Максимальный балл землетрясения. Сейсмическая шкала

В 1935 г. профессор Ч. Рихтер предложил оценивать энергию землетрясения магнитудой (от лат. величина).

Магнитуда землетрясений - условная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясением. Магнитуда пропорциональна логарифму энергии землетрясений и позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии.

Значение магнитуды землетрясений определяется из наблюдений на сейсмических станциях. Колебания грунта, возникающие при землетрясениях, регистрируются специальными приборами - сейсмографами.

Результатом записи сейсмических колебаний является сейсмограмма , на которой записываются продольные и поперечные волны. Наблюдения над землетрясениями осуществляются сейсмической службой страны. Магнитуда М, интенсивность землетрясения в баллах и глубина очага Н связаны между собой (см. табл.1).

Сейсмологи используют несколько магнитудных шкал. В Японии используют шкалу из семи магнитуд. Именно из этой шкалы исходил Рихтер К. Ф., предлагая свою усовершенствованную 9-магнитудную шкалу. Шкала Рихтера - сейсмическая шкала магнитуд, основанная на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Магнитуда самых сильных землетрясений по шкале Рихтера не превышает 9.

Отражающий силу землетрясений “магнитудный” масштаб, который предложен американским сейсмологом Рихтером, соответствует амплитуде наибольшего горизонтального смещения, записанного стандартным сейсмографом на расстоянии 10 км от эпицентра (точки земной поверхности непосредственно над фокусом землетрясения). Изменение этого наибольшего горизонтального смещения в зависимости от расстояния и глубины фокуса землетрясения (глубины от поверхности земли до области зарождения землетрясения) определяют при помощи эмпирических таблиц и графиков. Определенные таким способом магнитуды связаны с энергией эмпирическим уравнением LogE = 11,4 + 1,5 М ,

где М-магнитуда, соответствующая амплитуде горизонтального смещения (Richter, 1958), и Е - суммарная энергия. В соответствии с этой зависимостью каждая последующая единица шкалы Рихтера означает, что высвободившаяся энергия в 31,6 раза больше той, которая соответствует предыдущей единице шкалы. Другие эмпирически установленные зависимости показывают, что при увеличении магнитуды на единицу высвобождается в 60 раз больше энергии. Следовательно, при землетрясении с магнитудой 2 высвобождается в 30-60 раз больше энергии, чем при землетрясении с магнитудой 1, а при землетрясении с магнитудой 8 высвободится энергия, которая в 8х10 5 -12х10 6 раз больше энергии, высвобождающейся при землетрясении с магнитудой 4.

На землетрясения с магнитудой 1 по шкале Рихтера обычно реагируют только чувствительные сейсмографы. Землетрясения с магнитудой 2 при подходящих условиях ощущаются людьми в районе эпицентра. При землетрясениях с магнитудой 4,5 (интенсивность VI-VII; см. табл. 6) разрушения отмечаются лишь в редких случаях. Для удобства сейсмологи говорят о землетрясениях с магнитудой 7 и выше по шкале Рихтера как о сильных землетрясениях (major earthquakes), причем землетрясения с магнитудой 8 и больше будут, очевидно, великими землетрясениями (great earthquakes).

Крупнейшими известными землетрясениями, согласно методу оценки Рихтера, были колумбийское землетрясение 1906 г. и ассамское землетрясение 1950 г. с магнитудой 8,6. Расчетная магнитуда аляскинского землетрясения 1964 г. была порядка 8,4-8,6. Интересно отметить, что фокус всех этих землетрясений, имевших магнитуду, по Рихтеру, свыше 8,0, располагался на небольшой глубине.

Магнитуда М, интенсивность землетрясения в баллах и глубина очага h связаны между собой (табл.1). Чем меньше глубина очага, тем больше интенсивность землетрясения в баллах при одних и тех же значениях магнитуды (выделении энергии в очаге.)

Примерное соотношение магнитуды М и балльности в зависимости от глубины очага h. (таблица 1).

Существуют две величины, характеризующие силу землетрясения, — магнитуда и интенсивность. Интенсивность землетрясения — это величина внешних проявлений подземных толчков, которая измеряется баллами и показывает ущерб, нанесённый данной местности. В разных странах используются различные «шкалы интенсивности», в России это 12-балльная шкала Медведева - Шпонхойера - Карника , в США — шкала Меркалли . В странах Европейского союза с 1996 года применяется более современная Европейская макросейсмическая шкала (EMS).

Сейсмическая шкала в России

1 балл — колебания ощущаются исключительно приборами. Человек колебаний не ощущает.

2 балла — колебания могут почувствовать только люди, что находятся в спокойном, неподвижном состоянии.

