Vad mäter man Jordskalv Med? Mäta Jordbävningar

Två olika synpunkter ligger till grund för de viktigaste mätningarna relaterade till jordbävningar: magnitud och intensitet. För forskare är en jordbävning en händelse inne på jorden. För oss andra är det en extraordinär rörelse av marken. Magnitude mäter det förra, medan intensiteten mäter det senare.

Innehållsförteckning

Vad är magnitud?

Magnitud beskriver den totala storleken på en jordbävning som en händelse i jorden. Magnitud representerar den totala energi som jordbävningen utstrålar, och beräknas med hjälp av information om hur stort ett område rör sig, avståndet som ena sidan av förkastningen rör sig förbi den andra och styvheten hos berget.

Den internationella standarden för att mäta jordbävningens magnitud kallas momentmagnitudskalan och formulerades av Caltechs seismolog Hiroo Kanamori med alumnen Thomas Hanks.

Caltechs Charles Richter konceptualiserade magnitud. Han utvecklade en metod för att numeriskt rapportera jordbävningarnas relativa storlek innan jordbävningens magnitud kunde mätas direkt. Han beskrev den första magnitudskalan, som kom att kallas Richterskalan, i en tidning publicerad 1935.

Vad är intensitet?

Intensitet beskriver hur kraftig skakningen är på en given plats. På många platser i världen beskrivs intensitetsvärden med romerska siffror från I (knappt märkbart) till X (utbredd förstörelse), med hjälp av den modifierade Mercalli-intensitetsskalan.

Denna definition av intensitet kräver en subjektiv bedömning av en observatör. Till exempel, om skakningen är stark nog att väcka de flesta människor, kommer intensiteten att tilldelas en nivå av V. Idag kan forskare också mäta instrumentell intensitet direkt, beräkna och tilldela intensiteter baserat på registrerade markskakningar på olika platser.

Medan en jordbävning bara har en magnitud, minskar dess intensitetsnivåer med avståndet från epicentrum. Vågorna blir mindre när de färdas bort från centrum. Tänk på en glödlampa: Den har en watt, men ljusstyrkan som energin producerar minskar med avståndet när ljuset sprids ut.

Intensiteten kan också variera beroende på geologi. Jordbävningar kan producera mindre eller större vågor när de möter olika jordar och där berggrunden är nära ytan eller begravd djupt under sediment.

Hur mäts magnituden?

Storleken uppskattas med hjälp av data från flera seismogram. Uppskattningar görs genom att beräkna den totala energin från brottområdet gånger den genomsnittliga rörelsen på förkastningen. Dessa faktorer kan rekonstrueras från seismogram eller mätas direkt i fält av geologer, vilket gör momentmagnitudskalan till den första baserad på mätbara fysiska faktorer.

Seismiska nätverk upptäcker markrörelse och registrerar det som seismogram. De mest tillförlitliga uppgifterna kommer från känsliga seismometrar installerade under marken. Dessa instrument känner av och mäter vibrationer i jorden runt dem och registrerar amplituden av dessa vibrationer över tiden som vågiga eller taggiga linjer av seismogram.

Hur mäts intensitet?

För att skapa kartor över instrumentell intensitet analyserar forskare seismometerinspelningar av markrörelser. Accelerationsmått används för att fastställa intensiteter upp till VI, medan hastigheten används för att definiera gränserna mellan högre intensitetsnivåer.

Kvalitativa intensitetsmått baseras på redovisningar från personer och observationer av skador i områden som drabbats av ett skalv. Informationen från medborgare hjälper seismologer att bättre förstå sambandet mellan upplevd intensitet, skada och markrörelse.

Människor har alltid försökt att kvantifiera storleken på och skadorna som orsakats av jordbävningar. Sedan början av 1900-talet har det funnits tre metoder. Vilka är styrkorna och svagheterna hos var och en?

Mercalli intensitetsskala. Jordbävningar beskrivs i termer av vad närboende kände och de skador som åsamkades närliggande strukturer.

Richters magnitudskala. Denna skala, som utvecklades 1935 av Charles Richter, använder en seismometer för att mäta storleken på den största energistöten som frigörs av en jordbävning.

Moment magnitud skala. Mäter den totala energi som frigörs av en jordbävning. Momentstorleken beräknas från arean av förkastningen som är bruten och sträckan marken rörde sig längs förkastningen.

Richterskalan och momentmagnitudskalan är logaritmiska.
Amplituden för den största vågen ökar tio gånger från ett heltal till nästa.
En ökning med ett heltal betyder att trettio gånger mer energi frigjordes.
Dessa två vågar ger ofta mycket likartade mått.

Med Richterskalan mäter ett enda skarpt ryck högre än en mycket lång intensiv jordbävning som frigör mer energi. Momentstorleksskalan återspeglar mer exakt den energi som frigörs och den skada som orsakats. De flesta seismologer använder nu momentmagnitudskalan.

Intensitet

Intensiteten av en jordbävning är ett sätt att beskriva graden av markrörelse på en specifik plats under en specifik händelse. Två former av intensitet används – objektiv och subjektiv intensitet.

Objektiv intensitet

Objektiv intensitet (kallas ibland instrumentell intensitet) är ett kvantitativt mått på hur starkt jordbävningens energi manifesterar sig på marken. Den är baserad på seismiska data som samlats in av instrument inom jordbävningszonen.

Objektiv intensitet mäts vanligen med användning av toppmarkacceleration (PGA) eller toppmarkhastighet (PGV), även om andra mått, såsom varaktighet, också används.

Toppmarkacceleration, som är ett mått på jordbävningsskakningar på marken, kan uttryckas i vertikala (PVA) och horisontella (PHA) komponenter. Det används i stor utsträckning av ingenjörer för att uttrycka intensiteten av markskakning en byggnad måste utformas för att tåla utan kollaps.

Subjektiv intensitet

Subjektiv intensitet (kallas ibland observerad intensitet) är ett kvalitativt mått på hur starkt jordbävningens energi manifesterar sig på marken. Den är baserad på jordbävningens observerbara effekter på människor, byggnader och andra föremål på olika avstånd från epicentret. Effekterna blir vanligtvis mindre uttalade ju längre observatören befinner sig från jordbävningen, även om lokala geologiska och topografiska effekter kan orsaka lokal förstoring. Därför kan måttet på filtintensitet variera kraftigt över det drabbade området, med höga intensiteter nära epicentrum och lägre värden längre bort.

Richterskalan

Magnitud är ett mått på mängden energi som frigörs under en jordbävning, och du har förmodligen hört nyhetsrapporter om jordbävningsstorlekar som mäts med hjälp av Richterskalan. Något i stil med, ”En jordbävning med magnituden 7,3 drabbade Japan idag. Har du någonsin undrat varför, om det är så viktigt, de bara inte berättar för dig direkt?

Richterskalan uppfanns, logiskt nog, på 1930-talet av Dr Charles Richter, en seismolog vid California Institute of Technology. Det är ett mått på den största seismiska vågen som registrerats på en viss typ av seismograf som ligger 100 kilometer från jordbävningens epicentrum.

Tänk på en seismograf som en sorts känslig pendel som registrerar jordens skakningar. Utdata från en seismograf är känd som ett seismogram. I de tidiga dagarna producerades seismogram med hjälp av bläckpennor på papper eller ljusstrålar på fotografiskt papper, men nu görs det oftast digitalt med hjälp av datorer. Seismografen som Dr Richter använde förstärkte rörelserna med en faktor på 3000, så vågorna på seismogrammen var mycket större än de som faktiskt inträffade i jorden. Epicentrum för en jordbävning är punkten på jordens yta direkt ovanför källan, eller fokus, för rörelsen som orsakar skalvet.

Dr Richter studerade rekord från många jordbävningar i södra Kalifornien och insåg att vissa jordbävningar skapade mycket små vågor medan andra producerade stora vågor. Så, för att göra det lättare att jämföra storleken på vågorna han registrerade, använde Richter logaritmerna för våghöjderna på seismogram mätt i mikron (1/1 000 000 av en meter, eller 1/1 000:e av en millimeter). Kom ihåg att du måste använda en speciell typ av seismograf som ligger 100 km från epicentret när du gör mätningen; annars måste alla möjliga komplicerade beräkningar göras. Det är därför seismologer spenderar så många år på college!

