Шкала Рихтера [1] - также называемая шкалой магнитуд Рихтера или шкалой магнитуд Рихтера - это мера силы землетрясений, разработанная Чарльзом Фрэнсисом Рихтером и представленная в его знаменательной статье 1935 года, где он назвал ее «шкалой магнитуды». [2] Это было позже пересмотрен и переименована в местную шкале величины , обозначенную как ML или M L .
Из-за различных недостатков шкалы M L большинство сейсмологических властей теперь используют другие шкалы, такие как шкала моментной магнитуды (M w ), для сообщения магнитуды землетрясений, но большая часть средств массовой информации по-прежнему называет их магнитудой «Рихтера». Все шкалы величин сохраняют логарифмический характер оригинала и масштабируются для получения примерно сопоставимых числовых значений (обычно в середине шкалы).
Разработка
До разработки шкалы магнитуды 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 выделяемой энергии, а не размера области, пораженной сотрясением, хотя землетрясения с более высокой энергией имеют тенденцию затрагивать более широкую область, в зависимости от местной геологии.) В 1883 году Джон Милн предположил, что сотрясение сильных землетрясений может генерировать волны, обнаруживаемые по всему земному шару, и в 1899 году Э. фон Ребур Пашвиц наблюдал в Германии сейсмические волны, вызванные землетрясением в Токио . [3] В 1920-х годах Гарри О. Вуд и Джон А. Андерсон разработали сейсмограф Вуда – Андерсона , один из первых практических инструментов для регистрации сейсмических волн. [4] Затем Вуд построил под эгидой Калифорнийского технологического института и Института Карнеги сеть сейсмографов, простирающуюся по всей Южной Калифорнии . [5] Он также нанял молодого и неизвестного Чарльза Рихтера для измерения сейсмограмм и определения местоположения землетрясений, вызывающих сейсмические волны. [6]
В 1931 году Киё Вадати показал, как он измерил для нескольких сильных землетрясений в Японии амплитуду сотрясений, наблюдаемых на разных расстояниях от эпицентра. Затем он построил логарифм амплитуды в зависимости от расстояния и нашел серию кривых, которые показали грубую корреляцию с оцененными магнитудой землетрясений. [7] Рихтер решил некоторые трудности с этим методом [8], а затем, используя данные, собранные его коллегой Бено Гутенбергом , он построил аналогичные кривые, подтвердив, что их можно использовать для сравнения относительных магнитуд различных землетрясений. [9]
Для создания практического метода присвоения абсолютной меры величины потребовались дополнительные разработки. Во-первых, чтобы охватить широкий диапазон возможных значений, Рихтер принял предложение Гутенберга о логарифмической шкале, где каждый шаг представляет десятикратное увеличение звездной величины, подобно шкале звездных величин, используемой астрономами для определения яркости звезд . [10] Во-вторых, он хотел, чтобы нулевая величина была на границе восприятия человека. [11] В- третьих, он определил сейсмограф Вуда-Андерсона в качестве стандартного инструмента для создания сейсмограмм. Затем величина определялась как «логарифм максимальной амплитуды трассы, выраженной в микронах », измеренной на расстоянии 100 км (62 мили). Шкала была откалибрована путем определения толчка магнитудой 0 как такого, который создает (на расстоянии 100 км (62 мили)) максимальную амплитуду в 1 микрон (1 мкм, или 0,001 миллиметра) на сейсмограмме, записанной торсионом Вуда-Андерсона. сейсмограф. [12] Наконец, Рихтер рассчитал таблицу поправок на расстояние [13] в том смысле, что для расстояний менее 200 километров [14] затухание сильно зависит от структуры и свойств региональной геологии. [15]
Когда Рихтер представил получившуюся шкалу в 1935 году, он назвал ее (по предложению Гарри Вуда) просто шкалой «величин». [16] «Величина Рихтера», похоже, возникла, когда Перри Байерли сказал прессе, что шкала принадлежит Рихтеру и «должна называться таковой». [17] В 1956 году Гутенберг и Рихтер, все еще ссылаясь на «шкалу магнитуды», обозначили ее «местной величиной» с помощью символа M L , чтобы отличить ее от двух других шкал, которые они разработали, - величины поверхностной волны (M S ) и масштабы объемной волны (M B ). [18]
Подробности
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 аттенуирующие свойства коры и мантии Южной Калифорнии». [19] Используемый конкретный инструмент может быть насыщен сильными землетрясениями и не сможет регистрировать высокие значения. В 1970-х годах шкала была заменена шкалой моментных величин (MMS, символ M w ); для землетрясений, адекватно измеряемых шкалой Рихтера, численные значения примерно такие же. Хотя сейчас измеряемые значения для землетрясений равны M w , пресса часто сообщает о них как о значениях Рихтера, даже для землетрясений с магнитудой более 8, когда шкала Рихтера теряет смысл.
