مقاييس قوة الزلازل

إن أول مقياس لقياس قوة الزلازل، والذي طوره تشارلز إف. ريختر عام 1935 ويُعرف باسم مقياس "ريختر"، هو في الواقعمقياس الحجم المحلي ^، التسمية ML أو M _L. ^{[ 11} ]حدد ريختر سمتين مشتركتين لجميع مقاييس الحجم.

1. أولًا، المقياس لوغاريتمي، بحيث تمثل كل وحدة زيادة عشرة أضعاف في سعة الموجات الزلزالية. ^{[ 12 ]} وبما أن طاقة الموجة تتناسب مع A ^1.5 ، حيث A ترمز إلى السعة، فإن كل وحدة من المقدار تمثل زيادة 10 ^1.5  ≈  32 ضعفًا في الطاقة الزلزالية (قوة) الزلزال. ^{[ 13 ]}
2. ثانيًا، حدد ريختر بشكل تعسفي نقطة الصفر للمقياس عند النقطة التي يحدث عندها زلزال على مسافة 100  كيلومتر، مُحدثًا إزاحة أفقية قصوى قدرها 0.001  مليمتر (1  ميكرومتر، أو 0.00004  بوصة) على مخطط الزلازل المسجل بواسطة جهاز قياس الزلازل الالتوائي من نوع وود-أندرسون . ^{[ 14 ]} تتم معايرة مقاييس الشدة اللاحقة لتكون متوافقة تقريبًا مع مقياس "ريختر" الأصلي (المحلي) حول الشدة 6. ^{[ 15 ]}

تعتمد جميع مقادير الزلازل "المحلية" (ML) على أقصى سعة لاهتزاز الأرض، دون التمييز بين الموجات الزلزالية المختلفة. وهي تقلل من تقدير قوة الزلزال.

• بسبب توهين الموجات الثانوية (S) في الزلازل البعيدة (أكثر من 600 كم تقريبًا). 
• الزلازل العميقة لأن الموجات السطحية أصغر، و
• من الزلازل القوية (أكثر من 7 درجات) لأنها لا تأخذ في الاعتبار مدة الاهتزاز.

تبين لاحقاً أن مقياس "ريختر" الأصلي، الذي طُوّر في السياق الجيولوجي لجنوب كاليفورنيا ونيفادا، غير دقيق بالنسبة للزلازل في الأجزاء الوسطى والشرقية من قارة أمريكا الشمالية (في كل مكان شرق جبال روكي ) بسبب الاختلافات في القشرة القارية . ^{[ 16 ]} وقد دفعت كل هذه المشاكل إلى تطوير مقاييس أخرى.

معظم الهيئات المختصة بعلم الزلازل، مثل هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، تُبلغ عن مقادير الزلازل التي تزيد عن 4.0 على أنها مقدار العزم M _w ، والذي تصفه الصحافة بأنه "مقدار ريختر". ^{[ 17 ]}

تم تعديل مقياس ريختر "المحلي" الأصلي ليناسب مناطق أخرى. وقد يُشار إليها بـ "ML"، أو بحرف صغير " l"، إما Ml أو M. _l^{[ 18} ] (لا ينبغي الخلط بينه وبين مقياس MLH الروسي لموجات السطح. ^{[ 19 ] )} وتعتمد إمكانية مقارنة القيم على ما إذا كانت الظروف المحلية قد حُددت بدقة كافية، وما إذا كانت الصيغة قد عُدلت بشكل مناسب. ^{[ 20 ]}

تتكون الموجات الداخلية من موجات P التي تصل أولاً (انظر مخطط الزلازل)، أو موجات S ، أو انعكاسات أي منهما. تنتقل الموجات الداخلية عبر الصخور مباشرة. ^{[ 24 ]}

مقياس كبير_​

طُوِّر مقياس mb _Lg الإقليمي - الذي يُشار إليه أيضًا بـ mb_Lg و mbLg و MLg (هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية) و Mn و m _N - بواسطة نوتلي (1973) لمعالجة مشكلة لم يستطع مقياس ML الأصلي حلها: وهي كامل أمريكا الشمالية شرق _جبال روكي . طُوِّر مقياس ML في جنوب كاليفورنيا، التي تقع على كتل من _القشرة المحيطية ، تتكون عادةً من البازلت أو الصخور الرسوبية ، والتي تراكمت على القارة. شرق جبال روكي، تُشكِّل القارة كتلة قارية سميكة ومستقرة إلى حد كبير، تتكون في معظمها من الجرانيت ، وهو صخر أكثر صلابة ذو خصائص زلزالية مختلفة. في هذه المنطقة، يُعطي مقياس ML _نتائج شاذة للزلازل التي بدت، وفقًا لمقاييس أخرى، مُكافئة للزلازل في كاليفورنيا.

