11.3: Вимірювання землетрусів
- Page ID
- 36272
Існує два основних способи вимірювання землетрусів. Перший з них - це оцінка виділеної енергії, а величина іменується величиною. Це число, яке зазвичай використовується пресою, коли відбувається великий землетрус. Його часто називають «величиною Ріхтера», але це неправильно, і це має бути просто «величина». Існує багато способів вимірювання величини, включаючи метод Чарльза Ріхтера, розроблений в 1935 році, але всі вони є способами оцінити однакову кількість, яка пропорційна кількості виділеної енергії.
Інший спосіб оцінки впливу землетрусу полягає в оцінці того, що відчували люди і скільки шкоди було завдано. Це відоме як інтенсивність. Значення інтенсивності призначаються місцям, а не самому землетрусу, і тому інтенсивність може варіюватися в широких межах, залежно від близькості до землетрусу та типів матеріалів під ними та місцевих умов.
магнітудою землетрусу
Перш ніж ми детальніше розглянемо величину, нам потрібно переглянути те, що ми знаємо про хвилі тіла, і подивитися на поверхневі хвилі. Тілесні хвилі бувають двох типів: хвилі P, або первинні або компресійні хвилі (наприклад, стиснення котушок пружини), і хвилі S, або вторинні або зсувні хвилі (наприклад, клацання мотузки). Приклад записів сейсмічних хвиль P і S наведено на рис\(\PageIndex{1}\). Позначено критичні параметри для вимірювання величини, включаючи часовий інтервал між приходом P- та S-хвиль, який використовується для визначення відстані від землетрусу до сейсмічної станції, та амплітуду S-хвиль, яка використовується для оцінки величини землетрус.
Коли тілесні хвилі (P або S) досягають поверхні Землі, частина їх енергії перетворюється на поверхневі хвилі, з яких існує два основних типи, як показано на малюнку\(\PageIndex{2}\). Релейські хвилі характеризуються вертикальним рухом поверхні землі, подібно хвилям на воді, тоді як хвилі Любові характеризуються горизонтальним рухом. І хвилі Релея, і Любові приблизно на 10% повільніші, ніж S-хвилі (тому вони прибувають пізніше на сейсмічну станцію). Поверхневі хвилі зазвичай мають більшу амплітуду, ніж хвилі тіла, і вони завдають більшої шкоди.
Іншими важливими термінами для опису землетрусів є гіпоцентр (або фокус) та епіцентр. Гіпоцентр - це фактичне місце індивідуального землетрусного удару на глибині в землі, а епіцентр - точка на поверхні землі вертикально над гіпоцентром (рис.\(\PageIndex{3}\)).
Ряд методів оцінки величини наведено в таблиці 11.1. Локальна магнітуда (ML) широко використовувалася до кінця 20 століття, але магнітуда моменту (МВт) зараз частіше використовується, оскільки вона дає більш точні оцінки (особливо при великих землетрусах) і може застосовуватися до землетрусів на будь-якій відстані від сейсмометра. Магнітуди поверхневих хвиль також можуть бути застосовані для вимірювання далеких великих землетрусів.
Через збільшення розмірів міст у сейсмонебезпечних районах (наприклад, Китай, Японія, Каліфорнія) та зростаючу складність інфраструктури стає важливим мати дуже швидкі попередження та оцінки величини землетрусів, які вже відбулися. Цього можна досягти за допомогою даних P-хвиль для визначення величини, оскільки P-хвилі надходять спочатку на сейсмічні станції, у багатьох випадках на кілька секунд попереду більш шкідливих S-хвиль та поверхневих хвиль. Оператори електричних мереж, трубопроводів, поїздів та іншої інфраструктури можуть використовувати інформацію для автоматичного відключення систем, щоб обмежити пошкодження та жертви.
