Какая шкала используется для измерения магнитуды землетрясения?

Энергия землетрясения

В каком-то смысле различные способы измерения магнитуды землетрясений являются приближениями к «идеальной» энергетической шкале:

где E — энергия землетрясения в джоулях.

Сейсмическая энергия, выделяемая при ядерном взрыве мощностью 1 мегатонна, эквивалентна землетрясению с магнитудой около 6,0. Стоит заметить, что только небольшая часть энергии взрыва преобразуется в сейсмические колебания.

Как измеряют землетрясения в баллах

В разных странах принято по-разному оценивать интенсивность землетрясения.

• В России и некоторых других странах принята 12-балльная шкала Медведева — Шпонхойера — Карника.
• В Европе — 12-балльная Европейская макросейсмическая шкала.
• В США — 12-балльная модифицированная шкала Меркалли.
• В Японии — семибалльная шкала Японского метеорологического агентства.

Шкала Рихтера

Первую шкалу магнитуды землетрясений предложил американский сейсмолог Чарльз Рихтер в 1935 году, поэтому в обиходе значение магнитуды называют шкалой Рихтера. Шкала представляет собой логарифмическую шкалу, которая измеряет магнитуду землетрясений на основе амплитуды движения грунта, регистрируемой сейсмографами. Величина выражается в виде числа, причем каждое увеличение на единицу соответствует десятикратному увеличению движения грунта.

Сейсмограф — прибор, используемый для определения силы и направления и измерения землетрясения. Он состоит из сейсмометра — датчика, измеряющего движение грунта, — и устройства, которое записывает сигнал, производимый сейсмометром.

Проще говоря, сейсмограф подобен диктофону, который прослушивает землю и ведет запись. С той лишь разницей, что сейсмограф создает графический след волн землетрясения. Этот след затем можно проанализировать и определить величину и местоположение землетрясения.

Шкала Медведева — Шпонхойера — Карника

Шкала Медведева — Шпонхойера — Карника (MSK-64) — это способ измерения интенсивности землетрясения, который представляет собой описание последствий подземных толчков на поверхности Земли и на искусственных сооружениях. Шкала была разработана в 1970-х годах советскими геологами и используется в основном на территории бывшего Советского Союза и Восточной Европы.

Шкала варьируется от 1 до 12, при этом каждое увеличение на одну единицу соответствует увеличению интенсивности землетрясения. Каждый из уровней описывает количество повреждений зданий и степень движения грунта. Информация, полученная с помощью этой шкалы, используется агентствами по управлению стихийными бедствиями для планирования мер реагирования и восстановления, а также для оценки потенциального воздействия землетрясения.

Как баллы MSK-64 соответствуют разрушениям на поверхности

• Не ощущается. Регистрируется только сейсмическими приборами.
• Очень слабые толчки. Замечают только некоторые люди, находящиеся в полном покое на верхних этажах зданий, и домашними животными.
• Слабое. Ощущается только внутри некоторых зданий, как сотрясение земли от проезжающего трамвая.
• Интенсивное. Большинство людей замечает такое землетрясение. Можно наблюдать легкое колебание или дребезжание предметов быта, оконных стекол. Могут скрипеть двери и/или стены.
• Довольно сильное. Ощущают многие даже вне зданий, а внутри — все. Шатается мебель, маятники часов останавливаются, могут появиться трещины в окнах и штукатурке.
• Сильное. Ощущается всеми. Предметы падают с полок, а картины — со стен. Отдельные куски штукатурки откалываются.
• Очень сильное. Появляются трещины в стенах домов, есть видимые повреждения.
• Разрушительное. Образуются видимые трещины на крутых склонах и в сырой почве. Памятники сдвигаются, фабричные трубы не выдерживают и падают. Дома сильно повреждаются.
• Опустошительное. Сильно повреждаются или рушатся каменные и кирпичные постройки. У деревянных домов нарушается геометрия.
• Уничтожающее. Трещины в земле достигают ширины в метр. Возникают оползни и обвалы со склонов. Каменные здания рушатся. Ж/д рельсы искривляются.
• Катастрофа. Появляются большие трещины в поверхностных слоях земли. Возникают многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома и мосты почти полностью разрушаются.
• Сильная катастрофа. Огромные изменения в земной коре: многочисленные трещины, обвалы, оползни. Меняется рельеф: возникают водопады, запруды, течение рек отклоняется. Ни одно сооружение не выдерживает.

