مقياس ريختر

مقياس ريختر ^{[ 1 ]} ( يُلفظ / ˈrɪktər / )، ويُسمى أيضًا مقياس ريختر للقوة ، ومقياس غوتنبرغ -ريختر ، [ ^{2 ] هو} مقياس لقوة الزلازل ، طوّره تشارلز ريختر بالتعاون مع بينو غوتنبرغ ، وعُرض في بحث ريختر الرائد عام 1935، حيث أطلق عليه اسم "مقياس القوة". ^{[ 3 ]} وقد نُقّح هذا المقياس لاحقًا وأُعيد تسميته إلى مقياس القوة المحلي ، ويُرمز ^له بـ ML أو ML _. ^{[ 4} ]

نظراً للعديد من أوجه القصور في مقياس ML الأصلي ، تستخدم معظم الهيئات الرسوبية الآن مقاييس أخرى مشابهة _، مثل مقياس العزم الزلزالي ( Mw ₎ ، للإبلاغ عن مقادير الزلازل، إلا أن الكثير من وسائل الإعلام لا تزال تشير إليها خطأً باسم مقادير "ريختر". تحتفظ جميع مقاييس المقادير بالطابع اللوغاريتمي للمقياس الأصلي، ويتم تعديلها لتكون لها قيم عددية متقاربة (عادةً في منتصف المقياس). ونظراً لاختلاف الزلازل، من الضروري فهم أن مقياس ريختر يستخدم اللوغاريتمات العشرية ببساطة لتسهيل القياسات (أي أن زلزالاً بقوة 3 درجات يُعامل بـ 10³ ^، بينما زلزالاً بقوة 5 درجات يُعامل بـ ^10⁵، وتكون قراءات مقياس الزلازل له أكبر بمئة مرة). ^{[ 5 ]}

يُحدد مقدار الزلزال على مقياس ريختر من لوغاريتم سعة الموجات المسجلة بواسطة أجهزة قياس الزلازل. وتُجرى تعديلات للتعويض عن التباين في المسافة بين أجهزة قياس الزلازل المختلفة ومركز الزلزال . الصيغة الأصلية هي: ^{[ 6 ]}

$${\displaystyle M_{\mathrm {L} }=\log _{10}A-\log _{10}A_{\mathrm {0} }(\delta )=\log _{10}[A/A_{\mathrm {0} }(\delta )],\ }$$

حيث A هي أقصى انحراف لجهاز قياس الزلازل من نوع وود-أندرسون ، وتعتمد الدالة التجريبية A ₀ فقط على المسافة البؤرية للمحطة،${\displaystyle \delta }$. عملياً، يتم حساب متوسط ​​القراءات من جميع محطات الرصد بعد تعديلها بتصحيحات خاصة بكل محطة للحصول على قيمة M _L. ^{[ 6 ]}

بسبب الأساس اللوغاريتمي للمقياس، فإن كل زيادة بمقدار عدد صحيح في القيمة المطلقة تمثل زيادة عشرة أضعاف في السعة المقاسة. أما من حيث الطاقة، فإن كل زيادة بمقدار عدد صحيح تقابل زيادة تقارب 31.6 ضعف كمية الطاقة المنبعثة، وكل زيادة بمقدار 0.2 تقابل تقريبًا مضاعفة الطاقة المنبعثة.

تُعتبر الأحداث التي تزيد قوتها عن 4.5 درجة قوية بما يكفي لتسجيلها بواسطة جهاز قياس الزلازل في أي مكان في العالم، طالما أن أجهزة الاستشعار الخاصة به ليست موجودة في منطقة ظل الزلزال . ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

يصف ما يلي التأثيرات النموذجية للزلازل ذات المقادير المختلفة بالقرب من مركز الزلزال. ^{[ 10 ]} القيم نموذجية وقد لا تكون دقيقة في حدث مستقبلي لأن شدة الزلزال وتأثيراته الأرضية لا تعتمد فقط على المقدار ولكن أيضًا على (1) المسافة إلى مركز الزلزال، (2) عمق بؤرة الزلزال تحت مركز الزلزال، (3) موقع مركز الزلزال، و(4) الظروف الجيولوجية .