حلّ نوتلي هذه المشكلة بقياس سعة موجات Lg قصيرة المدى (حوالي ثانية واحدة)، ^{[ 35 ]} وهي شكل معقد من موجة لوف ، والتي على الرغم من كونها موجة سطحية، وجد أنها تُعطي نتيجة أقرب إلى مقياس mb من _{مقياس Ms.} [ ^{36 ] تتلاشى} موجات Lg بسرعة على طول أي مسار محيطي، لكنها تنتشر جيدًا عبر القشرة القارية الجرانيتية، وغالبًا ما يُستخدم مقياس Mb Lg _في مناطق القشرة القارية المستقرة؛ وهو مفيد بشكل خاص للكشف عن الانفجارات النووية تحت الأرض. ^{[ 37 ]}

تنتشر الموجات السطحية على طول سطح الأرض، وهي في الغالب إما موجات رايلي أو موجات لوف . ^{[ 38 ]} في الزلازل الضحلة، تحمل الموجات السطحية معظم طاقة الزلزال، وهي الأكثر تدميراً. أما الزلازل العميقة، التي يكون تفاعلها مع السطح أقل، فتنتج موجات سطحية أضعف.

يعتمد مقياس شدة الموجات السطحية، الذي يُشار إليه أحيانًا بـ Ms و Ms و Ms، على إجراء طوره بينو غوتنبرغ عام 1942 [ 39 ] لقياس الزلازل الضحلة الأقوى _{أو الأبعد} من ^{مقياس ريختر الأصلي} . وقد قاس هذا المقياس سعة الموجات السطحية (التي تُنتج عادةً أكبر السعات) لفترة "حوالي 20 ثانية". ^{[ 40 ]} يتوافق مقياس Ms تقريبًا مع مقياس _ML عند ~6، ثم ينحرف عنه بمقدار يصل إلى نصف درجة. ^{[ 11 ]} أما النسخة المعدلة التي وضعها نوتلي (1983) _{، والتي} ^تُسمى أحيانًا Msn _، [ ^{41 ]} فتقيس فقط موجات الثانية الأولى.

تم اقتراح تعديل - يُعرف باسم "صيغة موسكو-براغ" - في عام 1962، وأوصت به الجمعية الدولية لعلم الزلازل والهندسة الكهربائية والإلكترونية (IASPEI) في عام 1967؛ وهو أساس مقياس M _s20 المعياري (Ms_20، M _s (20)). ^{[ 42 ]} يقيس نوع "النطاق العريض" ( Ms_BB ، M _s (BB) ) أكبر سعة سرعة في سلسلة موجات رايلي لفترات تصل إلى 60 ثانية. ^{[ 43 ]} أما مقياس M _S7 المستخدم في الصين فهو نوع من مقياس M _s تمت معايرته للاستخدام مع جهاز قياس الزلازل طويل المدى "النوع 763" المصنوع في الصين. ^{[ 44 ]}

إن مقياس MLH المستخدم في بعض أجزاء روسيا هو في الواقع مقياس لشدة الموجات السطحية. ^{[ 45 ]}

تعتمد مقاييس الشدة الزلزالية الأخرى على جوانب من الموجات الزلزالية التي تعكس قوة الزلزال بشكل غير مباشر وغير كامل، وتتضمن عوامل أخرى، وتكون محدودة عمومًا من حيث الشدة أو عمق البؤرة أو المسافة. يعتمد مقياس شدة العزم الزلزالي _{- Mw أو Mw} - الذي طوره عالما الزلازل توماس سي. هانكس وهيرو كاناموري ، ^{[ 46 ]} على العزم الزلزالي للزلزال ، M0 _، وهو مقياس لمقدار الشغل الذي يبذله الزلزال في انزلاق جزء من الصخور فوق جزء آخر. ^{[ 47 ]} يُقاس العزم الزلزالي بوحدة نيوتن متر (Nm  أو N⋅m) في النظام الدولي للوحدات (SI )، أو بوحدة داين سنتيمتر (dyn⋅cm؛ 1 dyn⋅cm = 10⁻⁷ ^N⋅m ) في نظام CGS الأقدم . في أبسط الحالات، يمكن حساب العزم بمعرفة مقدار الانزلاق فقط، ومساحة السطح المتصدع أو المنزلق، ومعامل للمقاومة أو الاحتكاك. يمكن تقدير هذه العوامل بالنسبة لصدع موجود لتحديد حجم الزلازل السابقة، أو ما يمكن توقعه في المستقبل. ^{[ 48 ]}

