Меню

Как измерить землетрясение может



Шкала Рихтера: что это такое и как была разработана

Шкала магнитуды землетрясений Рихтера: появление, принцип вычислений и какими приборами измеряется

Землетрясение – это стихийное бедствие, от которого страдают жители сейсмоактивных территорий Земли. Землетрясение приходит почти всегда внезапно и молниеносно разрушает целые города, проводя черту между «до» и «после».

Но даже в таком внезапном и разрушительном явлении ученые давно нашли варианты по наблюдению, вычислению и подсчетам силы подземных толчков. Шкала Рихтера, о которой мы будем сегодня говорить, как раз и является единицей измерения силы землетрясения и широко используется в сейсмологии по наши дни.

Шкала Рихтера является международной единицей измерения, которая определяет и классифицирует величины: силу и скорость сотрясений земной коры при начале сейсмической активности.

Шкала основана на измерении энергии, выделяемой перемещением коры в эпицентре. Сила землетрясения отсчитывается от энергии, то есть магнитуды землетрясения. Магнитуда землетрясения – величина, характеризующая энергию, выделившуюся при землетрясении в виде сейсмических волн.

Стоит отметить, что магнитуда (шкала Рихтера) – это не то же самое, что интенсивность землетрясения. Последнюю высчитывают по шкалам интенсивности волн в земной поверхности.

Интенсивность землетрясения – мера величины сотрясения земной поверхности при землетрясении на охваченной им территории.

История появления шкалы Рихтера

Эта шкала была разработана в 1935 году Чарльзом Фрэнсисом Рихтером и Бено Гутенбергом в Калифорнийском технологическом институте. Первоначально она была названа как шкала ML (Magnitude Local). Ее так обозначают до сих пор: «ML» или «ML», но называют все именно «шкалой Рихтера».

При этом шкала Рихтера, разработанная Чарльзом Ф. Рихтером, не является ни инструментом, ни измерительным (линейкой со шкалой) или, по сути, каким-либо другим прибором. «Шкала» в данном случае – это математическая формула (десятичный логарифм), которая определяет величину и силу землетрясения.

С помощью шкалы Рихтера невозможно измерить величину землетрясений магнитудой более 8. Для измерения силы очень мощных землетрясений используются другие методы.

Шкалы интенсивности землетрясений в разных странах разные, к примеру:

В России это 12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника;
В Европе применяется также 12-балльная Европейская макросейсмическая шкала;
В США – 12-балльная модифицированная шкала Меркалли;
В Японии, известной своими землетрясениями, – 7-балльная шкала Японского метеорологического агентства.

Шкала Рихтера была разработана в 1935 году американским сейсмологом Чарльзом Рихтером и его коллегой Бено Гутенбергом как способ количественной оценки величины или силы землетрясений. Рихтер, изучавший землетрясения в Калифорнии в то время, нуждался в простом способе точно выразить то, что качественно было очевидно и тогда: что одни землетрясения малы (поверхностны), а другие велики (глубоки). Но хоть это и было очевидно, доказательств тому не было.

Современные сейсмологи в первую очередь смотрят в корень проблемы – в разломы. Сегодня землетрясения и движение разломов неразрывно связаны в сознании сейсмологов – настолько, что, услышав о произошедшем землетрясении, они сразу же спрашивают о разломе, который его вызвал.

Например, землетрясение магнитудой 6,9 в 1994 году в Нортридже, которое привело к серьезным разрушениям в Лос-Анджелесе, было вызвано движением двух-четырех-метрового пласта в разломе длиной около 12 и шириной 15 километров.

Но когда Чарльз Рихтер взялся за вопрос, его внимание, напротив, было сосредоточено на самой вибрации земли, которую он мог легко отслеживать с помощью сейсмометров в Калифорнийском технологическом институте (Caltech). Для Рихтера землетрясение большой магнитуды было землетрясением лишь с сильной вибрацией Земли. Таким образом, для шкалы Рихтера нет прямой связи ни с одним из свойств первичного разлома, что вносило некую путаницу для понимания обывателями (то есть нами с вами, не связанным с сейсмологией).