3 балла — колебания ощущаются только внутри некоторых зданий.

4 балла — колебания чувствует большинство людей. В зданиях могут дребезжать стёкла, посуда.

5 баллов — колебания могут разбудить спящего человека. В помещениях нетрудно заметить раскачивание висячих предметов (например, ламп или люстр), колебания мебели. Появляются трещины в штукатурке. На улице качаются тонкие ветки деревьев.

6 баллов — ощущаются колебания всеми людьми, со стен падают картины, отдельные куски штукатурки отваливаются.

7 баллов — неизбежны трещины в штукатурке и в стенах кирпичных зданий. В некоторых зданиях возникает угроза частичных обрушений.

8 баллов — существенные конструктивные повреждения зданий: крупные трещины в стенах, обрушение балконов, карнизов и дымовых труб. Появляются трещины на крутых склонах и на почве.

9 баллов — в некоторых зданиях возникают обвалы, обрушение перекрытий и стен.

10 баллов — большинство зданий находятся под угрозой обрушения. На поверхности земли возникают трещины шириной до 1 метра.

11 баллов — полномасштабное обрушение всех построек и конструкций, крупные обвалы в горах, большое количество крупных трещин на поверхности земли. Наблюдается разрушение мостов.

12 баллов — изменение рельефа местности вплоть до неузнаваемости. Катастрофические последствия землетрясений — обвалы, оползни, изменение рельефа.

Сейсмическая шкала в Европе

1 балл — колебания не отмечаются, ощущаются исключительно приборами.

2 балла — колебания могут почувствовать только люди и животные на верхних этажах зданий в состоянии покоя.

3 балла — колебания в виде раскачиваний и лёгкого дрожания чувствуют некоторые люди, находящиеся дома.

4 балла — лёгкое дребезжание посуды и стёкол внутри зданий.

5 баллов — лёгкие колебания по всей поверхности внутри зданий. Подвешенные предметы качаются от сильных вибраций. Объекты с высоко расположенным центром тяжести падают. Двери и окна раскрываются и закрываются.

6 баллов — падают небольшие предметы, тонкие трещины в штукатурке.

7 баллов — большинство предметов падает с полок, многие здания умеренно повреждены, неизбежны трещины в штукатурке, часть дымовых труб обрушивается.

8 баллов — перевёрнутая мебель, большинству зданий нанесён значительный ущерб. Большие трещины в стенах. Некоторые здания могут быть полностью разрушены.

9 баллов — памятники и колонны падают. Некоторые здания обрушены полностью.

10 баллов — большинство зданий полностью разрушены.

11 баллов — практически все здания полностью разрушены.

12 баллов — практически все здания наземные и подземные сильно повреждены или разрушены.

Сейсмическая шкала в США

1 балл — колебания не ощущаются людьми.

2 балла — колебания ощущают люди в спокойной обстановке на верхних этажах зданий.

3 балла — колебания чувствуют некоторые люди, находящиеся дома, в помещениях качаются висящие предметы.

4 балла — звенят оконные стёкла, посуда, скрипят двери.

5 баллов — колебания ощущаются на улице, выплёскивается жидкость из посуды.

6 баллов — трескается штукатурка и кирпичная кладка, сдвигается и переворачивается мебель, лопаются оконные стёкла.

7 баллов — трудно стоять на ногах, осыпается штукатурка, падают кирпичи, керамическая плитка, на поверхности водоёмов появляются волны.

8 баллов — падает штукатурка, рушатся некоторые кирпичные стены, дымовые трубы, башни, памятники, обламываются ветки деревьев, в грунте образовываются трещины.

9 баллов — лопаются каркасы строений и подземные трубы, образуются серьёзные трещины в грунте и песчаные воронки.

10 баллов — рушится кирпичная кладка и мосты, возникают мощные оползни.

11 баллов — деформация железнодорожных путей, выходят из строя подземные трубопроводы.

12 баллов — полное разрушение зданий, нарушение линии горизонта, взлетают в воздух отдельные предметы.

Как измеряется магнитуда землетрясений?

Магнитуда — условная величина, характеризующая общую энергию колебаний, вызванных землетрясением. Она определяется по шкале, основанной на записях сейсмографов. Эта шкала известна под названием шкалы Рихтера (по имени американского сейсмолога Ч. Ф. Рихтера, предложившего её в 1935 году). С увеличением магнитуды на единицу энергия возрастает в 100 раз, т. е. при толчке с магнитудой 6 высвобождается в 100 раз больше энергии, чем при магнитуде 5, и в 10 000 больше, чем при магнитуде 4.

