Jordskalvstorlekar

Idag inträffar en jordbävning och direkt är det på nyheterna, inklusive dess storlek. Omedelbara jordbävningsstorlekar verkar lika rutinmässigt som en prestation som att rapportera temperaturen, men de är frukten av generationer av vetenskapligt arbete.

Varför jordbävningar är svåra att mäta

Jordbävningar är mycket svåra att mäta på en standardstorlek. Problemet är som att hitta ett nummer för kvaliteten på en baseballkanna. Du kan börja med pitcherens vinst-förlustrekord, men det finns fler saker att tänka på: medeltal för vinnande, strikeouts och promenader, livslängd i karriär och så vidare. Baseballstatistiker tänker på index som väger dessa faktorer (för mer, besök About Baseball Guide).

Jordbävningar är lätt lika komplicerade som kannor. De är snabba eller långsamma. Vissa är skonsamma, andra är våldsamma. De är till och med högerhänt eller vänsterhänt. De är orienterade på olika sätt horisontella, vertikala eller däremellan (se Fel i ett nötskal). De förekommer i olika geologiska miljöer, djupt inne i kontinenter eller ute i havet. Men på något sätt vill vi ha ett enda meningsfullt antal för att ranka världens jordbävningar. Målet har alltid varit att räkna ut den totala mängden energi som en jordbävning släpper, för det berättar djupa saker om dynamiken i jordens inre.

Richter's First Scale

Den banbrytande seismologen Charles Richter började på 1930-talet genom att förenkla allt han kunde tänka på. Han valde ett standardinstrument, en Wood-Anderson-seismograf, använde endast närliggande jordbävningar i södra Kalifornien och tog bara en bit data - avståndet EN i millimeter som seismografnålen rörde sig. Han arbetade upp en enkel justeringsfaktor B för att möjliggöra nära mot avlägsna jordbävningar, och det var den första Richter-skalan med lokal storlek M_L:

M_L = logg EN + B

En grafisk version av hans skala återges på Caltechs arkivsida.

Du kommer att märka det M_L mäter verkligen storleken på jordbävningsvågor, inte jordbävningens totala energi, men det var en början. Denna skala fungerade ganska bra så långt den gick, vilket var för små och måttliga jordbävningar i södra Kalifornien. Under de kommande 20 åren utvidgade Richter och många andra arbetare skalan till nyare seismometrar, olika regioner och olika slags seismiska vågor.

Senare "Richter Scales"

Snart övergavs Richters ursprungliga skala, men allmänheten och pressen använder fortfarande frasen "Richter magnitude." Seismologer brukade tänka på, men inte längre.

Idag kan seismiska händelser mätas baserat på kroppsvågor eller ytvågor (dessa förklaras i jordbävningar i ett nötskal). Formlerna skiljer sig åt men de ger samma antal för måttliga jordbävningar.

Kroppsvågsstorlek är

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

var EN är markrörelsen (i mikron), T är vågens period (i sekunder), och Q(D,h) är en korrigeringsfaktor som beror på avståndet till jordbävningens centrum D (i grader) och fokusdjup h (i kilometer).

Ytvågstorlek är

M_s = logg (EN/T) + 1,66 loggD + 3,30

m_b använder relativt korta seismiska vågor med en sekundersperiod, så för alla jordbävningskällor som är större än några våglängder ser desamma ut. Det motsvarar en storlek på cirka 6,5. M_s använder vågor på 20 sekunder och kan hantera större källor, men det mättas för runt storlek 8. Det är OK för de flesta ändamål eftersom magnitude-8 eller bra händelser inträffar bara ungefär en gång per år i genomsnitt för hela planeten. Men inom sina gränser är dessa två skalor en pålitlig mätare av den faktiska energin som jordbävningar släpper ut.