En våg på en millimeter (1000 mikron) hög på ett seismogram skulle ha en magnitud på 3 eftersom 1000 är tio upphöjt till tredje potens. Däremot skulle en tio millimeter hög våg ha en magnitud på 4. Av skäl som vi inte kommer att gå in på, motsvarar en faktor på 10 förändring av våghöjden en faktor på 32 förändring i mängden energi som frigörs under jordbävningen . Med andra ord skulle en jordbävning på magnituden 7 producera seismogramvågor 10 x 10 = 100 gånger så höga och frigöra energi 32 x 32 = 1024 gånger så stor som en jordbävning på magnituden 5.

Richterskalan är öppen, vilket innebär att det inte finns någon gräns för hur liten eller stor en jordbävning kan vara. På grund av logaritmernas natur är det till och med möjligt att ha jordbävningar med negativa magnituder, även om de är så små att människor aldrig skulle känna av dem.

I andra änden av spektrumet borde det aldrig förekomma en jordbävning mycket över magnituden 9 på jorden, helt enkelt för att det skulle kräva ett fel större än något annat på planeten. Den största jordbävningen som någonsin registrerats på jorden var en magnitud på 9,5 som inträffade i Chile 1960, följt av långfredagens jordbävning 1964 i Alaska (magnitud 9,2), en jordbävning på magnituden 9,1 i Alaska 1957 och en jordbävning på magnituden 9,0 i Ryssland under 1952. Två stora jordbävningar, ett med magnituden 9,0 och ett med magnituden 8,2, inträffade den 26 december 2004 respektive 28 mars 2005 längs samma förkastningszon utanför Sumatras kust, Indonesien.

Listan över riktigt stora jordbävningar i föregående stycke tar upp en annan intressant punkt. Fem jordbävningar med magnitud 9 eller högre har registrerats under de senaste 45 åren, vilket i genomsnitt uppgår till ett varje årtionde.

Det visar sig att jordbävningar tycks följa vad som kallas en kraftlagsfördelning, vilket betyder att om det i snitt förekommer en jordbävning på magnituden 9 vart tionde år någonstans i världen, så borde det i genomsnitt inträffa en jordbävning på magnituden 8 varje år, 10 jordbävningar på magnituden 7 varje år och 100 skalv på magnituden 6 varje år.

Så om någon ”förutspår” att en jordbävning på magnitud 6 kommer att inträffa någonstans i världen under nästa vecka, bli inte alltför imponerad om det händer eftersom slumpmässig sannolikhet säger oss att det borde finnas en jordbävning på magnitud 6 någonstans i världen varje 365/100 = 3,65 dagar! I verkligheten är saker och ting lite mer komplicerade. Men ni förstår idén.

Mercalli skala

Vad gjorde folk innan Richterskalan uppfanns? Till viss del samma saker som vi gör idag. De observerade intensiteten eller effekterna av en jordbävning på olika platser. Medan omfattningen av en jordbävning är ett enda tal oavsett var den känns, kommer intensiteten att variera från plats till plats.

I allmänhet kommer intensiteten att vara mycket större nära epicentrum än på stora avstånd från epicentrum. Denna minskning av intensiteten med avståndet kallas dämpning. Föreställ dig det så här: Om jag tappar en sten i en vattenpöl, liknar skillnaden mellan magnitud och intensitet skillnaden mellan plaskhöjden exakt där jag tappar stenen och höjden på vågorna över hela poolen.

Jordbävningsintensiteten mäts oftast med den modifierade Mercalli-skalan, som uppfanns av den italienske geologen Giuseppi Mercalli 1902 och använder romerska siffror från I till XII. I USA använder man den modifierade Mercalli-skalan, som justerades för att ta hänsyn till skillnader i byggnader mellan Italien och södra Kalifornien.

En jordbävningsintensitet på I känns i allmänhet inte, och en intensitet på XII representerar total förstörelse av byggnader. Vissa typer av geologiska avlagringar, framför allt vattenmättad lera, förstärker seismiska vågor och kan producera intensiteter mycket större än de för närliggande områden som ligger under berggrunden. Efter en jordbävning kan seismologer alltså intervjua människor och göra kartor som visar intensiteten av en jordbävning i olika områden för att bättre förstå inverkan av berg eller jordtyp på seismiska vågor.