Introducción e información detallada sobre la magnitud del terremoto
Definición
magnitud del terremoto
Magnitud: se refiere al tamaño de un terremoto, generalmente representado por la letra M. Cuanto mayor es el terremoto, mayor es el número de magnitud. La magnitud más grande conocida registrada en el mundo es 9,5. Es un valor adimensional medido en base a registros de ondas sísmicas y se utiliza para medir ciertas magnitudes. representa el tamaño relativo (intensidad) de cada terremoto. Los conceptos de magnitud e intensidad sísmica son fundamentalmente diferentes. La magnitud representa la fuerza del terremoto en sí, la cual solo está relacionada con la energía de las ondas sísmicas emitidas por la fuente del terremoto, la intensidad representa el grado de impacto causado por el mismo terremoto en varios lugares afectados por el terremoto, y está relacionada con; la profundidad focal, la distancia del epicentro, el ángulo de acimut, la estructura geológica y la naturaleza del suelo y muchos otros factores.
La energía liberada por el terremoto se utiliza para expresar el tamaño del terremoto, es decir, la magnitud del terremoto. Los terremotos de gran magnitud liberan más energía; los terremotos de pequeña magnitud liberan menos energía. China generalmente utiliza la escala del Reich. Generalmente, los terremotos con una magnitud inferior a 2,5 se denominan terremotos menores y los terremotos con una magnitud entre 2,5 y 4,7 se denominan terremotos sentidos. Por cada diferencia de magnitud de 1,0, la diferencia de energía es aproximadamente 30 veces. Historia del desarrollo
La escala de terremotos de Richter fue formulada por primera vez en 1935 por dos sismólogos del Instituto de Tecnología de California, Charles Francis Richter y Beno Gutenberg*** de.
Esta escala fue diseñada originalmente solo para estudiar terremotos en California, EE. UU., y utilizó el sismómetro de torsión Wood-Anderson (sismómetro de torsión Wood-Anderson) para medir. Richter diseñó esta escala para diferenciar entre la gran cantidad de pequeños terremotos y la pequeña cantidad de grandes terremotos que ocurrieron en California en ese momento, y se inspiró en la magnitud astronómica utilizada para indicar el brillo de los cuerpos celestes.
Para que el resultado no fuera negativo, Richter definió el desplazamiento horizontal máximo registrado por el sismómetro en el punto de observación a 100 kilómetros del epicentro en 1 micrón (este es también el límite del método de Wood-Anderson sismómetro de torsión. máxima precisión) como un terremoto de magnitud 0. Según esta definición, si la amplitud de la onda sísmica medida por el sismómetro de torsión Wood-Anderson a 100 kilómetros del epicentro es de 1 milímetro (10^3 micrones), la magnitud del terremoto es escala de Richter 3. No existe un límite superior o inferior para la magnitud de un terremoto del Reich. Los sismómetros modernos y sofisticados a menudo registran terremotos con magnitudes negativas.
Debido a las limitaciones del sismómetro de torsión Wood Anderson utilizado al diseñar originalmente la escala de terremotos de Rich, no es aplicable si la escala de terremotos local ML es mayor que aproximadamente 6,8 o el punto de observación es mayor que aproximadamente 600. kilómetros de distancia del epicentro. Investigadores posteriores propusieron algunas mejoras, de las cuales la magnitud de onda superficial (MS) y la magnitud de onda corporal (Mb) son las más utilizadas.
La escala de magnitud original original solo se aplicaba a terremotos recientes y locales. En 1945, B. Gutenberg amplió la aplicación de la magnitud a los terremotos telesísmicos y profundos, sentando las bases del sistema de magnitud. Utilizó un sismógrafo de banda ancha para registrar ondas superficiales de eventos telesísmicos y las calculó basándose en la amplitud y el período de la superficie. ondas.
Varias escalas de magnitud comunes Magnitud
Los terremotos en la Tierra son fuertes o débiles. Hay dos reglas que se utilizan para medir la intensidad de los terremotos. Una se llama magnitud del terremoto y la otra se llama intensidad del terremoto. Por ejemplo, las magnitudes de los terremotos son como lámparas fluorescentes con diferentes potencias. Cuanto mayor es la potencia, mayor es la energía y mayor es la magnitud. La intensidad es como el grado de luz en una habitación. Para la misma lámpara fluorescente, la distancia desde la lámpara fluorescente es diferente y la exposición a la luz es diferente en diferentes lugares, por lo que la intensidad en diferentes lugares también es diferente.
