Magnitude (trzęsienie ziemi)

Wielkość jest miarą o sile trzęsienia ziemi . Wielkości są określane głównie na podstawie amplitud , rzadziej na podstawie innych parametrów sejsmogramów . Te z kolei są rejestrowane na całym świecie w stacjach pomiarowych trzęsień ziemi za pomocą sejsmografów . Natomiast intensywność trzęsień ziemi - czyli ich wpływ na ludzi, budynki i krajobraz - można zaobserwować bez instrumentów.

Wydarzenia historyczne

Najstarszą skalą wielkości jest dobrze znana z mediów skala Richtera , opracowana w latach trzydziestych XX wieku przez Charlesa Francisa Richtera w celu ilościowego określenia trzęsień ziemi w Kalifornii. Richter rozpoznał, że istnieje związek między maksymalnym odchyleniem na sejsmogramie a odległością od epicentrum . Znaleziona w ten sposób zależność logarytmiczna była odpowiednia do wnioskowania o sile trzęsienia ziemi na podstawie zaniku amplitudy. Jednak ta skala wielkości odnosi się do fal sejsmicznych , których ścieżki wiązki przebiegają głównie przez skorupę ziemską . Oznacza to, że skala Richtera może być używana tylko do maksymalnej odległości od 600 do 1000 km od epicentrum. To dlatego jest również określana jako lokalnego trzęsienia ziemi wielkości ( M L ).

Aby móc porównać trzęsienia ziemi z większej odległości, Beno Gutenberg wprowadził w 1945 tak zwaną wielkość fali powierzchniowej ( M S ). W tym samym roku przedstawił również wielkość fali na niebie ( m B ). Różne warunki ramowe, które zostały określone częściowo przez ogniskowe procesy trzęsień ziemi, a częściowo przez granice wykonalności technicznej, doprowadziły do ​​rozwoju dalszych skal wielkości.

Ze względu na ograniczoną dynamikę i przesterowanie podczas silnych zdarzeń lokalnych, prawidłowe określenie maksymalnych wychyleń nie zawsze było możliwe we wcześniejszych analogowych urządzeniach rejestrujących. Prowizorycznie opracowano wielkość kodową ( M d ) dla takich przypadków , dla których wykorzystano czas zaniku kody falowej , w szczególności fazy S g . W szczególności we współczesnej nauce stosowana jest skala wielkości momentu , którą opracowali w 1977 roku Hiroo Kanamori i Tom Hanks .

Podstawy metodologiczne

Definicja historyczna

Richter przyjrzał się maksymalnym amplitudom w sejsmogramach (mierzonych w mikrometrach , tj. 1/1000 mm) zarejestrowanych przez standardowe sejsmometry typu Wooda-Andersona . Przedstawił dekadowy logarytm wartości amplitudy jako funkcję odległości epicentralnej (odległości przyrządu pomiarowego od epicentrum) i stwierdził, że maksymalne amplitudy trzęsień ziemi o różnej sile zanikają wzdłuż mniej więcej równoległych krzywych wraz z odległością. Dlatego zdefiniował wielkość trzęsienia ziemi jako logarytmiczne maksymalne odchylenie standardowego sejsmometru. Do skalowania użył odległości odniesienia 100 km.

Lokalne ograniczenia

Ściśle mówiąc, wielkość Richtera dotyczy tylko obszaru Kalifornii, ponieważ spadek amplitudy zależy od rodzaju materiału skalnego.

Późniejszy rozwój

Dalsze skale wielkości rozwinęły się później. Ich podstawowa zasada jest w dużej mierze taka sama, ale wykorzystywane są różne fazy pola falowego i ich specjalne właściwości fizyczne. W przypadku fal powierzchniowych rzeczywisty ruch gruntu pochodzi z sejsmogramu i jest używany do obliczenia wielkości, podczas gdy wielkość fali nieba m B jest oparta na teoretycznie obliczonych poprawkach amplitud wynikających ze spadku gęstości energii o 1 / r ² dla sferycznej na podstawie fal i tłumienia, które występuje wzdłuż ścieżki wiązki.

Wraz z wprowadzeniem standardowego sejsmometru WWSSN o częstotliwości drgań własnych jednego herca (co odpowiada naturalnemu okresowi jednej sekundy), powszechna stała się kalibracja do składowych fal krótkich (angielski: okres krótki , skrót: SP). Zmiana wynikała przede wszystkim z rosnącego zainteresowania wykorzystaniem zapisów sejsmologicznych do wykrywania podziemnych wybuchów jądrowych, które można zidentyfikować m.in. na podstawie ich widma częstotliwości. Aby to rozróżnienie tego krótkiego okresu jonosferycznej wielkość jest dalej m b .

