Geology

Define and compare magnitude versus intensity

Ta sekcja wprowadza Cię w zagadnienia związane z wielkością i intensywnością trzęsień ziemi. Dowiesz się jak te dwie rzeczy są podobne i jak się różnią.

Pomiar trzęsień ziemi

Ludzie zawsze próbowali określić wielkość i szkody wyrządzone przez trzęsienia ziemi. Od początku XX wieku istniały trzy metody. Jakie są mocne i słabe strony każdej z nich?

• Skala intensywności Mercallego. Trzęsienia ziemi są opisywane w kategoriach tego, co czuli pobliscy mieszkańcy i jakie szkody wyrządziły pobliskie struktury.
• Skala magnitudy Richtera. Opracowana w 1935 roku przez Charlesa Richtera, skala ta wykorzystuje sejsmometr do pomiaru wielkości największego wstrząsu energii uwolnionej przez trzęsienie ziemi.
• Momentowa skala wielkości. Mierzy całkowitą energię uwolnioną przez trzęsienie ziemi. Moment magnitudy jest obliczany na podstawie obszaru uskoku, który uległ rozerwaniu i odległości, na jaką ziemia przemieściła się wzdłuż uskoku.

Skala Richtera i skala momentu magnitudy są logarytmiczne.

• Amplituda największej fali wzrasta dziesięciokrotnie od jednej liczby całkowitej do następnej.
• Wzrost o jedną liczbę całkowitą oznacza, że wyzwolone zostało trzydzieści razy więcej energii.
• Te dwie skale często dają bardzo podobne pomiary.

Jak amplituda największej fali sejsmicznej trzęsienia ziemi o magnitudzie 5 ma się do największej fali trzęsienia ziemi o magnitudzie 4? Jak wypada w porównaniu z trzęsieniem ziemi o magnitudzie 3? Amplituda największej fali sejsmicznej w trzęsieniu ziemi o magnitudzie 5 jest 10 razy większa niż w trzęsieniu ziemi o magnitudzie 4 i 100 razy większa niż w trzęsieniu ziemi o magnitudzie 3.

Jak się ma wzrost o dwie liczby całkowite w skali magnitudy do ilości uwolnionej energii? Dwie liczby całkowite równają się 900-krotnemu wzrostowi uwolnionej energii.

Która skala jest twoim zdaniem najlepsza? W skali Richtera, pojedynczy ostry wstrząs mierzy się wyżej niż bardzo długie intensywne trzęsienie ziemi, które uwalnia więcej energii. Skala magnitudy chwilowej dokładniej odzwierciedla uwolnioną energię i spowodowane szkody. Większość sejsmologów używa obecnie skali magnitudy momentu.

Sposób w jaki naukowcy mierzą intensywność trzęsienia ziemi i dwie najbardziej powszechne skale, Richtera i magnitudy momentu, są opisane wraz z omówieniem trzęsienia ziemi w San Francisco w 1906 roku w filmie Pomiar trzęsień ziemi:

Magnitude versus Intensity

Magnitude i Intensity mierzą różne charakterystyki trzęsień ziemi. Magnituda mierzy energię uwolnioną w źródle trzęsienia ziemi. Magnituda jest określana na podstawie pomiarów na sejsmografach. Intensywność mierzy siłę wstrząsów wywołanych przez trzęsienie ziemi w określonej lokalizacji. Intensywność jest określana na podstawie wpływu na ludzi, struktury ludzkie i środowisko naturalne.

Obliczanie wielkości trzęsienia ziemi

Wielkość trzęsienia ziemi jest liczbą, która pozwala trzęsieniom ziemi być porównywane ze sobą pod względem ich względnej siły. Przez kilka dekad, magnitudy trzęsień ziemi były obliczane na podstawie metody opracowanej po raz pierwszy przez Charlesa Richtera, sejsmologa z Kalifornii. Richter użył sejsmogramów trzęsień ziemi, które wystąpiły w strefie uskoku San Andreas, aby skalibrować swoją skalę wielkości.