يمكن تقدير العزم الزلزالي للزلزال بطرق مختلفة، وهي أساس مقاييس M _wb و M _wr و M _wc و M _ww و M _wp و Mi _و M _wpd ، وكلها أنواع فرعية من مقياس العزم الزلزالي العام M _w . انظر قسم "الأنواع الفرعية" في مقياس العزم الزلزالي  لمزيد من التفاصيل.

يُعتبر العزم الزلزالي المقياس الأكثر موضوعية لحجم الزلزال من حيث الطاقة الكلية. ^{[ 49 ]} ومع ذلك، فهو يستند إلى نموذج بسيط للتمزق، وإلى بعض الافتراضات المبسطة؛ ولا يأخذ في الحسبان حقيقة أن نسبة الطاقة المشعة على شكل موجات زلزالية تختلف من زلزال لآخر. ^{[ 50 ]}

يتبدد جزء كبير من الطاقة الكلية للزلزال، كما يُقاس بمقياس Mw _، على شكل احتكاك (مما يؤدي إلى تسخين القشرة الأرضية). ^{[ 51 ]} يعتمد احتمال تسبب الزلزال في اهتزاز أرضي قوي على النسبة الصغيرة نسبيًا من الطاقة المُشعّة على شكل موجات زلزالية، ويُقاس هذا المقدار بشكل أفضل بمقياس _شدة الطاقة ، Me. [ 52 ] _تختلف ^{نسبة الطاقة الكلية} المُشعّة على شكل موجات زلزالية اختلافًا كبيرًا تبعًا لآلية البؤرة والبيئة التكتونية؛ ^{[ 53 ]} قد يختلف Me _و Mw للزلازل المتشابهة جدًا بما يصل إلى 1.4 وحدة. ^{[ 54 ]}

على الرغم من فائدة _مقياس Me ، إلا أنه لا يُستخدم بشكل عام بسبب صعوبات في تقدير الطاقة الزلزالية المشعة. ^{[ 55 ]}

K (من الكلمة الروسية класс، وتعني "فئة"، بمعنى تصنيف ^{[ 56 ]} ) هو مقياس لقوة الزلازل ضمن نظام فئات الطاقة أو نظام فئات K ، وقد طُوِّر عام 1955 على يد علماء الزلازل السوفييت في منطقة غارم ( طاجيكستان ) النائية في آسيا الوسطى. ولا يزال يُستخدم بصيغته المنقحة للزلازل المحلية والإقليمية في العديد من الدول التي كانت متحالفة سابقًا مع الاتحاد السوفيتي (بما في ذلك كوبا). وبناءً على الطاقة الزلزالية (K = log E _S ، بالجول )، أدت صعوبة تطبيقه باستخدام تقنيات ذلك الوقت إلى تنقيحات في عامي 1958 و1960 ^. وقد أدى تكييفه مع الظروف المحلية إلى ظهور مقاييس إقليمية مختلفة لـ K، مثل K _F و K _S. ^{[ 57} ]

قيم K لوغاريتمية، على غرار مقادير ريختر، لكنها تختلف في المقياس ونقطة الصفر. تتوافق قيم K في نطاق 12 إلى 15 تقريبًا مع مقادير M من 4.5 إلى 6. ^{[ 58 ]} يشير M(K) أو M _(K) أو ربما M _K إلى مقدار M محسوب من فئة طاقة K. ^{[ 59 ]}

تتميز الزلازل التي تولد موجات تسونامي عمومًا بتمزقها البطيء نسبيًا، مما يُنتج طاقة أكبر على فترات أطول (ترددات أقل) مقارنةً بالترددات المستخدمة عادةً لقياس شدة الزلازل. أي انحراف في التوزيع الطيفي قد يؤدي إلى موجات تسونامي أكبر أو أصغر من المتوقع لشدة الزلزال الاسمية. ^{[ 60 ]} يعتمد مقياس شدة التسونامي، M_{_t} ، على علاقة ربط وضعها كاتسويوكي آبي بين العزم الزلزالي للزلزال ( M _₀ ) وسعة موجات التسونامي كما تم قياسها بواسطة مقاييس المد والجزر. ^{[ 61 ]} صُممت هذه العلاقة في الأصل لتقدير شدة الزلازل التاريخية في المناطق التي تفتقر إلى البيانات الزلزالية ولكن تتوفر فيها بيانات المد والجزر، ويمكن عكس هذه العلاقة للتنبؤ بارتفاع المد والجزر من شدة الزلزال. ^{[ 62 ]} (لا ينبغي الخلط بينه وبين ارتفاع موجة المد والجزر، أو ارتفاع الموجة ، وهو تأثير شدة يتحكم فيه التضاريس المحلية). في ظل ظروف الضوضاء المنخفضة،  يمكن التنبؤ بموجات تسونامي لا تتجاوز 5 سم، وهو ما يتوافق مع زلزال بقوة 6.5 درجة تقريبًا. ^{[ 63 ]}