Шкала Рихтера была смоделирована на основе шкалы звездных величин, используемой астрономами, которая количественно определяет объем света, испускаемого звездами (их светимость). Светимость звезды основана на телескопических наблюдениях ее яркости, которые корректируются для увеличения телескопа и расстояния звезды от Земли. Но поскольку светимость колеблется во многих десятках раз (например, Бетельгейзе в 50 000 раз ярче Альфы Центавры), астрономы вычисляют логарифм светимости, чтобы получить звездную величину: легко запоминаемое однозначное число.

Рихтер заменил измерения логарифма светимости на искомые – количество колебаний грунта, измеренные сейсмографом. Заметим, что в обоих случаях понятие силы довольно абстрактно: звездная величина – это не мера физического размера звезды (как можно было бы определить по ее диаметру), а скорее количество света, которое испускает звезда.

Сейсмическая величина – это не мера физического размера разлома землетрясения (как можно было бы количественно определить по его площади или его скольжению), а скорее величина вибрации, которую она испускает.

Аналог шкалы Рихтера определяется количеством энергии, выделяющейся от взрыва, и следующей после него сейсмической реакции волн земной коры.

Например, при землетрясении силой 2 балла выделяется количество энергии, равное 56 килограммам взрывчатого вещества. Конечно, поскольку эта энергия высвобождается на очень большой территории, мы даже ничего не чувствуем. Но когда площадь ограничена – мини-землетрясение будет ощутимым.

Также шкала Рихтера дает информацию не только о величине землетрясения, но и об энергии, выделяющейся при нем.

Разрушительная сила землетрясения пропорциональна 2/3 силы амплитуды колебания. Поэтому, когда интенсивность землетрясения увеличивается на одну единицу по шкале Рихтера, разрушительная сила землетрясения увеличивается в 10 (3/2) = 31,6 раза.

Читайте также:  Единицы измерения величины запасов

К примеру, магнитуда 3 – это крошечное землетрясение. Магнитуда в 6 баллов – это та величина, которая может нанести существенный ущерб. Магнитуда 9 может вызвать даже цунами, подобно тому, что наблюдалось в декабре 2004 года в Индийском океане .

В первоначальной формулировке Рихтера землетрясение на расстоянии 100 километров, которое вызвало сигнал амплитудой в один миллиметр на бумажном регистраторе сейсмометра Калтеха, было произвольно определено как магнитуда 3 (увеличение сейсмометра Рихтера составило около 2800, поэтому один миллиметр на бумажной записи соответствует примерно 0,36 микрона фактического движения Земли). Землетрясение на том же расстоянии, которое произвело 10-миллиметровую амплитудную запись, было обозначено магнитудой 4, 100-миллиметровая амплитуда – магнитудой 5 и так далее. В дальнейшем Рихтер разработал корректирующие таблицы, которые позволяли вычислять величины независимо от фактического расстояния землетрясения от сейсмометра.

Также магнитуда может быть легко определена из измерений, сделанных сейсмометром, который не должен быть расположен особенно близко к разлому. Действительно, современные сейсмометры могут регистрировать землетрясения магнитудой 5 и выше, происходящие в любой точке мира. Недостатком шкалы Рихтера является то, что величина – это единственное число, которое не может полностью охарактеризовать сложное явление, такое как землетрясение. Землетрясения с одинаковой магнитудой могут различаться многими фундаментальными способами, в том числе направлениями колебаний и их относительной амплитудой в разные периоды во время толчков. Эти различия могут привести к землетрясениям одинаковой величины, имеющим существенно разный уровень разрушительности.

Фактически с помощью современных чувствительных сейсмографов можно идентифицировать землетрясения с отрицательным значением по шкале Рихтера.

