Geologie

Definice a porovnání magnitudy a intenzity

Tato část vás seznámí s magnitudou a intenzitou zemětřesení. Dozvíte se, v čem jsou si podobné a v čem se liší.

Měření zemětřesení

Lidé se vždy snažili vyčíslit velikost a škody způsobené zemětřesením. Od počátku 20. století existují tři metody. Jaké jsou silné a slabé stránky každé z nich?

• Mercalliho stupnice intenzity. Zemětřesení se popisuje podle toho, co pocítili obyvatelé v okolí, a podle škod, které byly způsobeny na okolních stavbách.
• Richterova stupnice magnituda. Tuto stupnici vyvinul v roce 1935 Charles Richter a používá seismometr k měření síly největšího otřesu energie uvolněné při zemětřesení.
• Momentová stupnice magnituda. Měří celkovou energii uvolněnou při zemětřesení. Momentové magnitudo se vypočítává z plochy porušeného zlomu a vzdálenosti, o kterou se země podél zlomu posunula.

Richterova stupnice i stupnice momentového magnituda jsou logaritmické.

• Amplituda největší vlny se od jednoho celého čísla k druhému zvětší desetkrát.
• Zvýšení o jedno celé číslo znamená, že se uvolnilo třicetkrát více energie.
• Tyto dvě stupnice často poskytují velmi podobná měření.

Jaká je amplituda největší seismické vlny zemětřesení o síle 5. stupně a největší vlny zemětřesení o síle 4. stupně? Jak je srovnatelná s vlnou zemětřesení o síle 3. stupně? Amplituda největší seismické vlny zemětřesení o síle 5. stupně je 10krát větší než amplituda zemětřesení o síle 4. stupně a 100krát větší než amplituda zemětřesení o síle 3. stupně.

Jaké je srovnání nárůstu dvou celých čísel na stupnici velikosti momentu z hlediska množství uvolněné energie? Dvě celá čísla se rovnají 900násobnému nárůstu uvolněné energie.

Která stupnice je podle vás nejlepší? U Richterovy stupnice měří jeden prudký otřes vyšší hodnotu než velmi dlouhé intenzivní zemětřesení, při kterém se uvolní více energie. Momentová stupnice přesněji odráží uvolněnou energii a způsobené škody. Většina seismologů nyní používá stupnici momentového magnituda.

Způsob, jakým vědci měří intenzitu zemětřesení, a dvě nejběžnější stupnice, Richterovu a momentovou, jsou popsány spolu s diskusí o zemětřesení v San Franciscu v roce 1906 ve videu Měření zemětřesení:

Magnitudo versus intenzita

Magnitudo a intenzita měří různé charakteristiky zemětřesení. Magnitudo měří energii uvolněnou u zdroje zemětřesení. Magnituda se určuje na základě měření na seismografech. Intenzita měří sílu otřesů vyvolaných zemětřesením v určitém místě. Intenzita se určuje na základě účinků na lidi, lidské stavby a přírodní prostředí.

Výpočet magnituda zemětřesení

Magnitudo zemětřesení je číslo, které umožňuje porovnávat zemětřesení mezi sebou z hlediska jejich relativní síly. Po několik desetiletí se magnituda zemětřesení vypočítávala na základě metody, kterou poprvé vyvinul Charles Richter, seismolog působící v Kalifornii. Richter použil ke kalibraci své stupnice magnituda seismogramy zemětřesení, k nimž došlo v zóně zlomu San Andreas.

K určení Richterova magnituda zemětřesení slouží dvě měření: amplituda největších vln zaznamenaných na seismogramu zemětřesení a vzdálenost od epicentra zemětřesení. Maximální amplituda seismické vlny – výška té nejvyšší – se na seismogramu měří v mm. Je třeba vzít v úvahu také vzdálenost od epicentra, protože čím větší je vzdálenost od zemětřesení, tím menší jsou vlny. Vliv vzdálenosti se při výpočtu zohledňuje. Horní hranice Richterovy stupnice není definována, ale po sto letech měření seismografy se zdá, že horniny v zemi uvolňují své napětí dříve, než nahromadí dostatek energie, aby dosáhly magnituda 10.

Zjistilo se, že Richterova stupnice se příliš dobře nepřenáší ze zlomové zóny San Andreas, transformační hranice desek, na mnohem silnější zemětřesení, ke kterým dochází na konvergentních hranicích desek, zejména na zemětřesení v subdukční zóně. Proto byla Richterova stupnice nahrazena stupnicí momentového magnituda, symbolizovanou jako Mw.

Stupnice momentového magnituda je v podstatě podobná Richterově stupnici, ale bere v úvahu více faktorů, včetně celkové plochy zlomu, která se během zemětřesení pohybuje, a toho, jak moc se pohybuje. Výsledkem je číslo magnituda, které je lepším ukazatelem celkového množství energie uvolněné zemětřesením. Protože stupnice momentového magnituda nahradila Richterovu stupnici, budeme od této chvíle předpokládat, že když mluvíme o síle zemětřesení, máme na mysli momentové magnitudo, nikoli Richterovo magnitudo.

Stupnice magnituda zobrazuje energii logaritmicky přibližně se základem 32. Stupnice momentového magnituda zobrazuje energii přibližně se základem 32. Například zemětřesení o síle 6,0 stupně uvolní přibližně 32krát více energie než zemětřesení o síle 5,0 stupně. Zemětřesení o magnitudu 7,0 uvolní přibližně 32 × 32 = 1024krát více energie než zemětřesení o magnitudu 5,0. Zemětřesení o síle 9,0 stupně, které se vyskytuje zřídka, uvolní více než milionkrát více energie než zemětřesení o síle 5,0 stupně.