Модифицированная шкала Меркалли в Европе и США

12-балльная европейская макросейсмическая шкала, также известная как шкала интенсивности Меркалли, была разработана в начале XX века итальянским сейсмологом Джузеппе Меркалли. Шкала также основана на наблюдении за воздействием землетрясения на окружающую среду и созданные человеком сооружения, такие как здания, дороги и мосты.

В то же время, определения различных уровней интенсивности в MSK-64 и Европейской шкалы могут немного отличаться. Например, MSK-64 основывается на количестве повреждений зданий в конкретном районе, в то время как определение того же уровня интенсивности по Европейской макросейсмической шкале учитывает и степень подвижек грунта, и количество повреждений искусственных сооружений.

В США тоже используют модифицированную шкалу Меркалли (Modified Mercalli Intensity, MMI). Она также основана на комбинации инструментальных показаний и наблюдений за воздействием землетрясения на окружающую среду и искусственные сооружения и варьируется от 1 (не ощущается) до 12 баллов (полный ущерб), но была изменена, чтобы лучше отражать последствия землетрясений именно в Соединенных Штатах.

Японская шкала сейсмической интенсивности

Японское метеорологическое агентство (JMA) использует для измерения интенсивности землетрясений собственную шкалу сейсмической интенсивности, также известную как шкала Синдо. Шкала Синдо варьируется от 0 до 7 баллов и учитывает как показания приборов, так и наблюдения за воздействием землетрясения на искусственные сооружения и окружающую среду.

Шкала Синдо была названа в честь японского сейсмолога Кийо Синдо, который разработал шкалу в 1950-х годах. Шкала была разработана для отражения интенсивности землетрясений в Японии, где последствия землетрясений для сооружений могут значительно отличаться из-за уникальной географии страны и стиля строительства.

Шкала интенсивности землетрясений

Интенсивность является качественной характеристикой землетрясения и указывает на характер и масштаб воздействия землетрясения на поверхность земли, на людей, животных, а также на естественные и искусственные сооружения в районе землетрясения.

В мире используется несколько шкал интенсивности:

• в России — шкала Медведева — Шпонхойера — Карника
• в Европейском союзе — европейская макросейсмическая шкала (EMS)
• в Японии — шкала Японского метеорологического агентства (Shindo)
• в США — модифицированная шкала Меркалли (MM)

Шкала интенсивности землетясений Медведева — Шпонхойера — Карника

12-балльная шкала Медведева-Шпонхойера-Карника была опубликована в 1964 году Сергеем Васильевичем Медведевым из СССР, Вильгельмом Шпонхойером (Wilhelm Sponheuer) из ГДР и Витом Карником (Vít Kárník) из Чехословакии и получила широкое распространение в Европе и СССР.
MSK-64 лежит в основе СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ. В Казахстане в настоящее время используется СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах».

Европейская макросейсмическая шкала интенсивности землетрясений (EMS)

Это основная шкала для оценки сейсмической интенсивности в европейских странах, также используется в ряде стран за пределами Европы. Была принята в 1998 году как обновление тестовой версии 1992 года и носит название EMS-98.

История EMS началась в 1988 году, когда Европейская сейсмологическая комиссия (ЕСК) решила пересмотреть и обновить шкалу Медведева — Шпонхойера — Карника (MSK-64), которая использовалась в своей основной форме в Европе почти четверть века. После более чем пяти лет интенсивных исследований и разработок и четырехлетнего периода тестирования новая шкала была официально выпущена. В 1996 году на XXV Генеральной Ассамблее ЕСК в Рейкьявике была принята резолюция, рекомендующая принять новую шкалу в странах-членах Европейской сейсмологической комиссии.