Разрушительная сила землетрясения пропорциональна 2/3 силы амплитуды колебания. Поэтому, когда интенсивность землетрясения увеличивается на одну единицу по шкале Рихтера, разрушительная сила землетрясения увеличивается в 10 (3/2) = 31,6 раза.

Развитие теории

И, наконец, начиная с середины 1960-х годов, сейсмологи добились довольно полного понимания того, как скользящий разлом порождает колебания грунта. Важной величиной, характеризующей прочность разлома, является сейсмический момент – алгебраическое произведение площади разлома, скольжения разлома и жесткости окружающей породы.

Как говорят сейсмологи, землетрясение с большой магнитудой соответствует разлому с большим моментом, причем увеличение на единицу величины соответствует увеличению момента примерно в 30 раз. Но эта связь неточна, есть много случаев, когда небольшие сдвиги вызывают неожиданно большое землетрясение или наоборот.

Источник

Как ученые измеряют СИЛУ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ?

Для того чтобы определить силу землетрясения, используют несколько шкал. Самая известная — шкала Рихтера, созданная в 1935 году. Для этой шкалы используется прибор, который называется СЕЙСМОГРАФ

Сейсмограф измеряет величину волн, возникающих при землетрясении.

Величина, или сила землетря- сения обычно составляет от 1 до 8 баллов по шкале Рихтера

Хотя при некоторых гигант- ских землетрясениях регистрировались волны, выходящие за верхний предел шкалы.

Ударные волны землетрясения величиной 1 балл можно обнаружить только с помощью специальных приборов; землетрясения же силой 8 баллов вызывают крупномасштабные разрушения. Увеличение баллов на единицу означает увеличение силы землетрясения в 10 раз. Например, землетрясение силой 5 баллов по шкале Рихтера в десять раз сильнее, чем землетрясение в 4 балла.

Для измерения землетрясений в последнее время придуманы новые методы, в том числе метод, позволяющий измерять то, что называют интенсивностью момента землетрясения.

По шкале, созданной согласно этому методу, исследуется размер разлома, где произошло землетрясение, и измеряется, сколько земной коры сместилось.

Сила землетрясения измеряется также по шкале Меркалли. В этой шкале принимается во внимание эффект, который землетрясение оказывает на людей и на строения. По этой шкале землетрясение может достигать 12 yровней интенсивности.

На первом уровне, например, лишь немногие могут ощутить толчки, но на шестом уровне эти толчки ощущаются все- ми, а зданиям причиняется незначительный ущерб. Землетрясение 12 уровня вызывает широкомасштабные разрушения.

Источник

Как измеряют силу землетрясений

Различают магнитудную шкалу Рихтера и 12-балльную макросейсмическую шкалу. Слово «баллы» к шкале Рихтера применять неправильно — правильно говорить «землетрясение магнитудой 5 единиц» или «землетрясение в 5 магнитуд по шкале Рихтера».

Магнитуда землетрясения — величина, характеризующая энергию, выделившуюся в эпицентре землетрясения в виде сейсмических волн. Шкала предложена американским сейсмологом Чарльзом Рихтером в 1935 году, это десятичный логарифм перемещения иглы стандартного сейсмографа, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра.

Увеличение магнитуды на 1 единицу соответствует увеличению энергии землетрясения примерно в 32 раза. На планете Земля магнитуда по шкале Рихтера не может быть более 9 единиц — это обусловлено физическими параметрами строения земной коры.

Шкала Рихтера и последствия удара на поверхности соотносятся условно:

2 — самые слабые ощущаемые толчки;

4,5 — самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;

6 — умеренные разрушения;

8,5 — самые сильные из известных землетрясений.

Если магнитуда землетрясения фиксируется сейсмостанциями на большом удалении от эпицентра, то характер последствий землетрясений по макросейсмической 12-бальной шкале в конкретной местности определяется сейсмологами визуально и методом опроса очевидцев. Шкала Рихтера и балльность по макросейсмической шкале отличаются на 2-3, иногда 4 единицы в сторону увеличения.