La magnitud de un terremoto es una medida del tamaño de un terremoto. Cada terremoto tiene una sola magnitud. Se divide según la cantidad de energía liberada durante un terremoto. La magnitud se puede calcular a partir de los registros de instrumentos sísmicos. Cuanto mayor es la magnitud, más energía se libera. El estándar de magnitud utilizado por China es el estándar de magnitud aceptado internacionalmente, llamado "escala de ricos".
Método de determinación
La fórmula de cálculo de la magnitud de las ondas superficiales de China es:
La magnitud M del terremoto se mide por el valor máximo del movimiento de las partículas de las ondas superficiales sísmicas (A/T) máx. La fórmula de cálculo es:
M=lg(A/T)max σ ( Δ )
En la fórmula: A es el desplazamiento máximo del movimiento del suelo de las ondas sísmicas superficiales, tomando dos movimientos del suelo direccionales horizontales Suma vectorial de desplazamiento, μ m
T período correspondiente,
Δ distancia epicentral, (grados).
Al medir las dos componentes horizontales del desplazamiento máximo del movimiento del suelo, se deben tomar las vibraciones al mismo tiempo o con una diferencia de período dentro de 1/8 de semana. Si los períodos de los dos componentes son inconsistentes, se toma la suma ponderada:
T=(T N ×A N T E× A E )/(A N A E )
En la fórmula: A N norte y desplazamiento del movimiento del suelo del componente sur, μ m;
A E desplazamiento del movimiento del suelo del componente este-oeste, μ m
El período correspondiente de T N A N,
El período correspondiente de T E A E, S;
La función de calibre σ ( Δ ) es:
σ ( Δ )=1.66lg Δ 3.5
Valores que son muy diferentes de los valores dados en la Tabla 1 no pueden usarse para determinar la magnitud del terremoto M. La magnitud del terremoto M debe determinarse basándose en el valor promedio de múltiples estaciones.
En la fórmula, A es la amplitud vectorial compuesta de los dos desplazamientos del movimiento del suelo subdireccional horizontal, en micras; T es el período correspondiente, en segundos σ (Δ°) es la función inicial de; magnitud de la onda superficial La fórmula sólo está relacionada con la distancia epicentral Δ° (el grado del gran arco entre el punto de medición y el epicentro Cs es el valor de corrección de la estación);
La escala de magnitud de onda superficial Ms es más adecuada para medir la magnitud de grandes terremotos poco profundos desde la distancia (la distancia epicentral es superior a 1000 kilómetros) y los resultados de medición de la magnitud de onda superficial de agencias sismológicas en varios países. También son relativamente consistentes, por lo que los países de todo el mundo generalmente utilizan la magnitud de las ondas superficiales al anunciar el terremoto de magnitud 8 de Xinjiang en 1931 e intercambiar información sobre la magnitud. Se la conoce comúnmente como escala de Rui. Además, para resolver el problema de saturación de la magnitud de las ondas superficiales de los grandes terremotos, alguien propuso utilizar el concepto de momento sísmico en la física de fuentes para derivar una nueva escala de magnitud: la magnitud de momento MW. El terremoto chileno tuvo una magnitud de onda superficial Ms=8,5, pero una magnitud de momento MW=9,5, lo que lo convierte en el terremoto más grande conocido por la humanidad. La magnitud del momento se ha probado en observaciones sísmicas, pero su método aún se está estudiando y mejorando. Puede usarse como un complemento útil a la magnitud de las ondas superficiales, pero no puede reemplazar completamente la magnitud de las ondas superficiales. Clasificación
Clasificación de los terremotos según su magnitud: Terremotos débiles: terremotos con magnitudes menores a 3; terremoto de Tangshan
Terremotos sentidos: magnitudes iguales o mayores a 3, menores o iguales a ⒋5
Terremotos moderados y fuertes: sismos de magnitud mayor a ⒋5 y menor a 6
Terremotos fuertes: sismos de magnitud igual o mayor a 6; Entre ellos, aquellos con magnitud mayor o igual a magnitud 8 también se denominan terremotos gigantes.
