Wielkości trzęsień ziemi

Mierzenie Wielkiego

John Lund / Getty Images

W dzisiejszych czasach zdarza się trzęsienie ziemi i od razu pojawia się w wiadomościach, łącznie z jego wielkością. Natychmiastowe wielkości trzęsień ziemi wydają się tak samo rutynowym osiągnięciem jak raportowanie temperatury, ale są owocem wielu pokoleń pracy naukowej.

Dlaczego trzęsienia ziemi są trudne do zmierzenia

Trzęsienia ziemi są bardzo trudne do zmierzenia w standardowej skali wielkości. Problem jest jak znalezienie jednej liczby określającej jakość miotacza baseballowego. Możesz zacząć od rekordu wygranych-przegranych miotacza, ale jest więcej rzeczy do rozważenia: średnia zarobionych biegów, strajki i spacery, długość kariery i tak dalej. Statystycy baseballu majstrują przy indeksach, które ważą te czynniki (więcej informacji znajdziesz w przewodniku About Baseball Guide).

Trzęsienia ziemi są równie skomplikowane jak miotacze. Są szybkie lub wolne. Niektóre są łagodne, inne gwałtowne. Są nawet praworęczni lub leworęczni. Są zorientowane na różne sposoby — poziomo, pionowo lub pomiędzy (patrz Błędy w pigułce ). Występują w różnych warunkach geologicznych, głęboko na kontynentach lub w oceanie. Jednak jakoś potrzebujemy jednej znaczącej liczby do rankingu trzęsień ziemi na świecie. Celem zawsze było obliczenie całkowitej ilości energii uwalnianej przez trzęsienie ziemi, ponieważ mówi nam to głęboko o dynamice wnętrza Ziemi.

Pierwsza łuska Richtera

Pionierski sejsmolog Charles Richter rozpoczął w latach 30. XX wieku od uproszczenia wszystkiego, o czym mógł pomyśleć. Wybrał jeden standardowy instrument, sejsmograf Wooda-Andersona, wykorzystał tylko pobliskie trzęsienia ziemi w południowej Kalifornii i zebrał tylko jeden element danych — odległość A w milimetrach przesunęła się igła sejsmografu. Opracował prosty współczynnik dostosowania B aby uwzględnić trzęsienia bliskie i dalekie, i była to pierwsza skala Richtera o wielkości lokalnej M _L:

M _L= log A + B

Graficzna wersja jego skali to reprodukowane na stronie archiwów Caltech.

Zauważysz, że M _Lnaprawdę mierzy wielkość fal trzęsienia ziemi, a nie całkowitą energię trzęsienia ziemi, ale to był początek. Ta skala działała całkiem dobrze, jak na razie, co dotyczyło małych i umiarkowanych trzęsień ziemi w południowej Kalifornii. W ciągu następnych 20 lat Richter i wielu innych pracowników rozszerzyło skalę o nowsze sejsmometry, różne regiony i różne rodzaje fal sejsmicznych.

Później „Wagi Richtera”

Wkrótce oryginalna skala Richtera została porzucona, ale opinia publiczna i prasa nadal używają wyrażenia „wielkość Richtera”. Sejsmolodzy mieli coś przeciwko, ale już nie.

Dzisiejsze zdarzenia sejsmiczne można mierzyć na podstawie: fale ciała lub fale powierzchniowe (są one wyjaśnione w Trzęsienia ziemi w pigułce ). Wzory różnią się, ale dają te same liczby dla umiarkowanych trzęsień ziemi.

Wielkość fali ciała jest

m _b= log( A / T ) + Q ( D , h )

gdzie A to ruch naziemny (w mikronach), T jest okresem fali (w sekundach) i Q ( D , h ) jest współczynnikiem korekcyjnym zależnym od odległości od epicentrum trzęsienia D (w stopniach) i ogniskowej h (w kilometrach).

Wielkość fali powierzchniowej jest

M _s= log( A / T ) + 1,66 log D + 3.30

m _bwykorzystuje stosunkowo krótkie fale sejsmiczne o okresie 1 sekundy, więc każde źródło wstrząsów, które jest większe niż kilka długości fali, wygląda tak samo. Odpowiada to wielkości około 6,5 magnitudo. M _swykorzystuje fale 20-sekundowe i może obsługiwać większe źródła, ale zbyt nasyca się około 8 magnitudo. Jest to w porządku dla większości celów, ponieważ magnitudo 8 lub Świetnie wydarzenia zdarzają się średnio tylko raz w roku dla całej planety. Ale w swoich granicach te dwie skale są niezawodnym miernikiem rzeczywistej energii uwalnianej przez trzęsienia ziemi.

Największe trzęsienie ziemi o magnitudzie, jakie znamy, miało miejsce w 1960 roku na Pacyfiku tuż przy centralnym Chile, 22 maja. Wtedy mówiono, że było to 8,5 magnitudo, ale dziś mówimy, że było to 9,5. W międzyczasie Tom Hanks i Hiroo Kanamori opracowali lepszą skalę wielkości w 1979 roku.

Ten wielkość momentu , M _w, nie opiera się w ogóle na odczytach sejsmometru, ale na całkowitej energii uwolnionej podczas trzęsienia, moment sejsmiczny M_O (w dyna-centymetrach):

M _w= 2/3 log( M_O ) - 10,7

Skala ta zatem nie ulega nasyceniu. Wielkość chwili może dorównać wszystkim, co Ziemia może nam rzucić. Wzór na M _wjest taki, że pasuje poniżej 8 magnitudo M _sa poniżej 6 magnitudo pasuje m _b, który jest wystarczająco zbliżony do starego Richtera M _L. Więc nazywaj to skalą Richtera, jeśli chcesz – jest to skala, którą Richter zrobiłby, gdyby mógł.

Henry Spall z US Geological Survey przeprowadził wywiad z Charlesem Richterem w 1980 roku na temat „jego” skali. To sprawia, że ​​czytanie jest żywe.

PS: Trzęsienia ziemi na Ziemi po prostu nie mogą być większe niż wokół M _w= 9,5. Kawałek skały może zmagazynować tylko tyle energii odkształcenia, zanim pęknie, więc wielkość trzęsienia zależy ściśle od tego, ile skały – ile kilometrów długości uskoku – może pęknąć na raz. Rów Chile, w którym miało miejsce trzęsienie ziemi w 1960 roku, jest najdłuższym prostym uskokiem na świecie. Jedynym sposobem na uzyskanie większej ilości energii są gigantyczne osuwiska lub zderzenia asteroid .