Источник

Шкала Рихтера — классификация землетрясений по магнитудам

Шкала Рихтера — классификация землетрясений по магнитудам, основанная на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Шкала была предложена в 1935 году американским сейсмологом Чарльзом Рихтером (1900‑1985), теоретически обоснована совместно с американским сейсмологом Бено Гутенбергом в 1941‑1945 годах, получила повсеместное распространение во всем мире.

Читайте также:  Показатели измерения степени дифференциации продукта

Шкала Рихтера характеризует величину энергии, которая выделяется при землетрясении. Хотя шкала магнитуд в принципе не ограничена, существуют физические пределы величины выделившейся в земной коре энергии.
В шкале использован логарифмический масштаб, так что каждое целое значение в масштабе указывает на землетрясение, в десять раз большее по мощности, чем предыдущее.

Землетрясение с магнитудой 6,0 по шкале Рихтера вызовет в 10 раз более сильное колебание грунта, чем землетрясение с магнитудой 5,0 по той же шкале. Магнитуда землетрясения и его полная энергия — не одно и то же. Энергия, выделяющаяся в очаге землетрясения, при увеличении магнитуды на единицу возрастает примерно в 30 раз.
Магнитуда землетрясения — безразмерная величина, пропорциональная логарифму отношения максимальных амплитуд определенного типа волн данного землетрясения, измеренных сейсмографом, и некоторого стандартного землетрясения.
Существуют различия в методах определения магнитуд близких, удаленных, мелкофокусных (неглубоких) и глубоких землетрясений. Магнитуды, определенные по разным типам волн, отличаются по величине.

Землетрясения разной магнитуды (по шкале Рихтера) проявляются следующим образом:
2,0 — самые слабые ощущаемые толчки;
4,5 — самые слабые толчки, приводящие к небольшим разрушениям;
6,0 — умеренные разрушения;
8,5 — самые сильные из известных землетрясений.

Ученые считают, что землетрясения более сильные, чем с магнитудой 9.0, произойти на Земле не могут. Известно, что каждое землетрясение представляет собой толчок или серию толчков, которые возникают в результате смещения горных масс по разлому. Расчеты показали, что размер очага землетрясения (то есть величина площади, на которой произошло смещение горных пород, которыми и определяется сила землетрясения и его энергия) при слабых, едва ощутимых человеком толчках измеряется в длину и по вертикали несколькими метрами.

При землетрясениях средней силы, когда возникают в каменных зданиях трещины, размеры очага достигают уже километров. Очаги же при самых сильных, катастрофических землетрясениях имеют протяженность 500‑1000 километров и уходят на глубину до 50 километров. У максимального из зарегистрированных на Земле землетрясений очаг равен 1000 x 100 километров, т.е. близок к максимальной длине разломов, известных ученым. Невозможно и дальнейшее увеличение глубины очага, так как земное вещество на глубинах более 100 километров переходит в состояние, близкое к плавлению.

Магнитуда характеризует землетрясение как цельное, глобальное событие и не является показателем интенсивности землетрясения, ощущаемой в конкретной точке на поверхности Земли. Интенсивность или сила землетрясения, измеряемая в баллах, не только сильно зависит от расстояния до очага; в зависимости от глубины центра и типа горных пород сила землетрясений с одинаковой магнитудой может различаться на 2‑3 балла.

Шкала балльности (не шкала Рихтера) характеризует интенсивность землетрясения (эффект его воздействия на поверхности), т.е. измеряет ущерб, нанесенный данной местности. Балльность устанавливается при обследовании района по величине разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности.

Существует большое число сейсмических шкал, которые можно свести к трем основным группам. В России применяется наиболее широко используемая в мире 12‑балльная шкала МSK‑64 (Медведева‑Шпонхойера‑Карника), восходящая к шкале Меркалли‑Канкани (1902), в странах Латинской Америки принята 10‑балльная шкала Росси‑Фореля (1883), в Японии — 7‑балльная шкала.