( استنادًا إلى وثائق هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. ) ^{[ 14 ]}

تعتمد شدة الزلزال وعدد القتلى على عدة عوامل (عمق الزلزال، وموقع مركز الزلزال، وكثافة السكان، على سبيل المثال لا الحصر) ويمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا.

تحدث ملايين الزلازل الصغيرة سنويًا في جميع أنحاء العالم، أي ما يعادل مئات الزلازل كل ساعة يوميًا. ^{[ 15 ]} في المقابل، تحدث الزلازل التي تبلغ قوتها 8.0 درجات أو أكثر مرة واحدة سنويًا في المتوسط. ^{[ 15 ]} وكان أكبر زلزال مسجل هو زلزال تشيلي الكبير في 22 مايو 1960، والذي بلغت قوته 9.5 درجات على مقياس العزم الزلزالي . ^{[ 16 ]}

اقترحت عالمة الزلازل سوزان هوف أن زلزالًا بقوة 10 درجات قد يمثل الحد الأقصى التقريبي لقدرة المناطق التكتونية للأرض، والذي قد ينتج عن تمزق أكبر حزام متصل معروف من الصدوع معًا (على طول ساحل المحيط الهادئ للأمريكتين). ^{[ 17 ]} ووجد بحثٌ أُجري في جامعة توهوكو باليابان أن زلزالًا بقوة 10 درجات ممكن نظريًا إذا تمزقت مجموعة من الصدوع بطول 3000 كيلومتر (1900 ميل) تمتد من خندق اليابان إلى خندق كوريل-كامتشاتكا ، وتحركت مسافة 60 مترًا (200 قدم) (أو إذا حدث تمزق مماثل واسع النطاق في مكان آخر). سيُسبب مثل هذا الزلزال اهتزازات أرضية لمدة تصل إلى ساعة، مع وصول موجات تسونامي إلى الشواطئ بينما لا تزال الأرض تهتز، وإذا حدث هذا النوع من الزلازل، فمن المرجح أن يكون حدثًا نادرًا يحدث مرة واحدة كل 10000 عام. ^{[ 18 ]}  

قبل تطوير مقياس الشدة الزلزالية، كان المقياس الوحيد لقوة الزلزال أو "حجمه" تقييمًا شخصيًا لشدة الاهتزازات المرصودة بالقرب من مركز الزلزال، مصنفةً وفقًا لمقاييس شدة الزلازل المختلفة ، مثل مقياس روسي-فوريل . (يُستخدم مصطلح "الحجم" هنا بمعنى كمية الطاقة المنبعثة، وليس حجم المنطقة المتأثرة بالاهتزاز، مع العلم أن الزلازل ذات الطاقة العالية تميل إلى التأثير على مساحة أوسع، اعتمادًا على التركيب الجيولوجي المحلي). في عام 1883، افترض جون ميلن أن اهتزازات الزلازل الكبيرة قد تولد موجات يمكن رصدها حول العالم، وفي عام 1899، رصد إي. فون ريبور باشفيتز في ألمانيا موجات زلزالية تُعزى إلى زلزال في طوكيو . ^{[ 19 ]} في عشرينيات القرن العشرين، طور هاري أو. وود وجون أ. أندرسون جهاز وود-أندرسون لقياس الزلازل ، وهو أحد أوائل الأجهزة العملية لتسجيل الموجات الزلزالية. ^{[ 20 ]} ثم أنشأ وود، تحت رعاية معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومعهد كارنيجي ، شبكة من أجهزة قياس الزلازل تمتد عبر جنوب كاليفورنيا . ^{[ 21 ]} كما استعان بالعالم الشاب غير المعروف آنذاك تشارلز ريختر لقياس مخططات الزلازل وتحديد مواقع الزلازل التي تولد الموجات الزلزالية. ^{[ 22 ]}

