Шкала Рихтера [ 1] ( / ˈ r ɪ k t ər / ), также называемая шкалой магнитуд Рихтера , шкалой магнитуд Рихтера и шкалой Гутенберга-Рихтера , [2] является мерой силы землетрясений , разработанной Чарльзом Фрэнсис Рихтер в сотрудничестве с Бено Гутенбергом и представил его в знаковой статье 1935 года, где он назвал ее «шкалой величин». [3] Позже это было пересмотрено и переименовано в местную шкалу магнитуд , обозначенную как ML или ML . [4]
Из-за различных недостатков исходной шкалы ML большинство сейсмологических авторитетов теперь используют другие подобные шкалы, такие как шкала моментной магнитуды (M w ), для сообщения о магнитудах землетрясений, но большая часть средств массовой информации по-прежнему ошибочно называет их магнитудами «Рихтера». . Все шкалы величин сохраняют логарифмический характер оригинала и масштабируются так, чтобы иметь примерно сопоставимые числовые значения (обычно в середине шкалы). Из-за различий в землетрясениях важно понимать, что шкала Рихтера использует логарифмы просто для того, чтобы сделать измерения управляемыми (т.е. землетрясение магнитудой 3 приводит к коэффициенту 10³, тогда как землетрясение магнитудой 5 имеет показания сейсмометра в 100 раз больше). [5]
Магнитуда землетрясения по Рихтеру определяется по логарифму амплитуды волн , регистрируемых сейсмографами. Корректировки включены для компенсации разницы в расстоянии между различными сейсмографами и эпицентром землетрясения. Исходная формула: [6]
где А — максимальное отклонение сейсмографа Вуда-Андерсона , эмпирическая функция А0 зависит только от эпицентрального расстояния станции, . На практике показания всех станций наблюдения усредняются после корректировки с поправками для конкретных станций для получения значения M L. [6]
Из-за логарифмической основы шкалы каждое увеличение величины целого числа представляет собой десятикратное увеличение измеренной амплитуды. С точки зрения энергии, каждое увеличение целого числа соответствует увеличению количества выделяемой энергии примерно в 31,6 раза, а каждое увеличение на 0,2 соответствует примерно удвоению выделяемой энергии.
События магнитудой более 4,5 достаточно сильны, чтобы их можно было зарегистрировать сейсмографом в любой точке мира, при условии, что его датчики не расположены в тени землетрясения . [7] [8] [9]
Ниже описаны типичные последствия землетрясений различной магнитуды вблизи эпицентра. [10] Значения являются типичными и могут быть неточными в будущем, поскольку интенсивность и наземные воздействия зависят не только от магнитуды, но и от (1) расстояния до эпицентра, (2) глубины очага землетрясения под землей. эпицентр, (3) местоположение эпицентра и (4) геологические условия .
( На основе документов Геологической службы США. ) [14]
Интенсивность землетрясения и число погибших зависят от нескольких факторов (глубины землетрясения, местоположения эпицентра и плотности населения и т. д.) и могут сильно различаться.