مقياس آخر ذو أهمية خاصة لتحذيرات التسونامي هو مقياس قوة الوشاح، M _m . ^{[ 64 ]} يعتمد هذا على موجات رايلي التي تخترق وشاح الأرض، ويمكن تحديده بسرعة، ودون معرفة كاملة بمعايير أخرى مثل عمق الزلزال.

يشير M _d إلى مقاييس مختلفة تُقدّر قوة الزلزال من مدة أو طول جزء من سلسلة الموجات الزلزالية. يُعدّ هذا مفيدًا بشكل خاص لقياس الزلازل المحلية أو الإقليمية، سواءً الزلازل القوية التي قد تُخرج جهاز قياس الزلازل عن نطاق القياس (وهي مشكلة كانت موجودة في الأجهزة التناظرية المستخدمة سابقًا) وتمنع قياس أقصى سعة للموجة، أو الزلازل الضعيفة التي لا تُقاس أقصى سعة لها بدقة. حتى بالنسبة للزلازل البعيدة، يُوفّر قياس مدة الاهتزاز (بالإضافة إلى السعة) مقياسًا أفضل للطاقة الكلية للزلزال. يُدمج قياس المدة في بعض المقاييس الحديثة، مثل M _wpd و mB _c . ^{[ 65 ]}

تقيس مقاييس M _{_c} عادةً مدة أو سعة جزء من الموجة الزلزالية، وهو الذيل . ^{[ 66 ]} بالنسبة للمسافات القصيرة (أقل من 100  كم تقريبًا)، يمكن لهذه المقاييس أن توفر تقديرًا سريعًا لقوة الزلزال قبل معرفة موقعه الدقيق. ^{[ 67 ]}

تعتمد مقاييس الشدة الزلزالية عمومًا على القياس الآلي لبعض جوانب الموجة الزلزالية كما هو مسجل في مخطط الزلازل. وفي حال عدم وجود مثل هذه السجلات، يمكن تقدير الشدة من تقارير الأحداث الزلزالية الكبيرة كما هو موضح في مقاييس الشدة. ^{[ 68 ]}

إحدى الطرق المتبعة في هذا الصدد (التي طورها بينو غوتنبرغ وتشارلز ريختر عام 1942 ^{[ 69 ]} ) تربط بين أقصى شدة مُلاحظة (يُفترض أنها فوق مركز الزلزال)، والمُشار إليها بـ _I₀ ( حرف I كبير مع صفر أسفله)، وبين مقدار الزلزال. وقد أوصي بتسمية المقادير المحسوبة على هذا الأساس بـ Mw (I₀ ₎ [ 70]، ^{ولكنها تُسمى} _{أحيانًا} بـ Mms _الأكثر ^عمومية .

ثمة نهج آخر يتمثل في إنشاء خريطة متساوية الشدة الزلزالية تُظهر المنطقة التي شُعر فيها بمستوى شدة معين. ويمكن ربط حجم "المنطقة المحسوسة" بالمقدار الزلزالي (استنادًا إلى عمل فرانكل 1994 وجونستون 1996 ). في حين أن التسمية الموصى بها للمقادير المشتقة بهذه الطريقة هي M₀ ₍ An) ، ^{[ 70 ]} فإن التسمية الأكثر شيوعًا هي _Mₐ . [ ^{71 ] وهناك} صيغة أخرى، Mₐ _، مُكيَّفة مع كاليفورنيا وهاواي، تشتق المقدار المحلي (Mₐ ₎ من حجم المنطقة المتأثرة بشدة معينة. ^{[ 41 ]} وقد استُخدم M _I(حرف كبير " I"، تمييزًا له عن الحرف الصغير في M ) لمقادير العزم الزلزالي المُقدَّرة من شدة متساوية الشدة الزلزالية المحسوبة وفقًا لجونستون 1996. ^{[ 72 ]}_i

