Шкала звездных величин Рихтера

Шкала Рихтера ^[1] - также называемая шкалой магнитуд Рихтера или шкалой магнитуд Рихтера - это мера силы землетрясений, разработанная Чарльзом Ф. 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 органов теперь используют другие шкалы, такие как шкала моментной магнитуды (M _w  ), для сообщения магнитуды землетрясений, но многие средства массовой информации по-прежнему называют их магнитудой «Рихтера». Все шкалы величин сохраняют логарифмический характер оригинала и масштабируются для получения примерно сопоставимых числовых значений (обычно в середине шкалы).

Развитие [ править ]

До разработки шкалы магнитуды единственной мерой силы или «размера» землетрясения была субъективная оценка интенсивности сотрясений, наблюдаемых вблизи эпицентра землетрясения, с разбивкой по различным шкалам сейсмической интенсивности, таким как шкала Росси-Фореля. . («Размер» используется в смысле количества выделяемой энергии, а не размера области, подверженной сотрясениям, 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 вызвать волны, обнаруживаемые по всему миру, 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, генерирующих 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, аналогично шкале звездных величин, используемой астрономами для определения яркости звезд . ^[10] Во-вторых, он хотел, чтобы нулевая величина находилась на пределе восприятия человека. ^{[11] В-} третьих, он определил сейсмограф Вуда – Андерсона в качестве стандартного инструмента для создания сейсмограмм. Затем величина определялась как «логарифм максимальной амплитуды следа, выраженный в микронах.", измеренный 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 1 микрон (1 мкм, или 0,001 миллиметра) на сейсмограмме, зарегистрированной торсионным сейсмографом Вуда-Андерсона. ^[12] Наконец, Рихтер рассчитал таблицу поправок на расстояние, ^[13] в том смысле, что для расстояний менее 200 километров ^[14] затухание сильно зависит от структура и свойства 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 [ править ]

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 измеренные значения землетрясений составляют M _w , они часто сообщаются в прессе как значения Рихтера, даже для землетрясений 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 определенными типами почвы 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 на протяжении 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 стольких разных способов измерения одного и того же в том, что на разных расстояниях, для разных гипоцентральных глубин и для разных размеров землетрясений необходимо измерять амплитуды различных 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 из простого измерения амплитуды специально определенной волны.

Все шкалы, кроме M _w  , насыщаются для сильных землетрясений, то есть 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 длиннопериодической 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 1,0 эквивалентна фактору 31,6 ( ) в выделенной энергии; разница в величине 2,0 эквивалентна разнице высвобождаемой энергии в 1000 ( ) раз. ^[28] Излучаемую упругую энергию лучше всего получить путем интегрирования излучаемого спектра, но оценка может быть основана на mb, потому что большая часть энергии переносится высокочастотными волнами.${\ displaystyle = ({10 ^ {1.0}}) ^ {(3/2)}}$${\ displaystyle = ({10 ^ {2.0}}) ^ {(3/2)}}$

Величины Рихтера [ править ]

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]

${\ displaystyle M _ {\ mathrm {L}} = \ log _ {10} A- \ log _ {10} A _ {\ mathrm {0}} (\ delta) = \ log _ {10} [A / A_ { \ mathrm {0}} (\ delta)], \}$

где А представляет собой максимальную экскурсия сейсмографа Вуд-Андерсона, эмпирическая функция А ₀ зависит только от эпицентра расстоянии от станции, . На практике чтение из всех станций наблюдений усредняются после корректировки с станцией конкретных исправлениями , чтобы получить М _L   значения.${\ displaystyle \ delta}$

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).

( На основе документов Геологической службы США. ) ^[31]

Интенсивность и число погибших зависят от нескольких факторов (глубины землетрясения, местоположения эпицентра и 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 очень приблизительный верхний предел того, на что способны тектонические зоны Земли, что могло бы быть результатом самого большого известного непрерывного пояса разломов, прорывающихся вместе (вдоль тихоокеанского побережья Северной и Южной Америки. ). ^[33] Исследование, проведенное в Университете Тохоку в Японии, показало, что землетрясение магнитудой 10 теоретически возможно, если объединить разломы в 3000 километров (1900 миль) от Японской впадины до Курило-Камчатской впадины.разорваны вместе и перемещены на 60 метров (200 футов) (или если аналогичный крупномасштабный разрыв произойдет 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 величин [ править ]

Эти формулы для Рихтер величины M _L   альтернативы использования корреляционных таблиц Рихтера на основе Рихтера стандартного сейсмического события ( , , ). Ниже указано эпицентральное расстояние (в километрах, если не указано иное).${\ Displaystyle М _ {\ mathrm {L}} = 0}$${\ displaystyle A = 0,001 \ mathrm {мм}}$${\ Displaystyle D = 100 \ mathrm {км}}$${\ displaystyle \ textstyle \ Delta}$

Эмпирическая формула Лилли:

${\ Displaystyle M _ {\ mathrm {L}} = \ log _ {10} A-2.48 + 2.76 \ log _ {10} \ Delta,}$

где - амплитуда (максимальное смещение грунта) продольной волны в микрометрах, измеренная при 0,8 Гц.${\ displaystyle A}$

На расстояния менее 200 км,${\ displaystyle D}$

${\ displaystyle M _ {\ mathrm {L}} = \ log _ {10} A + 1.6 \ log _ {10} D-0,15,}$

и для расстояний от 200 км до 600 км,

${\ displaystyle M _ {\ mathrm {L}} = \ log _ {10} A + 3.0 \ log _ {10} D-3.38,}$

где - амплитуда сигнала сейсмографа в мм и в км.${\ displaystyle A}$${\ displaystyle D}$

Эмпирическая формула Бистричани (1958) для эпицентральных расстояний от 4 ° до 160 °: ^[35]

${\displaystyle M_{\mathrm {L} }=2.92+2.25\log _{10}(\tau )-0.001\Delta ^{\circ },}$

Где - продолжительность поверхностной волны в секундах, а в градусах. M _L   в основном находится между 5 и 8.${\displaystyle \tau }$${\displaystyle \Delta }$

Эмпирическая формула Цумуры: ^[35]

${\displaystyle M_{\mathrm {L} }=-2.53+2.85\log _{10}(F-P)+0.0014\Delta ^{\circ }}$

Где общая продолжительность колебаний в секундах. M _L   в основном находится между 3 и 5.${\displaystyle F-P}$

Цубои, Токийский университет, эмпирическая формула:

${\displaystyle M_{\mathrm {L} }=\log _{10}A+1.73\log _{10}\Delta -0.83}$

Где амплитуда в микрометрах.${\displaystyle A}$

См. Также [ править ]

Примечания [ править ]

Источники [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• 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