Dwa pomiary są obliczane razem, aby określić wielkość trzęsienia ziemi według Richtera: amplituda największych fal zarejestrowanych na sejsmogramie trzęsienia ziemi oraz odległość do epicentrum trzęsienia ziemi. Maksymalna amplituda fali sejsmicznej – wysokość najwyższej z nich – jest mierzona w mm na sejsmogramie. Należy również wziąć pod uwagę odległość do epicentrum, ponieważ im większa odległość od trzęsienia ziemi, tym fale stają się mniejsze. Efekt odległości jest uwzględniany w obliczeniach. Nie ma górnej granicy zdefiniowanej dla skali Richtera, ale po stu latach pomiarów sejsmograficznych wydaje się, że skały w ziemi uwalniają swoje naprężenia zanim zgromadzą wystarczającą ilość energii, aby osiągnąć magnitudę 10.

Skala Richtera okazała się nie przenosić bardzo dobrze ze strefy uskoku San Andreas, granicy płyt transformacyjnych, do znacznie potężniejszych trzęsień ziemi, które występują na zbieżnych granicach płyt, szczególnie trzęsień ziemi w strefie subdukcji. Dlatego skala Richtera została zastąpiona skalą wielkości chwilowej, symbolizowaną jako Mw.

Skala wielkości chwilowej jest zasadniczo podobna do skali Richtera, ale uwzględnia więcej czynników, w tym całkowity obszar uskoku, który porusza się podczas trzęsienia ziemi, oraz to, jak bardzo się porusza. Dzięki temu uzyskuje się liczbę magnitudy, która jest lepszym wskaźnikiem całkowitej ilości energii uwolnionej przez trzęsienie ziemi. Ponieważ skala magnitudy momentu zastąpiła skalę Richtera, będziemy odtąd zakładać, że mówiąc o magnitudzie trzęsienia ziemi odnosimy się do magnitudy momentu, a nie do magnitudy Richtera.

Skala magnitudy przedstawia energię logarytmicznie do około podstawy 32. Na przykład, trzęsienie ziemi o magnitudzie 6.0 uwalnia około 32 razy więcej energii niż trzęsienie ziemi o magnitudzie 5.0. A magnitude 7.0 uwalnia około 32 × 32 = 1024 razy tyle energii co magnitude 5.0 earthquake. Trzęsienie ziemi o magnitudzie 9.0, które rzadko występuje, uwalnia ponad milion razy więcej energii niż trzęsienie ziemi o magnitudzie 5.0.

Ranking Earthquake Intensity

Earthquake intensity is very different from earthquake magnitude. Intensywność trzęsienia ziemi jest rankingiem opartym na zaobserwowanych skutkach trzęsienia ziemi w każdym konkretnym miejscu. Dlatego każde trzęsienie ziemi wytwarza szereg wartości intensywności, od najwyższej w obszarze epicentrum do zerowej w odległości od epicentrum. Najczęściej używaną skalą intensywności trzęsienia ziemi jest Zmodyfikowana skala intensywności trzęsienia ziemi Mercalli. Skróconą wersję można znaleźć na stronie Modified Mercalli Intensity Scale (Zmodyfikowana skala intensywności Mercalli) w witrynie US Geological Survey Earthquake Hazards Program.

Poniższa tabela pokazuje w przybliżeniu, ile trzęsień ziemi występuje każdego roku w każdym zakresie magnitudy i jaka może być intensywność w epicentrum dla każdego zakresu magnitudy.

Magnitude	Average number per year	Modified Mercalli Intensity	Description
0 – 1.9	>1 mln	–	mikro – nie odczuwalne
2.0 – 2.9	>1 mln	I	minor – rzadko odczuwalne
3.0 – 3.9	około 100 000	II – III	minor – zauważane przez kilka osób
4.0 – 4.9	około 10 000	IV – V	lekki – odczuwalny przez wielu ludzi, możliwe niewielkie uszkodzenia
5.0 – 5.9	około 1000	VI – VII	umiarkowany – odczuwalny przez większość osób, możliwe zbite tynki i kominy
6,0 – 6.9	około 130	VII – IX	silny – uszkodzenia zmienne w zależności od konstrukcji budynku i podłoża
7,0 – 7.9	około 15	IX – X	major – rozległe zniszczenia, część budynków zniszczona
8.0 – 8.9	około 1	X – XII	great – rozległe zniszczenia na dużych obszarach, wiele budynków zniszczonych
9.0 i powyżej	< 1	XI – XII	ogromne – rozległe zniszczenia na dużych obszarach, większość budynków zniszczona

