Erdbeben Magnituden

Vermessung des Großen

John Lund/Getty Images

In diesen Tagen passiert ein Erdbeben und es ist sofort in den Nachrichten, einschließlich seiner Stärke. Sofortige Erdbebenstärken scheinen eine ebenso routinemäßige Errungenschaft zu sein wie das Melden der Temperatur, aber sie sind das Ergebnis von Generationen wissenschaftlicher Arbeit.

Warum Erdbeben schwer zu messen sind

Erdbeben sind sehr schwer auf einer standardisierten Größenskala zu messen. Das Problem ist, als würde man eine Zahl für die Qualität eines Baseball-Pitchers finden. Sie können mit der Gewinn-Verlust-Bilanz des Pitchers beginnen, aber es gibt noch mehr Dinge zu beachten: Earned-Run-Average, Strikeouts und Walks, Langlebigkeit der Karriere und so weiter. Baseball-Statistiker basteln an Indizes, die diese Faktoren gewichten (weitere Informationen finden Sie im About Baseball Guide).

Erdbeben sind leicht so kompliziert wie Krüge. Sie sind schnell oder langsam. Manche sind sanft, andere gewalttätig. Sie sind sogar Rechtshänder oder Linkshänder. Sie sind unterschiedlich ausgerichtet – horizontal, vertikal oder dazwischen (vgl Fehler in Kürze ). Sie kommen in verschiedenen geologischen Umgebungen vor, tief innerhalb von Kontinenten oder draußen im Ozean. Doch irgendwie wollen wir eine einzige aussagekräftige Zahl für die Rangfolge der weltweiten Erdbeben. Das Ziel war schon immer, herauszufinden, wie viel Energie ein Beben insgesamt freisetzt, denn das sagt uns viel über die Dynamik des Erdinneren.

Richters Erste Skala

Der bahnbrechende Seismologe Charles Richter begann in den 1930er Jahren damit, alles zu vereinfachen, was ihm einfiel. Er wählte ein Standardinstrument, einen Wood-Anderson-Seismographen, verwendete nur Erdbeben in der Nähe in Südkalifornien und nahm nur ein Datenelement – ​​die Entfernung EIN in Millimetern, um die sich die Seismographennadel bewegt hat. Er berechnete einen einfachen Anpassungsfaktor B um Nah- und Fernbeben zu berücksichtigen, und das war die erste Richterskala mit lokaler Stärke M _L:

M _L= anmelden EIN + B

Eine grafische Version seiner Skala ist reproduziert auf der Caltech-Archivseite.

Das wirst du merken M _Lmisst wirklich die Größe von Erdbebenwellen, nicht die Gesamtenergie eines Erdbebens, aber es war ein Anfang. Diese Skala funktionierte ziemlich gut, soweit sie ging, was für kleine und mittelschwere Erdbeben in Südkalifornien galt. In den nächsten 20 Jahren erweiterten Richter und viele andere Forscher die Skala auf neuere Seismometer, verschiedene Regionen und verschiedene Arten seismischer Wellen.

Spätere 'Richter-Skalen'

Schon bald wurde Richters ursprüngliche Skala aufgegeben, aber die Öffentlichkeit und die Presse verwenden immer noch den Ausdruck „Richter-Größenordnung“. Früher dachten Seismologen daran, heute nicht mehr.

Heute können seismische Ereignisse anhand gemessen werden Körperwellen oder Oberflächenwellen (diese sind erklärt in Erdbeben in Kürze ). Die Formeln unterscheiden sich, ergeben aber für mittelschwere Erdbeben die gleichen Zahlen.

Größe der Körperwelle ist

m _b= Protokoll ( EIN / T ) + Q ( D , h )

wo EIN ist die Bodenbewegung (in Mikrometern), T ist die Periode der Welle (in Sekunden) und Q ( D , h ) ist ein Korrekturfaktor, der von der Entfernung zum Epizentrum des Bebens abhängt D (in Grad) und Schärfentiefe h (in Kilometern).

Größe der Oberflächenwelle ist

M _s= Protokoll ( EIN / T ) + 1,66 log D + 3.30

m _bverwendet relativ kurze seismische Wellen mit einer Periode von 1 Sekunde, sodass jede Bebenquelle, die größer als ein paar Wellenlängen ist, gleich aussieht. Das entspricht einer Magnitude von etwa 6,5. M _sverwendet 20-Sekunden-Wellen und kann mit größeren Quellen umgehen, sättigt aber auch um die Größe 8. Das ist für die meisten Zwecke in Ordnung, da die Größe 8 oder Großartig Ereignisse finden auf dem gesamten Planeten im Durchschnitt nur etwa einmal im Jahr statt. Aber innerhalb ihrer Grenzen sind diese beiden Skalen ein zuverlässiges Maß für die tatsächliche Energie, die Erdbeben freisetzen.

Das größte Erdbeben, dessen Magnitude wir kennen, ereignete sich am 22. Mai 1960 im Pazifik direkt vor Zentralchile. Damals wurde es mit Magnitude 8,5 angegeben, aber heute sagen wir, es sei 9,5 gewesen. Was in der Zwischenzeit geschah, war, dass Tom Hanks und Hiroo Kanamori 1979 eine bessere Magnitudenskala entwickelten.

Dies Moment Größe , M _in, basiert überhaupt nicht auf Seismometerwerten, sondern auf der bei einem Beben freigesetzten Gesamtenergie, dem seismischen Moment M_Ö (in Dyne-Zentimeter):

M _in= 2/3 log( M_Ö ) - 10.7

Diese Skala sättigt daher nicht. Die Momentengröße kann mit allem mithalten, was die Erde auf uns werfen kann. Die Formel für M _inist so, dass es unter Magnitude 8 passt M _sund unter Magnitude 6 passt es m _b, was nahe genug an Richters altem liegt M _L. Nennen Sie es also weiterhin die Richterskala, wenn Sie möchten – es ist die Skala, die Richter gemacht hätte, wenn er könnte.

Henry Spall vom U.S. Geological Survey interviewte Charles Richter 1980 über „seine“ Waage. Es macht munteres Lesen.

PS: Erdbeben auf der Erde können einfach nicht größer als etwa werden M _in= 9,5. Ein Gesteinsbrocken kann nur so viel Dehnungsenergie speichern, bevor es bricht, daher hängt die Stärke eines Bebens streng davon ab, wie viel Gestein – wie viele Kilometer Verwerfungslänge – auf einmal brechen kann. Der Chilegraben, wo sich das Beben von 1960 ereignete, ist die längste gerade Verwerfung der Welt. Die einzige Möglichkeit, mehr Energie zu bekommen, ist mit riesigen Erdrutschen oder Asteroideneinschläge .