Ежегодно во всем мире происходят миллионы небольших землетрясений, что составляет сотни каждый час каждый день. [15] С другой стороны, землетрясения магнитудой ≥8,0 происходят в среднем примерно раз в год. [15] Самым крупным зарегистрированным землетрясением было Великое Чилийское землетрясение 22 мая 1960 года, магнитуда которого составила 9,5 баллов по моментной шкале магнитуд . [16]
Сейсмолог Сьюзен Хаф предположила, что землетрясение магнитудой 10 может представлять собой очень приблизительный верхний предел того, на что способны тектонические зоны Земли, что будет результатом самого большого известного непрерывного пояса разломов, разрывающихся вместе (вдоль тихоокеанского побережья Америки). ). [17] Исследование, проведенное в Университете Тохоку в Японии, показало, что землетрясение силой 10 баллов теоретически возможно, если совокупность разломов протяженностью 3000 километров (1900 миль) от Японского желоба до Курило-Камчатского желоба разорвется вместе и переместится на 60 метров (200 метров). футов) (или если подобный крупномасштабный разрыв произошел где-то еще). Такое землетрясение может вызвать колебания грунта на срок до часа, при этом цунами обрушится на берег, пока земля все еще трясется, и если землетрясение такого типа произойдет, это, вероятно, произойдет с частотой 1 раз в 10 000 лет. [18]
До разработки шкалы магнитуд единственной мерой силы или «размера» землетрясения была субъективная оценка интенсивности сотрясений, наблюдаемых вблизи эпицентра землетрясения , классифицированная по различным шкалам сейсмической интенсивности , таким как шкала Росси-Фореля. . («Размер» используется в смысле количества выделившейся энергии, а не размера площади, затронутой тряской, хотя землетрясения с более высокой энергией имеют тенденцию затрагивать более широкую территорию, в зависимости от местной геологии.) В 1883 году Джон Милн предположил, что сотрясения при сильных землетрясениях могут генерировать волны, обнаруживаемые по всему земному шару, а в 1899 году Э. фон Ребур Пашвиц наблюдал в Германии сейсмические волны, вызванные землетрясением в Токио . [19] В 1920-х годах Гарри О. Вуд и Джон А. Андерсон разработали сейсмограф Вуда-Андерсона , один из первых практических инструментов для регистрации сейсмических волн. [20] Затем Вуд построил под эгидой Калифорнийского технологического института и Института Карнеги сеть сейсмографов, простирающуюся по всей Южной Калифорнии . [21] Он также нанял молодого и неизвестного Чарльза Рихтера для измерения сейсмограмм и определения местоположения землетрясений, генерирующих сейсмические волны. [22]
В 1931 году Киюо Вадати показал, как он измерил для нескольких сильных землетрясений в Японии амплитуду сотрясений, наблюдаемых на различных расстояниях от эпицентра. Затем он построил логарифм амплитуды от расстояния и нашел серию кривых, которые показали приблизительную корреляцию с предполагаемыми магнитудами землетрясений. [23] Рихтер разрешил некоторые трудности с помощью этого метода [24] , а затем, используя данные, собранные его коллегой Бено Гутенбергом , он построил аналогичные кривые, подтвердив, что их можно использовать для сравнения относительных магнитуд различных землетрясений. [25]
Дополнительные разработки потребовались для создания практического метода определения абсолютной меры величины. Во-первых, чтобы охватить широкий диапазон возможных значений, Рихтер принял предложение Гутенберга о логарифмической шкале, где каждый шаг представляет собой десятикратное увеличение звездной величины, аналогичной шкале звездных величин, используемой астрономами для определения яркости звезд . [26] Во-вторых, он хотел, чтобы нулевая величина была примерно на пределе человеческого восприятия. [27] В-третьих, он определил сейсмограф Вуда-Андерсона в качестве стандартного инструмента для создания сейсмограмм. Тогда магнитуда была определена как «логарифм максимальной амплитуды следа, выраженной в микронах », измеренной на расстоянии 100 км (62 мили). Шкала была откалибрована путем определения толчка магнитудой 0 как толчка, который создает (на расстоянии 100 км (62 мили)) максимальную амплитуду 1 микрон (1 мкм, или 0,001 миллиметра) на сейсмограмме, записанной с помощью торсиона Вуда-Андерсона. сейсмометр. [28] Наконец, Рихтер рассчитал таблицу поправок на расстояние, [29] в которой для расстояний менее 200 километров [30] на затухание сильно влияют структура и свойства региональной геологии. [31]
Когда Рихтер представил получившуюся шкалу в 1935 году, он назвал ее (по предложению Гарри Вуда) просто шкалой «величин». [32] «Величина Рихтера», по-видимому, возникла, когда Перри Байерли заявил прессе, что шкала принадлежит Рихтеру и «должна называться таковой». [33] В 1956 году Гутенберг и Рихтер, все еще ссылаясь на «шкалу магнитуд», назвали ее «локальной величиной» с символом ML , чтобы отличить ее от двух других шкал, которые они разработали, величины поверхностной волны ( MS ) и масштабы объемной волны (MB ) . [34]
Шкала Рихтера была определена в 1935 году для конкретных обстоятельств и инструментов; конкретные обстоятельства относятся к тому, что он определен для Южной Калифорнии и «неявно включает в себя ослабляющие свойства коры и мантии Южной Калифорнии». [35] Конкретный используемый прибор может перенасытиться сильными землетрясениями и не сможет регистрировать высокие значения. Шкала была заменена в 1970-х годах шкалой моментной магнитуды (MMS, символ M w ); для землетрясений, адекватно измеряемых по шкале Рихтера, численные значения примерно одинаковы. Хотя значения, измеренные для землетрясений в настоящее время, составляют M w , в прессе они часто сообщаются как значения Рихтера, даже для землетрясений магнитудой более 8, когда шкала Рихтера становится бессмысленной.