La escala de Richter, la magnitud de un terremoto utilizada internacionalmente, fue desarrollada por el sismólogo estadounidense Richter y va del 1 al 10. Está directamente relacionado con la cantidad de energía (energía térmica y energía cinética) liberada por el centro de la fuente del terremoto. Cuanto mayor es la energía liberada por la fuente del terremoto, mayor es la magnitud. Escala de magnitud común
Después de que ocurre un terremoto, la primera pregunta que preocupa a la gente es: ¿Qué tan grande es este terremoto? Si retrocedemos cientos de años, definitivamente no obtendremos respuestas similares a "× magnitud". terremotos", sino una serie de descripciones macroscópicas de los daños causados por los terremotos, como el terremoto de Huaxian en la provincia de Shaanxi registrado en la historia de la dinastía Ming: "...el suelo se agrietó y brotaron manantiales, con peces en ellos, o murallas de la ciudad. y las casas se hundieron en el suelo... ochenta funcionarios, soldados y civiles murieron aplastados. Treinta mil cosas son extrañas." En otras palabras, en aquel momento sólo podíamos estimar el tamaño del terremoto en función de su grado de destrucción: su intensidad. La intensidad no sólo se ve afectada por la subjetividad humana, sino que también está relacionada con factores como la geología y las condiciones de construcción del área del terremoto. Por lo tanto, la intensidad no puede medir cuantitativamente el tamaño de un terremoto.
En 1935, mientras estudiaba los terremotos en el sur de California, Charles Richter inventó un método para medir cuantitativamente el tamaño de los terremotos. Estipuló que en un lugar con una distancia epicentro de 100 km, si la amplitud máxima de las ondas sísmicas registradas por un "sismógrafo estándar" (sismómetro Wood-Anderson, período es 0,8 s, aumento 2080) es de 1 micrón (nota: el instrumento registros 1 El desplazamiento real del movimiento del suelo correspondiente a micras es 1/2080 = 0,00048 micras), y la magnitud es 0 si la amplitud es x micras, la magnitud es su logaritmo; Por supuesto, cuando la amplitud es de 0,1 micrones, la magnitud es lg0,1 = -1, lo que equivale a la magnitud de un pequeño martillo golpeando el suelo. De hecho, la mayoría de los sismómetros no se colocarán exactamente a la distancia epicentral de 100 km. En este caso, los valores deberán corregirse según la función de calibre correspondiente a la distancia epicentral. La escala de magnitud propuesta por Richter se conoce más tarde como escala de Richter ML, también conocida como magnitud local. Es aplicable principalmente a terremotos pequeños y medianos por debajo de magnitud 6. La L aquí significa local.
La aparición de la escala de Richter convirtió por primera vez el tamaño de los terremotos en cantidades mensurables y mutuamente comparables, sentando las bases para el desarrollo cuantitativo de la sismología. Hoy en día, el sismógrafo Wood-Anderson hace tiempo que desapareció y se ha convertido en una exhibición de museo. Sin embargo, para mantener la comparación y la continuidad de los registros sísmicos, muchos pequeños terremotos seguirán siendo simulados mediante instrumentos para calcular la escala de Richter.
El sismógrafo Wood-Anderson es un sismógrafo de período corto (período 0,8 s), que puede registrar bien ondas sísmicas de período corto. Sin embargo, durante el proceso de propagación de las ondas sísmicas, dado que la velocidad de atenuación de las ondas sísmicas de alta frecuencia (es decir, ondas de período corto) es mucho mayor que la de las ondas sísmicas de baja frecuencia, cuando el sismógrafo está lejos del epicentro, el La capacidad de registro de este sismógrafo se vuelve limitada. En 1945, el sismólogo Gutenberg inventó la magnitud de onda superficial Ms. Ms podía registrar terremotos a largas distancias, lo que compensaba las deficiencias de la escala de Richter. Entre ellos, s representa la onda superficial, que es la magnitud del terremoto determinada en función del tamaño de la onda superficial con un período de aproximadamente 20 segundos.
