шкала Рихтера

Эта статья о шкале магнитуд землетрясений, введенной Чарльзом Рихтером в 1935 году. Обзор шкал магнитуд землетрясений см. в разделе « Шкалы магнитуд сейсмических сил» . Информацию о музыкальной гамме, используемой для настройки гармошек, см. в разделе «Настройка Рихтера» . Чтобы узнать о сингле EPMD, см. «Шкала Рихтера (песня)» .

Шкала Рихтера ( / ˈ r ɪ k t ər / ), также называемый шкалой величин Рихтера , шкалой величин Рихтера и шкалой Гутенберга-Рихтера , — это мера силы землетрясений , разработанная Чарльзом Рихтером в сотрудничестве с Бено Гутенбергом и представленная в знаковой статье Рихтера 1935 года, где он назвал ее «шкалой магнитуд». Позже это было пересмотрено и переименовано в местную шкалу магнитуд , обозначенную как ML или _ML .

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 десятичные логарифмы просто для того, чтобы сделать измерения управляемыми (т. е. коэффициенты землетрясения магнитудой 3 10³, а коэффициенты землетрясения магнитудой 5 10 ⁵ и имеет показания сейсмометра в 100 раз больше).

Величины Рихтера

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:

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

где А — максимальное отклонение сейсмографа Вуда-Андерсона , эмпирическая функция А ₀ зависит только от эпицентрального расстояния станции, $\delta$. На практике показания всех станций наблюдения усредняются после корректировки с поправками для конкретных станций для получения _{M L.} значения

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 с 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 .

Ниже описаны типичные последствия землетрясений различной магнитуды вблизи эпицентра. Значения типичны 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 эпицентром, ( 3) расположение эпицентра и (4) геологические условия .

Величина	Описание	Типичная максимальная модифицированная интенсивность Меркалли	Средние последствия землетрясения	Средняя частота встречаемости в мире (оценка)
1.0–1.9	Микро	я	Микроземлетрясения не ощущаются. Зафиксировано сейсмографами.	Постоянно/несколько миллионов в год
2.0–2.9	Незначительный	я	Ощущается слегка некоторыми людьми. Никаких повреждений зданий.	Более миллиона в год
3.0–3.9	Легкий	со II по III	Часто ощущается людьми, но очень редко причиняет вред. Может быть заметно дрожание предметов в помещении.	Более 100 000 в год
4.0–4.9	Свет	IV to V	Заметная тряска предметов в помещении и дребезжащие звуки. Ощущается большинством людей в зоне поражения. Немного ощущается снаружи. Обычно наносит от нуля до минимального ущерба. Умеренный или значительный ущерб маловероятен. Некоторые предметы могут упасть с полок или опрокинуться.	10 000-15 000 в год
5.0–5.9	Умеренный	VI-VII	Может нанести ущерб различной степени тяжести плохо построенным зданиям. От нуля до незначительного ущерба всем остальным зданиям. Ощущается каждым.	1000-1500 в год
6.0–6.9	Сильный	с VII по IX	Повреждения умеренного количества добротных построек в населенных пунктах. Сейсмостойкие конструкции выживают при небольших и умеренных повреждениях. Плохо спроектированные конструкции получают повреждения от умеренного до серьезного. Войлок на более широких участках; на расстоянии до сотен километров от эпицентра. Сильное или сильное сотрясение в эпицентральной области.	100-150 в год
7.0–7.9	Главный	VIII или выше	Наносит ущерб большинству зданий, некоторые частично или полностью разрушаются или получают серьезные повреждения. Хорошо спроектированные конструкции могут получить повреждения. Ощущается на больших расстояниях, при этом основные повреждения в основном ограничиваются 250 км от эпицентра.	от 10 до 20 в год
8.0–8.9	Большой		Серьезный ущерб зданиям и сооружениям, которые могут быть разрушены. Нанесет умеренный или тяжелый ущерб прочным или сейсмостойким зданиям. Повреждает большие площади. Войлок в чрезвычайно обширных регионах.	Один в год
9.0–9.9	Экстрим		Почти полное разрушение – серьезные повреждения или обрушение всех зданий. Тяжелые повреждения и тряска распространяются на отдаленные места. Постоянные изменения топографии местности.	От одного до трех в столетие

( На основе документов Геологической службы США. )

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. С другой стороны, землетрясения магнитудой ≥8,0 происходят в среднем примерно раз в год. Самым сильным зарегистрированным землетрясением было Великое чилийское землетрясение 22 мая 1960 года, имевшее магнитуду 9,5 по моментной шкале .

