Магнитуда землетрясения
Магнитуда землетрясения (от лат. magnitudo — важность, значительность, крупность, величие) — величина, отражающая энергию, выделившуюся при землетрясении в форме сейсмических волн. Изначально шкала магнитуды была предложена американским сейсмологом Чарльзом Рихтером в 1935 году, поэтому в обиходе значение магнитуды называют шкалой Рихтера[1].
Как измеряется магнитуда землетрясений?
Магнитуда — это условная величина, характеризующая общую энергию колебаний, вызванных землетрясением. Ее значения определяются на основе записей сейсмографов и измеряются по шкале Рихтера, предложенной американским сейсмологом Ч. Ф. Рихтером в 1935 году.
Увеличение магнитуды на единицу означает увеличение энергии в 100 раз. Например, при землетрясении с магнитудой 6 высвобождается в 100 раз больше энергии, чем при землетрясении с магнитудой 5, и в 10 000 раз больше, чем при магнитуде 4[2].
Шкала магнитуд
Существует несколько вариантов шкал магнитуд. Изначально была создана шкала Рихтера для близких землетрясений с расстоянием до эпицентра менее 600 км.
ML = lgAmax, где Amax — максимальная амплитуда колебаний в мкм по записи стандартного короткопериодного (T=0.8 с) сейсмографа на эпицентральном расстоянии 100 км.
Для удаленных землетрясений с эпицентральным расстоянием более 2000 км используется телесейсмическая магнитудная шкала (MS) для поверхностных волн с периодом T=18-22 секунды. Значение магнитуды определяется по формуле:
Ms = lg(A / T) 1.66 lg D 3.3, где A — амплитуда колебаний, T — период волны, а D — эпицентральное расстояние в градусах. Эта шкала магнитуд применима к поверхностным волнам[3].
Для глубоких толчков, которые не порождают поверхностные волны, Бено Гутенберг предложил унифицированную магнитуду для эпицентральных расстояний от 600 до 2000 км. Значение магнитуды определяется по амплитуде объемных волн (обычно продольных).
mb = lg(A / T) + Q(D,h), где A — амплитуда колебаний земли (в микрометрах), T — период волны (в секундах), и Q — поправка, зависящая от расстояния до эпицентра D и глубины очага землетрясения h.
Эти шкалы плохо работают для самых крупных землетрясений — при M ~ 8 наступает насыщение[4].
В настоящее время разработаны различные модификации шкал магнитуд, в которых учитываются разные типы волн (продольные, поперечные, поверхностные) и используется разная аппаратура для их регистрации. В странах СНГ применяется шкала магнитуд, основанная на поверхностных волнах. Согласно этой шкале, самое сильное зарегистрированное землетрясение имело магнитуду 8,9[5].
Шкала Рихтера
Шкала Рихтера содержит условные единицы (от 1 до 9,5):
| Магнитуда | Характеристики |
| 1-2 | Наиболее слабое землетрясение, которое может быть зарегистрировано с помощью приборов. |
| 2,5-3,5 | Колебания ощущаются людьми в районе эпицентра. |
| 4,0-4,5 | Вблизи эпицентра могут наблюдаться небольшие повреждения. |
| 5,0-6,0 | Наблюдаются умеренные разрушения. |
| 8,0-9,0 | Сильные разрушения, разлом в сотни километров.
На Земле не происходило землетрясений с магнитудой выше 9[2]. |
Надо отличать шкалу магнитуд от шкалы интенсивности землетрясения в баллах, которая оценивает влияние землетрясения на людей, объекты, сооружения и природу. При землетрясении первоначально определяется его магнитуда по сейсмограммам, а информация об интенсивности проявляется лишь после определенного времени, когда становятся известными его последствия[6].
Интенсивность землетрясений
Интенсивность и сила землетрясений определяются как в баллах, обозначающих меру разрушений, так и понятием магнитуды, отражающим объем высвобожденной энергии. В России применяется 12-балльная шкала интенсивности землетрясений MSK-64, разработанная С. В. Медведевым, В. Шпонхойером и В. Карником. Согласно этой шкале, интенсивность землетрясений классифицируется следующим образом:
- 1-3 балла — слабое;
- 4-5 баллов — ощутимое;
- 6-7 баллов — сильное (с разрушением ветхих построек);
- 8 баллов — разрушительное (с частичным разрушением прочных зданий и заводских труб);
- 9 баллов — опустошительное (с разрушением большинства зданий);
- 10 баллов — уничтожающее (с разрушением почти всех зданий, мостов, возникновением обвалов и оползней);
- 11 баллов — катастрофическое (с разрушением всех построек и изменением ландшафта);
- 12 баллов — губительные катастрофы (с полным разрушением и изменением рельефа местности на обширной площади)[7].
В разных странах применяются различные шкалы интенсивности. Например, в США используется шкала Меркалли, в странах Европейского союза — Европейская макросейсмическая шкала (EMS), а в Японии — шкала ЯМА (9-балльная шкала Японского метеорологического агентства)[2][8].
Интенсивность землетрясения на поверхности Земли и его площадь распространения зависят от множества факторов, включая характер очага, глубину его залегания, тип горных пород, наличие рыхлых отложений или скальных выступов, а также степень водонасыщения и другие[7].
Для определения эпицентра землетрясения, размеров очага и его глубины, а также закономерностей затухания интенсивности сотрясений с удалением от эпицентра используется карта изосейст. На ней отмечаются данные об интенсивности землетрясения, полученные из разных населенных пунктов, и соединяют точки с одинаковой интенсивностью линиями изосейст. Обычно реальные изосейсты имеют форму эллипсов, поскольку затухание интенсивности происходит быстрее в поперечном, чем в продольном направлении. Первая изосейста образует контур эпицентра и по ней определяются размеры очага.