También existe un problema con la magnitud de las ondas superficiales. Cuando la profundidad focal de un terremoto es más profunda, las ondas superficiales excitadas no son significativas. Por lo tanto, Gutenberg también inventó la magnitud de onda corporal mb, donde b significa onda corporal, que es la magnitud del terremoto determinada en función del tamaño de la onda corporal (generalmente onda P) de la onda sísmica. Casi todos los terremotos, independientemente de la distancia o la profundidad focal, incluidas las explosiones nucleares, pueden identificar claramente las ondas P en los mapas sísmicos. Por lo tanto, mb tiene una amplia gama de aplicaciones. Muchas magnitudes anunciadas por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) son mb.
Desafortunadamente, existen dos problemas principales, ya sea la escala de Richter, la magnitud de las ondas superficiales o la magnitud de las ondas corporales. Primero, estas magnitudes no están directamente relacionadas con el proceso físico de ocurrencia de un terremoto y el significado físico no está claro. En segundo lugar, mediante análisis estadístico se encontró que tienen un fenómeno de "saturación". En otras palabras, cuando la energía liberada por un terremoto aumenta, la magnitud no aumenta (ver figura). Por lo tanto, ante un gran terremoto, utilizar estas escalas de magnitud subestimará la energía del terremoto.
La relación entre la magnitud de momento (Mw) y la escala de Richter (ML), la magnitud de la onda superficial (Ms) y la magnitud de la onda corporal (mb)
En 1979, el japonés Hiroo Kanamori propuso La Se introduce el concepto de magnitud de momento Mw. El momento sísmico M0 se utiliza en la fórmula de cálculo de la magnitud del momento. El momento sísmico tiene un significado físico estricto, donde M0=uAD (u es el módulo de corte, A es el área de la superficie de ruptura y D es la dislocación promedio. cantidad de ruptura del terremoto). Según la fórmula, cuanto mayor es la superficie de ruptura del terremoto, mayor es la cantidad de dislocación y más energía se libera. Debido a esto, las magnitudes de momento no sufren problemas de saturación como otras magnitudes. Por ejemplo, en el terremoto de Chile de 1960, la magnitud del momento medida Mw=9,5, mientras que la magnitud de la onda superficial estaba saturada, sólo 8,5.
La magnitud de momento se ha convertido en la escala de magnitud preferida recomendada por la mayoría de redes sísmicas e instituciones de observación sísmica del mundo. Sin embargo, dado que los países de todo el mundo tienen sus propios historiales de investigación y fórmulas de cálculo de la magnitud de los terremotos, las escalas de magnitud anunciadas por varios países aún no se han unificado. La mayoría de las magnitudes anunciadas por China son magnitudes de ondas superficiales más que magnitudes de momento.
Por ejemplo, para el terremoto de Japón, China anunció una magnitud de onda superficial de 8,6, mientras que Estados Unidos anunció una magnitud de momento de 9,0. Magnitud
La escala de magnitud de onda superficial Ms es más adecuada para medir la magnitud de grandes terremotos poco profundos desde la distancia (la distancia epicentral es superior a 1000 km), y los resultados de medición de la magnitud de onda superficial de agencias sismológicas en varios países. también son relativamente consistentes, por lo que generalmente es La llamada escala de Richter es la magnitud de la onda superficial. La magnitud del momento puede ser un complemento útil a la magnitud de la onda superficial, pero no puede reemplazar completamente la magnitud de la onda superficial. La magnitud de onda superficial más comúnmente utilizada tiene problemas de saturación después de alcanzar 8,6. Es más razonable utilizar la magnitud de momento para expresar terremotos extremadamente grandes.
La siguiente tabla enumera el número promedio anual de ocurrencias y el impacto de las áreas del epicentro en diferentes Escalas de Richter (ML):
Grado
Escala de Richter
p>Impacto de los terremotos
Frecuencia de ocurrencia (global)
Muy leve
Inferior a 2,0
Muy pequeña, no sensación
Unas 8.000 veces al día
Muy poca
2,0-2,9
La gente generalmente no lo siente, pero el equipo puede registrarlo
Aproximadamente 1000 veces al día
Tiny
3,0-3,9
A menudo se siente una pérdida, pero rara vez se produce
Estimado 49.000 veces al año
Débil
4,0-4,9
Es poco probable que se produzcan muchos daños si las cosas dentro de la casa agitar. Cuando la intensidad del terremoto supera los 4,5, es suficiente para ser detectado por sismómetros de todo el mundo.