Европейская макросейсмическая шкала EMS-98 является первой шкалой интенсивности землетрясения, направленной на поощрение сотрудничества между инженерами и сейсмологами, а не для использования сейсмологами в одиночку. Она поставляется с подробным руководством, которое включает в себя принципы, иллюстрации и примеры применения.

В отличие от магнитуды землетрясения, выражающей количество сейсмической энергии, выделившейся в результате землетрясения, EMS-98 определяет, насколько сильно воздействует землетрясение на определенное место. EMS-98 является 12-балльной шкалой.

Шкала интенсивности Японского метеорологического агентства

Это шкала считается 7-балльной, но фактически содержит 10 уровней (от 0 до 4, 5 «минус», 5 «плюс», 6 «минус», 6 «плюс» и 7).

Интенсивность землетрясения 0 — незаметно для людей, пиковое (максимальное) ускорение грунта 0,008 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 1 — ощущается только некоторыми людьми в помещении, пиковое ускорение толчков 0,008–0,025 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 2 — толчки ощущают большинство людей в зданиях. Некоторые люди просыпаются. Висячие предметы немного раскачиваются, например лампы. Колебания грунта имеют ускорнения 0,025-0,08 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 3 — некоторые люди пугаются. Посуда в шкафах иногда постукивает. Немного раскачиваются электрические провода. Ускорение поверхности земли 0,08-0,25 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 4 — многие люди испытывают испуг. Некоторые люди пытаются уйти от опасности. Большинство спящих людей просыпается. Подвесные вещи качаются, посуда в шкафу гремит. Нестабильные мелкие вещи иногда падают. Электропровода качаются, люди на улице и некоторые в автомобиле ощущают вибрацию. Ускорение поверхности земли 0,25-0,80 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 5-минус (5-lower, 5弱) — большинство людей пытаются спастись от опасности. Некоторым людям обнаруживают, что трудно передвигаться. Подвешенные предметы сильно раскачиваются. Наиболее неустойчивые вещи падают. Иногда посуда в шкафу и книги на полке падают, мебель смещается. Люди замечают качание столбов. Иногда, разбиваются и падают стекла. Неармированные бетонные блоки стен трескаются, дороги получают повреждения. Иногда повреждаются стены и колонны слабо-сейсмоустойчивых домов. Устройства безопасности отключают газоснабжение в некоторых домах. В редких случаях повреждаются водопроводные трубы, отключается водоснабжение. Могут быть локальные отключения электроичества. Иногда появляются трещины в мягких грунтах и происходят камнепады в горных районах. 0,80-1,40 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 5-плюс (5-upper, 5強) — многие люди значительно пугаются и с трудом передвигаются. Большинство посуды и книг падают с полок. Иногда падает тяжелая мебель, раздвижные двери выскальзывают из направляющих, а деформация дверных косяков заклинивает входные двери. Во многих случаях неармированные бетонные блоки сооружений разрушаются. Многие автомобили останавливаются из-за трудности управления. Иногда падают плохо установленные торговые автоматы. Иногда малосейсмостойкие дома (less earthquake-resistant houses) получают серьезные повреждения стен, колонн; наклоняются. Иногда образуются большие трещины в стенах, балках зданий. В стенах даже весьма сейсмостойких зданий возможны трещины в стенах. Иногда повреждаются газопроводные и водопроводные трубы. Отключения газа и водоснабжения происходят в целых районах. Иногда появляются трещины в мягком грунте, случаются камнепады на склонах в горах. 1,40-2,50 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 6-минус (6-lower, 6弱)
Трудно устоять на ногах. Много тяжелой и незакреплённой мебели перемещается и падает. Во многих случаях невозможно открыть двери. В некоторых зданиях падает настенная плитка и стекла. Иногда слабо сейсмостойкие дома разрушаются. Повреждаются стены и колонны даже весьма сейсмостойких домов — в стенах, колоннах и балках образуются большие трещины. Повреждаются газопроводы и водопровод. В некоторых регионах происходят отключение электроснабжения. Иногда появляются трещины в земле, происходят оползни. 2,50-3,15 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 6-плюс (6-upper, 6強)
Невозможно устоять на ногах, передвижение возможно ползком. Перемещается и падает большинство тяжелой и незафиксированной мебели. Во многих зданиях падает облицовочная настенная плитки и стекла. Большинство неармированных бетонных блоков стен разрушается. Разрушаются многие несейсмостойкие дома. В некоторых случаях стены и колонны весьма сейсмостойких домов сильно повреждены. В некоторых случаях, получают ущерб стены и колонны даже весьма сейсмостойких зданий. Иногда повреждены магистральные газопроводов и водоводы. Электроснабжение прерывается в некоторых регионах. Иногда газоснабжение и водоснабжение прекращается на большой площади. Иногда появляются трещины в земле и происходят оползни. 3,15-4,00 м/сек2.