Шкалы Рихтера и MMS измеряют энергию, выделяемую землетрясением; другая шкала, шкала интенсивности Меркалли , классифицирует землетрясения по их последствиям , от обнаруживаемых приборами, но не заметных, до катастрофических. Энергия и эффекты не обязательно сильно коррелированы; мелкое землетрясение в густонаселенном районе с почвой определенных типов может иметь гораздо более сильные последствия, чем гораздо более сильное глубокое землетрясение в изолированном районе.
Несколько шкал исторически были описаны как «шкале Рихтера», [ править ] особенно локальная величина М л и поверхностной волны М сек масштаба. Кроме того, величина объемной волны mb и моментная величина M w , сокращенно MMS, широко используются в течение десятилетий. Несколько новых методов измерения магнитуды находятся в стадии разработки сейсмологами.
Все шкалы величин были разработаны для получения аналогичных числовых результатов. Эта цель была хорошо достигнута для M L , M s и M w . [20] [21] Шкала mb дает несколько иные значения, чем другие шкалы. Причина, по которой существует так много разных способов измерения одного и того же, заключается в том, что на разных расстояниях, для разных гипоцентральных глубин и для разных размеров землетрясений необходимо измерять амплитуды разных типов упругих волн.
M L - это шкала, используемая для большинства землетрясений (десятки тысяч), зарегистрированных местными и региональными сейсмологическими обсерваториями. Для сильных землетрясений во всем мире наиболее распространена шкала моментных магнитуд (MMS), хотя M s также часто указывается.
Сейсмический момент , M 0 , пропорционален площади времен разрыва в среднем скольжения , что имело место в результате землетрясения, таким образом , он измеряет физический размер события. M w выводится из него эмпирически как величина без единиц, просто число, разработанное для соответствия шкале M s . [22] Спектральный анализ необходим для получения M 0 , в то время как другие величины получаются путем простого измерения амплитуды специально определенной волны.
Все шкалы, кроме M w , насыщаются для сильных землетрясений, что означает, что они основаны на амплитудах волн, длина которых короче длины разрыва землетрясений. Эти короткие волны (высокочастотные волны) слишком короткие для измерения масштаба события. В результате эффективный верхний предел измерения для M L составляет около 7 и около 8,5 [23] для M s [24].
Разрабатываются новые методы, позволяющие избежать проблемы насыщения и быстро измерить магнитуды очень сильных землетрясений. Один из них основан на длиннопериодной P-волне; [25] другой основан на недавно обнаруженной русловой волне. [26]
Энергия выпуск землетрясения, [27] , который тесно коррелирует с его разрушительной силой, весы с 3 / 2 мощностью встряхивания амплитуды. Таким образом, разница в величине 1,0 эквивалентна коэффициенту 31,6 () в выделяемой энергии; разница в 2,0 эквивалентна разнице в 1000 () в выделяемой энергии. [28] Излучаемая упругая энергия лучше всего получается путем интегрирования излучаемого спектра, но оценка может быть основана на mb, потому что большая часть энергии переносится высокочастотными волнами.
Величины Рихтера
Рихтер величина землетрясения определяется из логарифма от амплитуды волн , регистрируемых сейсмографами (корректировки включены , чтобы компенсировать изменения расстояния между различными сейсмографами и эпицентром землетрясения). Исходная формула: [29]
где A - максимальный ход сейсмографа Вуда – Андерсона, эмпирическая функция A 0 зависит только от эпицентрального расстояния до станции,. На практике чтение из всех станций наблюдений усредняются после корректировки с станцией конкретных исправлениями , чтобы получить М L значения.
Из-за логарифмической основы шкалы каждое увеличение величины целого числа представляет десятикратное увеличение измеренной амплитуды; Что касается энергии, каждое увеличение целого числа соответствует увеличению примерно в 31,6 раза количества высвобождаемой энергии, а каждое увеличение на 0,2 соответствует примерно удвоению высвобождаемой энергии.