Porównanie magnitudy i intensywności

W poniższej tabeli podano intensywności, które są zwykle obserwowane w miejscach w pobliżu epicentrum trzęsień ziemi o różnych magnitudach.

Magnitude	Typical Maximum Modified Mercalli Intensity
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 i wyżej	VIII lub wyżej

Skrócona Zmodyfikowana Skala Intensywności Mercalli

1. Nieodczuwalna z wyjątkiem bardzo nielicznych w szczególnie sprzyjających warunkach.
2. Odczuwana tylko przez kilka osób w spoczynku, zwłaszcza na wyższych piętrach budynków.
3. Odczuwana dość wyraźnie przez osoby przebywające w pomieszczeniach, zwłaszcza na wyższych piętrach budynków. Wiele osób nie rozpoznaje tego jako trzęsienia ziemi. Stojące samochody mogą się lekko kołysać. Wibracje podobne do przejazdu ciężarówki. Czas trwania szacowany.
4. Odczuwane w pomieszczeniach przez wielu, na zewnątrz przez niewielu w ciągu dnia. W nocy, niektórzy obudzeni. Naczynia, okna, drzwi zakłócone; ściany wydają trzeszczący dźwięk. Wrażenie jakby ciężka ciężarówka uderzała w budynek. Stojące samochody kołysały się zauważalnie.
5. Odczuwane przez prawie wszystkich; wielu obudzonych. Niektóre naczynia, potłuczone okna. Niestabilne przedmioty przewrócone. Zegary wahadłowe mogą się zatrzymać.
6. Odczuwalne przez wszystkich, wielu przestraszonych. Kilka ciężkich mebli przesuniętych; kilka przypadków odpadającego tynku. Szkody niewielkie.
7. Szkody nieznaczne w budynkach o dobrym projekcie i konstrukcji; lekkie do umiarkowanych w dobrze zbudowanych zwykłych konstrukcjach; znaczne szkody w źle zbudowanych lub źle zaprojektowanych konstrukcjach; niektóre kominy uszkodzone.
8. Szkody nieznaczne w specjalnie zaprojektowanych konstrukcjach; znaczne szkody w zwykłych znacznych budynkach z częściowym zawaleniem. Duże zniszczenia w źle zbudowanych obiektach. Upadek kominów, kominów fabrycznych, kolumn, pomników, murów. Ciężkie meble przewrócone.
9. Uszkodzenia znaczne w specjalnie zaprojektowanych konstrukcjach; dobrze zaprojektowane konstrukcje ramowe wyrzucone z pionu. Duże zniszczenia w budynkach o dużej powierzchni, z częściowym zawaleniem. Budynki przesunięte z fundamentów.
10. Niektóre dobrze zbudowane konstrukcje drewniane zniszczone; większość konstrukcji murowanych i szkieletowych zniszczona wraz z fundamentami. Szyny wygięte.
11. Niewiele, jeśli w ogóle, konstrukcji (murowanych) pozostało na miejscu. Mosty zniszczone. Szyny mocno wygięte.
12. Uszkodzenia całkowite. Linie wzroku i poziom są zniekształcone. Przedmioty wyrzucone w powietrze.

Check Your Understanding

Odpowiedz na poniższe pytanie(a), aby sprawdzić, jak dobrze rozumiesz tematy poruszone w poprzedniej części. Ten krótki quiz nie wlicza się do oceny z zajęć i można go powtórzyć nieograniczoną liczbę razy.

Użyj tego quizu, aby sprawdzić swoje zrozumienie i zdecydować, czy (1) studiować dalej poprzednią sekcję, czy (2) przejść do następnej sekcji.

.