Интенсивность землетрясения 7
Броски и тряска делают невозможным передвижение по своему желанию. Большинство мебели перемещается и подпрыгивает. В большинстве зданий разрушается облицовочная плитка и стёкла. В некоторых случаях разрушаются железобетонные стены. Иногда даже очень сейсмостойкие здания получают серьезные повреждения и наклоняются. Снабжение газом и электричеством прекращается на в больших областях. Земля значительно деформированна большими трещинами и щелями, происходят оползни. Иногда происходит изменение рельефа. Ускорение подземных толчков больше 4 м/сек

Модифицированная шкала интенсивности землетрясений Меркалли

Применяется для определения интенсивности землетрясения по внешним признакам, на основе данных о разрушениях. Может быть применена в том случае, когда отсутствуют прямые данные об интенсивности подземных толчков, например, из-за отсутствия соответствующего оборудования. В шкале Меркалли для определения степени интенсивности землетрясения используются римские цифры.

Шкала названа по имени Джузеппе Меркалли, который заложил основы её использования в 1883 и 1902 годах. Позднее Чарльзом Рихтером в шкалу были внесены изменения, после чего её стали называть модифицированной шкалой Меркалли (MM). Сейчас шкала Меркалли используется в основном в США.

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 работает шкала Рихтера

Для оценки мощности землетрясений используется шкала Рихтера. Она была создана в 1935 году американским сейсмологом Чарльзом Рихтером и используется по сей день. Величина, которой характеризуют силу подземных толчков — это магнитуда.

Американский сейсмолог Чарльз Фрэнсис Рихтер

Шкала Рихтера состоит из условных единиц от 1 до 9,5. Это логарифмическая шкала, а значит каждая дополнительная единица означает увеличение силы землетрясения в 10 раз. Допустим, в новостях сказали, что в какой-то части Земли произошел толчок магнитудой 4. В феврале 2023 года в Турции произошло землетрясение магнитудой 7,7 — это значит, что оно было в 5000 раз мощнее по амплитуде и в 350 000 раз сильнее по выбросу энергии.

Землетрясение магнитудой 1 никто не заметит, но уже после 5 начинаются разрушения

Некоторые люди путают шкалу Рихтера со шкалой интенсивности землетрясения в баллах. Важно понимать, что Чарльз Рихтер создал шкалу для определения магнитуд, которые вычисляются по колебаниям, регистрируемым сейсмографом — наибольшее значение в этой шкале равно 9,5. Шкала интенсивности землетрясения в баллах же основана на тяжести последствий подземного толчка вроде наличия разрушенных зданий и состоит из 7 или 12 делений в зависимости от страны.

Шкала интенсивности землетрясения в России состоит из 12 баллов и называется шкалой Медведева — Шпонхойера — Карника

Исходя из этого, правильно говорить «Произошло землетрясение магнитудой 7,7». Вариант «произошло землетрясение магнитудой 7,7 баллов» неправильный.

Причина землетрясения в Турции

Турция тоже располагается в сейсмически опасной зоне — под ней располагаются Евразийская, Анатолийская, Африканская и Арабская тектонические плиты. Причина землетрясения в Турции в 2023 году заключается в том, что африканская плита надавила на аравийскую и она двинулась на север. После этого она начала двигаться по Восточно-Анатолийскому разлому, в результате чего и произошло мощное землетрясение. Ранее ученые считали, что землетрясение в этой области очень маловероятно, что и стало одной причин больших потерь — люди попросту не были готовы к этому.

