Geologia

Määrittele ja vertaa voimakkuutta ja voimakkuutta

Tässä osiossa tutustutaan maanjäristysten voimakkuuteen ja intensiteettiin. Opit, miten nämä kaksi ovat samanlaisia ja miten ne eroavat toisistaan.

Maajäristysten mittaaminen

Ihmiset ovat aina yrittäneet määrittää maanjäristysten kokoa ja aiheuttamia vahinkoja. 1900-luvun alkupuolelta lähtien on ollut käytössä kolme menetelmää. Mitkä ovat kunkin vahvuudet ja heikkoudet?

• Mercallin voimakkuusasteikko. Maanjäristyksiä kuvataan sen mukaan, mitä lähistöllä asuvat asukkaat tunsivat ja millaisia vahinkoja lähistöllä oleville rakenteille aiheutui.
• Richterin magnitudiasteikko. Tämä Charles Richterin vuonna 1935 kehittämä asteikko mittaa seismometrin avulla maanjäristyksen vapauttaman suurimman energiantärähdyksen suuruuden.
• Momentin suuruusasteikko. Mittaa maanjäristyksen vapauttaman kokonaisenergian. Momentin suuruus lasketaan repeytyneen ruhjeen pinta-alasta ja matkasta, jonka maa on liikkunut ruhjetta pitkin.

Richterin asteikko ja momentin suuruusasteikko ovat logaritmisia.

• Suurimman aallon amplitudi kasvaa kymmenkertaiseksi kokonaisluvusta toiseen.
• Nousu yhdestä kokonaisluvusta tarkoittaa, että energiaa vapautui kolmekymmentä kertaa enemmän.
• Nämä kaksi asteikkoa antavat usein hyvin samankaltaisia mittaustuloksia.

Miten suurimman seismisen aallon amplitudi vertautuu magnitudin 5 maanjäristyksessä suurimpaan aaltoon magnitudin 4 maanjäristyksessä? Miten se vertautuu magnitudin 3 järistykseen? Magnitudin 5 järistyksen suurimman seismisen aallon amplitudi on 10-kertainen magnitudin 4 järistyksen amplitudiin verrattuna ja 100-kertainen magnitudin 3 järistyksen amplitudiin verrattuna.

Miten kahden kokonaisluvun kasvu momentin magnitudiasteikolla vertautuu vapautuvan energian määrään? Kaksi kokonaislukua vastaa 900-kertaista kasvua vapautuvassa energiassa.

Minkä asteikon luulet olevan paras? Richterin asteikolla yksittäinen jyrkkä jysähdys mitataan suuremmaksi kuin hyvin pitkä voimakas maanjäristys, joka vapauttaa enemmän energiaa. Momentin suuruusasteikko kuvaa tarkemmin vapautuvaa energiaa ja aiheutuneita vahinkoja. Useimmat seismologit käyttävät nykyään momenttimagnitudiasteikkoa.

Tapa, jolla tutkijat mittaavat maanjäristyksen voimakkuutta, ja kaksi yleisintä asteikkoa, Richterin asteikko ja momenttimagnitudiasteikko, kuvataan yhdessä vuoden 1906 San Franciscon maanjäristystä koskevan keskustelun kanssa videolla Maanjäristysten mittaaminen:

Magnitudi vs. voimakkuus

Magnitudi ja intensiteetti mittaavat maanjäristysten eri ominaisuuksia. Magnitudi mittaa maanjäristyksen lähteessä vapautuvaa energiaa. Magnitudi määritetään seismografien mittauksista. Intensiteetti mittaa maanjäristyksen tietyssä paikassa aiheuttaman järistyksen voimakkuutta. Voimakkuus määritetään ihmisiin, ihmisrakenteisiin ja luonnonympäristöön kohdistuvien vaikutusten perusteella.

Maajäristyksen magnitudin laskeminen

Maajäristyksen magnitudi on luku, jonka avulla maanjäristyksiä voidaan verrata toisiinsa niiden suhteellisen voimakkuuden suhteen. Useiden vuosikymmenien ajan maanjäristysten magnitudit laskettiin Kaliforniassa toimivan seismologin Charles Richterin ensimmäisenä kehittämän menetelmän perusteella. Richter käytti San Andreaksen rikkonaisuusvyöhykkeellä tapahtuneiden maanjäristysten seismogrammeja kalibroidakseen magnitudiasteikkonsa.

Kaksi mittaustulosta lasketaan yhteen maanjäristyksen Richterin magnitudin määrittämiseksi: maanjäristyksen seismogrammiin kirjattujen suurimpien aaltojen amplitudi ja etäisyys maanjäristyksen epikentästä. Seismisen aallon suurin amplitudi – korkeimman aallon korkeus – mitataan seismogrammista millimetreinä. Myös etäisyys epikentrumiin on otettava huomioon, sillä mitä suurempi etäisyys maanjäristyksestä on, sitä pienemmiksi aallot muuttuvat. Etäisyyden vaikutus on poistettu laskennasta. Richterin asteikolle ei ole määritelty ylärajaa, mutta sata vuotta kestäneiden seismografimittausten jälkeen näyttää siltä, että maan kivet purkavat jännitystään ennen kuin ne keräävät tarpeeksi energiaa saavuttaakseen magnitudin 10.

Richterin asteikon havaittiin siirtyvän huonosti San Andreaksen rikkonaisuusvyöhykkeeltä, joka on transformoituva mannerlaattojen raja, paljon voimakkaampiin maanjäristyksiin, joita esiintyy konvergenttien mannerlaattojen rajoilla, erityisesti subduktiovyöhykkeen maanjäristyksiin. Siksi Richterin asteikko on korvattu momenttimagnitudiasteikolla, jota symbolisoidaan Mw:llä.

Momenttimagnitudiasteikko on pääpiirteissään samankaltainen kuin Richterin asteikko, mutta siinä otetaan huomioon useampia tekijöitä, kuten maanjäristyksen aikana liikkuvan särön kokonaispinta-ala ja se, kuinka paljon se liikkuu. Näin saadaan magnitudiluku, joka kuvaa paremmin maanjäristyksen vapauttaman energian kokonaismäärää. Koska momenttimagnitudiasteikko on korvannut Richterin asteikon, oletamme tästä eteenpäin, että viittaamme momenttimagnitudiin, emme Richterin magnitudiin, kun puhumme maanjäristyksen magnitudista.

Magnitudiasteikko kuvaa energiaa logaritmisesti suunnilleen pohjaan 32. Esimerkiksi magnitudin 6,0 maanjäristys vapauttaa noin 32 kertaa enemmän energiaa kuin magnitudin 5,0 maanjäristys. Magnitudin 7,0 maanjäristys vapauttaa noin 32 × 32 = 1024 kertaa enemmän energiaa kuin magnitudin 5,0 maanjäristys. 9,0 magnitudin maanjäristys, jota tapahtuu harvoin, vapauttaa yli miljoona kertaa enemmän energiaa kuin 5,0 magnitudin maanjäristys.

Maajäristyksen voimakkuuden luokittelu

Maajäristyksen voimakkuus on hyvin erilainen kuin maanjäristyksen magnitudi. Maanjäristyksen voimakkuus on luokitus, joka perustuu maanjäristyksen havaittuihin vaikutuksiin kussakin paikassa. Siksi jokainen maanjäristys tuottaa erilaisia voimakkuusarvoja, jotka vaihtelevat suurimmasta arvosta epikeskuksen alueella nollaan etäisyydellä epikenteristä. Yleisimmin käytetty maanjäristysten voimakkuusasteikko on modifioitu Mercallin maanjäristysten voimakkuusasteikko. Lyhennetty versio löytyy US Geological Survey Earthquake Hazards Program -sivuston Modified Mercalli Intensity Scale -sivulta.

Alla olevasta taulukosta käy ilmi, kuinka monta maanjäristystä tapahtuu vuosittain kullakin suuruusluokalla ja mikä voimakkuus voi olla epikeskuksessa kullakin suuruusluokalla.

Magnitudi	Keskimääräinen määrä vuodessa	Modifioitu Mercalli-intensiteetti	Kuvaus
0 – 1.9	>1 miljoona	–	mikro – ei tunnu
2.0 – 2.9	>1 miljoona	I	pieni – harvoin tuntuu
3.0 – 3.9	noin 100 000	II – III	minor – muutamien ihmisten havaitsema
4.0 – 4.9	noin 10 000	IV – V	kevyt – monien ihmisten tuntema, pienet vahingot mahdollisia
5.0 – 5.9	noin 1000	VI – VII	kohtalainen – tuntuvat useimmilla ihmisillä, mahdollisesti rikkoutunut rappaus ja savupiiput
6.0 – 6.9	noin 130	VII – IX	vahva – vauriot vaihtelevat rakennuksen rakenteesta ja alustasta riippuen
7.0 – 7.9	noin 15	IX – X	suuri – laajat vahingot, joitakin rakennuksia tuhoutunut
8.0 – 8.9	noin 1	X – XII	suuri – laajat vauriot laajoilla alueilla, monia rakennuksia tuhoutunut
9.0 ja yli	< 1	XI – XII	suuri – laajat vahingot laajoilla alueilla, suurin osa rakennuksista tuhoutunut