Często stosowana empirycznie zależność ustala związek między wielkością fali powierzchniowej M S a energią sejsmiczną E S (w dżulach) uwolnioną podczas trzęsienia ziemi .

Z tego wynika, że ​​1 jednostka wielkości oznacza około 32 razy większe uwalnianie energii. Różnica 2 jednostek wielkości odpowiada już 1000-krotności uwolnionej energii. Trzęsienie ziemi o wielkości fali powierzchniowej M S  = 5,5 ma wówczas energię sejsmiczną E S  ≈ 3 GWh, która jest uwalniana w ciągu kilku sekund. Ta sama wielkość sejsmiczna została osiągnięta przez podziemną eksplozję jądrową z równowartością jednej megatony (Mt) chemicznego materiału wybuchowego. Jednak tylko około jeden procent energii fali sejsmicznej zostałby wygenerowany podczas eksplozji, podczas gdy pozostała energia wpłynęłaby na wytwarzanie ciepła i kruszenie materiału skalnego.

Błąd z powodu problemów z nasyceniem

Prawie wszystkie skale wielkości zachowują się problematycznie podczas rejestrowania szczególnie silnych trzęsień ziemi (zjawisko nasycenia). Powodem tego jest to, że maksymalna amplituda nie rośnie już znacząco w górnym zakresie z powodu wzrostu promieniowania energii spowodowanego trzęsieniem ziemi.

W zakresie nasycenia skala nie odzwierciedla prawidłowo dalszego wzrostu promieniowania energii spowodowanego trzęsieniem ziemi. W rezultacie nie można już poprawnie wydedukować energii, która została uwolniona przez trzęsienie ziemi, a siła trzęsień ziemi na tym obszarze jest praktycznie nie do odróżnienia.

Wagi wolne od nasycenia

Skala chwila wielkość pochodzi wyłącznie od momentu sejsmicznego , a tym samym z bezpośrednich parametrów fizycznych trzęsienie ziemi ostrości. Nie osiąga nasycenia nawet podczas najcięższych trzęsień ziemi i dlatego jest często używany do bardzo silnych wydarzeń.

Różnorodność skal wielkości

podstawa

Różne metody określania wielkości opierają się na amplitudach różnych faz pola fal sejsmicznych . Jednak różnią się one fizycznymi podstawami ich propagacji. Na przykład występuje znaczna różnica w widmie energii, ponieważ fazy fal mają różne dominujące częstotliwości lub okresy oscylacji (patrz tabela).

symbol opis Zakres (y) okresu
M L skali Richtera 0,1 - 001,0
m b Wielkość fali na niebie 1,0 - 005,0
M S Wielkość fali powierzchniowej 0,0 - P20
M W Moment wielkości 0.0 > 200

porównywalność

Ze względu na te naturalne różnice w fazach fal wyniki oznaczeń wielkości różnymi metodami czasami różnią się znacznie od siebie i są tylko częściowo porównywalne. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku bardzo silnych trzęsień ziemi, gdy w grę wchodzi nasycenie opisane powyżej.

Można to łatwo wykazać za pomocą trzęsienia ziemi w Chile w 1960 r . : Zgodnie ze  skalą wielkości (nasyconej) fali powierzchniowej , zdarzenie to osiąga wartość M S = 8,5, podczas gdy wielkość momentu  skutkuje wartością M W = 9,5, a więc około 30 - razy większe uwalnianie energii. Aby poprawnie sklasyfikować wielkość trzęsienia ziemi, nie wystarczy podać prostą wartość liczbową; podstawowa skala wielkości musi być zawsze poprawnie nazwana.

Informacje o wielkości w mediach prasowych

W doniesieniach prasowych na temat trzęsień ziemi skala Richtera jest czasami błędnie określana. W szczególności wysokie wartości wielkości powyżej około 6,5 są zwykle oparte na innych skalach wielkości, ponieważ skala Richtera nie jest zaprojektowana dla wyższych wielkości.

Skale wielkości

Nazwa wskazuje, która metoda została użyta do określenia wielkości. W tym celu do wielkiej litery „M” dodaje się indeks oznaczający „wielkość” (wyjątek: wielkość fali nieba m b ):