في عام ١٩٣١، أوضح كيو واداتي كيف قاس، لعدة زلازل قوية ضربت اليابان، سعة الاهتزازات المرصودة على مسافات مختلفة من مركز الزلزال. ثم رسم لوغاريتم السعة مقابل المسافة، ووجد سلسلة من المنحنيات التي أظهرت ارتباطًا تقريبيًا مع المقادير المقدرة للزلازل. ^{[ ٢٣ ]} تغلب ريختر على بعض الصعوبات المتعلقة بهذه الطريقة ^{[ ٢٤ ]} ، ثم، باستخدام البيانات التي جمعها زميله بينو غوتنبرغ ، أنتج منحنيات مماثلة، مؤكدًا إمكانية استخدامها لمقارنة المقادير النسبية للزلازل المختلفة. ^{[ ٢٥ ]}

تطلّب الأمر تطويرات إضافية للتوصل إلى طريقة عملية لتحديد مقياس مطلق للقدر الزلزالي. أولًا، لتغطية النطاق الواسع من القيم الممكنة، اعتمد ريختر اقتراح غوتنبرغ باستخدام مقياس لوغاريتمي ، حيث تمثل كل خطوة زيادة عشرة أضعاف في القدر، على غرار مقياس القدر الذي يستخدمه علماء الفلك لقياس سطوع النجوم . ^{[ 26 ]} ثانيًا، أراد أن يكون القدر الصفري قريبًا من الحد الأقصى للإدراك البشري. ^{[ 27 ]} ثالثًا، حدد جهاز وود-أندرسون لقياس الزلازل كأداة قياسية لإنتاج مخططات الزلازل. ثم عُرِّف القدر الزلزالي بأنه "لوغاريتم أقصى سعة للأثر، مُعبَّرًا عنها بالميكرونات "، مُقاسًا على مسافة 100 كيلومتر (62 ميلًا) . تمت معايرة المقياس بتعريف الصدمة ذات المقدار صفر بأنها تلك التي تُنتج (على مسافة 100 كيلومتر (62 ميلًا) ) سعة قصوى تبلغ 1 ميكرون (1 ميكرومتر، أو 0.001 مليمتر) على مخطط الزلازل المسجل بواسطة مقياس الزلازل الالتوائي من نوع وود-أندرسون. ^{[ 28 ]} أخيرًا، قام ريختر بحساب جدول تصحيحات المسافة، ^{[ 29 ]} حيث أنه بالنسبة للمسافات الأقل من 200 كيلومتر ^{[ 30 ]} يتأثر التوهين بشدة ببنية وخصائص الجيولوجيا الإقليمية. ^{[ 31 ]}       

عندما قدّم ريختر المقياس الناتج عام 1935، أطلق عليه (بناءً على اقتراح هاري وود) ببساطة اسم مقياس "الشدة". ^{[ 32 ]} ويبدو أن مصطلح "شدة ريختر" قد ظهر عندما صرّح بيري بايرلي للصحافة بأن المقياس من ابتكار ريختر و"ينبغي الإشارة إليه على هذا النحو". ^{[ 33 ]} وفي عام 1956، أطلق غوتنبرغ وريختر ، مع استمرارهما في الإشارة إلى "مقياس الشدة"، عليه اسم "الشدة المحلية"، بالرمز ML _، لتمييزه عن مقياسين آخرين كانا قد طوراهما، وهما _مقياس شدة الموجة السطحية ( MS ) ومقياس شدة الموجة الجسمية ( MB ₎ . ^{[ 4 ]}

تم تعريف مقياس ريختر عام 1935 لظروف وأجهزة محددة؛ تشير هذه الظروف إلى تعريفه لجنوب كاليفورنيا، و"يتضمن ضمنيًا خصائص امتصاص الصدمات في قشرة الأرض ووشاحها". ^{[ 34 ]} _{كانت الأجهزة المستخدمة آنذاك تُصاب بالتشبع عند وقوع زلازل قوية ،} ما يحول دون تسجيلها قيمًا عالية. استُبدل هذا المقياس في سبعينيات القرن الماضي بمقياس العزم الزلزالي (MMS، رمزه Mw )؛ وبالنسبة للزلازل التي تُقاس بدقة باستخدام مقياس ريختر، تكون القيم العددية متقاربة. مع أن القيم المقاسة للزلازل حاليًا هي Mw ، _إلا أن الصحافة غالبًا ما تنشرها كقيم ريختر، حتى بالنسبة للزلازل التي تتجاوز قوتها 8 درجات، حيث يفقد مقياس ريختر معناه.