| [Пропустити таблицю] | |||
| Тип | M Діапазон | Дист. Діапазон | Коментарі |
|---|---|---|---|
| Місцевий або Ріхтер (M L) | Від 2 до 6 | Від 0 до 400 кілометрів | Початкове співвідношення величини, визначене в 1935 році Ріхтером і Гутенбергом. Він заснований на максимальній амплітуді S-хвиль, записаних на торсіонному сейсмографі Вуда Андерсона. Значення ML можна розрахувати, використовуючи дані сучасних приладів. L розшифровується як місцевий, оскільки це стосується лише землетрусів відносно близько до сейсмічної станції. |
| Момент (M W) | Більше 3,5 | Всі | Виходячи з сейсмічного моменту землетрусу, який дорівнює середній величині зсуву на час розлому ділянки, який проскочив. Його також можна оцінити за сейсмічними даними, якщо сейсмометр налаштований на виявлення довгоперіодних тілесних хвиль. |
| Поверхнева хвиля (M S) | Від 5 до 8 | Від 20 до 180° | Величина далеких землетрусів на основі амплітуди поверхневих хвиль, виміряних за період близько 20 секунд. |
| P-хвиля | Від 2 до 8 | Місцевий | Виходячи з амплітуди Р-хвиль. Ця техніка все частіше використовується для надання дуже швидких оцінок величини, щоб ранні попередження можна було надсилати комунальним та транспортним операторам, щоб вимкнути обладнання до прибуття більших (але повільніших) S-хвиль та поверхневих хвиль. |
Використовуйте цей інструмент розрахунку величини моменту для оцінки величини моменту на основі приблизних значень довжини, ширини та зміщення, наведених у наступній таблиці:
| [Пропустити таблицю] | ||||
| Довжина (кілометри) | Ширина (кілометри) | Водотоннажність (метри) | Землетрус | МВТ? |
|---|---|---|---|---|
| 60 | 15 | 4 | Землетрус на острові Ванкувер 1946 | |
| 0.4 | 0.2 | 5. | Невеликий землетрус на острові Ванкувер, показаний на малюнку\(\PageIndex{1}\) | |
| 20 | 8 | 4 | Землетрус 2001 року Nisqually описаний у вправі 11.3 | |
| 1 100 | 120 | 10 | Землетрус в Індійському океані 2004 року | |
| 30 | 11 | 4 | Землетрус на Гаїті 2010 | |
Найбільший зафіксований землетрус мав магнітуду 9,5. Чи може бути 10? Ви можете відповісти на це питання, використовуючи цей інструмент. Подивіться, які цифри потрібні, щоб зробити МВт = 10. Чи розумні вони?
Див Додаток 3 для вправ 11.2 відповіді.
Шкала магнітуди логарифмічна; насправді кількість енергії, що виділяється землетрусом М4, в 32 рази вище, ніж виділяється одним з М3, і це співвідношення стосується всіх інтервалів в шкалі. Якщо ми присвоїмо довільний рівень енергії 1 одиниці землетрусу M1, енергія для землетрусів до М8 буде такою, як показано на наступній таблиці:
| Величина | Енергія |
|---|---|
| 1 | 1 |
| 2 | 32 |
| 3 | 1 024 |
| 4 | 32 768 |
| 5 | 1 048 576 |
| 6 | 33 554 432 |
| 7 | 1 073 741 824 |
| 8 | 34 359 738 368 |
У будь-який даний рік, коли на Землі є великий землетрус (M8 або M9), кількість енергії, що виділяється цією подією, швидше за все, перевищить енергію, що виділяється всіма меншими подіями землетрусу разом узяті.
Інтенсивність землетрусу
Інтенсивність струшування землетрусу в будь-якому місці визначається не тільки величиною землетрусу і його відстанню, але і типом підстилає породи або неконсолідованих матеріалів. Якщо будівлі присутні, важливі також розміри і тип будівель (і притаманні їм природні вібрації).
Шкали інтенсивності були вперше використані в кінці 19 століття, а потім адаптовані на початку 20 століття Джузеппе Меркаллі і модифіковані пізніше іншими, щоб сформувати те, що ми знаємо, називають модифікованою шкалою інтенсивності Меркаллі (таблиця 11.4). Оцінки інтенсивності важливі, оскільки вони дозволяють характеризувати частини будь-якого регіону на райони, які особливо схильні до сильного струшування порівняно з тими, які не є. Ключовим фактором у цьому плані є характер підстилаючих геологічних матеріалів, і чим вони слабкіші, тим більша ймовірність того, що відбудеться сильне струшування. Райони, що лежать під сильною твердою породою, як правило, відчувають набагато менше струшування, ніж ті, що лежать під неконсолідованими річковими або озерними відкладеннями.