Оценка интенсивности, в основу которой положены бытовые последствия землетрясения, легко различаемые даже неопытным наблюдателем, в сейсмических шкалах разных стран различна. Например, в Австралии одну из степеней сотрясения сравнивают с тем «как лошадь трется о столб веранды», в Европе такой же сейсмический эффект описывается так — «начинают звонить колокола», в Японии фигурирует «опрокинутый каменный фонарик».

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Источник

Магнитуда и бальность землетрясений

Подсчитано, что ежегодно на нашей планете регистрируются миллионы землетрясений. Конечно, подавляющее большинство из них не ощущается людьми; многие не приносят серьёзного ущерба, но несколько раз в год планету «трясёт по-крупному», известие о чём сразу разлетается по новостным каналам. К сожалению, журналисты в своих репортажах нередко допускают ошибки при употреблении научных терминов. Об одной из них пойдёт речь в этой статье.

Все сообщения о сейсмических катастрофах обычно сопровождаются словами вроде «… случилось землетрясение силой 6,9 баллов по шкале Рихтера». Такая формулировка неверна. Что интересно, подобного рода ошибки можно встретить и в некоторой учебной литературе.

Обычно в научно-популярных описаниях землетрясений фигурируют два распространённых термина: бальность землетрясения и магнитуда.

Бальность землетрясения характеризует интенсивность сотрясения грунта во время землетрясения (иногда так и говорят: «интенсивность землетрясения»). Она оценивается по специальной шкале. Первая из них появилась во второй половине XIX века. В 1902 году была разработана шкала Меркалли-Канкани, долгое время считавшейся одной из лучших. Она устарела и в наши дни не используется, но именно на её основе были созданы почти все современные 12-балльные шкалы, в том числе наиболее распространённая ныне международная шкала Mедведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64). По ней оценивают интенсивность землетрясений в большинстве стран мира. Краткую расшифровку этой шкалы вы можете увидеть в таблице.

Читайте также:  Как измерить площадь полукруга

Не ощущается людьми, фиксируется приборами

Фиксируется приборами, ощущается в отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии, и на верхних этажах зданий

Колебания отмечаются немногими людьми

Колебания отмечаются многими людьми, возможно дребезжание стёкол

Колебания отмечаются даже на улице, многие спящие просыпаются, отдельные предметы раскачиваются

В зданиях появляются трещины

Трещины в штукатурке и в стенах, люди в панике покидают дома. Возможно падение тяжелых предметов

Большие трещины в стенах, падение карнизов и дымовых труб

Обвалы в некоторых зданиях.

Трещины в грунте (шириной до 1 м.) Обвалы во многих зданиях, полное разрушение старых построек

Многочисленные трещины на поверхности земли, обвалы в горах. Разрушение зданий

Полное разрушение всех сооружений, серьёзные изменения в рельефе

Таблица 1. Краткая расшифровка шкалы MSK-64.Более подробная характеристика включает в себя три отдельных критерия: ощущения людей, воздействие на сооружения, воздействие на рельеф

Существуют и другие шкалы. Например, в странах Латинской Америки применяют десятибалльную шкалу Росси-Фореля, созданную в 1883 году. В Японии используют 8-балльную шкалу Японского метеорологического агентства. Сопоставление трёх наиболее распространённых шкал см. на схеме 1.

Схема 1. Сопоставление трёх наиболее распространённых шкал балльности: Росси-Фореля (жёлтый); шкал типа Меркалли-Канкани (например, MSK -64, зелёный); шкалы Японского метеорологического агентства (синий)

Интенсивность землетрясения обычно уменьшается по мере удаления от эпицентра.

