  the  San  Andreas  fault  measured  before and  after  the  1906  San  Francisco  earthquake.  He proposes  an and  after  the  1906  San  Francisco  earthquake.  He proposes  an “ elastic  rebound elastic  rebound ” theory  for  the  origin  of earthquakes,  where  accumulated  elastic  energy  is theory  for  the  origin  of earthquakes,  where  accumulated  elastic  energy  is released  suddenly  by  slip  on  the  fault.

1900-1910 :  Seismograms  from  many  earthquakes  recorded  at many  distances  become  widely  available. Seismograms  from  many  earthquakes  recorded  at many  distances  become  widely  available. R.  Oldham  identifies  P-,  S-,  and  surface  waves  in earthquake  records,  and  detects  liquid  earth R.  Oldham  identifies  P-,  S-,  and  surface  waves  in earthquake  records,  and  detects  liquid  earth s  core from  the  absence  of  direct  body  waves  at  certain s  core from  the  absence  of  direct  body  waves  at  certain distances. distances. A. Mohorovicic  identifies  velocity  boundary  between identifies  velocity  boundary  between earth earth ’ s  crust  and  mantle  ( scrust  and  mantle  ( Moho)

1914 : “ B.  Gutenberg  publishes  travel-time  tables  that  include core  phases  (seismic  waves  that  penetrate  or  reflect B.  Gutenberg  publishes  travel-time  tables  that  include core  phases  (seismic  waves  that  penetrate  or  reflect from  the  core),  and  accurately  estimates  the  depth  of the  earth ’ from  the  core),  and  accurately  estimates  the  depth  of the  earth s  fluid  core  (2900  km). s  fluid  core  (2900  km).

1920s :  “ Seismic  surveying  methods  using  explosions  and other  artificial  sources  are  developed  in  the  United Seismic  surveying  methods  using  explosions  and other  artificial  sources  are  developed  in  the  United States  for  exploring  for  oil  and  other  resources  in  the shallow  crust. States  for  exploring  for  oil  and  other  resources  in  the shallow  crust.

1935 : “ C.  Richter  proposes  a  magnitude  scale  for  specifying the  sizes  of  earthquakes  in  southern  California.  The C.  Richter  proposes  a  magnitude  scale  for  specifying the  sizes  of  earthquakes  in  southern  California.  The logarithmic  Richter  scale  allows  a  huge  range  of logarithmic  Richter  scale  allows  a  huge  range  of earthquake  sizes  to  be  conveniently  measured. earthquake  sizes  to  be  conveniently  measured. Defined  for  a  specific  region,  specific  distance  range, specific  wave  type  and  period,  and  specific Defined  for  a  specific  region,  specific  distance  range, specific  wave  type  and  period,  and  specific instrument,  the  idea  is  quickly  adapted  for  other cases. instrument,  the  idea  is  quickly  adapted  for  other cases. The  smallest  felt  earthquakes  are  about  magnitude  3, while  rare  great  earthquakes  are  magnitude  8-9+. The  smallest  felt  earthquakes  are  about  magnitude  3, while  rare  great  earthquakes  are  magnitude  8-9+

1936:  “ I. I. Lehmann Lehmann ” discovers  the  earth ’ s  solid  inner  core.

1940 : “ H.  Jeffries  and  K.  Bullen  Bullen publish  final  versions  of their  travel-time  tables  for  many  seismic  phases. publish  final  versions  of H.  Jeffries  and  K. their  travel-time  tables  for  many  seismic  phases. They  are  accurate  enough  to  still  be  in  use  today. They  are  accurate  enough  to  still  be  in  use  today.

1950s  &  1960s The  Cold  War The  Cold  War : Soviet  nuclear  tests  in  the  early  1950s  generate intense  interest  by  the  U.S.  military  in  detection  and Soviet  nuclear  tests  in  the  early  1950s  generate intense  interest  by  the  U.S.  military  in  detection  and measurement  of  nuclear  explosions,  and  funding  for measurement  of  nuclear  explosions,  and  funding  for government  and  academic  seismology  programs government  and  academic  seismology  programs surges  during  the  Cold  War.

1966 : The  disadvantages  of  traditional  magnitude  measures are  widely  recognized:  saturation,  inconsistency The  disadvantages  of  traditional  magnitude  measures are  widely  recognized

1960s :  “ The  increased  number  of  seismic  stations  established after  ~1900  allowed  large  earthquakes  to  be  routinely The  increased  number  of  seismic  stations  established after  ~1900  allowed  large  earthquakes  to  be  routinely located,  leading  to  the  discovery  that  earthquakes  are located,  leading  to  the  discovery  that  earthquakes  are not  randomly  located,  but  rather  are  concentrated  in not  randomly  located,  but  rather  are  concentrated  in narrow  belts  around  the  globe.  The  significance  of narrow  belts  around  the  globe.  The  significance  of this  observation  was  not  appreciated  until  the  plate this  observation  was  not  appreciated  until  the  plate tectonics  revolution  of  the  1960s.  Earthquakes  are generated  where tectonics  revolution  of  the  1960s.  Earthquakes  are generated  where crustal crustal plates  spread  apart  (e.g.,  midAtlantic  Ridge),  are  consumed  at plates  spread  apart  (e.g.,  midAtlantic  Ridge),  are  consumed  at zones (e.g.,  Japan,  Aleutians),  or  slide  past  each  other  at subduction subduction zones (e.g.,  Japan,  Aleutians),  or  slide  past  each  other  at transform  boundaries  (e.g.,  San  Andreas  fault). transform  boundaries  (e.g.,  San  Andreas  fault).