يقيس مقياسا ريختر وMMS الطاقة المنبعثة من الزلزال؛ بينما يصنف مقياس ميركالي الزلازل حسب آثارها ، بدءًا من الزلازل التي يمكن رصدها بالأجهزة ولكن لا يمكن ملاحظتها، وصولًا إلى الزلازل الكارثية. ولا توجد بالضرورة علاقة قوية بين الطاقة والآثار؛ فقد يكون الزلزال الضحل في منطقة مأهولة بالسكان ذات تربة من أنواع معينة أشدّ تأثيرًا بكثير من الزلزال العميق ذي الطاقة العالية في منطقة معزولة.

وُصفت عدة مقاييس تاريخياً بأنها "مقياس ريختر"، لا سيما مقياس المقدار المحلي (ML ₎ ومقياس الموجة السطحية (MS ₎ . إضافةً إلى ذلك، استُخدم مقياس مقدار الموجة الجسمية ( MB ₎ ومقياس العزم الزلزالي ( Mw ₎ ، المختصر بـ MMS، على نطاق واسع لعقود. ويعمل علماء الزلازل حالياً على تطوير تقنيتين جديدتين لقياس المقدار الزلزالي.

صُممت جميع مقاييس الشدة الزلزالية لإعطاء نتائج متقاربة عدديًا. وقد تحقق هذا الهدف بنجاح بالنسبة لمقاييس M _L و M _s و M _w . ^{[ 35 ] [ 36 ]} أما مقياس M _b فيعطي قيمًا مختلفة نوعًا ما عن المقاييس الأخرى. ويعود سبب وجود طرق عديدة لقياس الشيء نفسه إلى ضرورة قياس سعات أنواع مختلفة من الموجات المرنة عند مسافات مختلفة، وأعماق بؤرية مختلفة، وأحجام زلزالية مختلفة.

يُستخدم مقياس العزم الزلزالي (ML ₎ لقياس معظم الزلازل التي تُبلغ عنها المراصد الزلزالية المحلية والإقليمية (عشرات الآلاف). أما بالنسبة للزلازل الكبيرة في جميع أنحاء العالم، فإن مقياس العزم الزلزالي (MMS) هو الأكثر شيوعًا، على الرغم من أن مقياس العزم الزلزالي ( M _s) يُستخدم أيضًا بشكل متكرر.

العزم الزلزالي ، M₀ _، يتناسب طرديًا مع مساحة الصدع مضروبة في متوسط ​​الانزلاق الذي حدث أثناء الزلزال، وبالتالي فهو يقيس الحجم الفيزيائي للحدث. _{يُشتق Mw} منه تجريبيًا ككمية مجردة من الوحدات، مصممة لتتوافق مع مقياس Mₛ . ^{[ 37 ]} يتطلب الحصول على M₀ تحليلًا طيفيًا _{. في المقابل ،} تُشتق المقادير الأخرى من قياس بسيط لسعة موجة محددة بدقة.

تصل جميع المقاييس، باستثناء مقياس العزم الزلزالي (Mw ₎ ، إلى حد التشبع عند الزلازل الكبيرة، أي أنها تعتمد على سعة الموجات التي يقل طول موجتها عن طول تمزق الزلزال. هذه الموجات القصيرة (الموجات عالية التردد) لا تُعدّ مقياسًا دقيقًا لقياس مدى الزلزال. ونتيجةً لذلك، يبلغ الحد الأعلى الفعال للقياس لمقياس العزم الزلزالي (ML ₎ حوالي 7، وحوالي 8.5 ^{[ 38 ]} لمقياس _{العزم الزلزالي} (Ms ) ^{[ 39 ]} .