Сейсмолог Сьюзан 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). ). 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 футов) ( или если подобный крупномасштабный разрыв произошел где-то еще). Такое землетрясение вызовет 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.

Разработка

Чарльз Фрэнсис Рихтер (около 1970 г.)

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 высвободившейся 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 . В 1920-х годах Гарри О. Вуд и Джон А. Андерсон разработали сейсмограф Вуда-Андерсона , один из первых практических инструментов для регистрации сейсмических волн. Затем Вуд построил под эгидой Калифорнийского технологического института и Института Карнеги сеть сейсмографов, простирающуюся по всей Южной Калифорнии . Он также нанял молодого и неизвестного Чарльза Рихтера для измерения сейсмограмм и определения местонахождения землетрясений, порождающих сейсмические волны.

В 1931 году Кийо Вадати показал, как он измерил для нескольких сильных землетрясений в Японии амплитуду сотрясений, наблюдаемых на различных расстояниях от эпицентра. Затем он построил логарифм зависимости амплитуды от расстояния и нашел серию кривых, которые показали приблизительную корреляцию с предполагаемыми магнитудами землетрясений. Рихтер разрешил некоторые трудности с помощью этого метода. а затем, используя данные, собранные его коллегой Бено Гутенбергом , он построил аналогичные кривые, подтвердив, что их можно использовать для сравнения относительных магнитуд различных землетрясений.

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 . Во-вторых, он хотел, чтобы нулевая величина была примерно на пределе человеческого восприятия. В-третьих, он определил сейсмограф Вуда-Андерсона в качестве стандартного инструмента для получения 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. Наконец, Рихтер рассчитал таблицу поправок на расстояние: в том, что для расстояний менее 200 километров на затухание сильно влияют структура и свойства региональной геологии.

Когда Рихтер представил получившуюся шкалу в 1935 году, он назвал ее (по предложению Гарри Вуда) просто шкалой «величин». «Величина Рихтера», по-видимому, возникла, когда Перри Байерли заявил прессе, что шкала принадлежит Рихтеру и «должна называться таковой». В 1956 году Гутенберг и Рихтер, все еще ссылаясь на «шкалу магнитуд», обозначили ее как «локальную величину» с помощью символа ML _, чтобы отличить ее от двух других разработанных ими шкал: величины поверхностной волны (MS ₎ и объемной шкалы. масштабы амплитуды волны (MB ₎ .

Подробности

Как определяется шкала магнитуд Рихтера – чем больше значение на графике журнала, тем выше причиненный ущерб.

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». 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 были описаны как «шкала Рихтера». , особенно локальная магнитуда M _L и масштаб поверхностной волны M _s . Кроме того, величина объемной волны mb и величина момента M _w на протяжении десятилетий широко использовались , 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 . Шкала mb дает несколько иные значения, чем другие шкалы. Причина такого 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, просто число, соответствующее шкале M _s . необходим спектральный анализ _{Для получения M 0} . 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. Полученный эффективный верхний предел измерения для M _L составляет примерно 7 и примерно 8,5. для _М. ​

Разрабатываются новые методы, позволяющие избежать проблемы насыщения и быстро измерять магнитуды очень сильных землетрясений. Один из них основан на длиннопериодной P-волне; Другой основан на недавно обнаруженной канальной волне.

Энергетическое выделение землетрясения, которая тесно коррелирует с его разрушительной силой, масштабируется вместе с 3 ⁄ степени амплитуды тряски ( см. в шкале величин момента пояснения ). Таким образом, разница в величине в 1,0 эквивалентна коэффициенту в 31,6 ( $=({10^{1.0}})^{(3/2)}$) в выделяемой энергии; разница в величине 2,0 эквивалентна коэффициенту 1000 ( $=({10^{2.0}})^{(3/2)}$) в выделяемой энергии. Излучаемую упругую энергию лучше всего получить путем интегрирования излучаемого спектра, но оценка может быть основана на mb, поскольку большая часть энергии переносится высокочастотными волнами.