События с магнитудой более 4,5 достаточно сильны, чтобы их можно было зарегистрировать сейсмографом в любой точке мира, если его датчики не расположены в тени землетрясения . [ необходима цитата ]
Ниже описаны типичные последствия землетрясений различной магнитуды вблизи эпицентра. Значения только типичные. К ним следует относиться с особой осторожностью, поскольку интенсивность и, следовательно, воздействие на грунт зависят не только от магнитуды, но и от расстояния до эпицентра, глубины очага землетрясения под эпицентром, местоположения эпицентра и геологических условий (определенные местности может усиливать сейсмические сигналы).
Величина | Описание | Интенсивность Меркалли | Средние землетрясения | Средняя частота встречаемости в мире (оценка) |
---|---|---|---|---|
1,0–1,9 | Микро | я | Микроземлетрясения не ощущаются или ощущаются редко. Записано сейсмографами. [30] | Постоянно / несколько миллионов в год |
2,0–2,9 | Незначительный | От I до II | Некоторые люди слегка ощущают это. Никаких повреждений построек. | Более миллиона в год |
3,0–3,9 | III в IV | Часто ощущается людьми, но очень редко вызывает повреждения. Может быть заметно дрожание предметов в помещении. | Более 100 000 в год | |
4,0–4,9 | Свет | С IV по VI | Заметное сотрясение предметов в помещении и дребезжание. Ощущается большинством людей в зоне поражения. Слегка чувствуется снаружи. Обычно наносит нулевой или минимальный ущерб. Ущерб от умеренного до значительного маловероятен. Некоторые предметы могут упасть с полок или опрокинуться. | От 10 000 до 15 000 в год |
5,0–5,9 | Умеренный | С VI по VII | Может нанести ущерб разной степени тяжести плохо построенным зданиям. От нулевого до небольшого ущерба всем остальным зданиям. Ощущается всеми. | От 1000 до 1500 в год |
6,0–6,9 | Сильный | С VIII по X | Ущерб умеренному количеству добротных построек в населенных пунктах. Сейсмостойкие конструкции выдерживают легкие и средние повреждения. Плохо спроектированные конструкции получают повреждения от среднего до серьезного. Войлок в более широких областях; до сотен миль / километров от эпицентра. От сильной до сильной тряски в эпицентральной области. | От 100 до 150 в год |
7,0–7,9 | Главный | X или выше [ необходима ссылка ] | Вызывает повреждение большинства зданий, некоторые частично или полностью разрушаются или получают серьезные повреждения. Хорошо спроектированные конструкции могут получить повреждения. Ощущается на больших расстояниях с серьезными повреждениями, в основном ограниченными 250 км от эпицентра. | От 10 до 20 в год |
8,0–8,9 | большой | Серьезный ущерб зданиям, сооружениям, которые могут быть разрушены. Наносит умеренный или тяжелый ущерб прочным или сейсмостойким зданиям. Повреждение на больших площадях. Войлок в очень больших регионах. | Один раз в год | |
9.0 и выше | При полном или почти полном разрушении - серьезное повреждение или обрушение всех зданий. Тяжелые повреждения и тряска распространяются на далекие места. Постоянные изменения рельефа местности. | Один раз в 10–50 лет |
( На основе документов Геологической службы США. ) [31]
Интенсивность и число погибших зависят от нескольких факторов (глубины землетрясения, местоположения эпицентра, плотности населения и многих других) и могут широко варьироваться.
Незначительные землетрясения происходят ежедневно и ежечасно. С другой стороны, сильные землетрясения случаются в среднем один раз в год. Самым крупным зарегистрированным землетрясением было Великое чилийское землетрясение 22 мая 1960 года, имевшее магнитуду 9,5 баллов по моментной шкале . [32]
Сейсмолог Сьюзан Хаф предположила, что землетрясение магнитудой 10 может представлять собой очень приблизительный верхний предел того, на что способны тектонические зоны Земли, что могло бы быть результатом совместного разрыва крупнейшего из известных непрерывных разломов (вдоль тихоокеанского побережья Америка). [33] Исследование, проведенное в Университете Тохоку в Японии, показало, что землетрясение магнитудой 10 теоретически возможно, если в совокупности 3000 километров (1900 миль) разломов от Японской впадины до Курило-Камчатской впадины разорвутся вместе и переместятся на 60 метров (200 миль). футов) (или если подобный крупномасштабный разрыв происходит в другом месте). Такое землетрясение вызовет колебания грунта на срок до часа и вызовет цунами на несколько дней, а если такое землетрясение произойдет, то, вероятно, это будет событие 1 из 10 000 лет. [34]
Эмпирические формулы величины
Эти формулы для магнитуды Рихтера M L являются альтернативой использованию таблиц корреляции Рихтера, основанных на стандартном сейсмическом событии Рихтера (, , ). Ниже, - эпицентральное расстояние (в километрах, если не указано иное).