| [Пропустити таблицю] | |
| Рівень інтенсивності | Опис |
|---|---|
| Не відчувається (1) | Не відчувається, за винятком дуже небагатьох в особливо сприятливих умовах |
| Слабкий (2) | Відчувається лише декількома особами в спокої, особливо на верхніх поверхах будівель |
| Слабкий (3) | Досить помітно відчувається особами в приміщенні, особливо на верхніх поверхах будівель; багато людей не визнають це землетрусом; стоячі легкові автомобілі можуть трохи розгойдуватися; вібрації, схожі на проїзд вантажівки; тривалість оцінюється |
| Світло (4) | Відчувається в приміщенні багатьма, на відкритому повітрі мало вдень; вночі деякі прокинулися; посуд, вікна, двері порушені; стіни видають розтріскування; відчуття, як важка вантажівка вражає будівлю; стоячи автомобільні автомобілі помітно розгойдувалися |
| Помірний (5) | Відчувається майже всіма; багато хто прокинувся; якийсь посуд, вікна розбиті; нестійкі предмети перекинуті; маятникові годинники можуть зупинитися |
| Міцний (6) | Відчувається всіма, багато злякалися; деякі важкі меблі переїхали; кілька екземплярів випала штукатурка; пошкодження незначні |
| Дуже сильний (7) | Пошкодження незначні в будинках хорошого проектування та будівництва; незначні до помірні в добре побудованих звичайних конструкціях; значні пошкодження в погано побудованих або погано спроектованих конструкціях; деякі димоходи зламані |
| Важкий (8) | Пошкодження незначні в спеціально спроектованих конструкціях; значні пошкодження в звичайних істотних будинках з частковим обваленням; великі пошкодження в погано побудованих конструкціях; падіння димоходів, заводських штабелів, колон, пам'ятників, стін; важкі меблі перекинута |
| Насильницький (9) | Пошкодження значні в спеціально спроектованих конструкціях; добре спроектовані каркасні конструкції, викинуті з схилу; великі пошкодження в значних будинках, з частковим обваленням; будівлі зрушені з фундаментів |
| Екстрім (10) | Деякі добре побудовані дерев'яні споруди зруйновані; більшість кам'яних і каркасних конструкцій зруйновані фундаментами; рейки гнуті |
| Екстрім (11) | Мало, якщо такі є (кладка), споруди залишаються стоячими; мости зруйновані; широкі тріщини в землі; підземні трубопроводи повністю вийшли з ладу; земляні спади і земля ковзає в м'якому грунті; рейки сильно зігнуті |
| Екстрім (12) | Пошкодження загальна; хвилі, помічені на поверхнях землі; лінії зору та рівень спотворені; предмети, викинуті вгору в повітря |
Прикладом цього ефекту є землетрус M8 1985 року, який вразив регіон Мічоакан на заході Мексики, на південний захід від Мехіко. У районі навколо епіцентру було відносно мало пошкоджень, але в густонаселеному Мехіко близько 350 кілометрів від епіцентру було завдано величезних збитків і близько 5000 смертей. Ключовою причиною цього є те, що Мехіко був побудований значною мірою на неконсолідованому і насиченому водою осаду колишнього озера Тескоко. Ці опади резонують з частотою близько двох секунд, що було схоже на частоту тілесних хвиль, що досягли міста. З тієї ж причини, що потужний оперний співак може розбити фужер, співаючи потрібну ноту, амплітуда сейсмічних хвиль посилювалася озерними відкладеннями. Вцілілі після катастрофи розповіли, що земля в деяких районах рухалася вгору і вниз приблизно на 20 сантиметрів кожні дві секунди протягом більше двох хвилин. Пошкодження було найбільшим для будівель заввишки від 5 до 15 поверхів, оскільки вони також резонували приблизно за дві секунди, що посилювало тремтіння.