Identyfikator Nazwisko opis
m Skala wielkości jedności
( ujednolicona wielkość )		 Skala ta jest utworzona ze zmiennej m B obliczonej na podstawie wielkości fali nieba m B i zmiennej m B obliczonej z wielkości fali powierzchniowej M S jako ważonej średniej arytmetycznej .
m B Wielkość fali ciała
( wielkość fali ciała )		 Ta skala wykorzystuje fale kosmiczne, które rozchodzą się we wnętrzu ciała Ziemi. Twój spadek energii zależy wyłącznie od odległości.
m b Krótka okresowa wielkość fali ciała (SP)
( wielkość fali ciała, krótki okres )		 Różni się od m B w jego kalibracji do składowych fal krótkich. W rezultacie  znacznie odbiega od mniejszych wartości dla trzęsień ziemi o wielkości m B > 5, a także znacznie szybciej osiąga nasycenie.
M d Skala wielkości Coda (Abklingmagnitude)
( czas trwania )		 W tej skali wielkość została określona na podstawie zaniku sygnału. Czas trwania mierzono począwszy od nadejścia fali do końca jej kody falowej , tj. Do momentu, gdy nie można jej już odczytać w szumie tła.
M E Skala wielkości energii
( wielkość energii )		 Ta wielkość jest inną formą wielkości momentu. Tutaj to nie moment sejsmiczny jest używany do określenia, ale uwolniona energia. Jeśli warunek Kanamori E S / M 0  ≈ 5 · 10-5 jest spełniony , obie skale dostarczają identycznych wielkości.
M j , M jma Skala wielkości JMA
( Kishō-chō magunichūdo )		 Skala wielkości powszechnie używana przez Japońską Agencję Meteorologiczną, która łączy trzy różne indywidualne skale dla silnych, słabych, przypowierzchniowych i głębokich trzęsień ziemi.
M m Skala wielkości płaszcza
( wielkość płaszcza )		 Skala ta bada bardzo długofalowe fale powierzchniowe typu Rayleigha , ale także typu Love , które sięgają głęboko w płaszcz ziemski . Ze względu na długie okresy unika się nasycenia.
M L Skala Richtera , wielkość lokalnego trzęsienia ziemi
( wielkość lokalna )		 Skala ta wykorzystuje maksymalne amplitudy bliskich wstrząsów do maksymalnie 600–1000 km odległości epicentralnej.
M S Wielkość fali powierzchniowej
( wielkość fali powierzchniowej )		 W przypadku tej skali rzeczywisty ruch gruntu w punkcie pomiarowym jest określany na podstawie amplitudy, z której z kolei obliczana jest wielkość. Badane są fale powierzchniowe rozchodzące się po powierzchni ziemi.
M W Skala wielkości momentu
( wielkość momentu )		 Skala ta wykorzystuje niezależny od odległości moment sejsmiczny M 0 do określenia wielkości. Nie osiąga nasycenia.

Te skale wielkości stanowią wybór; dalsze relacje wielkości lub te wyprowadzone ze wspomnianych skal są również wykorzystywane do pewnych celów.

Różne

Jeśli wielkość fali powierzchniowej ( M S ) i wielkość fali nieba ( m b ) są ze sobą powiązane, trzęsienia ziemi można łatwo odróżnić od źródeł eksplozji (np. Bomby atomowej ): W wybuchach jądrowych stosunek mierzonej słabej powierzchni fale i znacznie silniejsze fale naziemne są wyjątkowo wysokie.

linki internetowe

Indywidualne dowody

  1. ↑ a b c d e f Peter Bormann (red.): IASPEI New Manual of Seismological Observatory Practice. 2 tomy. GeoForschungsZentrum Potsdam , Poczdam 2002, ISBN 3-9808780-0-7 .
  2. ↑ a b c Peter M. Shearer: Wprowadzenie do sejsmologii. Cambridge University Press, Cambridge i in. 1999, ISBN 0-521-66023-8 .
  3. ^ A b c Thorne Lay, Terry C. Wallace: Nowoczesna globalna sejsmologia (= International Geophysics Series. Vol. 58). Academic Press, San Diego CA i wsp. 1995, ISBN 0-12-732870-X .
  4. ↑ a b Hans Berckhemer : Podstawy geofizyki. Wydanie drugie, poprawione i poprawione. Scientific Book Society, Darmstadt 1997, ISBN 3-534-13696-9 .
  5. ↑ Beno Gutenberg , Charles Francis Richter : Energia trzęsień ziemi. W: The Quarterly Journal of the Geological Society of London. Vol. 112, 1965, ISSN  0370-291X , str. 1–14.
  6. ↑ zaleceń Wspólnego Zgromadzenia Ogólnego IASPEI / IAVCEI o wielkości nazewnictwa, Durham, 1977 ( pamiątka z oryginałem z 23 lipca 2008 roku w Internet Archive ) Informacje: archiwum Link został wstawiony automatycznie i nie została jeszcze sprawdzona. Sprawdź oryginalny i archiwalny link zgodnie z instrukcjami, a następnie usuń to powiadomienie. @ 1@ 2Szablon: Webachiv / IABot / www.seismo.com