Модифицированная шкала интенсивности Меркалли ( MM , MMI или MCS ) измеряет последствия землетрясения в заданном месте. Это отличается от сейсмической магнитуды, которая обычно сообщается для землетрясения.
Шкалы магнитуд измеряют внутреннюю силу или мощность землетрясения – события, происходящего на большей или меньшей глубине. (Шкала « M w » широко используется.) Шкала MM измеряет интенсивность сотрясений в любом конкретном месте на поверхности. Она была разработана на основе шкалы интенсивности Меркалли Джузеппе Меркалли 1902 года.
В то время как сотрясение, испытываемое на поверхности, вызвано сейсмической энергией, высвобождаемой землетрясением, землетрясения различаются по тому, какая часть их энергии излучается в виде сейсмических волн. Они также различаются по глубине, на которой они происходят; более глубокие землетрясения имеют меньшее взаимодействие с поверхностью, их энергия распространяется по большему объему, а энергия, достигающая поверхности, распространяется по большей площади. Интенсивность сотрясений локализована. Она, как правило, уменьшается с расстоянием от эпицентра землетрясения , но может усиливаться в осадочных бассейнах и в определенных видах рыхлых грунтов.
Шкалы интенсивности классифицируют интенсивность эмпирически, на основе эффектов, сообщаемых неподготовленными наблюдателями, и адаптированы для эффектов, которые могут наблюдаться в определенном регионе. [1] Не требуя инструментальных измерений, они полезны для оценки магнитуды и местоположения исторических (доинструментальных) землетрясений: наибольшая интенсивность обычно соответствует эпицентральной области, а ее степень и протяженность (возможно, дополненные знанием местных геологических условий) можно сравнить с другими местными землетрясениями для оценки магнитуды.
Итальянский вулканолог Джузеппе Меркалли сформулировал свою первую шкалу интенсивности в 1883 году. [2] Она имела шесть степеней или категорий, была описана как «просто адаптация» тогдашней стандартной шкалы Росси-Фореля из 10 градусов, и теперь «более или менее забыта». [3] Вторая шкала Меркалли, опубликованная в 1902 году, также была адаптацией шкалы Росси-Фореля, сохранив 10 градусов и расширив описания каждой степени. [4] Эта версия «нашла одобрение у пользователей» и была принята Итальянским центральным управлением метеорологии и геодинамики. [5]
В 1904 году Адольфо Канкани предложил добавить две дополнительные степени для очень сильных землетрясений, «катастрофа» и «огромная катастрофа», создав таким образом 12-бальную шкалу. [6] Поскольку его описания были неполными, Август Генрих Зиберг дополнил их в 1912 и 1923 годах и указал пиковое ускорение грунта для каждой степени. [7] [8] Это стало известно как «шкала Меркалли–Канкани, сформулированная Зибергом», или «шкала Меркалли–Канкани–Зиберга», или просто «MCS», [8] и широко использовалась в Европе и до сих пор используется в Италии Национальным институтом геофизики и вулканологии (INGV). [9]
Когда Гарри О. Вуд и Фрэнк Нойманн перевели это на английский язык в 1931 году (вместе с модификацией и сжатием описаний и удалением критериев ускорения), они назвали ее «модифицированной шкалой интенсивности Меркалли 1931 года» (MM31). [10] Некоторые сейсмологи называют эту версию «шкалой Вуда–Неймана». [8] У Вуда и Ноймана также была сокращенная версия с меньшим количеством критериев для оценки степени интенсивности.