Движение литосферных плит под Турцией

После первого подземного толчка было зафиксировано еще 285 афтершоков магнитудой от 3 до 6. Они ощущались не только в Турции, но и других соседних странах.

Об особенностях шкалы Рихтера, сейсмически опасных местах России и других интересных подробностях на тему землетрясений вы можете почитать тут.

где  — энергия землетрясения в джоулях.

Сейсмическая энергия, выделяемая при ядерном взрыве мощностью в 1 мегатонну (1 мегатонна = 4,184·1015 Дж), эквивалентна землетрясению с магнитудой около 7. Стоит заметить, что только небольшая часть энергии взрыва преобразуется в сейсмические колебания.

Частота землетрясений разной магнитуды

За год на Земле происходит примерно

• 1 землетрясение с магнитудой 8,0 и выше;
• 10 — с магнитудой 7,0—7,9;
• 100 — с магнитудой 6,0—6,9;
• 1000 — с магнитудой 5,0—5,9.

Сильнейшее зарегистрированное землетрясение произошло в Чили в 1960 — по более поздним оценкам, магнитуда Канамори составляла 9,5. Считается, что землетрясения на Земле не могут иметь магнитуду существенно выше 9,5, поскольку горные породы не могут накопить больше энергии без разрушения. Сейсмические события с большей энергией могут быть вызваны ударом метеорита.

Рихтер предложил для оценки силы землетрясения (в его эпицентре) десятичный логарифм перемещения (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра: ML = lgA + f, где f — корректирующая функция, вычисляемая по таблице в зависимости от расстояния до эпицентра. Энергия землетрясения примерно пропорциональна A3 / 2, то есть увеличение магнитуды на 1,0 соответствует увеличению амплитуды колебаний в 10 раз и увеличению энергии примерно в 32 раза.

Эта шкала имела несколько существенных недостатков:

• Рихтер использовал для градуировки своей шкалы малые и средние землетрясения южной Калифорнии, характеризующиеся малой глубиной очага.
• Предложенный способ измерения учитывал только поверхностные волны, в то время, как при глубинных землетрясениях существенная часть энергии выделяется в форме объёмных волн.

В течение следующих нескольких десятков лет шкала Рихтера уточнялась и приводилась в соответствие с новыми наблюдениями. Сейчас существует несколько производных шкал, самыми важными из которых являются:

Магнитуда объёмных волн

mb = lg(A / T) + Q(D,h)

где A — амплитуда колебаний земли (в микрометрах), T — период волны (в секундах), и Q — поправка, зависящая от расстояния до эпицентра D и глубины очага землетрясения h.

Магнитуда поверхностных волн

Ms = lg(A / T) + 1,66lgD + 3,30

Эти шкалы плохо работают для самых крупных землетрясений — при

Сейсмический момент и шкала Канамори

Сейсмический момент землетрясения определяется как

• — модуль сдвига горных пород, порядка 30 ГПа;
• — площадь, на которой замечены геологические разломы;
• — среднее смещение вдоль разломов.

Таким образом, в единицах СИ сейсмический момент имеет размерность Па × м² × м = Н × м.

Магнитуда по Канамори определяется как

Шкала Канамори хорошо согласуется с более ранними шкалами при

и лучше подходит для оценки крупных землетрясений.

Как связаны магнитуда и разрушения на поверхности

Хотя магнитуда землетрясения и объем разрушений на поверхности земли коррелируют, будет неверно связывать их напрямую. Важно учитывать глубину очага землетрясения и другие параметры. Например, землетрясение, очаг которого находится на большой глубине, может очень слабо ощущаться на поверхности. Но землетрясение той же магнитуды с неглубоким очагом, может нести разрушительные последствия.

Ссылки

.
.