Наступні спостереження були зроблені жителями району Нанаймо під час землетрусу M6.8 Nisqually поблизу Олімпії, штат Вашингтон в 2001 році. Оцініть інтенсивності Меркаллі за допомогою таблиці 11.4.
| [Пропустити таблицю] | |||||
| Тип будівлі | Поверх | Струшування Повсть | Як довго це тривало (в секундах) | Опис руху | Інтенсивність? |
|---|---|---|---|---|---|
| Будинок | 1 | ні | 10 | Чути великий гул тривалістю не навіть 10 секунд, дзеркало розгойдувалося | |
| Будинок | 2 | помірний | 60 | Свічки, картинки і компакт-диски на книжковій полиці пересувалися, рушники впали з стелажів | |
| Будинок | 1 | ні | Горщики, що висять над плитою, перемістилися і розби | ||
| Будинок | 1 | слабкі | Відчуття прокатки з раптовою зупинкою, картина відвалилася мантія, стілець перемістився | ||
| Квартира | 1 | слабкі | 10 | Звучав як великий вантажівка, тоді все трясло на короткий проміжок часу. | |
| Будинок | 1 | помірний | 20-30 | Чайні чашки гриміли, але не відвалилися | |
| Установа | 2 | помірний | 15 | Скрипучі звуки, хитання руху стелажів | |
| Будинок | 1 | помірний | 15-30 | Ліжко стукає об стіну зі мною в ній, собака гавкає агресивно | |
Див Додаток 3 для вправ 11.3 відповіді.
Карта інтенсивності землетрусу на острові Ванкувер 1946 M7.3 показана на малюнку\(\PageIndex{4}\). Інтенсивність була найбільшою в центральному острівному регіоні, де в деяких громадах димоходи були пошкоджені на більш ніж 75% будівель, деякі дороги були зроблені непрохідними, і стався великий гірський скель. Землетрус відчувався як далеко на північ, як Принц Руперт, на південь, як Портленд Орегон, і як далеко на схід, як Скелясті гори.
Описи зображень
Опис\(\PageIndex{1}\) зображення на малюнку: P-хвилі та S-хвилі від невеликого (M4) землетрусу поблизу острова Ванкувер в 1997 році. P-хвиля прибула за 0, 7 секунди з амплітудою від негативних 0, 7 міліметра в секунду до 1, 1 міліметра в секунду і тривалістю до приходу S-хвилі. S-хвиля прибула на 8, 7 секунди, з мінімальною амплітудою негативної 2, 8 міліметра в секунду та максимальною амплітудою 2, 7 міліметра в секунду. Чиста амплітуда S-хвилі поступово зменшувалася протягом наступних 5 секунд. [Повернутися до малюнка\(\PageIndex{1}\)]
Опис\(\PageIndex{4}\) зображення на малюнку: Градуйована інтенсивність землетрусу на острові Ванкувер 1945 M7.3 на основі модифікованої шкали інтенсивності Меркаллі. Територія, що оточує епіцентр землетрусу, який включав центральний острів Ванкувер, коливалася між дуже сильною (7) і важкою (8) інтенсивністю. Наступне кільце включало північну та південну частини острова Ванкувер, а також частину головного сухопутного узбережжя, включаючи Ванкувер та більшу частину Сонячного узбережжя сильної (6) інтенсивності. Наступне кільце, яке досягло помірної (5) інтенсивності, включало Сіетл і більшу частину інтер'єру BC. Зовнішнє кільце варіювалося між не відчувається (1) та інтенсивністю світла (4). Це відчувалося так далеко на північ, як принц Руперт і південний край Хайди Гваї, південний схід до нашої ери, і аж на південь, як північно-західний Орегон. [Повернутися до малюнка\(\PageIndex{4}\)]
Атрибуції ЗМІ
- Малюнок\(\PageIndex{1}\): © Стівен Ерл. КУБ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{2}\) (ліворуч): «Хвиля Релея». Адаптовано Стівеном Ерлом. Публічне надбання.
- Малюнок\(\PageIndex{2}\) (праворуч): «Хвиля любові» © Нікогуаро. Адаптовано Стівеном Ерлом. КУБ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{3}\): © Стівен Ерл. КУБ ПО.
- Малюнок\(\PageIndex{4}\): «Острів Ванкувер, Британська Колумбія 23 червня 1946 р. - Величина 7.3,» © Національні ресурси Канади. Використовується на умовах, що дозволяють некомерційне відтворення. Ця репродукція є копією офіційного твору, який публікується урядом Канади. Це відтворення не було вироблено у зв'язку з урядом Канади або за його схвалення.
Текстові атрибуції
- Таблиця 11.4: Модифікована шкала інтенсивності Меркаллі © Вікіпедія. Адаптовано Стівеном Ерлом. КУБ.СМ ПО-СА.
- Таблиця 11.1 Стівена Ерла. س