Шкала Рихтера содержит условные единицы (от 1 до 9,5):

Магнитуда	Характеристики
	Наиболее слабое землетрясение, которое может быть зарегистрировано с помощью приборов.
	Колебания ощущаются людьми в районе эпицентра.
	Вблизи эпицентра могут наблюдаться небольшие повреждения.
	Наблюдаются умеренные разрушения.
	Сильные разрушения, разлом в сотни километров. На Земле не происходило землетрясений с магнитудой выше 9.

Крупнейшими известными землетрясениями, согласно методу оценки Рихтера, были колумбийское землетрясение 1906 г. и ассамское землетрясение 1950 г. с магнитудой 8,6.

Шкала магнитуд различает землетрясения по величине магнитуды, которая является относительной энергетической характеристикой землетрясения. Существует несколько магнитуд и соответственно магнитудных шкал: локальная магнитуда (ML); магнитуда, определяемая по поверхностным волнам (Ms); магнитуда, определяемая по объемным волнам (mb); моментная магнитуда (Mw).

Наиболее популярной шкалой для оценки энергии землетрясений является локальная шкала магнитуд Рихтера. По этой шкале возрастанию магнитуды на единицу соответствует 32-кратное увеличение освобождённой сейсмической энергии. Землетрясение с магнитудой 2 едва ощутимо, тогда как магнитуда 7 отвечает нижней границе разрушительных землетрясений, охватывающих большие территории. Интенсивность землетрясений (не может быть оценена магнитудой) оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах.

1. балл (незаметное) -отмечается только специальными приборами

2. балла (очень слабое) - ощущается только очень чуткими домашними животными и некоторыми людьми в верхних этажах зданий

3. балла (слабое) - ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение от грузовика

4. балла (умеренное) - землетрясение отмечается многими людьми; возможно колебание окон и дверей;

5. баллов (довольно сильное) - качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стекол, осыпание побелки;

6. баллов (сильное) - легкое повреждение зданий: тонкие трещины в штукатурке, трещины в печах и т. п.;

7. баллов (очень сильное) - значительное повреждение зданий; трещины в штукатурке и отламывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах, повреждение дымовых труб; трещины в сырых грунтах;

8. баллов (разрушительное) - разрушения в зданиях: большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб. Оползни и трещины шириной до нескольких сантиметров на склонах гор;

9. баллов (опустошительное) - обвалы в некоторых зданиях, обрушение стен, перегородок, кровли. Обвалы, осыпи и оползни в горах. Скорость продвижения трещин может достигать 2 км/с;

10. баллов (уничтожающее) - обвалы во многих зданиях; в остальных - серьёзные повреждения. Трещины в грунте до 1 м шириной, обвалы, оползни. За счет завалов речных долин возникают озёра;

11. баллов (катастрофа) - многочисленные трещины на поверхности Земли, большие обвалы в горах. Общее разрушение зданий;

12. баллов (сильная катастрофа) - изменение рельефа в больших размерах. Огромные обвалы и оползни. Общее разрушение зданий и сооружений.

8. Просадочность лёссовых пород обусловлена особенностями их состава, состояния и строения. Здесь в первую очередь наиболее важными являются следующие пять позиций: 1) лёссовые породы представляют собой структурированные песчано-глинисто-пылеватые дисперсные системы с резким преобладанием пылеватых частиц и обладают малой гидрофильностью, что обусловливает отсутствие или очень малую величину потенциального их набухания при увлажнении; 2) лёссовые породы характеризуются низкими значениями плотности скелета и высокой пористостью (42-55% и даже несколько выше), причем среди пор преобладают поры открытые; 3) эти породы до момента замачивания обладают низкой природной (естественной) влажностью и соответственно твердой или полутвердой консистенцией; 4) в лёссовых породах в различных, нередко больших количествах (до 10% и более) присутствуют карбонаты и водно-растворимые соли, которые в условиях невысокой природной влажности обусловливают структуру переходного (коагуляционно-цементационного) типа с высокой прочностью структурных связей и всего грунта в целом; 5) прочность такой структуры в лёссовых породах резко по величине и быстро во времени падает при водонасыщении (вплоть до практически моментального размокания небольших образцов, помещенных в спокойную воду).

Наличие и величина просадочности лёссовых пород четко отображаются на компрессионной кривой, которая обычно строится в координатах коэффициент пористости (е) - давление (Р). Эта кривая для просадочных разностей грунтов имеет очень характерную форму, обусловленную резким, скачкообразным уменьшением коэффициента просадочности под действующим давлением при замачивании. На этом графике отрезок отображает характер уплотнения природного грунта с низкой величиной естественной влажности под нагрузкой; участок соответствует реализации просадочных свойств - просадке грунта при замачивании при данном давлении, а отрезок - уплотнению просевшего увлажненного или водонасыщенного грунта при возрастании действующего давления.

