这些天来,发生了地震,并立即发布了新闻,包括地震的规模。即时地震烈度似乎是报告温度的常规成就,但它们却是几代人科学工作的成果。
为什么地震很难衡量
以标准尺寸衡量地震非常困难。问题就像为棒球投手的质量找到一个数字一样。您可以从投手的输球纪录开始,但还有更多需要考虑的因素:平均得分,三振出局和步行,职业生涯长寿等等。棒球统计人员会修改权衡这些因素的索引(有关多信息,请访问关于棒球指南)。
地震和投手一样容易。它们是快还是慢。有些是温柔的,有些是暴力的。他们甚至是右撇子或左撇子。它们以不同的方式定向-水平,垂直或介于两者之间(请参见“壳中的故障”)。它们发生在不同的地质环境中,位于大陆深处或海洋深处。但无论如何,我们想要一个有意义的数字来对世界地震进行排名。目标一直是弄清楚地震释放的能量总量,因为这告诉我们有关地球内部动力学的深刻信息。
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里希特的尺度
地震学家查尔斯·里希特(Charles Richter)是一位开创性的科学家,他从1930年代开始就简化了他能想到的一切。他选择了一种标准仪器,即伍德安德森地震仪,仅使用了南加州附近的地震,并且仅采集了一项数据-地震仪针移动的距离A(以毫米为单位)。他制定了一个简单的调整因子B来考虑近震和远震,这是当地震级M L的个里氏标度:
M L =日志A + B
在Caltech档案网站上复制 了他的秤的图形版本。
你会发现,中号大号真的测量地震波,不是地震的总能量的大小,但它是一个开始。这个标尺在南加州的中小地震范围内一直运作良好。在接下来的20年中,Richter和其他许多工作人员将范围扩展到了新的地震仪,不同地区和不同种类的地震波。
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后来的“里氏秤”
很快,里希特的原始规模就被放弃了,但公众和新闻界仍然使用“里希特震级”这一短语。地震学家曾经介意过,但现在已经没有了。
如今,地震事件可能是基于体波或表面波来测量的(这些内容在“壳中的地震”中进行了解释)。公式不同,但对于中等地震,它们得出的数字相同。
体波幅度为
m b = log(A / T)+ Q(D,h)
其中A是地面运动(以微米为单位),T是波的周期(以秒为单位),Q(D,h)是一个校正因子,其取决于与地震震中中心的距离D(以度为单位)和焦深h(以公里为单位)。
面波幅度为
M s = log(A / T)+ 1.66 log D + 3.30
m b使用相对较短的地震波,周期为1秒,因此每个大于几个波长的地震源看起来都是相同的。这相当于大约6.5的大小。中号小号使用20秒的波浪,并能处理更大的来源,但它也围绕大小8饱和这对大多数的目的确定,因为幅度-8或重大活动每年一次的平均发生大约只有整个地球。但是在它们的范围之内,这两个尺度是地震释放的实际能量的可靠量度。
我们知道的大地震级别是1960年,5月22日在智利中部附近的太平洋。当时的地震级别是8.5级,但今天我们说是9.5级。与此同时,汤姆·汉克斯(Tom Hanks)和金森博夫(Hiroo Kanamori)在1979年提出了更好的量表。
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这矩震级,中号W¯¯,不是基于在所有地震仪的读数,但在一次地震释放的总能量,地震矩中号Ø(达因-厘米):
M w = 2/3 log(M o)-10.7
因此,该比例不会饱和。矩量级可以与地球向我们投射的任何事物相匹配。对于式中号瓦特是,使得低于8级它匹配中号小号和下面6级它匹配米b,这是足够接近Richter的老中号大号。因此,如果愿意,可以继续称其为Richter比例尺-如果他愿意的话,这就是Richter会做出的比例尺。
美国地质调查局的亨利·斯帕尔(Henry Spall)于1980年就其“规模”采访了查尔斯·里希特(Charles Richter),它使阅读生动。
PS:地球上的地震根本无法比周围大中号w ^ = 9.5。一块岩石在破裂之前只能存储那么多的应变能,因此地震的大小严格取决于一次可以破裂多少块岩石(断层长度为几公里)。1960年地震发生的智利海沟是世界上长的直断层。获得更多能量的方法是巨大的山体滑坡或小行星撞击。