Эмпирические формулы величины

Эти формулы для величины Рихтера $\ M_{\mathsf {L}}\$ являются альтернативой использованию корреляционных таблиц Рихтера, основанных на стандартном сейсмическом событии Рихтера. ${\big (}\ M_{\mathsf {L}}=0\ ,$ $\ A=0.001\ {\mathsf {mm}}\ ,$ $\ D=100\ {\mathsf {km}}\ {\big )}~.$ В формулах ниже $\ \Delta \$ — эпицентральное расстояние в километрах , а $\ \Delta ^{\circ }\$ — это то же расстояние, представленное в градусах большого круга уровня моря .

Эмпирическая формула Лилли :

$\ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A-2.48+2.76\ \log _{10}\Delta \$

где $\ A\$ — это амплитуда (максимальное смещение грунта) P-волны в микрометрах (мкм) , измеренная на частоте 0,8 Гц.

Эмпирическая формула Лара предложение такое:

$\ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A+1.6\ \log _{10}D-0.15\ ,$

где

$\ A\$ – сейсмографа амплитуда сигнала в мм и

$\ D\$ в км , для расстояний до 200 км.

и

$\ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A+3.0\ \log _{10}D-3.38\ ;$

где $\ D\$ измеряется в км для расстояний от 200 до 600 км.

( Эмпирическая формула Биштришани 1958) для расстояний между эпицентрами от 4 ° до 160 °:

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

где

$\ \tau \$ - продолжительность поверхностной волны в секундах, а

$\ \Delta ^{\circ }\$ находится в градусах.

$\ M_{\mathsf {L}}\$ в основном от 5 до 8.

Эмпирическая формула Цумура :

$\ M_{\mathsf {L}}=-2.53+2.85\log _{10}\left(F-P\right)+0.0014\ \Delta ^{\circ }\ ,$

где

$\ F-P\$ — общая продолжительность колебаний в секундах.

$\ M_{\mathsf {L}}\$ в основном принимает значения от 3 до 5.

Цубои Эмпирическая (Токийский университет) формула :

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

где $\ A\$ — амплитуда в мкм .

См. также

• 1935 год в науке
• Шкалы сейсмической интенсивности
• Шкалы сейсмических магнитуд
• Хронология изобретений США (1890–1945 гг.)

Источники

• Болт, BA (1993), Землетрясения и геологические открытия , Научно-американская библиотека, ISBN  0-7167-5040-6 .

• Бур, Д.М. (сентябрь 1989 г.), «Шкала Рихтера: ее разработка и использование для определения параметра источника землетрясения» (PDF) , Tectonophysicals , 166 (1–3): 1–14, doi : 10.1016/0040-1951 (89) 90200-х

• Чунг, Д.Х.; Бернройтер, Д.Л. (1980), Региональные взаимоотношения между шкалами магнитуд землетрясений. , НУРЭГ/CR-1457.

• Гутенберг, Б.; Рихтер, К.Ф. (21 февраля 1936 г.), «Дискуссия: Магнитуда и энергия землетрясений» , Science , 83 (2147): 183–185, Бибкод : 1936Sci....83..183G , doi : 10.1126/science.83.2147 .183 , ПМИД   17770563 .

• Гутенберг, Б.; Рихтер, К.Ф. (1956b), «Масштуда, интенсивность, энергия и ускорение землетрясения (вторая статья)», Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 46 (2): 105–145 .

• Хаф, SE (2007), Шкала Рихтера: мера землетрясения, мера человека , Princeton University Press, ISBN  978-0-691-12807-8 .

• Хаттон, ЛК; Бур, Дэвид М. (декабрь 1987 г.), « в _{Шкала ML} Южной Калифорнии» (PDF) , Nature , 271 : 411–414, Бибкод : 1978Natur.271..411K , doi : 10.1038/271411a0 .

• Канамори, Хироо (2 февраля 1978 г.), «Количественная оценка землетрясений» (PDF) , Nature , 271 (5644): 411–414, Бибкод : 1978Natur.271..411K , doi : 10.1038/a20111 .

• Рихтер, К.Ф. (январь 1935 г.), «Инструментальная шкала магнитуд землетрясений» (PDF) , Бюллетень Сейсмологического общества Америки , 25 (1): 1–32, заархивировано из оригинала (PDF) 10 июля 2018 г. , получено 14 марта 2018 года .

Внешние ссылки

• Сейсмический монитор – Консорциум IRIS
• Политика Геологической службы США по величине землетрясений (введена в действие 18 января 2002 г.) - Геологическая служба США
• Перспектива: графическое сравнение выделения энергии землетрясения – Тихоокеанский центр предупреждения о цунами