Jordskjelvstørrelser

Måler den store

John Lund / Getty Images

I disse dager skjer et jordskjelv, og med en gang er det på nyhetene, inkludert omfanget. Umiddelbare jordskjelvstyrker virker like rutinemessig en prestasjon som å rapportere temperaturen, men de er frukten av generasjoner med vitenskapelig arbeid.

Hvorfor jordskjelv er vanskelig å måle

Jordskjelv er svært vanskelig å måle på en standard størrelsesskala. Problemet er som å finne ett tall for kvaliteten på en baseball pitcher. Du kan starte med pitcherens vinn-tap-rekord, men det er flere ting å vurdere: gjennomsnittlig løp, strikeouts og gange, lang levetid i karrieren og så videre. Baseballstatistikere tuller med indekser som veier disse faktorene (for mer, besøk About Baseball Guide).

Jordskjelv er lett like kompliserte som mugger. De er raske eller trege. Noen er milde, andre er voldelige. De er til og med høyrehendte eller venstrehendte. De er orientert på forskjellige måter - horisontalt, vertikalt eller midt i mellom (se Feil i et nøtteskall ). De forekommer i forskjellige geologiske omgivelser, dypt inne i kontinenter eller ute i havet. Likevel vil vi på en eller annen måte ha et enkelt meningsfullt tall for å rangere verdens jordskjelv. Målet har alltid vært å finne ut den totale mengden energi et jordskjelv frigjør, fordi det forteller oss dype ting om dynamikken i jordens indre.

Richters første skala

Den banebrytende seismologen Charles Richter startet på 1930-tallet med å forenkle alt han kunne tenke seg. Han valgte ett standardinstrument, en Wood-Anderson seismograf, brukte bare jordskjelv i nærheten i Sør-California, og tok bare ett stykke data - avstanden EN i millimeter at seismografnålen beveget seg. Han jobbet opp en enkel justeringsfaktor B for å gi rom for nær versus fjernt skjelv, og det var den første Richter-skalaen av lokal størrelse M _L:

M _L= logg EN + B

En grafisk versjon av skalaen hans er gjengitt på Caltechs arkivside.

Det vil du merke M _Lmåler virkelig størrelsen på jordskjelvbølger, ikke et jordskjelvs totale energi, men det var en start. Denne skalaen fungerte ganske bra så langt den rakk, som var for små og moderate jordskjelv i Sør-California. I løpet av de neste 20 årene utvidet Richter og mange andre arbeidere skalaen til nyere seismometre, forskjellige regioner og forskjellige typer seismiske bølger.

Senere 'Richter Scales'

Snart ble Richters originale skala forlatt, men offentligheten og pressen bruker fortsatt uttrykket 'Richter magnitude.' Seismologer pleide å tenke på det, men ikke lenger.

I dag kan seismiske hendelser måles basert på kroppsbølger eller overflatebølger (disse er forklart i Jordskjelv i et nøtteskall ). Formlene er forskjellige, men de gir de samme tallene for moderate jordskjelv.

Kroppsbølgestørrelse er

m _b= logg( EN / T ) + Q ( D , h )

hvor EN er bakkebevegelsen (i mikron), T er bølgens periode (i sekunder), og Q ( D , h ) er en korreksjonsfaktor som avhenger av avstanden til skjelvets episenter D (i grader) og brennvidde h (i kilometer).

Overflatebølgestørrelse er

M _s= logg( EN / T ) + 1,66 log D + 3.30

m _bbruker relativt korte seismiske bølger med en 1-sekunds periode, så for den ser hver skjelvkilde som er større enn noen få bølgelengder like ut. Det tilsvarer en styrke på rundt 6,5. M _sbruker 20-sekunders bølger og kan håndtere større kilder, men den metter også rundt styrke 8. Det er OK for de fleste formål fordi styrke-8 eller flott hendelser skjer bare omtrent en gang i året i gjennomsnitt for hele planeten. Men innenfor sine grenser er disse to skalaene en pålitelig målestokk for den faktiske energien som jordskjelv frigjør.

Det største jordskjelvet vi kjenner til var i 1960, i Stillehavet rett utenfor det sentrale Chile 22. mai. Den gang ble det sagt å være på 8,5, men i dag sier vi at det var 9,5. Det som skjedde i mellomtiden var at Tom Hanks og Hiroo Kanamori kom opp med en bedre størrelsesskala i 1979.

Dette øyeblikksstørrelse , M _i, er ikke basert på seismometeravlesninger i det hele tatt, men på den totale energien som frigjøres i et skjelv, det seismiske øyeblikket M_O (i dyn-centimeter):

M _i= 2/3 logg( M_O ) - 10.7

Denne skalaen metter derfor ikke. Øyeblikksstørrelsen kan matche alt jorden kan kaste mot oss. Formelen for M _ier slik at under styrke 8 stemmer det overens M _sog under styrke 6 stemmer det overens m _b, som er nær nok Richters gamle M _L. Så fortsett å kalle det Richter-skalaen hvis du vil – det er skalaen Richter ville ha laget hvis han kunne.

Henry Spall fra U.S. Geological Survey intervjuet Charles Richter i 1980 om 'hans' skala. Det gir livlig lesning.

PS: Jordskjelv på jorden kan rett og slett ikke bli større enn rundt M _i= 9,5. Et steinstykke kan bare lagre så mye belastningsenergi før det sprekker, så størrelsen på et skjelv avhenger strengt tatt av hvor mye stein – hvor mange kilometer forkastningslengde – som kan briste på en gang. Chile-graven, der skjelvet i 1960 fant sted, er den lengste rette forkastningen i verden. Den eneste måten å få mer energi på er med gigantiske skred eller asteroide nedslag .