Эмпирическая формула Лилли:
где - амплитуда (максимальное смещение грунта) продольной волны в микрометрах, измеренная при 0,8 Гц.
На расстояния менее 200 км,
и для расстояний от 200 км до 600 км,
где - амплитуда сигнала сейсмографа в мм и находится в км.
Эмпирическая формула Бистричани (1958) для эпицентральных расстояний от 4 ° до 160 °: [35]
Где - продолжительность поверхностной волны в секундах, а в градусах. M L в основном находится между 5 и 8.
Эмпирическая формула Цумуры: [35]
Где - общая продолжительность колебаний в секундах. M L в основном находится между 3 и 5.
Цубои, Токийский университет, эмпирическая формула:
Где - амплитуда в микрометрах.
Смотрите также
- 1935 г. в науке
- Шкала моментной величины
- Шкала аварийной ситуации Rohn для измерения масштабов (интенсивности) любой аварийной ситуации
- Шкалы сейсмической интенсивности
- Шкалы сейсмической магнитуды
- Хронология изобретений США (1890–1945)
Заметки
- ^ Канамори 1978 , стр. 411. Hough (2007 , стр. 122–126) довольно подробно обсуждает это имя.
- ^ Канамори 1978 , стр. 411; Рихтер 1935 .
- Перейти ↑ Bolt 1993 , p. 47.
- ^ Hough 2007 ;
- Перейти ↑ Hough 2007 , p. 57.
- Перейти ↑ Hough 2007 , pp. 57, 116.
- ^ Рихтер 1935 , стр. 2.
- Перейти ↑ Richter 1935 , pp. 1–5.
- Перейти ↑ Richter 1935 , pp. 2–3.
- ^ [ожидается]
- ^ Рихтер 1935 , стр. 14: Gutenberg & Richter 1936 , стр. 183.
- ^ Рихтер 1935 , стр. 5. См. Также Hutton & Boore 1987 , p. 1; Чанг и Бернройтер 1980 , стр. 10.
- ^ Рихтер 1935 , стр. 6, таблица I.
- ^ Рихтер 1935 , стр. 32.
- ^ Chung & Bernreuter 1980 , стр. 5.
- ^ Рихтер 1935 , стр. 1. Его статья озаглавлена: «Инструментальная шкала магнитуды землетрясений».
- Перейти ↑ Hough 2007 , pp. 123–124.
- ^ Гутенберг и Рихтер 1956b , стр. 30.
- ^ «Пояснение к спискам бюллетеней, USGS» .
- ^ Рихтер 1935 .
- ↑ Richter, CF, "Elementary Seismology", ed, Vol., WH Freeman and Co., Сан-Франциско, 1956.
- ^ Хэнкс, ТС; Канамори, Х. (1979). «Шкала мгновенных величин». Журнал геофизических исследований . 84 (B5): 2348. Bibcode : 1979JGR .... 84.2348H . DOI : 10,1029 / jb084ib05p02348 .
- ^ Ву, Ван-чун (сентябрь 2012 г.). «О магнитуде землетрясений» . Обсерватория Гонконга . Проверено 18 декабря 2013 года .
- ^ «Шкала Рихтера» . Глоссарий . USGS . 31 марта 2010 г.
- ^ Ди Джакомо, Д., Parolai, С., Сол, J., Grosser, Х., Борман, П. Ван, Р. & Zschau J., 2008. "Определение Быстрое энергетической величины Me"в 31-я Генеральная ассамблея Европейской сейсмологической комиссии, Херсониссос.
- ^ Ривера, Л. и Канамори, Х., 2008. «Быстрая инверсия источника фазы W для предупреждения о цунами», Генеральная ассамблея Европейского геофизического союза, стр. A-06228, Вена.
- ^ Василиу, Мариус; Канамори, Хироо (1982). «Выделение энергии при землетрясениях». Бык. Сейсмол. Soc. Am . 72 : 371–387.
- ^ Уильям Спенс; Стюарт А. Сипкин; Джордж Л. Чой (1989). «Измерение силы землетрясения» . Землетрясения и вулканы . 21 (1).