Распространённые заблуждения

• Магнитуда характеризует землетрясение как цельное, глобальное событие и не является показателем интенсивности землетрясения, ощущаемой в конкретной точке на поверхности Земли. Интенсивность землетрясения, измеряемая в баллах, не только сильно зависит от расстояния до очага; в зависимости от глубины центра и типа горных пород сила землетрясений с одинаковой магнитудой может различаться на 2—3 балла.
• Магнитуда — безразмерная величина, она не измеряется в баллах.
• Правильное употребление: «землетрясение с магнитудой 6.0», «землетрясение силой в 5 магнитуд по шкале Рихтера»
• Неправильное употребление: «землетрясение с магнитудой 6 баллов», «землетрясение силой 6 баллов по шкале Рихтера».

За год на Земле происходит примерно:

• 1 землетрясение с магнитудой 8,0 и выше;
• 10 — с магнитудой 7,0—7,9;
• 100 — с магнитудой 6,0—6,9;
• 1000 — с магнитудой 5,0—5,9.

Сильнейшее зарегистрированное землетрясение произошло в Чили в 1960 году — по более поздним оценкам, магнитуда Канамори составляла 9,5.

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.

В 1977 Канамори предложил принципиально иную оценку интенсивности землетрясений, основанную на понятии сейсмического момента.

• μ — модуль сдвига горных пород, порядка 30 ГПа;
• A — площадь, на которой замечены геологические разломы;
• u — среднее смещение вдоль разломов.

, где M0 — сейсмический момент, выраженный в Н × м.

Шкала Канамори хорошо согласуется с более ранними шкалами при 3 < M < 7 и лучше подходит для оценки крупных землетрясений.

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):

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

Магнитуда землетрясения и балльная шкала интенсивности землетрясения

Шкала Рихтера содержит условные единицы (от 1 до 9,5) — магнитуды, которые вычисляются по колебаниям, регистрируемыми сейсмографом. Эту шкалу часто путают со шкалой интенсивности землетрясения в баллах (по 12-балльной системе), которая основана на внешних проявлениях подземного толчка (воздействие на людей, предметы, строения, природные объекты). Когда происходит землетрясение, то сначала становится известной именно его магнитуда, которая определяется по сейсмограммам, а не интенсивность, которая выясняется только спустя некоторое время, после получения информации о последствиях.

Правильное употребление: «землетрясение магнитудой 6,0».

Прежнее употребление: «землетрясение силой 6 баллов по шкале Рихтера».

Как предсказать землетрясение

В настоящее время ученые не в состоянии точно предсказывать землетрясения. Существуют методы обнаружения изменения сейсмической активности и деформаций в земной коре, которые могут указывать на повышенную вероятность землетрясения, но на основе этих методов нельзя сказать его точное время или место.

Основное внимание в настоящее время во всем мире уделяется совершенствованию систем раннего предупреждения, а также подготовке и повышению осведомленности населения. Системы раннего предупреждения используют сети сейсмического мониторинга для обнаружения начала землетрясения и быстрой выдачи предупреждений тем, кто находится в пострадавшем районе, позволяя им принять защитные меры до начала сильного сотрясения.

В качестве инструмента для прогнозирования землетрясений и систем раннего предупреждения сейчас активно рассматривают (но пока широко не используют) нейросети. Алгоритмы искусственного интеллекта, такие как машинное и глубокое обучение, можно обучить на исторических сейсмических данных для выявления закономерностей и составления прогнозов о будущих землетрясениях. Эти алгоритмы также можно использовать для анализа сейсмических данных в реальном времени. Однако точность прогнозирования землетрясений на основе ИИ все еще ограничена. Множество факторов усложняют прогнозирование землетрясений, включая ограниченный набор данных, доступных для обучения, нелинейный и хаотический характер землетрясений и влияние человеческой деятельности на измерения.

Кто исследует землетрясения

Существует множество компаний и организаций, которые занимаются исследованиями землетрясений — как частные, так и государственные.