В настоящее время применяют комплекс методов. Это связанно с многообразием свойств лессовых грунтов. Ни один из методов не может читаться универсальным. Современные способы строительства на лессовых грунтах позволяют успешно противодействовать возникновению просадочных явлений, особенно в грунтах I типа (просадка от собственного веса грунта отсутствует или не превышает 5см), наибольший эффект борьбы с просадочностью достигается при комбинировании 2-3 различных мероприятий.

Выбор мероприятий производится на основе технико-экономического анализа, в число которых входят:

1. тип грунтовых условий;

2. мощность просадочных грунтов и величина просадки;

3. конструктивные особенности зданий и сооружений.

Все методы подразделяются на три группы:

1. водозащитные;

2. конструктивные;

3. устраняющие просадочные свойства грунтов.

Водозащитные мероприятия предусматривают планировку строительных площадок для отвода поверхностных вод, гидроизоляцию поверхности земли, предохранение зданий от утечек воды из водопроводов, устройство водонепроницаемых полов, покрытий, отмосток.

Конструктивные мероприятия рассчитаны на приспособление объектов к возможным неравномерным осадкам, повышение жесткости стен и прочности стыков, армирование зданий поясами, применение свайных, а также уширенных фундаментов, передающих давление на грунт меньше, чем Р нач.

Наибольшее число методов связано с преобразованием лессовых просадочных оснований. Их подразделяют на 2 группы:

1. улучшение грунтов с применением механических методов;

2. физико-химические способы улучшения.

Механические методы преобразуют грунты либо с поверхности, либо в глубине толщ. Поверхностное уплотнение производят трамбовкой, послойной укаткой, вибрацией, замачиванием грунта под своим весом или весом сооружения. В глубине толщ уплотнение грунтов производят с помощью грунтовых свай (песчаных, известняковых), взрывов в скважинах, замачиванием через скважины с последующим взрывом под водой. Находят применение также песчаные и грунтовые подушки, грунтоцементные опоры.

К физико-химическим способам относят:

1. обжиг грунтов через скважины;
2. силикатизация;
3. пропитка цементным и глинистым растворами;
4. обработка различными солями;
5. укрепление грунтов органическими веществами.

9. Процессы и формы рельефа, связанные с работой ветра, названы эоловыми в честь древнегреческого бога Эола, повелителя ветров. Эти процессы включают:вынос ветром результатов выветривания;обтачивание, выдалбливание поверхности горных пород твердыми частицами, приносимыми ветром;перенос эолового материала и его аккумуляция.

Процессы эти происходят везде, где есть незакрепленные рыхлые отложения, например, на песчаных берегах рек, но ярче всего работа ветра видна в пустынях - районах, отличающихся сухостью воздуха и отсутствием растительности. Горные породы там быстро разрушаются из-за сильных колебаний температуры (физическое выветривание). Ветер действует совместно с выветриванием, выносит его продукты и очищает поверхность для дальнейшего разрушения. В некоторых местах поверхность пустыни покрыта слоем крупных обломков, оставшихся на месте после выдувания мелких частиц. Этот слой предохраняет породы от дальнейшего разрушения.

10. Речной эрозией называется постепенное разрушение рекой своего русла за счет размывания как берегов (боковая эрозия), так и ложа русла (глубинная эрозия). Речная эрозия - постоянный процесс, интенсивность которого зависит от прочности окружающих горных пород и интенсивности речного потока. Интенсивность речной эрозии достаточно сильно меняется в зависимости от гидрологических сезонов.

В горных реках, где прочность пород берегов и ложа примерно одинакова, преобладающее влияние имеет глубинная эрозия, приводящая к «пропиливанию» горных пород. Глубина эрозии в таких случаях может составлять многие сотни метров. В дальнейшем, подмывая высокие крутые берега за счет боковой эрозии, река создает условия для формирования крупных обвалов. Эти обвалы могут перекрывать русло реки, формируя горное озеро. Опасные последствия такого процесса описаны выше.

Наибольшую экономическую опасность представляет боковая речная эрозия, приводящая к заметным изменениям речных берегов. Особенно заметна боковая речная эрозия, если берега реки сложены рыхлыми, легко размывающимися породами. Экономические ущербы от боковой речной эрозии особенно заметны в населенных пунктах. Иногда интенсивная боковая эрозия приводит к образованию отмелей ниже по течению реки. В этом случае экономический ущерб наносится судоходству.

Землетрясения различаются по силе и результатам воздействия на поверхность земли. И в науке неоднократно предпринимались попытки классифицировать их по по этим показателям.

В результате таких попыток были разработаны 12 бальные шкалы , основывающиеся на оценке воздействия их на поверхность земли.

