Шкали Сейсмічних Магнітуд

Вони відрізняються від шкал інтенсивності сейсмічної активності, які класифікують інтенсивність або серйозність струсу землі (струсу), викликаного землетрусом у певному місці. Магнітуди зазвичай визначаються на основі вимірювань сейсмічних хвиль землетрусу, записаних на сейсмограмі. Шкали магнітуд залежать від того, який аспект сейсмічних хвиль вимірюється та як вони вимірюються. Різні шкали магнітуд необхідні через відмінності у землетрусах, доступну інформацію та цілі, для яких використовуються магнітуди.

 

Земна кора напружена тектонічними силами. Коли ця напруга стає достатньо великою, щоб розірвати кору або подолати тертя, яке перешкоджає прослизанню одного блоку кори повз інший, вивільняється енергія, частина якої у формі різних видів сейсмічних хвиль, які викликають тремтіння землі, або землетрус.

 

Землетрус випромінює енергію у формі різних типів сейсмічних хвиль, характеристики яких відображають природу як розриву, так і земної кори, через яку проходять хвилі. Визначення магнітуди землетрусу зазвичай передбачає ідентифікацію конкретних типів цих хвиль на сейсмограмі, а потім вимірювання однієї або кількох характеристик хвилі, таких як її час, орієнтація, амплітуда, частота або тривалість. Додаткові коригування вносяться для відстані, типу земної кори та характеристик сейсмографа, який записав сейсмограму.

Шкала магнітуд «Ріхтера».

Перша шкала для вимірювання магнітуд землетрусів, розроблена в 1935 році Чарльзом Ф. Ріхтером і відома як «шкала Ріхтера», насправді єLocal magnitude scale, позначка ML або M _L.. Ріхтер встановив дві особливості, які тепер є загальними для всіх шкал величин.

1. По-перше, шкала є логарифмічною, так що кожна одиниця представляє десятикратне збільшення амплітуди сейсмічних хвиль. Оскільки енергія хвилі пропорційна A^1,5, де A позначає амплітуду, кожна одиниця величини представляє 10 ^1,5≈32-кратне збільшення сейсмічної енергії (сили) землетрусу.
2. По-друге, Ріхтер довільно визначив нульовою точкою шкали місце землетрусу на відстані 100 км робить максимальне горизонтальне зміщення 0,001 міліметрів (1 мкм або 0,00004 в.) на сейсмограмі, записаній сейсмометром Вуда—Андерсона^[pt]. Подальші шкали магнітуд відкалібровані так, щоб приблизно відповідати оригінальній шкалі «Ріхтера» (місцевій) приблизно до 6.

Усі «локальні» (ML) магнітуди базуються на максимальній амплітуді коливань ґрунту без розрізнення різних сейсмічних хвиль. Вони недооцінюють силу:

• віддалених землетрусів (понад ~600 км) через ослаблення S-хвиль,
• глибоких землетрусів, оскільки поверхневі хвилі менші, і
• сильних землетрусів (понад М ~7), тому що вони не враховують тривалість поштовхів.

Оригінальна шкала Ріхтера, розроблена в геологічному контексті Південної Каліфорнії та Невади, пізніше виявилася неточною для землетрусів у центральній та східній частинах континенту (усюди на схід від Скелястих гір) через відмінності в континентальній корі. Усі ці проблеми спонукали до розробки інших масштабів.

Інші «локальні» шкали величин

Оригінальна «місцева» шкала Ріхтера була адаптована для інших місцевостей. Вони можуть бути позначені «ML» або малими літерами «l», або Ml, або _Ml. (Не плутати з російською шкалою MLH поверхневих хвиль.) Чи можна порівняти значення, залежить від того, чи були адекватно визначені місцеві умови та чи відповідним чином скоригована формула.

Шкала магнітуд Японського метеорологічного агентства

В Японії для мілководдя (глибина < 60 км) землетруси в межах 600 км, Японське метеорологічне агентство розраховує величину, позначену як MJMA, M_JMA або M_J. (Це не слід плутати з моментними величинами, які обчислює JMA, які позначаються M _w (JMA) або M ^(JMA), ані зі шкалою інтенсивності Шіндо). Величини JMA базуються (як типово для місцевих масштабів) на максимальній амплітуді руху ґрунту; вони «досить добре» узгоджуються з магнітудою сейсмічного моменту M в діапазоні від 4,5 до 7,5, але недооцінюють більші величини.