Шкалы Рихтера и MMS измеряют энергию, выделяемую при землетрясении; Другая шкала, шкала интенсивности Меркалли , классифицирует землетрясения по их последствиям : от обнаруживаемых приборами, но незаметных, до катастрофических. Энергия и эффекты не обязательно сильно коррелируют; неглубокое землетрясение в населенном пункте с почвой определенного типа может иметь гораздо более сильное воздействие, чем гораздо более мощное глубокое землетрясение в изолированном районе.
Несколько шкал исторически описывались как «шкала Рихтера» , особенно локальная величина ML и шкала поверхностной волны M s . Кроме того, на протяжении десятилетий широко использовались величина объемной волны mb и величина момента M w , сокращенно MMS. Несколько новых методов измерения магнитуды находятся на стадии разработки сейсмологами.
Все шкалы магнитуд были разработаны таким образом, чтобы давать одинаковые численные результаты. Эта цель была успешно достигнута для ML , Ms и Mw . [36] [37] Шкала mb дает несколько иные значения, чем другие шкалы. Причина столь большого количества разных способов измерения одного и того же объекта заключается в том, что на разных расстояниях, для разных глубин гипоцентра и для разных размеров землетрясений необходимо измерять амплитуды разных типов упругих волн.
M L — масштаб, используемый для большинства землетрясений (десятки тысяч), зарегистрированных местными и региональными сейсмологическими обсерваториями. Для сильных землетрясений во всем мире наиболее распространена моментная шкала магнитуд (MMS), хотя M s также часто сообщается.
Сейсмический момент M 0 пропорционален площади разрыва, умноженной на среднее смещение, произошедшее во время землетрясения, таким образом, он измеряет физический размер события . M w выводится из него эмпирически как величина без единиц, а просто число, соответствующее шкале M s . [38] Для получения M 0 необходим спектральный анализ . Напротив, другие величины получаются в результате простого измерения амплитуды точно определенной волны.
Все шкалы, кроме M w , являются насыщенными для сильных землетрясений, то есть они основаны на амплитудах волн, длина волны которых короче длины разрыва землетрясений. Эти короткие волны (высокочастотные волны) слишком коротки, чтобы измерить масштаб события. В результате эффективный верхний предел измерения для ML составляет около 7 и около 8,5 [39] для M s . [40]
Разрабатываются новые методы, позволяющие избежать проблемы насыщения и быстро измерять магнитуды очень сильных землетрясений. Один из них основан на длиннопериодной P-волне; [41] Другой основан на недавно обнаруженной канальной волне. [42]
Выделение энергии землетрясения, [43] которое тесно коррелирует с его разрушительной силой, масштабируется в 3/2 степени амплитуды сотрясений (пояснение см. в шкале моментной магнитуды ) . Таким образом, разница в величине в 1,0 эквивалентна коэффициенту высвобождения энергии в 31,6 ( ); разница в величине 2,0 эквивалентна коэффициенту 1000 ( ) выделяемой энергии. [44] Излучаемую упругую энергию лучше всего получить путем интегрирования излучаемого спектра, но оценка может быть основана на mb, поскольку большая часть энергии переносится высокочастотными волнами.
Эти формулы для определения магнитуды Рихтера являются альтернативой использованию корреляционных таблиц Рихтера, основанных на стандартном сейсмическом событии Рихтера. В приведенных ниже формулах — эпицентральное расстояние в километрах и то же расстояние, представленное в градусах большого круга уровня моря .
Эмпирическая формула Лилли :
Предложение эмпирической формулы Лара [45] таково:
и
Эмпирическая формула Биштришани ( 1958) для расстояний между эпицентрами от 4 ° до 160 °: [46]
Эмпирическая формула Цумура : [ 47]
Эмпирическая формула Цубои ( Токийский университет) :
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )