Geologie

Magnitude versus intensiteit definiëren en vergelijken

In dit deel maak je kennis met de magnitude en intensiteit van aardbevingen. U leert hoe de twee op elkaar lijken en hoe ze van elkaar verschillen.

Aardbevingen meten

Mensen hebben altijd geprobeerd om de omvang van en de schade door aardbevingen te kwantificeren. Sinds het begin van de 20e eeuw zijn er drie methoden. Wat zijn de sterke en zwakke punten van elk?

• Mercalli Intensiteitsschaal. Aardbevingen worden beschreven in termen van wat omwonenden voelden en de schade die werd toegebracht aan nabijgelegen structuren.
• Richter magnitudeschaal. Deze schaal, die in 1935 door Charles Richter werd ontwikkeld, maakt gebruik van een seismometer om de magnitude te meten van de grootste energiestoot die bij een aardbeving vrijkomt.
• Moment-magnitudeschaal. Meet de totale energie die vrijkomt bij een aardbeving. De momentmagnitude wordt berekend uit de oppervlakte van de breuk die is gescheurd en de afstand die de grond langs de breuk heeft afgelegd.

De schaal van Richter en de momentmagnitudeschaal zijn logaritmisch.

• De amplitude van de grootste golf neemt tien maal toe van het ene gehele getal tot het volgende.
• Een toename van één geheel getal betekent dat er dertig maal zoveel energie is vrijgekomen.
• Deze twee schalen geven vaak zeer vergelijkbare metingen.

Hoe verhoudt de amplitude van de grootste seismische golf van een magnitude 5 aardbeving zich tot de grootste golf van een magnitude 4 aardbeving? Hoe verhoudt deze zich tot een magnitude 3 beving? De amplitude van de grootste seismische golf van een magnitude 5-beving is 10 keer zo groot als die van een magnitude 4-beving en 100 keer zo groot als die van een magnitude 3-beving.

Hoe verhoudt een toename van twee gehele getallen op de schaal van momentmagnitude zich tot de hoeveelheid energie die vrijkomt? Twee gehele getallen is gelijk aan een 900-voudige toename van de vrijgekomen energie.

Welke schaal is volgens u het beste? Met de schaal van Richter meet een enkele scherpe schok hoger dan een zeer lange intense aardbeving waarbij meer energie vrijkomt. De schaal van momentmagnitude geeft de vrijgekomen energie en de veroorzaakte schade nauwkeuriger weer. De meeste seismologen gebruiken nu de schaal van momentmagnitude.

De manier waarop wetenschappers de intensiteit van aardbevingen meten en de twee meest gebruikte schalen, Richter en momentmagnitude, worden beschreven samen met een bespreking van de aardbeving van 1906 in San Francisco in de video Measuring Earthquakes:

Magnitude versus Intensiteit

Magnitude en Intensiteit meten verschillende kenmerken van aardbevingen. De magnitude meet de energie die vrijkomt bij de bron van de aardbeving. De magnitude wordt bepaald aan de hand van metingen op seismografen. De intensiteit meet de kracht van de aardbeving op een bepaalde plaats. De intensiteit wordt bepaald aan de hand van de gevolgen voor mensen, menselijke structuren en de natuurlijke omgeving.

Berekening van de magnitude van aardbevingen

De magnitude van een aardbeving is een getal waarmee aardbevingen met elkaar kunnen worden vergeleken in termen van hun relatieve kracht. Decennialang werden de magnitudes van aardbevingen berekend aan de hand van een methode die voor het eerst werd ontwikkeld door Charles Richter, een seismoloog uit Californië. Richter gebruikte seismogrammen van aardbevingen die zich voordeden in de San Andreas-breukzone om zijn magnitudenschaal te ijken.

Twee metingen worden samengeteld om de Richter-magnitude van een aardbeving te bepalen: de amplitude van de grootste golven die op een seismogram van de aardbeving zijn geregistreerd, en de afstand tot het epicentrum van de aardbeving. De maximale amplitude seismische golf – de hoogte van de hoogste – wordt gemeten in mm op een seismogram. Er moet ook rekening worden gehouden met de afstand tot het epicentrum, want hoe groter de afstand tot de aardbeving, hoe kleiner de golven worden. Het effect van de afstand wordt in de berekening buiten beschouwing gelaten. Er is geen bovengrens vastgesteld voor de schaal van Richter, maar na een eeuw seismograafmetingen blijkt dat gesteenten in de aarde hun spanning afgeven voordat ze genoeg energie opbouwen om magnitude 10 te bereiken.

De schaal van Richter bleek niet erg goed over te dragen van de San Andreas-breukzone, een transformerende plaatgrens, naar de veel krachtiger aardbevingen die voorkomen bij convergerende plaatgrenzen, met name subductiezone-aardbevingen. Daarom is de schaal van Richter vervangen door de schaal van momentmagnitude, gesymboliseerd als Mw.

De schaal van momentmagnitude lijkt in grote lijnen op de schaal van Richter, maar houdt rekening met meer factoren, waaronder het totale oppervlak van de breuk dat tijdens de aardbeving beweegt, en hoeveel het beweegt. Dit levert een magnitudegetal op dat een betere indicator is van de totale hoeveelheid energie die bij de aardbeving vrijkomt. Omdat de schaal van momentmagnitude de schaal van Richter heeft vervangen, zullen we er vanaf nu van uitgaan dat we het over momentmagnitude hebben, en niet over Richtermagnitude, wanneer we het over aardbevingsmagnitude hebben.

De magnitudeschaal geeft energie logaritmisch weer tot ongeveer basis 32. Bij een aardbeving van magnitude 6,0 komt bijvoorbeeld ongeveer 32 maal zoveel energie vrij als bij een aardbeving van magnitude 5,0. Bij een magnitude 7,0 komt ongeveer 32 × 32 = 1024 keer zoveel energie vrij als bij een magnitude 5,0 aardbeving. Bij een aardbeving met een magnitude 9,0, die zelden voorkomt, komt meer dan een miljoen keer zoveel energie vrij als bij een aardbeving met een magnitude 5,0.

Rangschikking aardbevingsintensiteit

Aardbevingsintensiteit is iets heel anders dan aardbevingsmagnitude. De intensiteit van een aardbeving is een rangschikking op basis van de waargenomen effecten van een aardbeving op elke specifieke plaats. Daarom levert elke aardbeving een reeks intensiteitswaarden op, variërend van de hoogste in het gebied rond het epicentrum tot nul op een afstand van het epicentrum. De meest gebruikte aardbevingsintensiteitsschaal is de Modified Mercalli aardbevingsintensiteitsschaal. Zie de pagina Modified Mercalli Intensity Scale op de website van het Earthquake Hazards Program van de US Geological Survey voor een verkorte versie.

In de onderstaande tabel ziet u hoeveel aardbevingen er jaarlijks ongeveer voorkomen in elk magnitudebereik en wat de intensiteit in het epicentrum voor elk magnitudebereik kan zijn.

Magnitude	Gemiddeld aantal per jaar	Gemodificeerde Mercalli Intensiteit	Beschrijving
0 – 1.9	>1 miljoen	–	micro – niet gevoeld
2.0 – 2.9	>1 miljoen	I	minor – zelden gevoeld
3.0 – 3.9	ongeveer 100.000	II – III	minor – door weinig mensen opgemerkt
4.0 – 4.9	ongeveer 10.000	IV – V	licht – door veel mensen gevoeld, lichte schade mogelijk
5.0 – 5.9	ongeveer 1.000	VI – VII	gematigd – door de meeste mensen gevoeld, mogelijk gebroken pleisterwerk en schoorstenen
6.0 – 6.9	ongeveer 130	VII – IX	sterk – schade variabel afhankelijk van bouwconstructie en ondergrond
7,0 – 7.9	ongeveer 15	IX – X	groot – omvangrijke schade, sommige gebouwen verwoest
8,0 – 8,9	ongeveer 1	X – XII	groot – omvangrijke schade over uitgestrekte gebieden, veel gebouwen verwoest
9.0 en hoger	< 1	XI – XII	groot – uitgebreide schade over grote gebieden, meeste gebouwen verwoest

Vergelijking magnitude/intensiteit

De volgende tabel geeft de intensiteiten die typisch worden waargenomen op plaatsen nabij het epicentrum van aardbevingen van verschillende magnitudes.

Magnitude	Typische Maximum Gemodificeerde Mercalli Intensiteit
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 en hoger	VIII of hoger

Afgekorte Modified Mercalli Intensity Scale

1. Niet gevoeld, behalve door zeer weinigen onder bijzonder gunstige omstandigheden.
2. Alleen gevoeld door enkele personen in rust, vooral op de bovenverdiepingen van gebouwen.
3. Gevoelens zeer merkbaar door personen binnenshuis, vooral op de bovenverdiepingen van gebouwen. Veel mensen herkennen het niet als een aardbeving. Staande auto’s kunnen licht schommelen. Trillingen vergelijkbaar met het passeren van een vrachtwagen. Duur geschat.
4. Voelbaar binnenshuis door velen, buitenshuis door weinigen gedurende de dag. s Nachts ontwaakten sommigen. Vaatwerk, ramen, deuren verstoord; muren maken krakend geluid. Gevoel alsof zware vrachtwagen tegen gebouw slaat. Staande auto’s schommelden merkbaar.
5. Voelbaar voor bijna iedereen; velen ontwaakten. Sommige schotels, ruiten gebroken. Onstabiele voorwerpen omvergeworpen. Slingerklokken kunnen stoppen.
6. Gemerkt door iedereen, velen geschrokken. Sommige zware meubels verplaatst; een paar gevallen van gevallen pleisterwerk. Schade gering.
7. Schade te verwaarlozen in gebouwen van goed ontwerp en constructie; licht tot matig in goed gebouwde gewone structuren; aanzienlijke schade in slecht gebouwde of slecht ontworpen structuren; sommige schoorstenen gebroken.
8. Schade gering in speciaal ontworpen structuren; aanzienlijke schade in gewone aanzienlijke gebouwen met gedeeltelijke instorting. Schade groot in slecht gebouwde structuren. Omvallen van schoorstenen, fabrieksschoorstenen, zuilen, monumenten, muren. Zwaar meubilair omvergeworpen.
9. Schade aanzienlijk in speciaal ontworpen structuren; goed ontworpen frame structuren uit het lood gegooid. Schade groot in aanzienlijke gebouwen, met gedeeltelijke instorting. Gebouwen verschoven van funderingen.
10. Enkele goed gebouwde houten structuren vernietigd; de meeste metselwerk en frame structuren vernietigd met funderingen. Rails verbogen.
11. Weinig of geen (gemetselde) structuren blijven staan. Bruggen vernield. Rails sterk verbogen.
12. Schade totaal. Lijnen van zicht en niveau zijn vervormd. Voorwerpen in de lucht geslingerd.

Check Your Understanding

Beantwoord de onderstaande vraag (vragen) om te zien hoe goed u de onderwerpen uit het vorige deel begrijpt. Deze korte quiz telt niet mee voor uw cijfer en u kunt hem een onbeperkt aantal keren overdoen.

Gebruik deze quiz om uw begrip te toetsen en te beslissen of u (1) de vorige paragraaf verder wilt bestuderen of (2) verder wilt gaan met de volgende paragraaf.