Магнитуда землетрясения характеризует общую энергию сейсмических колебаний земной поверхности. Магнитуда определяется как «логарифм отношения максимальных амплитуд волн данного землетрясения к амплитудам таких же волн некоторого стандартного землетрясения» (магнитуда «стандартного землетрясения» принимается за 0). Впервые шкала магнитуд была предложена в 1935 году Ч. Рихтером, поэтому до сих пор очень часто говорят о «магнитуде по шкале Рихтера», что неточно. Шкала Рихтера приближенно соответствует современным формулам для расчёта магнитуды, но в настоящее время не используется.

Изменение магнитуды на единицу означает рост амплитуды колебаний в 10 раз и рост количества выделившейся энергии в 32 раза.

В отличие от интенсивности, магнитуда не имеет единицы измерения — она обозначается целым числом или десятичной дробью, так что сказать «магнитуда 6,9 баллов» — неправильно. Интенсивность определяется по субъективным показателям: ощущениям людей, повреждениям сооружений, изменениям рельефа, в то время как определение магнитуды основано на строгих физико-математических расчётах. Можно провести такую аналогию: бальность землетрясения — это навскидку оцененная сила взрыва (определяемая по внешним проявлениям), а магнитуда — мощность взрывного устройства. Однако следует помнить, что магнитуда не является абсолютным значением энергии землетрясения, это всего лишь относительная характеристика. Для определения действительной энергии землетрясения по значению магнитуды пользуются специальной формулой.

Последствия землетрясения в Нефтегорске (Сахалин), 1995 год (магнитуда ок. 7,5; балльность 8-10 баллов)

Подсчитано, что энергия землетрясения магнитудой 7,2 соответствуют энергии взрыва мегатонной атомной бомбы. Самое сильное землетрясение за всю историю наблюдений случилось в 1960 году в Чили, его магнитуда составила 9,5 (по данным журнала «Вокруг света» и «Википедии»). Во многих источниках можно встретить другую информацию: магнитуда крупнейшего землетрясения составляла около 8,9-9,0. Скорее всего, эти различия связаны с неточностями в расчётах (погрешность при определении магнитуды может достигать 0,25).

Ещё один интересный вопрос: а есть ли какие-либо ограничения у шкалы магнитуд? Математических — нет, однако есть некоторый физический предел энергии землетрясения на нашей планете. К сожалению, найти какие-либо упоминания о подобных исследованиях не удалось. Если Вам удастся встретить такую информацию, просим сообщить нам, отправив письмо по адресу Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. .

Что касается другого типа землетрясений, которые тоже изредка случаются — землетрясений, вызванных падением на Землю метеоритов, астероидов и иных космических тел, то здесь результаты исследований весьма неутешительны. По оценкам астрономов, магнитуда землетрясения, вызванного падением крупного астероида, может составить 13, то есть его энергия в миллион раз превысит энергию крупнейшего известного землетрясения. Но событие это пока маловероятное, так что, скорее всего, к тому времени, когда нависнет подобная угроза, человечество будет готово её предотвратить.

Таким образом, можно сделать следующие выводы. Пример типичного сообщения, помещённый в начале статьи, представляет собой классический пример мешанины терминов. Правильно же сказать так:

«Произошло землетрясение магнитудой 6,9»,

или, если речь идёт о балльности

«Произошло землетрясение интенсивностью 8 баллов (по шкале MSK-64)».

И в заключение: возможны ли землетрясения на Урале? Ответ прост: возможны. Несмотря на то, что Уральские горы старые, и их территория к сейсмическим поясам не относится, тектонические движения земной коры здесь всё же сохраняются. Сейсмологи ежегодно регистрируют на Урале до пяти землетрясений магнитудой 2-3. Самое сильное землетрясение на Урале случилось меньше века назад в 1914 г., его бальность составила около 7 баллов. Согласно карте сейсмического районирования мира (источник: «Вокруг света, № 6, 2008; стр. 96 ) в ближайшие пятьдесят лет на Среднем Урале с вероятностью 10% сила землетрясений превысит 4-5 баллов, а это уже ощутимо. Однако куда большую опасность могут представлять так называемые «искусственные» землетрясения — следствия неправильной разработки недр и природопользования.

Источник