تُعدّ كلٌّ من ذروة سرعة الأرض (PGV) وذروة تسارع الأرض (PGA) مقياسين للقوة المُسبِّبة للاهتزازات الأرضية المُدمِّرة. ^{[ 73 ]} في اليابان، تُوفِّر شبكة من مقاييس التسارع القوية بيانات PGA التي تسمح بربطها بمواقع مُحدَّدة مع زلازل ذات مقادير مُختلفة. يُمكن عكس هذا الربط لتقدير شدة الاهتزاز الأرضي في ذلك الموقع نتيجة زلزال ذي مقدار مُحدَّد على مسافة مُحدَّدة. ومن خلال ذلك، يُمكن إعداد خريطة تُبيِّن المناطق المُعرَّضة للضرر المُحتمل في غضون دقائق من وقوع الزلزال الفعلي. ^{[ 74 ]}

طُوِّرت أو اقتُرحت العديد من مقاييس قوة الزلازل، لكن بعضها لم يحظَ بقبول واسع النطاق، وبقي مجرد إشارات غامضة في سجلات الزلازل التاريخية. واستُخدمت مقاييس أخرى دون اسم محدد، ويُشار إليها غالبًا باسم "طريقة سميث (1965)" (أو ما شابه)، مع قيام مؤلفيها بمراجعة طريقتهم باستمرار. إضافةً إلى ذلك، تختلف الشبكات الزلزالية في كيفية قياسها للمخططات الزلزالية. فعندما تكون تفاصيل كيفية تحديد قوة الزلزال غير معروفة، تُحدد السجلات المقياس بأنه "غير معروف" (يُشار إليه اختصارًا بـ Unk أو Ukn أو UK ). في مثل هذه الحالات، تُعتبر القوة عامة وتقريبية.

يُستخدم تصنيف M h ("المقدار المحدد يدويًا") عندما يكون المقدار صغيرًا جدًا أو البيانات رديئة الجودة (عادةً من أجهزة تناظرية) بحيث لا يمكن تحديد المقدار المحلي، أو عندما تُعقّد الهزات المتعددة أو الضوضاء البشرية السجلات. وتستخدم _شبكة جنوب كاليفورنيا الزلزالية هذا "المقدار" عندما لا تستوفي البيانات معايير الجودة. ^{[ 75 ]}

يُعدّ فهرس الزلازل للأرض الذي وضعه غوتنبرغ وريشتر (1954) حالةً خاصة . فقد اعتُبر هذا الفهرس إنجازًا بارزًا كونه فهرسًا عالميًا شاملًا للزلازل ذات مقادير محسوبة بشكل موحد، ^{[ 76 ]} إلا أنهما لم ينشرا قط التفاصيل الكاملة لكيفية تحديد هذه المقادير. ^{[ 77 ]} ونتيجةً لذلك، فبينما تُعرّف بعض الفهارس هذه المقادير بـ M _GR ، تستخدم فهارس أخرى UK (بمعنى "طريقة الحساب غير معروفة"). ^{[ 78 ]} وقد وجدت دراسة لاحقة أن العديد من قيم M _s "مبالغ فيها بشكل كبير". ^{[ 79 ]} كما وجدت دراسة أخرى أن معظم مقادير M _GR "هي في الأساس M _s للهزات الكبيرة التي يقل عمقها عن 40  كم، ولكنها في الأساس mB للهزات الكبيرة التي يتراوح عمقها بين 40 و60  كم". ^{[ 80 ]} استخدم غوتنبرغ وريشتر أيضًا حرف M مائلًا غير غامق بدون رمز سفلي ^{[ 81 ]} - والذي يُستخدم أيضًا كرمز عام للمقدار، ويجب عدم الخلط بينه وبين حرف M الغامق غير المائل المستخدم للدلالة على مقدار العزم - ورمز "المقدار الموحد" m (مع إضافة التغميق). ^{[ 82 ]} على الرغم من استخدام هذه المصطلحات (مع تعديلات مختلفة) في المقالات العلمية حتى سبعينيات القرن العشرين، ^{[ 83 ]} إلا أنها أصبحت ذات أهمية تاريخية فقط. غالبًا ما يُستخدم حرف M كبير عادي (غير مائل وغير غامق) بدون رمز سفلي للإشارة إلى المقدار بشكل عام، حيث لا تكون القيمة الدقيقة أو المقياس المحدد المستخدم مهمًا.