يجري تطوير تقنيات جديدة لتجنب مشكلة التشبع وقياس مقادير الزلازل الكبيرة جدًا بسرعة. تعتمد إحدى هذه التقنيات على الموجة الأولية (P) ذات الفترة الطويلة؛ ^{[ 40 ]} بينما تعتمد الأخرى على موجة قناة تم اكتشافها مؤخرًا. ^{[ 41 ]}

تتناسب الطاقة المنبعثة من الزلزال، ^{[ 42 ]} والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بقوته التدميرية، مع القوة 3/2 لسعة الاهتزاز (انظر مقياس العزم الزلزالي لمزيد من التوضيح). وبالتالي، فإن فرقًا في المقدار قدره 1.0 يعادل عامل 31.6 (${\displaystyle =({10^{1.0}})^{(3/2)}}$) في الطاقة المنبعثة؛ فرق في المقدار مقداره 2.0 يعادل عامل 1000 (${\displaystyle =({10^{2.0}})^{(3/2)}}$) في الطاقة المنبعثة. ^{[ 43 ]} يتم اشتقاق الطاقة المرنة المشعة بشكل أفضل من تكامل الطيف المشع، ولكن يمكن تقديرها بناءً على M _b لأن معظم الطاقة تحملها الموجات عالية التردد.

تُعد هذه الصيغ لحساب مقدار ريختر (M _L) بدائل لاستخدام جداول ارتباط ريختر المستندة إلى معيار ريختر للأحداث الزلزالية${\displaystyle {\big (}\ M_{\mathsf {L}}=0\ ,}$${\displaystyle \ A=0.001\ {\mathsf {mm}}\ ,}$${\displaystyle \ D=100\ {\mathsf {km}}\ {\big )}~.}$في الصيغ أدناه،${\displaystyle \ \Delta \ }$المسافة المركزية بالكيلومترات ، و${\displaystyle \ \Delta ^{\circ }\ }$وهي نفس المسافة الممثلة بدرجات الدائرة العظمى عند مستوى سطح البحر .

الصيغة التجريبية لليلي هي:

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A-2.48+2.76\ \log _{10}\Delta \ }$

أين${\displaystyle \ A\ }$هي سعة (أقصى إزاحة أرضية) الموجة P ، بالميكرومتر (μm) ، مقاسة عند 0.8  هرتز.

الصيغة التجريبية التي اقترحها لاهر ^{[ 44 ]} هي:

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A+1.6\ \log _{10}D-0.15\ ,}$

أين

${\displaystyle \ A\ }$هل سعة إشارة جهاز قياس الزلازل بالمليمتر ؟

${\displaystyle \ D\ }$يتم القياس بالكيلومترات ، للمسافات التي تقل عن 200  كيلومتر  .

و

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A+3.0\ \log _{10}D-3.38\$ ;}

أين${\displaystyle \ D\ }$يتم قياسها بالكيلومترات ، للمسافات بين 200  كم و 600  كم  .

الصيغة التجريبية لـ Bisztricsany (1958) لمسافات مركز الزلزال بين 4° و 160° هي: ^{[ 45 ]}

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=2.92+2.25\ \log _{10}\left(\tau \right)-0.001\ \Delta ^{\circ }\ ,}$

أين

${\displaystyle \ \tau \ }$هي مدة الموجة السطحية بالثواني، و

${\displaystyle \ \Delta ^{\circ }\ }$يتم قياسها بالدرجات.

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}\ }$يتراوح عمره في الغالب بين 5 و 8 سنوات.

الصيغة التجريبية لتسومورا هي: ^{[ 46 ]}

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=-2.53+2.85\log _{10}\left(F-P\right)+0.0014\ \Delta ^{\circ }\ ,}$

أين

${\displaystyle \ F-P\ }$هي المدة الإجمالية للتذبذب بالثواني.

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}\ }$تأخذ القيم بشكل رئيسي ما بين 3 و 5.

الصيغة التجريبية لجامعة تسوبوي (طوكيو) هي:

${\displaystyle \ M_{\mathsf {L}}=\log _{10}A+1.73\ \log _{10}\Delta -0.83\ ,}$

أين${\displaystyle \ A\ }$السعة بوحدة الميكرومتر (μm ).

• مرصد الزلازل – اتحاد IRIS
• سياسة هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية بشأن حجم الزلازل (تم تطبيقها في 18 يناير 2002) – هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية
• منظور: مقارنة بيانية لانبعاث طاقة الزلازل – مركز التحذير من تسونامي المحيط الهادئ