12 бальная шкала оценки интенсивности землетрясений (в дальнейшем шкала землетрясений ) оценивает интенсивность землетрясения в баллах в данной точке, вне зависимости от мощности его в эпицентре.

Шкала Рихтера имеет другой подход и оценивает величину сейсмической энергии высвобождающейся в эпицентре землетрясения. Единица измерения сейсмической энергии — магнитуда .

12 бальная шкала землетрясений.

В 1883 году 12 бальная шкала землетрясений была разработана Джузеппе Меркали. Позже она совершенствовалась самим автором, а, в последствии, также Чарльзом Рихтером, (автором шкалы Рихтера) и получила название Модифицированная шкала землетрясений Меркалли.

Эта шкала землетрясений, на сегодняшний день, используется в США.

В СССР и Европе длительное время использовалась 12 бальная шкала землетрясений — MSK-64. По ней, так-же как и по шкале землетрясений Меркалли, интенсивность их измеряется в баллах, указывающих на интенсивность, характер и масштаб воздействия на поверхность земли, сооружения, людей и животных в данном районе.

Шкала землетрясений MSK-64 очень наглядна. И если мы слышим в средствах массовой информации о том, что произошло землетрясение силой в 6 баллов, то очень просто можем себе представить, что, согласно этой шкалы землетрясений, оно было сильным, его ощутили все люди. Многие из них выбежали на улицу. Отваливались куски штукатурки, а со стен падали картины.

Или землетрясение силой в 9 баллов можно представить себе как опустошительное, при котором были повреждены и разрушены каменные дома, а деревянные дома покосились.

Все просто и понятно.

При этом надо заметить, что по шкале землетрясений интенсивность их оценивается в определенной точке. Понятно, что в эпицентре, расположенном над очагом землетрясения и в отдаленной точке интенсивность его будет различна.

В 1988 году Европейский сейсмический комитет начал обновление шкалы землетрясений MSK-64 и в 1996 году обновленная шкала землетрясений под названием EMS-98 вместе с руководством по применению была рекомендована к применению. Эта шкала землетрясений также 12 бальная и принципиальных различий с другими шкалами землетрясений не имеет.

В Японии используется шкала землетрясений Японского метеорологического агентства. Она начинается с трех баллов, когда люди начинают ощущать точки.

В ней, в отдельных колонках описывается воздействие на людей, на обстановку внутри зданий и на улице. Высший балл этой шкалы землетрясений — 7.

От других шкал она так-же принципиально не отличается.

Шкала Рихтера. Магнитуда.

Нередко, в том числе и в средствах массовой информации, можно слышать о происшедшем где-либо землетрясении силой, к примеру, в 6 баллов по шкале Рихтера.

Это неверно. Шкала Рихтера описывает не интенсивность землетрясения, выраженную в баллах, а совершенно другую характеристику, выраженную в других единицах.

Шкала Рихтера оценивает величину высвободившейся сейсмической энергии в эпицентре по измеренной приборами амплитуде колебаний почвы дошедших в точку измерения. Выражается эта величина в магнитуде.

Сам Рихтер магнитуду любого толчка определял как: «логарифм, выраженной в микронах, амплитуды записи этого толчка, сделанной стандартным короткопериодным крутильным сейсмометром на расстоянии в 100 километрах от эпицентра».

Магнитуда высчитывается после измерения амплитуды на сейсмограмме. А при расчетах необходимо внести поправки: на глубину очага землетрясения, на то, что измерения были проведены нестандартным сейсмометром. Необходимо привести вычисления к измеренным на стандартном расстоянии 100 км то эпицентра.

Это непростые вычисления. И из-за перечисленных сложностей величины магнитуд, выданных различными источниками могут незначительно отличаться.

Но в целом они дадут объективную оценку мощности землетрясения.

Поэтому правильно будет сказать, что в определенном месте произошло землетрясение с магнитудой, скажем, -5, по шкале Рихтера.

Магнитуда , вычисленная в различных точках по шкале Рихтера будет иметь одно значение. Интенсивность толчков в баллах в различных точках будет различная.

В этом и состоит различие 12 бальной шкалы землетрясений и 9,5 бальной шкалы Рихтера, выраженной в магнитуде (шкала Рихтера имеет диапазон 1 — 9,5 магнитуды).

Не стоит путать (а в СМИ это случается сплошь и рядом) понятия шкала Рихтера и 12 бальная шкала землетрясений.

Интенсивность по шкале Рихтера определяется сразу по показаниям сейсмографов. Интенсивность в баллах определяется позже, по оценке воздействия на земную поверхность. Поэтому самые первые сообщения по оценке мощности толчков приходят именно по шкале Рихтера.

Как правильно сообщить об интенсивности толчков в магнитуде по шкале Рихтера?

Верное употребление — «землетрясение магнитудой 7 по шкале Рихтера».

Ранее, по недосмотру, применялось неправильное выражение — «землетрясение 7 баллов по шкале Рихтера».

Или так-же не правильно — «землетрясение 7 магнитуд по шкале Рихтера» или «магнитудой 7 баллов по шкале Рихтера».

Шкала Рихтера описывает мощность толчков в эпицентре, вне зависимости от условий и вводит в употребление единицу измерения мощности толчков — магнитуда. Другие шкалы описывают воздействие их на поверхность в различных местах в зависимости от условий, грунтов, пород, отдаленности от эпицентра и т. д.

По этой причине шкала Рихтера является самой объективной и научно обоснованной.

Шкала Рихтера (шутка)

15.08.2016

Рассмотренное ранее понятие “интенсивность” землетрясения характеризует меру его последствия для определенной местности, без указания о его (землетрясения) силе (мощи) в целом как физического явления. Поэтому в конце XIX века были предложения (шкалы) оценить интенсивность землетрясения только в эпицентральной зоне. В дальнейшем были предложения судить о силе землетрясения по величинам площадей, пострадавших от него территорий. Землетрясение, вызывающее повреждения на территориях с большим диаметром, считалось принадлежащим к классу более сильных. Как видно из табл. 1.5, с одной стороны, характеристики интенсивности землетрясения во многих случаях обусловлены уровнем восприимчивости людей (которое нельзя выразить количественными показателями), а с другой - степень повреждений зданий и сооружений существенно обусловлены качеством строительства и грунтовыми условиями. При установлении же силы землетрясения по площадям поврежденных территорий встает вопрос о глубине очага. Таким образом, возникла настоятельная необходимость оценить силу землетрясения независимо от его последствий каким-либо числовым параметром, получаемым при помощи прибора (сейсмографа) во время землетрясения независимо от места регистрации. Так как причиной всех макросейсмических эффектов, включенных в любую шкалу интенсивности и наблюдаемых при землетрясениях, являются перемещения грунта, то естественно при оценке силы землетрясения варьировать значением перемещения грунта. Так возникла идея магнитуды землетрясения. Магнитуда землетрясения - это мера оценки его силы по величине перемещений частиц грунта но время этого землетрясения. Латинское слово "magnitude" и переводе на русский язык означает “величина". Фактически, говори о магнитуде землетрясения, необходимо подразумевать его величину. Чем больше уровень перемещений частиц грунта во время землетрясения, тем больше его магнитуда, т.е. сильнее само землетрясение.
В сформулировании понятия магнитуды принимали участие многие специалисты в области сейсмологии. В частности, работники сейсмических станций часто задумывались над несоответствием степени беспокойности или страха людей, вызываемого землетрясением, и характером его реальной сейсмограммы, записанной на станции. Слабый местный толчок всегда имел большой отклик, тогда как сильное далекое землетрясение в малонаселенной пустыне, горах или же в океане часто оказывается незамеченным за исключением самих сотрудников сейсмических станций, располагающими сейсмограммами землетрясения. Самим сейсмологам также труднее было правильно классифицировать землетрясения по их силе, независимо от их последствий. Большой вклад детализации понятия магнитуды внес профессор Калифорнийского технологического института (в Пасадене) Чарлз Рихтер, который разработал план разделения сильных и слабых землетрясений на объективной инструментальной основе, чем субъективные суждения об их последствиях. Главный аксиоматический принцип оценки заключается в том, что из двух землетрясений, имеющих один и тот же гипоцентр, большое (сильное) должно регистрироваться с большой амплитудой колебания грунта на любой станции. При одной и той же силе землетрясения сейсмограф, установленный на близком к эпицентру расстоянии, будет регистрировать большие перемещения грунта, чем на далеком расстоянии. Следовательно, для определения магнитуды прежде всего встал вопрос о выборе места регистрации землетрясения.
Как отмечено выше, Рихтер поставил вопрос разделения землетрясений на сильные и слабые. Поэтому возникла необходимость установления “стандартного” землетрясения в качестве эталона. Для стандартного землетрясения место регистрации Рихтер выбрал на расстоянии 100 км от эпицентра. С другой стороны, даже на одинаковом расстоянии от эпицентра величины перемещений частиц грунта участков с различными инженерно-геологическими характеристиками существенно отличаются. Поэтому было уговорено, что регистрирующий прибор должен быть установлен на участках со скальными грунтами. В качестве прибора Рихтер выбрал крутильный короткопериодный сейсмограф Вуда-Андерсона, имеющий большое распространение в 30-х годах прошлого столетия. Основные параметры этого сейсмографа: период свободных колебаний маятника - 0.8сек, коэффициент затухания -h=0.8, коэффициент увеличения - 2800 (реальное перемещение грунта на ленте записи увеличивается в 2800 раз). Вот как сформулировал понятие магнитуды сам Рихтер: "Mагнитыдa любого толчки определяете» как десятичный логарифм выраженной в микронах максимальной амплитуды записи этого толчка, записанной стандартным короткопериодным крутильным сейсмографом Вуда-Андерсона на расстоянии 100 км от эпицентра". Заранее отметим, что не обязательно каждый раз иметь именно сейсмограф Вуда-Андерсона в точности на расстоянии 100км от эпицентра (такое может случиться совершенно случайно), просто, как будет указано ниже, надо вводить поправки для приведения результатов измерений, полученных на других расстояниях и другими сейсмографами, к тем, которые были бы получены на расстоянии 100км сейсмографом Вуда-Андерсона.
Следовательно, магнитуда землетрясения, которая обозначается буквой М, будет