• Геологическая служба США (USGS) — научное агентство правительства США, которое предоставляет информацию о землетрясениях и других стихийных бедствиях. Геологическая служба США управляет Передовой национальной сейсмической системой (ANSS), национальной сетью сейсмических приборов, которые отслеживают землетрясения в США.
• Обсерватория Земли Ламонт-Доэрти — исследовательское подразделение Колумбийского университета, специализирующееся на науках о земле и окружающей среде, включая исследования землетрясений.
• Калифорнийский технологический институт (Калтех) — ведущий исследовательский университет, где находится сейсмологическая лаборатория, которая проводит исследования землетрясений и оценку сейсмической опасности.
• Японское метеорологическое агентство (JMA) — национальное метеорологическое агентство Японии, отвечает за мониторинг землетрясений и их исследования в Японии.
• Научно-геологические компании, такие как Schlumberger, Halliburton и CGG —используют методы сейсмической съемки для изучения подповерхностной структуры Земли.
• Инженерные и консалтинговые компании, такие как Arup, MWH Global и GHD — специализируются на оценке сейсмической опасности и снижении рисков, а также на сейсмостойком проектировании и модернизации зданий.
• Технологические компании, такие как Early Warning Labs, ShakeAlert и MyShake — разрабатывают и внедряют системы раннего предупреждения землетрясений, используя сочетание сенсорных сетей, машинного обучения и других передовых технологий.

В России работают несколько организаций, которые занимаются исследованиями и мониторингом землетрясений.

• Институт физики Земли — ведущий российский научно-исследовательский институт, специализирующийся на геофизике, в том числе на изучении землетрясений.
• Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) — государственное учреждение, ответственное за мониторинг и прогнозирование опасных природных явлений, включая землетрясения.
• Институт динамики геосфер — научно-исследовательский институт РАН, который специализируется на геодинамике, сейсмологии и изучении землетрясений.
• Дальневосточное отделение РАН — филиал Российской академии наук, который проводит исследования в различных областях, включая сейсмологию и изучение землетрясений в Дальневосточном регионе.

Мощное землетрясение в Турции и Сирии

При оценке землетрясения также учитывают степень воздействия толчков на людей. Для этого используется такая величина, как интенсивность землетрясения. В отличие от шкалы магнитуд она измеряется в баллах от 1 до 12 на основании внешних проявлений (воздействие подземного толчка на людей, предметы, строения, природные объекты). В России и в некоторых европейских странах используется 12-балльная международная шкала интенсивности землетрясений (MSK-64), получившая название по первым буквам ее авторов (Медведев — Шионхойер — Карник).

Соотношение между интенсивностью и магнитудой зависит от расстояния между очагом и точкой регистрации на поверхности земли. Так, например, если сильное землетрясение происходит вдали от мест обитания людей и не приводит к существенным разрушениям, то магнитуда такого землетрясения будет большая, а интенсивность — минимальная. И наоборот, если слабое землетрясение, произошло близко к земной поверхности, недалеко от населенного пункта и привело к повреждениям зданий, то в этом случае магнитуда будет относительно маленькой, а интенсивность — относительно большой.

В чем измеряют интенсивность землетрясений, смотрите в инфографике aif.ru.

Нажмите для увеличения

Виды землетрясений

• Тектонические землетрясения — возникают в результате движения и взаимодействия тектонических плит. Они являются наиболее распространенным типом землетрясений и могут произойти в любой точке мира.
• Вулканические землетрясения — происходят в результате вулканической активности, такой как движение магмы или обрушение вулканического конуса. Чаще всего они встречаются вблизи активных или потенциально активных вулканических районов.
• Обвальные землетрясения — случаются в результате обрушения подземных шахт, подземных полостей или других искусственных сооружений.
• Взрывные землетрясения — происходят в результате искусственных взрывов, таких как ядерные испытания или взрывные работы в карьерах.
• Оползневые землетрясения — происходят в результате перемещения больших масс камня, земли или других материалов вниз по склону.
• Рои землетрясений — последовательности землетрясений, которые происходят в определенной области в течение короткого периода времени (1–15 дней). Они часто связаны с вулканической или геотермальной активностью.

В Австралии меньше всего землетрясений

Одно из немногих мест, где почти не происходят землетрясения — это Австралия. Дело в том, что она располагается посередине Австралийской литосферной плиты, вдали от ее границ.