Шкали величини об'ємних хвиль

Об'ємні хвилі складаються з P-хвиль, які надходять першими (див. сейсмограму), або S-хвиль, або відбитків будь-якої з них. Об'ємні хвилі проходять через камінь безпосередньо.

Шкала mB

Оригінальна «величина об'ємної хвилі» — mB або m _B (велика буква «B») — була розроблена Gutenberg (1945b, 1945c) і Gutenberg та Richter, (1956), щоб подолати обмеження відстані та величини M масштаб, властивий використанню поверхневих хвиль. mB базується на P- і S-хвилях, виміряних протягом більш тривалого періоду, і не насичується приблизно до M 8. Однак він не чутливий до подій, менших ніж M 5,5. Використання mB початкове визначення було значною мірою залишено, тепер замінено стандартизованим mB масштаб.

Шкала мб

Шкала mb або m _b (маленькі букви «m» і «b») подібна до B, але використовує лише P-хвилі, виміряні в перші кілька секунд на певній моделі короткоперіодичного сейсмографа. Він був представлений у 1960-х роках із створенням Всесвітньої стандартизованої мережі сейсмографів (WWSSN); короткий період покращує виявлення менших подій і краще розрізняє тектонічні землетруси та підземні ядерні вибухи.

Шкала mb _Lg

 

Регіональна шкала mb _Lg — також позначається як mb_Lg, mbLg, MLg (USGS), Mn і m_N — була розроблена Nuttli, (1973) для проблеми, з якою оригінальна шкала M _L не могла впоратися: уся Північна Америка на схід від Рокі Гори. Шкала M _L була розроблена в південній Каліфорнії, яка лежить на блоках океанічної кори, як правило, базальтових або осадових порід, які були нарощені на континенті. На схід від Скелястих гір континент являє собою кратон, товстий і в основному стабільний масив континентальної кори, яка в основному складається з граніту, більш твердої породи з різними сейсмічними характеристиками. У цій області шкала M _L дає аномальні результати для землетрусів, які за іншими показниками здавалися еквівалентними землетрусам у Каліфорнії.

Шкали магнітуд поверхневих хвиль

Поверхневі хвилі поширюються вздовж поверхні Землі і є переважно хвилями Релея або хвилями Лява. При неглибоких землетрусах поверхневі хвилі несуть більшу частину енергії землетрусу і є найбільш руйнівними. Більш глибокі землетруси, маючи меншу взаємодію з поверхнею, викликають слабші поверхневі хвилі.

Шкала магнітуди поверхневої хвилі, яка по-різному позначається як Ms, M_S і M_s, базується на процедурі, розробленій Бено Гутенбергом у 1942 році для вимірювання неглибоких землетрусів, сильніших або більш віддалених, ніж могла впоратися оригінальна шкала Ріхтера. Примітно, що він виміряв амплітуду поверхневих хвиль (які зазвичай виробляють найбільшу амплітуду) протягом «приблизно 20 секунд». M масштаб приблизно відповідає M при ~6, потім розходиться на половину величини. Редакція Nuttli, (1983), іноді позначена як M_Sn, вимірює лише хвилі першої секунди.

Шкали величини моменту та величини енергії

Інші шкали магнітуд базуються на аспектах сейсмічних хвиль, які лише опосередковано й неповно відображають силу землетрусу, залучають інші фактори та, як правило, обмежені в певному відношенні величини, глибини вогнища або відстані. Шкала зоряної величини моменту — Mw або M_w — розроблена Kanamori, (1977) і Hanks та Kanamori, (1979), базується на сейсмічному моменті землетрусу, M₀, мірі того, яку роботу виконує землетрус під час ковзання однієї ділянки скелі повз іншу ділянку скелі. Сейсмічний момент вимірюється в ньютон-метрах (Нм або N·m) у системі вимірювання СІ або в дин-сантиметрах (дин-см; 1 dyn-cm = 10⁻⁷ Nm) у старішій системі CGS. У найпростішому випадку момент можна розрахувати, знаючи лише величину ковзання, площу поверхні, яка розірвана або ковзає, і коефіцієнт опору або тертя. Ці фактори можна оцінити для існуючого розлому, щоб визначити магнітуду минулих землетрусів або те, що можна очікувати в майбутньому.