где Ac - величина перемещения скального грунта на сейсмограмме в микронах, зарегистрированной сейсмографом Вуда-Андерсона на расстоянии 100км. Если на сейсмограмме землетрясения, зарегистрированной сейсмографом Вуда-Андерсона, на расстоянии 100км максимальное перемещение грунта равно 1 микрону (1 микрон =0.001 миллиметру), то магнитуда этого землетрясения принимается равной M = Ig1 = 0. Ho это не означает, что не было землетрясения, просто оно было очень слабым. Аналогичным образом, если максимальное перемещение грунта равно 10 микронам, то магнитуда такого землетрясения будет Igl0 = 1. В действительности магнитуде M=1 будет соответствовать то землетрясение, во время которого на расстоянии 100км от эпицентра действительное перемещение скального грунта будет равно:

Исходя из вышеприведенного определения магнитуды с удивлением можно заметить, что она может иметь и отрицательные значения. Так, если на сейсмограмме землетрясения, записанной сейсмографом Вуда-Андерсона, на расстоянии 100км от эпицентра перемещение грунта равно 0.1 микрону, то магнитуда такого землетрясения будет

В этом случае действительное перемещение грунта будет

Запись такого перемещения грунта, конечно, не легкое дело. Она предполагает создание сейсмографом с большими коэффициентами увеличения. К счастью, отметим, что к настоящее время созданы такие сверхчувствительные сейсмографы, которые способны зарегистрировать землетрясения с магнитудами до М=3. Таким образом, при увеличении магнитуды на единицу амплитуда колебания грунта возрастает в 10 раз. Для большей наглядности в табл. 1.7 приведены действительные значения перемещений на расстоянии 100 км от эпицентра для землетрясений от самого слабого с магнитудой M=1 и до самого сильного с магнитудой М=9.0.

Самое слабое землетрясение, которое ощущается человеком, имеет магнитуду M=1.5. Землетрясения с магнитудой М=4.5 и более уже вызывают повреждения в зданиях и сооружениях. Землетрясения с 1< M < 3 называются микроземлетрясениями, а с M < 1 - ульграмикроземлетрясениями.
Шкала магнитуд Рихтера (если его вообще можно называть шкалой) не имеет верхнего предела. Поэтому ее часто называют “открытой” шкалой, так как никто не может прогнозировать, когда и с какой силой будет самое сильное землетрясение, хотя верхний предел магнитуды обусловлен (ограничен) предельным значением прочности земных пород. По-видимому, такое можно утверждать и о нижнем пределе шкалы, так как со временем, путем усовершенствования сейсмографов, создаются возможности для регистрации самых слабых землетрясений.
В армянском варианте настоящей книги, изданной в 2002 году, мы отметили два землетрясения в качестве самых сильных, от начала инструментальных регистраций, имеющих магнитуду М-8.9. Оба эти землетрясения происходили под океаном в зонах субдукции. Первое землетрясение происходило в 1905 году у побережья Эквадора, второе - в 1933 году в побережьях Японии. В 2002 году мы высказали риторический вопрос: может, наша планета не способна генерировать землетрясения с магнитудой больше чем 8.9 и считали, что ответ на этот вопрос может дать только время. Прошло немного времени и мы получили ответ на этот вопрос: на нашей планете Земля возможны землетрясения с магнитудой больше чем 8.9. Это случилось 26 декабря 2004 года. На побережье острова Суматра произошло самое катастрофическое землетрясение на Земле с магнитудой более 9.0, вызвавшее огромное цунами и ставшее причиной смерти более чем 300000 людей.
Очевидно, что если землетрясение записано не сейсмографом Вуда-Андерсона, а любым другим сейсмографом, то магнитуда землетрясения будет