Шкала Вуда-Неймана была пересмотрена в 1956 году Чарльзом Фрэнсисом Рихтером и опубликована в его влиятельном учебнике « Элементарная сейсмология» . [11] Не желая путать эту шкалу интенсивности со шкалой магнитуд Рихтера , которую он разработал, он предложил назвать ее «модифицированной шкалой Меркалли 1956 года» (MM56). [8]
В своем сборнике исторической сейсмичности в Соединенных Штатах 1993 года [12] Карл Стовер и Джерри Коффман проигнорировали пересмотр Рихтера и присвоили интенсивность в соответствии со своей слегка измененной интерпретацией шкалы Вуда и Неймана 1931 года, [a] фактически создав новую, но в значительной степени недокументированную версию шкалы. [13]
Основой, по которой Геологическая служба США (и другие агентства) присваивает интенсивность, номинально является MM31 Вуда и Неймана. Однако это обычно интерпретируется с изменениями, обобщенными Стовером и Коффманом, поскольку за десятилетия с 1931 года «некоторые критерии более надежны, чем другие, как индикаторы уровня сотрясения грунта». [14] Кроме того, строительные нормы и методы развивались, делая большую часть застроенной среды более прочной; они заставляют заданную интенсивность сотрясения грунта казаться слабее. [15] Кроме того, некоторые из первоначальных критериев самых интенсивных степеней (X и выше), такие как изогнутые рельсы, трещины в грунте, оползни и т. д., «связаны не столько с уровнем сотрясения грунта, сколько с наличием условий грунта, подверженных впечатляющему разрушению». [14]
Категории «катастрофа» и «огромная катастрофа», добавленные Канкани (XI и XII), используются настолько редко, что в настоящее время USGS практикует их объединение в одну категорию «Экстремальная», сокращенно «X+». [16]
Меньшие степени шкалы MMI в целом описывают то, как землетрясение ощущается людьми. Большие числа шкалы основаны на наблюдаемых структурных повреждениях.
В этой таблице приведены MMI, которые обычно наблюдаются в местах вблизи эпицентра землетрясения. [17]
Магнитуда и интенсивность, хотя и связаны между собой, являются совершенно разными понятиями. Магнитуда является функцией энергии, высвобождаемой землетрясением, в то время как интенсивность является степенью сотрясения, испытываемого в точке на поверхности, и варьируется от некоторой максимальной интенсивности в эпицентре или вблизи него до нуля на расстоянии. Это зависит от многих факторов, включая глубину гипоцентра , рельеф местности, расстояние от эпицентра, усиливают ли подстилающие слои поверхностные сотрясения, и любую направленность, обусловленную механизмом землетрясения. Например, землетрясение магнитудой 7,0 в Сальте , Аргентина, в 2011 году, которое произошло на глубине 576,8 км, имело максимальную ощущаемую интенсивность V, [19] в то время как событие магнитудой 2,2 в Барроу-ин-Фернесс , Англия, в 1865 году, на глубине около 1 км, имело максимальную ощущаемую интенсивность VIII. [20]
Небольшая таблица представляет собой приблизительное руководство по степеням шкалы MMI. [17] [21] Цвета и описательные названия, показанные здесь, отличаются от тех, которые используются на некоторых картах сотрясений в других статьях.
Десятки уравнений прогнозирования интенсивности [22] были опубликованы для оценки макросейсмической интенсивности в месте с учетом магнитуды, расстояния от источника до места и, возможно, других параметров (например, локальных условий на месте). Они похожи на уравнения прогнозирования движения грунта для оценки инструментальных параметров сильного движения, таких как пиковое ускорение грунта . Доступно резюме уравнений прогнозирования интенсивности. [23] Такие уравнения можно использовать для оценки сейсмической опасности с точки зрения макросейсмической интенсивности, которая имеет то преимущество, что она более тесно связана с сейсмическим риском , чем инструментальные параметры сильного движения. [24]
Шкала MMI не определена в терминах более строгих, объективно количественно определяемых измерений, таких как амплитуда сотрясений, частота сотрясений, пиковая скорость или пиковое ускорение. Воспринимаемые человеком сотрясения и повреждения зданий лучше всего коррелируют с пиковым ускорением для событий низкой интенсивности и с пиковой скоростью для событий высокой интенсивности. [25]
Эффекты любого землетрясения могут значительно различаться в зависимости от места, поэтому для одного и того же землетрясения может быть измерено множество значений MMI. Эти значения лучше всего отображаются с помощью контурной карты равной интенсивности, известной как изосейстическая карта . Однако каждое землетрясение имеет только одну магнитуду.