Шкала класу енергоспоживання (К -клас).

K (від російського слова класс, «клас», у значенні категорії) — міра магнітуди землетрусу в енергетичному класі або системі K-класу, розроблена в 1955 році радянськими сейсмологами у віддаленому Гармі (Таджикистан) регіон Середньої Азії; у переглянутому вигляді він все ще використовується для локальних і регіональних землетрусів у багатьох державах, які раніше входили до Радянського Союзу (включаючи Кубу). Базуючись на сейсмічній енергії (K = log E _S, у Джоулях), труднощі в його реалізації за допомогою тогочасної технології призвели до перегляду в 1958 та 1960 роках. Адаптація до місцевих умов призвела до різних регіональних шкал K, таких як K_F і K_S.

Шкали магнітуд цунамі

Землетруси, які викликають цунамі, зазвичай розриваються відносно повільно, надаючи більше енергії за триваліші періоди (нижчі частоти), ніж зазвичай використовуються для вимірювання магнітуд. Будь-який перекіс у спектральному розподілі може призвести до більших або менших цунамі, ніж очікувалося для номінальної величини. Шкала магнітуди цунамі, M _t, базується на кореляції Кацуюкі Абе сейсмічного моменту землетрусу (M) з амплітудою хвиль цунамі, виміряною мареографами. Кореляція, яка спочатку була призначена для оцінки магнітуди історичних землетрусів, коли немає сейсмічних даних, але є дані про припливи, кореляцію можна змінити, щоб передбачити висоту припливу на основі магнітуди землетрусу. (Не плутати з висотою припливної хвилі або набігом, що є ефектом інтенсивності, що контролюється місцевою топографією.) За умов низького рівня шуму хвилі цунамі становлять лише 5 см можна передбачити, що відповідає землетрусу магнітудою ~6,5.

Шкали тривалості та величини Coda

M _d позначає різні шкали, які оцінюють величину за тривалістю або довжиною деякої частини сейсмічної серії хвиль. Це особливо корисно для вимірювання місцевих або регіональних землетрусів, як потужних землетрусів, які можуть завищити шкалу сейсмометра (проблема з аналоговими інструментами, які раніше використовувалися), і запобігти вимірюванню максимальної амплітуди хвилі, так і слабких землетрусів, максимальна амплітуда яких не точно виміряно. Навіть для віддалених землетрусів вимірювання тривалості поштовхів (а також амплітуди) забезпечує кращу оцінку загальної енергії землетрусу. Вимірювання тривалості включено в деякі сучасні шкали, такі як M і mB.

Макросейсмічні шкали магнітуд

Шкали магнітуд, як правило, базуються на інструментальних вимірюваннях деяких аспектів сейсмічної хвилі, записаних на сейсмограмі. Якщо таких записів немає, магнітуди можна оцінити зі звітів про макросейсмічні події, наприклад, описані за допомогою шкал інтенсивності.

Інші шкали величин

Було розроблено або запропоновано багато шкал магнітуди землетрусів, причому деякі з них ніколи не отримали широкого визнання і залишалися лише неясними посиланнями в історичних каталогах землетрусів. Інші шкали використовувалися без певної назви, їх часто називають «методом Сміта (1965)» (або подібною мовою), причому автори часто переглядають свій метод. Крім того, сейсмологічні мережі відрізняються за тим, як вони вимірюють сейсмограми. Якщо деталі того, як було визначено величину, невідомі, каталоги вказуватимуть масштаб як невідомий (по-різному Unk, Ukn або UK). У таких випадках величина вважається загальною та приблизною.

• Перспектива: графічне порівняння виділення енергії землетрусу — Тихоокеанський центр попередження про цунамі
• USGS ShakeMap Надає карти руху ґрунту та інтенсивності поштовхів у майже реальному часі після значних землетрусів.