- ^ Эллсуорт, Уильям Л. (1991). "Шкала Рихтера ML" . В Роберте Э. Уоллесе (ред.). Система разломов Сан-Андреас, Калифорния . USGS. п. 177. Professional Paper 1515 . Проверено 14 сентября 2008 года .
- ^ Это то, что Рихтер написал в своей « Элементарной сейсмологии» (1958), мнение, которое впоследствии было обильно воспроизведено в учебниках по науке о Земле. Последние данные показывают, что землетрясения с отрицательной магнитудой (до -0,7) также могут ощущаться в исключительных случаях, особенно когда очаг очень мелкий (несколько сотен метров). См .: Thouvenot, F .; Бушон, М. (2008). «Каков самый низкий порог магнитуды, при котором землетрясение можно почувствовать или услышать, или предметы, подброшенные в воздух?», - в: Фреше, Дж., Меграуи, М. и Стукки, М. (редакторы), « Современные подходы к твердой Земле». Наук (том 2), Историческая сейсмология: междисциплинарные исследования прошлых и недавних землетрясений, Springer, Dordrecht, 313–326.
- ^ «Факты и статистика землетрясений» . Геологическая служба США. 29 ноября 2012 года в архив с оригинала на 24 мая 2010 года . Проверено 18 декабря 2013 года .
- ^ «Крупнейшие землетрясения в мире с 1900 года» . 30 ноября 2012 года в архив с оригинала на 7 октября 2009 года . Проверено 18 декабря 2013 года .
- ^ Серебро, Нейт (2013). Сигнал и шум: искусство и наука предсказания . Лондон: Пингвин. ISBN 9780141975658.
- ^ Киодо (15 декабря 2012 г.). «Может случиться 10 размах: учеба» . The Japan Times . Проверено 15 сентября 2020 года .
- ^ а б Al-Arifi, Nassir S .; Аль-Гумидан, Саад (июль 2012 г.). «Калибровка магнитуды местного и регионального землетрясения аналоговой подсети Табук, Северо-Запад Саудовской Аравии» . Журнал Университета Короля Сауда - Наука . 24 (3): 257–263. DOI : 10.1016 / j.jksus.2011.04.001 .
Источники
- Болт, BA (1993), Землетрясения и геологические открытия , Научная американская библиотека, ISBN 0-7167-5040-6.
- Boore, DM (сентябрь 1989), "шкала Рихтера: его развитие и использование для определения параметров источника землетрясения" (PDF) , Тектонофизика , 166 (1-3): 1-14, DOI : 10.1016 / 0040-1951 (89) 90200-х
- Чанг, DH; Бернройтер, Д.Л. (1980), Региональные отношения между шкалами магнитуды землетрясений., NUREG / CR-1457.
- Gutenberg, B .; Richter, CF (21 февраля 1936 г.), «Обсуждение: величина и энергия землетрясений» (PDF) , Science , 83 (2147): 183–185, Bibcode : 1936Sci .... 83..183G , doi : 10.1126 / science.83.2147.183 , PMID 17770563.
- Gutenberg, B .; Richter, CF (1956b), «Величина, интенсивность, энергия и ускорение землетрясения (Вторая статья)», Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 46 (2): 105–145.
- Hough, SE (2007), шкала Рихтера: мера землетрясения, мера человека , Princeton University Press, ISBN 978-0-691-12807-8.
- Hutton, LK; Бур, Дэвид М. (декабрь 1987 г.), «Шкала M L в Южной Калифорнии» (PDF) , Nature , 271 : 411–414, Bibcode : 1978Natur.271..411K , doi : 10.1038 / 271411a0.
- Канамори, Хиро (2 февраля 1978), "Количественное Землетрясения" (PDF) , Nature , 271 (5644): 411-414, Bibcode : 1978Natur.271..411K , DOI : 10.1038 / 271411a0.
- Richter, CF (январь 1935 г.), «Инструментальная шкала магнитуды землетрясений» (PDF) , Бюллетень сейсмологического общества Америки , 25 (1): 1–32.
Внешние ссылки
- Шкала Рихтера (сейсмология) в Британской энциклопедии
- Сейсмический монитор - Консорциум IRIS
- Политика Геологической службы США по магнитуде землетрясений (введена 18 января 2002 г.) - Геологическая служба США
- Перспектива: графическое сравнение выделения энергии землетрясений - Тихоокеанский центр предупреждения о цунами