Magnitudin / intensiteetin vertailu

Seuraavassa taulukossa on esitetty intensiteettejä, jotka tyypillisesti havaitaan eri magnitudin maanjäristysten epikenterin läheisyydessä.

Magnitudi	Tyypillinen maksimi Modifioitu Mercalli-intensiteetti
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 ja korkeampi	VIII tai korkeampi

Abbreviated Modified Mercalli Intensity Scale

1. Ei tunnu kuin hyvin harvoille erityisen suotuisissa olosuhteissa.
2. Tuntuu vain muutamille levossa oleville henkilöille, erityisesti rakennusten ylemmissä kerroksissa.
3. Tuntuu varsin tuntuvasti sisätiloissa oleville henkilöille, erityisesti rakennusten ylemmissä kerroksissa. Monet ihmiset eivät tunnista sitä maanjäristykseksi. Seisovat moottoriautot saattavat hieman keinua. Kuorma-auton ohiajoa muistuttava tärinä. Kesto arvioitu.
4. Tuntuu sisätiloissa monien toimesta, ulkona vain harvojen toimesta päivän aikana. Yöllä jotkut heräsivät. Astiat, ikkunat, ovet häiriintyneet; seinät pitävät halkeilevaa ääntä. Tunne kuin raskas kuorma-auto iskisi rakennukseen. Seisovat moottoriautot heiluvat tuntuvasti.
5. Kokevat lähes kaikki; monet heränneet. Joitakin astioita, ikkunoita rikottu. Epävakaita esineitä kaatunut. Heilurikellot saattavat pysähtyä.
6. Kokivat kaikki, monet pelästyivät. Joitakin raskaita huonekaluja siirretty; muutama tapaus pudonnutta rappausta. Vahingot vähäisiä.
7. Vahingot vähäisiä hyvin suunnitelluissa ja rakennetuissa rakennuksissa; vähäisiä tai kohtalaisia hyvin rakennetuissa tavallisissa rakennuksissa; huomattavia vahinkoja huonosti rakennetuissa tai huonosti suunnitelluissa rakennuksissa; joitakin savupiippuja murtunut.
8. Vahingot vähäisiä erikoisesti suunnitelluissa rakennuksissa; huomattavia vahinkoja tavallisissa huomattavissa rakennuksissa, joissa tapahtui osittainen romahdus. Vauriot suuria huonosti rakennetuissa rakenteissa. Savupiippujen, tehdaspinojen, pylväiden, muistomerkkien ja muurien sortuminen. Raskaiden huonekalujen kaatuminen.
9. Vahingot huomattavat erityisesti suunnitelluissa rakenteissa; hyvin suunnitellut runkorakenteet viskoutuvat vinoon. Suuret vahingot huomattavissa rakennuksissa, osittainen romahdus. Rakennukset siirtyneet irti perustuksista.
10. Joitakin hyvin rakennettuja puurakenteita tuhoutunut; suurin osa muuratuista ja runkorakenteista tuhoutunut perustuksineen. Kiskot taipuneet.
11. Vähän tai ei lainkaan (muurattuja) rakenteita pysynyt pystyssä. Sillat tuhoutuneet. Kiskot taipuneet suuresti.
12. Tuhot yhteensä. Näköyhteydet ja taso vääristyneet. Esineitä heitetty ilmaan.

Tarkista ymmärryksesi

Vastaamalla alla olevaan kysymykseen (kysymyksiin) näet, kuinka hyvin ymmärrät edellisessä osiossa käsitellyt aiheet. Tätä lyhyttä tietovisaa ei lasketa kurssin arvosanaan, ja voit suorittaa sen uudelleen rajoittamattoman määrän kertoja.

Käytä tätä tietovisaa tarkistaaksesi ymmärryksesi ja päättäessäsi, (1) opiskeletko edellistä jaksoa tarkemmin vai (2) siirrytkö seuraavaan jaksoon.