Магнитуда землетрясения

Шкала Рихтера содержит условные единицы (от 1 до 9,5) — магнитуды, которые вычисляются по колебаниям, регистрируемым сейсмографом. Эту шкалу часто путают со шкалой интенсивности землетрясения в баллах (по 7 или 12-балльной системе), которая основана на внешних проявлениях подземного толчка (воздействие на людей, предметы, строения, природные объекты). Когда происходит землетрясение, то сначала становится известной именно его магнитуда, которая определяется по сейсмограммам, а не интенсивность, которая выясняется только спустя некоторое время, после получения информации о последствиях.

Правильное употребление: «землетрясение магнитудой 6,0».

Прежнее неправильное употребление: «землетрясение силой 6 баллов по шкале Рихтера».

Неправильное употребление: «землетрясение магнитудой 6 баллов», «землетрясение силой в 6 магнитуд по шкале Рихтера»^[1][2].

Рихтер предложил для оценки силы землетрясения (в его эпицентре) десятичный логарифм перемещения A (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда — Андерсона, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра: ${\displaystyle M_{L}=\lg A+f,}$ где f — корректирующая функция, вычисляемая по таблице в зависимости от расстояния до эпицентра. Энергия землетрясения примерно пропорциональна ${\displaystyle A^{3/2},}$ то есть увеличение магнитуды на 1,0 соответствует увеличению амплитуды колебаний в 10 раз и увеличению энергии примерно в 32 раза.

Эта шкала имела несколько существенных недостатков:

• Рихтер использовал для градуировки своей шкалы малые и средние землетрясения южной Калифорнии, характеризующиеся малой глубиной очага.
• Из-за ограничений используемой аппаратуры шкала Рихтера была ограничена значением около 6,8.
• Предложенный способ измерения учитывал только поверхностные волны, в то время как при глубинных землетрясениях существенная часть энергии выделяется в форме объёмных волн.

В течение следующих нескольких десятков лет шкала Рихтера уточнялась и приводилась в соответствие с новыми наблюдениями. Сейчас существует несколько производных шкал, самыми важными из которых являются:

Магнитуда объёмных волн

${\displaystyle m_{b}=\lg(A/T)+Q(D,h),}$

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.

Магнитуда поверхностных волн

${\displaystyle M_{s}=\lg(A/T)+1{,}66\lg D+3{,}30.}$

Эти шкалы плохо работают для самых крупных землетрясений — при M ~ 8 наступает насыщение.

В 1977^[3] году сейсмолог Хиро Канамори из Калифорнийского технологического института предложил принципиально иную оценку интенсивности землетрясений, основанную на понятии сейсмического момента.

Сейсмический момент землетрясения определяется как

${\displaystyle M_{0}=\mu Su,}$

где

μ — модуль сдвига горных пород, порядка 30 ГПа,

S — площадь, на которой замечены геологические разломы,

u — среднее смещение вдоль разломов.

Таким образом, в единицах СИ сейсмический момент имеет размерность Па⋅м²⋅м = Н⋅м.

Магнитуда по Канамори определяется как^[4]

${\displaystyle M_{W}={\frac {2}{3}}(\lg M_{0}-9{,}1),}$

где M₀ — сейсмический момент, выраженный в Н⋅м.

Шкала Канамори хорошо согласуется с более ранними шкалами при ${\displaystyle 3<M<7}$ и лучше подходит для оценки крупных землетрясений.

В каком-то смысле различные способы измерения магнитуды землетрясений являются приближениями к «идеальной» энергетической шкале:

${\displaystyle M={\frac {2}{3}}(\lg E-4{,}8),}$

где E — энергия землетрясения в джоулях.

Сейсмическая энергия, выделяемая при подземном ядерном взрыве мощностью в 1 мегатонну (4,184·10¹⁵ Дж), эквивалентна землетрясению с магнитудой около 6^[5]. Стоит заметить, что даже при подземном ядерном взрыве с наибольшим сейсмическим действием, когда ядерный заряд помещён в достаточно компактную горную выработку на большой глубине в твёрдых породах (камуфлетный взрыв), только небольшая часть общей энергии взрыва (порядка процента) преобразуется в регистрируемые сейсмические колебания. Эта доля ещё меньше при наземном и особенно воздушном ядерном взрыве. Изменение энерговыделения при ядерном взрыве в 1000 раз при прочих равных условиях изменяет магнитуду на две единицы; так, например, подземный взрыв с энерговыделением в 1 кт эквивалентен землетрясению с магнитудой около 4^[5][6].

За год на Земле происходит примерно:

• 1 землетрясение с магнитудой 8,0 и выше;
• 10 — с магнитудой 7,0—7,9;
• 100 — с магнитудой 6,0—6,9;
• 1000 — с магнитудой 5,0—5,9.

Сильнейшее зарегистрированное землетрясение в истории современных наблюдений произошло в Чили в 1960 году, его магнитуда по шкале Канамори составляла 9,5.