Rozdělení intenzity zemětřesení

Intenzita zemětřesení se velmi liší od síly zemětřesení. Intenzita zemětřesení je žebříček založený na pozorovaných účincích zemětřesení v každém konkrétním místě. Proto každé zemětřesení vytváří škálu hodnot intenzity od nejvyšší v oblasti epicentra až po nulovou ve vzdálenosti od epicentra. Nejčastěji používanou stupnicí intenzity zemětřesení je Modifikovaná Mercalliho stupnice intenzity zemětřesení. Zkrácenou verzi naleznete na stránce Modifikovaná Mercalliho stupnice intenzity na webových stránkách programu US Geological Survey Earthquake Hazards Program.

Následující tabulka ukazuje, kolik přibližně zemětřesení se každoročně vyskytne v každém rozsahu magnitud a jaká může být intenzita v epicentru pro každý rozsah magnitud.

Magnitudo	Průměrný počet za rok	Modifikovaná Mercalliho intenzita	Popis
0 – 1.9	>1 milion	–	mikro – není cítit
2,0 – 2,9	>1 milion	I	minor – zřídka cítit
3.0 – 3,9	asi 100 000	II – III	minor – postřehnutelný několika lidmi
4,0 – 4.9	asi 10 000	IV – V	slabý – pociťuje mnoho lidí, možné menší škody
5.0 – 5.9	asi 1 000	VI – VII	mírné – pocítí většina lidí, možné polámané omítky a komíny
6,0 – 6.9	asi 130	VII – IX	silný – poškození proměnlivé v závislosti na konstrukci budovy a podkladu
7,0 – 7.9	asi 15	IX – X	velké – rozsáhlé škody, některé budovy zničeny
8,0 – 8,9	asi 1	X – XII	velké – rozsáhlé škody na rozsáhlých územích, mnoho budov zničeno
9.0 a více	< 1	XI – XII	velké – rozsáhlé škody na rozsáhlých územích, většina budov zničena

Srovnání magnituda / intenzity

V následující tabulce jsou uvedeny intenzity, které jsou obvykle pozorovány v místech poblíž epicenter zemětřesení různých magnitud.

Magnitudo	Typické maximum Modifikovaná Mercalliho intenzita
1.0 – 3,0	I
3,0 – 3,9	II – III
4,0 – 4,9	IV – V
5.0 – 5,9	VI – VII
6,0 – 6,9	VII – IX
7.0 a vyšší	VIII a vyšší

Zkrácená modifikovaná Mercalliho stupnice intenzity

1. Nepocítí až na velmi málo osob za zvlášť příznivých podmínek.
2. Pocítí jen několik osob v klidu, zejména ve vyšších patrech budov.
3. Pocítí poměrně výrazně osoby uvnitř budov, zejména ve vyšších patrech budov. Mnoho lidí jej nepozná jako zemětřesení. Stojící motorová vozidla se mohou mírně rozkývat. Vibrace podobné průjezdu nákladního automobilu. Doba trvání se odhaduje.
4. Pocítí je mnoho lidí uvnitř budov, málo lidí venku během dne. V noci se někteří probudili. Narušené nádobí, okna, dveře; stěny vydávají praskající zvuk. Pocit jako při nárazu těžkého nákladního auta do budovy. Stojící motorová vozidla se znatelně houpala.
5. Pociťováno téměř všemi; mnozí probuzeni. Některé nádobí, rozbitá okna. Převrácené nestabilní předměty. Kyvadlové hodiny se mohou zastavit.
6. Pociťováno všemi, mnozí vyděšeni. Pohyb některých těžkých kusů nábytku; několik případů opadané omítky. Škody nepatrné.
7. Škody zanedbatelné v budovách dobrého návrhu a konstrukce; mírné až střední v dobře postavených běžných stavbách; značné škody ve špatně postavených nebo špatně navržených stavbách; některé komíny rozbité.
8. Škody nepatrné ve speciálně navržených stavbách; značné škody v běžných značných budovách s částečným zřícením. Škody velké u špatně postavených staveb. Pád komínů, továrních komínů, sloupů, pomníků, zdí. Převrácení těžkého nábytku.
9. Škody značné u speciálně navržených konstrukcí; dobře navržené rámové konstrukce vyvrácené z kolmice. Škody velké u podstatných budov, s částečným zřícením. Budovy posunuté mimo základy.
10. Některé dobře postavené dřevěné stavby zničeny; většina zděných a rámových staveb zničena i se základy. Kolejnice ohnuté.
11. Málo (zděných) staveb, pokud vůbec nějaké, zůstaly stát. Mosty zničeny. Kolejnice značně ohnuté.
12. Poškození celkem. Zorné a vodorovné linie jsou narušeny. Předměty vymrštěny do vzduchu.

Ověřte si své porozumění

Odpovězte na níže uvedené otázky, abyste zjistili, jak dobře rozumíte tématům probíraným v předchozí části. Tento krátký kvíz se nezapočítává do vašeho hodnocení v hodině a můžete jej opakovat neomezený početkrát.

Pomocí tohoto kvízu si můžete ověřit své porozumění a rozhodnout se, zda (1) budete předchozí oddíl dále studovat, nebo (2) přejdete k dalšímu oddílu.

.