где А - уже максимальное значение действительного перемещения грунта в микронах, записанная любым сейсмографом (не на сейсмограмме).
Так, например, во время Спитакского землетрясения 1988 года на инженерно-сейсмометрической станции N5 города Еревана сейсмометром СМ-5 зарегистрировано максимальное перемещение грунта, равное 3.5 мм или 3500 микронам (рис.3.19). Расстояние Ереван-Спитак примерно равно 100 км, поэтому магнитуда Спитакского землетрясения примерно будет

M = lg 2800*3500 = lg10в7 = 7.0,

которую подтвердили многие сейсмические станции мира.
Возникает естественный вопрос - как определить магнитуду, если сейсмограф установлен не на расстоянии 100 км от эпицентра, а на произвольном расстоянии. Для этого сам Рихтер для Калифорнийских землетрясений построил калибровочную кривую для перехода от амплитуд, наблюдаемых на произвольном эпицентральном расстоянии к амплитудам, ожидаемым на расстоянии 100 км. Этот тип магнитуды в настоящее время называется локальной (местной) магнитудой - ML, и определяется формулой Рихтера

где А - максимальное значение действительного перемещения грунта по объемным поперечным волнам S и микронах, записанного любым сейсмоuрафом, Δ - эпицентральное расстояние в километрах.
Формула (1.92а) применима только для мелкофокусных местных землетрясений типа изученных Рихтером с Δ ≤ 600 км.
Для землетрясений с опицснтральным расстоянием Δ ≥ 600 км на сейсмограммах преобладают поверхностные волны с большими периодами. Для мелкофокусных» удаленных землетрясений (телесейсмических) Гутенберг вывел следующую формулу магнитуды Ms:

где А - горизонтальная компонента действительного перемещения грунта (в микронах), вызванного поверхностными волнами с периодом около 20 секунд.
Международной ассоциацией сейсмологии и физики недр (IASPEI) для Ms рекомендовано следующее выражение:

где (А/Т)max - максимум из всех величин A/T (амплитуда/период) у различных волновых групп на сейсмограмме. Для Т=20сек уравнение (1.92в) почти совпадает с уравнением (1.92б).
Особенность перечисленных трех формул (1.92) заключается в том, что при увеличении эпицентрального расстояния Δ максимальное перемещение грунта А уменьшается и наоборот, поэтому в итоге одно и то же самое землетрясение, зарегистрированное на разных расстояниях от эпицентра, будет иметь почти одинаковую величину магнитуды. Уравнения (1.92) считаются применимыми только для мелкофокусных землетрясений с глубиной очага h не более 60 км. Для более глубоких землетрясений шкала магнитуд основана на амплитуде телесейсмических объемных волн mв и определяется формулой:

где T - период измеряемой волны, а А - представляет собой амплитуду грунта, C(h, Δ) - эмпирический коэффициент, зависящий от глубины очага и эпицентрального расстояния, определяемого по специальным таблицам.
Эмпирически установлена следующая зависимость между mв и Ms

Отметим, что значения mн и M совпадают при mн = M=6.75, выше этого M=mн, ниже M=mн.

Все вышеприведенные рассуждения и формулы, несмотря на внешнюю простоту, при их практическом применении сталкиваются с определенными трудностями, связанными с переводами величин перемещений грунта, записанных современным сейсмографом, к записям сейсмографа Вуда-Андерсона, с установлением угла падения фронта сейсмических волн, глубиной очага и фиксацией на сейсмограмме положений первых вступлений объемных и поверхностных волн Р, S, L и их периодов, а также связанными с грунтовыми условиями места регистрации землетрясения. Поэтому все сейсмические станции имеют свои корректирующие коэффициенты для определения магнитуды. Все расчеты производятся с применением компьютерных программ или специальных номограмм. Одни из таких номограмм, заимствованная из, показана на рис. 1.43. Ho, несмотря на все это, из-за сложности сути самого землетрясения, неоднородности путей распространения сейсмических волн и неидентичности сейсмографов значения магнитуды одного и того же землетрясения, вычисленные на разных сейсмических станциях, всегда отличаются друг от друга, причем что отличие может достигать величины 0.5.
Считаем необходимым еще раз отметить, что разработка концепции оценки силы землетрясения посредством шкалы магнитуд является фундаментальным шагом в развитии количественной сейсмологии. Никакая другая мера не описывает масштаб землетрясения в целом так полно и точно. Шкала магнитуд дает возможность, имея хотя бы одну инструментальную запись (сейсмограмму) землетрясения на поверхности Земли вне зависимости от места происшествия и степенью причиненного последствия, количественно оценить масштабы и мощь землетрясения.