Гомосейсты — линии, которые соединяют места, где одновременно были толчки.
Эпицентр — проекция гипоцентра на поверхность Земли.
Гипоцентр — центр землетрясения, или место, где оно произошло.
Очаг — область, где зародилось и произошло землетрясение.
Землетрясения классифицируются на неглубокие (с глубиной от 0 до 70 км), промежуточные (с глубиной от 70 до 300 км) и глубокие (более 300 км). Максимальная глубина очага может достигать 700 км.
Форшоки — это сотрясения земли, которые происходят перед основными толчками.
Афтершоки — это сотрясения земли, которые происходят после основных толчков.
Плейстосейсмическая область — это область, где землетрясение проявляет наибольшую разрушительную силу[5].
Шкала Канамори и сейсмический момент
В 1977 году сейсмолог Хиро Канамори из Калифорнийского технологического института предложил новый метод оценки интенсивности землетрясений, основанный на понятии сейсмического момента.
Сейсмический момент землетрясения определяется из соотношения: M0 = μSu, где
- μ — модуль сдвига горных пород, порядка 30 ГПа;
- S — площадь, на которой замечены геологические разломы;
- u — среднее смещение вдоль разломов.
В единицах СИ сейсмический момент измеряется — Па × м² × м = Н × м.
Магнитуда по Канамори определяется как: Mw = 2/3 (lgM0 — 16,1), где M0 — сейсмический момент, выраженный в дин × см (1 дина×см эквивалентна 1 эргу, или 10−7 Н×м). Шкала Канамори хорошо согласуется с более ранними шкалами при 3 < M < 7 и лучше подходит для оценки крупных землетрясений[9].
Частота землетрясений разной амплитуды
| Землетрясение | Магнитуда | Среднее число событий в год |
|---|---|---|
| Мега-событие | > или = 9.0 | 0.04? |
| Катастрофическое | 8.0 — 8.9 | 1 |
| Разрушительное | 7.0 — 7.9 | 17 |
| Сильное | 6.0 — 6.9 | 134 |
| Умеренное | 5.0 — 5.9 | 1319 |
| Слабое | 4.0 — 4.9 | около 13 тыс. |
| Незначительное | 3.0 — 3.9 | около 130 тыс. |
| Очень слабое | 2.0 — 2.9 | около 1300 тыс.[3]. |
Сейсмическая энергия, выбрасываемая во время ядерного взрыва мощностью в 1 мегатонну (1 мегатонна = 4,184·1015 Дж), соответствует землетрясению с магнитудой около 7[10].
Например, наиболее мощное известное землетрясение, случившееся в 1960 году в Чили, имело магнитуду 9,5, что эквивалентно энергии, равной 180 миллионам атомных бомб, сброшенных на Хиросиму[11].
В различных источниках можно встретить разную информацию: магнитуда наиболее сильного землетрясения составляла около 8,9-9,0. Вероятно, эти расхождения связаны с погрешностями в расчетах (погрешность в определении магнитуды может достигать 0,25)[12].
Литература
Левин Б. В., Сасорова Е. В., Борисов С. А., Борисов А. С. Оценка параметров слабых землетрясений и их сигналов // Вулканология и сейсмология. — 2010, № 3, - С. 60-70 — ISSN: 0203-0306
См. также
- 12-балльная сейсмическая шкала
- Шкала Японского метеорологического агентства
- Шкала Росси-Фореля
- Шкала Фудзиты
- Шкала Меркалли
Примечания
- ↑ Магнитуда Землетрясения. The Earthquakes – Live Quake Earth (19 октября 2018). Дата обращения: 13 октября 2023.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Слободян, Е. Как измеряется сила землетрясений?. АиФ (25 августа 2016). Дата обращения: 13 октября 2023.
- ↑ 3,0 3,1 Шкала магнитуд. ocean.phys.msu.ru. Дата обращения: 13 октября 2023.
- ↑ Примеры существующих шкал. Шкала Рихтера. Шкала Бофорта,шкала Мооса, шкалы в психометрии. Ноу «Интуит». Дата обращения: 13 октября 2023.
- ↑ 5,0 5,1 Интенсивность, магнитуда и энергия землетрясений.. studfile.net. Дата обращения: 13 октября 2023.
- ↑ Землетрясение магнитудой 8 произошло у берегов Мексики. Сетевое издание «Смотрим» (8 сентября 2017). Дата обращения: 13 октября 2023.
- ↑ 7,0 7,1 Короновский Н. В. Общая геология. — Москва: КДУ, 2012. — С. 259—261. — 552 с. — ISBN 978-5 98227 825 8.
- ↑ Землетрясения. Универсальная научно-популярная энциклопедия Кругосвет. Дата обращения: 13 октября 2023.
- ↑ Сейсмический момент и шкала Канамори. studopedia.su (31 августа 2015). Дата обращения: 13 октября 2023.
- ↑ Интенсивность и магнитуда землетрясения. studfile.net. Дата обращения: 13 октября 2023.
- ↑ Магнитуда и балльная шкала интенсивности землетрясения. Коммерсантъ: последние новости России и мира (30 сентября 2020). Дата обращения: 13 октября 2023.
- ↑ Сёмин, П. Магнитуда и бальность землетрясений. Ураловед — портал знатоков и любителей Урала (1 сентября 2011). Дата обращения: 13 октября 2023.
Ссылки
Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!