Estimado 6200 por año
Medio
5,0-5,9
Posible por diseño/construcción deficiente o cortes de esquinas en áreas pequeñas Causas Daños extensos a los edificios, pero sólo daños menores a edificios bien diseñados/construidos.
800 veces al año
Fuerte
6,0-6,9
Puede destruir áreas residenciales en un radio de 100 millas.
120 veces al año
Muy fuerte
7,0-7,9
Puede causar daños graves en una zona mayor.
18 veces al año
Extremadamente potente
8.0-8.9
Puede destruir áreas de cientos de kilómetros de radio.
Una vez al año
Super
9.0 y superior
Destruye un área de miles de kilómetros de radio
Magnitud y energía de 1 terremoto cada 20 años
Suponiendo que la energía liberada por el terremoto de 1ª magnitud es 1, el de 2ª magnitud debería ser 31,62, el de 3ª magnitud debería ser 1000, y así sucesivamente, el de 7ª magnitud es mil millones, el nivel 8 es 31,62 mil millones y el nivel 9 es 1,000 mil millones. Dado que la escala de Richter es un logaritmo común, al estimar la energía, cuando la escala de Richter aumenta en uno, la energía liberada aumenta aproximadamente 32 veces.
La siguiente tabla enumera la energía liberada por terremotos de diferentes magnitudes equivalente al equivalente de TNT:
Escala de Richter
Corresponde aproximadamente al equivalente de TNT
Ejemplo
0,5
6 kg
Explosión de granada
1,0
30 kg
Voladuras de edificios
1,5
180 kg
Bombas convencionales durante la Segunda Guerra Mundial
2,0
1 tonelada
Bombas convencionales durante la Segunda Guerra Mundial
2,5
6 toneladas
Bomba gigante "Cookie" durante la Segunda Guerra Mundial
3,0
30 toneladas
2003 Gran bomba de aire y combustible (MOAB)
3,5
180 toneladas
1986 El accidente nuclear de Chernobyl en la Unión Soviética
4,0
1 kilotón
Bomba nuclear pequeña
4,5
06.000 toneladas
Tornados comunes
5,0
33.000 toneladas
Estados Unidos en Hiroshima y Nagasaki, Japón antes del final de la Segunda Guerra Mundial Se lanzaron bombas nucleares (Japón se rindió incondicionalmente después de ser lanzadas)
5,5
200.000 toneladas
Terremoto de 1992 en Little Skull Mtn en Nevada. , EE. UU.
6,0
1 millón de toneladas
Terremoto doble de Spring Flat de 1994 en Nevada, EE. UU.
6,5
6 millones de toneladas
p>Terremoto de Northridge de 1994
7,0
34 millones de toneladas
Actualmente la bomba nuclear más grande (nota: la La antigua Unión Soviética probó una bomba de hidrógeno de 50 millones de toneladas), el terremoto en el condado de Jiuzhaigou, Sichuan, la tarde del 8 de agosto de 2017
7,5
190 millones de toneladas
El terremoto de Landers de 1992 en California, EE. UU.
p>8,0
1.100 millones de toneladas
El terremoto de Tangshan de 1976 en China (magnitud 7,8), el terremoto de Wenchuan de 2008 en China (magnitud 8,0 - Revisión del 18 de mayo de 2008)
8,5
6.200 millones de toneladas
Terremoto del Viernes Santo de 1964 en Anchorage, Alaska, EE.UU.
9,0
35 mil millones de toneladas
El terremoto de Chile de 1960 (magnitud 9,5, el más fuerte en la historia de la observación humana), el terremoto del Océano Índico de 2004 ( magnitud 9,0)
Terremoto de Japón de 2011 (magnitud 9,0). Los tres fuertes terremotos mencionados anteriormente provocaron enormes tsunamis, causando numerosas víctimas y pérdidas de propiedades
10,0
1 megatón (1 billón de toneladas)
Aproximadamente el equivalente Se produce un terremoto cuando un meteorito pedregoso con un diámetro de unos 100 kilómetros golpea la Tierra a una velocidad de 25 kilómetros por segundo. Desventajas y mejoras
El principal defecto de la escala de terremotos de Rich es que no está directamente relacionada con las características físicas de la fuente del terremoto, y debido a la limitación de "La ley de escala de los espectros de terremotos", una El efecto de saturación se producirá alrededor de 8,3-8,5, lo que provocará que algunos terremotos con intensidades obviamente diferentes tengan la misma escala de terremoto de Richter (como (MS)) después del cálculo utilizando métodos tradicionales.
