Определение магнитуды (силы) землетрясений многим может показаться простым процессом при помощи сейсмографов, однако ее расчет не является простым процессом. Об этом идет речь в статье, опубликованной на сайте Геологической службы США (USGS).
Несмотря на простую концепцию, на практике измерение силы землетрясения может оказаться довольно сложной задачей. Это не так просто, как заставить землетрясение стоять на весах и читать циферблаты. Фактически, методы расчета магнитуд землетрясений значительно эволюционировали с годами и продолжают развиваться сегодня.
Первая шкала магнитуды землетрясения была изобретена Чарльзом Рихтером для южной Калифорнии в 1935 году. В отличие от сейсмической интенсивности, которая измеряет силу сотрясения и изменяется в зависимости от расстояния от землетрясения и других факторов, магнитуда предназначена для измерения внутренней силы землетрясения.
«Шкала Рихтера» (также известная как «местная величина» или M_L) присваивает магнитуду на основе расстояния от источника и записанной амплитуды на сейсмографе определенного типа, который использовался во времена Рихтера. Рихтер адаптировал концепцию магнитуды из астрономии, включая использование логарифмической шкалы для характеристики огромного диапазона размеров землетрясений. В логарифмической шкале магнитуды, разделенные по шкале, в 10 раз отличаются по своей амплитуде. Например, землетрясение с магнитудой 4 в 10 раз больше по амплитуде, чем с магнитудой 3. Но Рихтер изменил направление, так что большие магнитуды указывают на более сильные землетрясения (тогда как в астрономии меньшие магнитуды указывают на более яркие звезды).
Шкала Рихтера была важным достижением, но возникли проблемы. Прежде всего, шкала насыщается для самых сильных землетрясений, то есть шкала не может точно отличить землетрясение с магнитудой около 7 от землетрясения, которое на самом деле намного сильнее. Другая проблема заключается в том, что геология различается в разных регионах, а это означает, что породы могут поглощать разное количество энергии в зависимости от источника землетрясения и сейсмической станции, на которой землетрясение зарегистрировано. Из-за этой изменчивости метод определения величин по Рихтеру обычно должен быть изменен для использования в разных регионах.
Чтобы решить эти проблемы, ученые разработали новую шкалу величин , называемую моментной величиной , иногда обозначаемой M_W . В отличие от шкалы Рихтера, моментная магнитуда основана на физической величине очага землетрясения, сейсмическом моменте, который представляет собой средний сдвиг разлома, умноженный на площадь, на которой происходит сдвиг, и на жесткость окружающих пород. Эти уравнения написаны таким образом, что M_L и M_W величины примерно сопоставимы. Моментальная магнитуда теперь заменила шкалу Рихтера в качестве стандарта для измерения сильных землетрясений во всем мире (более 5 баллов), и иногда она рассчитывается до примерно 3 баллов в местах, где сейсмические сети являются плотными и качественными. Но с показателем M_W есть проблемы — он медленнее и сложнее для расчета, чем другие магнитуды, такие как M_L , что требует тщательного моделирования волновых форм землетрясений. А более мелкие землетрясения не поддаются такому виду обработки, хотя определение M_W для более слабых землетрясений является областью текущих исследований.
Например, землетрясения в районе Йеллоустоуна отслеживаются сейсмографическими станциями Университета штата Юта (UUSS) в сотрудничестве с USGS. В дополнение к M_L и M_W, UUSS также использует шкалу, называемую «магнитуда кода» — M_С, для характеристики землетрясений в регионе. Это измерение магнитуды основано на том, сколько времени требуется, чтобы сейсмическая энергия вернулась к фоновому уровню после землетрясения. М_C разработан так, чтобы быть совместимым с M_L .
Иногда о землетрясении может быть сначала сообщено с типом магнитуды M_L или M_C, а затем оно будет обновлено до M_W. Кроме того, магнитуда землетрясения того же типа иногда пересматривается позже, после того, как станет доступно больше данных или данные будут проанализированы повторно и более тщательно. При этом числовая величина может измениться, но изменения величины обычно невелики. Сейсмологи постоянно работают над улучшением методов, используемых для измерения магнитуды землетрясений, сохраняя при этом согласованность с предыдущими наблюдениями.