A principios del siglo XXI, los sismólogos generalmente creían que estos métodos tradicionales de representación a escala de terremotos estaban obsoletos y, en cambio, adoptaron un método de representación con significados físicos más ricos y un reflejo más directo de la esencia física de los procesos sísmicos, a saber, la escala de magnitud de momento (MW). . La escala de momento sísmico fue propuesta en 1977 por el profesor Hiroo Kanamori, también del Instituto de Tecnología de California. Esta escala puede describir mejor las características físicas de los terremotos, como el tamaño del desplazamiento estratigráfico y la energía de los terremotos. Revisar la magnitud
Teóricamente, un terremoto tiene una sola magnitud en la misma escala de magnitud. De hecho, además de las frecuentes inconsistencias en la magnitud reportadas por diferentes países e instituciones (por ejemplo, en el terremoto del Paso Kunlun Occidental en China en 2001, el resultado de la medición en China fue Ms=8,2, mientras que el resultado de la medición en Estados Unidos fue Ms=8,0). , también son frecuentes La magnitud del terremoto puede ser revisada. Este fenómeno se puede explicar a partir de los siguientes aspectos.
En primer lugar, debe quedar claro que el proceso de cálculo de la magnitud del terremoto no es tan estricto como "distancia = velocidad × tiempo". En esencia, es una fórmula empírica y la fórmula que mejor se resuelve. a través de muchos ejemplos de terremotos. Aunque la magnitud del momento tiene más tarde un significado físico claro, todavía existen múltiples soluciones e incertidumbres en el proceso de utilizar la inversión de ondas sísmicas para resolver los parámetros de la fuente del terremoto. Dicho de otra manera, no hay necesidad de ser demasiado exigente en cuanto a la estricta uniformidad de las magnitudes.
En segundo lugar, los datos de las estaciones utilizados por diferentes países e instituciones son diferentes, lo que afectará los resultados de la medición de magnitud. Las principales diferencias en los datos de las estaciones incluyen: (1) Debido a las diferencias en los cimientos de las estaciones y los instrumentos utilizados, es posible que las magnitudes de los terremotos difieran en uno o dos niveles. (2) Dado que la radiación de las ondas sísmicas generadas por los terremotos es direccional, las magnitudes medidas por las estaciones sísmicas en diferentes direcciones y distancias epicentrales también serán muy diferentes. Tomando como ejemplo el Gran Terremoto del Este de Japón, China utilizó la Red Sísmica de China, que está distribuida en su totalidad en el lado occidental de Japón, y la distancia del epicentro también es limitada, mientras que Estados Unidos utilizó la Red Sísmica Global (GSN), que; Se distribuye por todo el mundo. La cobertura es más razonable e incluso, por lo que, en teoría, la medición de la magnitud del terremoto en Estados Unidos es más precisa que la de China.
Última revisión en cuanto a magnitud. El método común para medir la magnitud de un terremoto es tomar el promedio aritmético de los resultados de las mediciones de un gran número de estaciones con diferentes orientaciones y distancias al epicentro. Cuantos más datos de alta calidad haya en la estación, más precisos serán los resultados de la medición. Sin embargo, después de que ocurre un terremoto, casi todo el mundo quiere comprender rápidamente la situación general del terremoto, y varias instituciones se apresuran a informar al gobierno y al público lo antes posible. Estos informes rápidos sobre terremotos dependen del tiempo y del número de casos. Las estaciones utilizadas suelen ser limitadas. A medida que avanza el trabajo de investigación, más estaciones se han sumado al campo de cálculo de magnitud y la distribución de las estaciones se ha vuelto más uniforme y razonable. Los investigadores también tienen más tiempo para seleccionar ondas sísmicas excelentes y realizar cálculos más detallados, por lo que las mediciones se revisan constantemente con el tiempo. Generalmente, el proceso de corrección durará medio año o incluso un año, y el resultado final no se considerará hasta que se recopilen y midan los datos globales. Por ejemplo, esta vez la Agencia Meteorológica de Japón, después de revisar la magnitud varias veces, todavía dijo que era un "valor provisional" de 9,0.