Австралия находится посередине собственной литосферной плиты

Однако, иногда подземные толчки регистрируются и там. В 2021 году землетрясение произошло в австралийском штате Виктория — оно было магнитудой 5,9 и привело к гибели одного человека. Причиной подземного толчка стало движение в Разломе Губернатора, который находится внутри тектонической плиты. Такие землетрясения очень редки и называются внутриплитными.

Последствия австралийского землетрясения в 2021 году

Где чаще случаются землетрясения

В мире есть несколько районов, которые подвержены землетрясениям больше других.

Эти районы подвергаются более высокому риску землетрясений из-за наличия активных линий разломов и границ плит. Однако землетрясения могут произойти в любой точке мира, даже в районах, традиционно не считающихся подверженными высокому риску.

В 2023 году в Турции случилось крупнейшее с 1939 года землетрясение. Страна расположена на границе Африканской и Евразийской плит, которые сталкиваются и вызывают значительную тектоническую активность в регионе. Это приводит к высокой частоте землетрясений, в том числе средней и большой магнитуды. Западные и восточные регионы Турции особенно подвержены риску, а такие города, как Стамбул, Измир и Бурса, уязвимы к последствиям землетрясений. В связи с этим Турция предпринимает шаги по смягчению последствий землетрясений с помощью введения особых строительных норм, сейсмической модернизации зданий и планирования готовности к стихийным бедствиям.

Вероятность землетрясения в России зависит от конкретного региона. Некоторые части России, такие как полуостров Камчатка и острова Сахалин, расположены в сейсмически активных районах и подвержены более высокому риску землетрясений. Другие части России, такие как Северо-Европейская равнина, расположены в регионах с более низкой сейсмической активностью и подвержены меньшему риску.

Общая сейсмическая опасность в России считается от умеренной до высокой. В прошлом страна пережила несколько значительных землетрясений, включая Камчатское землетрясение 1952 года магнитудой 9,0 и Сахалинское землетрясение в Нефтегорске 1995 года магнитудой 7,5.

• 12-балльная сейсмическая шкала
• Шкала Японского метеорологического агентства

Землетрясения происходят до извержения вулканов

Если землетрясение произошло поблизости какого-либо вулкана, то он скоро может начать извергаться. Дело в том, что подземные толчки возникают не только во время столкновения тектонических плит — иногда они вызваны процессами, протекающими внутри вулканов. Отличить вулканическое землетрясение от тектонического можно по глубине очага — в первому случае толчок фиксируется на небольшой глубине около 2,4 километров, а во втором гораздо глубже. Фиксирование подземных толчков является одним из способов прогнозирования извержений вулканов, о которых мы рассказывали в этом материале.

Извержение вулкана Ньирагонго (Конго)

Вам будет интересно: Странные землетрясения в США могут быть предвестниками извержения вулкана

Внутреннее строение Земли

Перед тем, как говорить о причинах землетрясений, нужно разобраться в строении Земли. Наша планета состоит из трех основных слоев: коры, мантии и ядра. Кора является самым верхним слоем и состоит из относительно целостных блоков — литосферных плит. На данный момент ученым известно о существовании восьми крупных, десятках средних и огромном количестве маленьких плит.

Самые крупные литосферные плиты это Американская, Африканская, Антарктическая, Индо-Австралийская, Евразийская, Тихоокеанская и Амурская. Россия располагается на четырех плитах: большая часть страны лежит на Евразийской плите, территория Чукотки расположена на Северо-Американской плите, Побережье Магаданской области и Камчатки находятся на Охотоморской плите, а южные территории Сибири располагаются на Амурской литосферной плите.

Самые большие литосферные плиты и их движение

Литосферные плиты находятся в постоянном движении, потому что буквально плавают в пластичном слое верхней мантии — астеносфере. Это происходит очень медленно, потому что астеносфера хоть и способна течь как жидкость, но обладает крайне низкой вязкостью, а литосферные плиты тяжелые. По расчетам ученых, тектонические плиты движутся относительно друг друга со скоростью до 10 метров в год.

Изображение движения литосферных плит

Твердая оболочка Земли, на которой находятся упомянутые выше плиты, называется литосферой. Научное представление о строении и движении литосферы называется тектоникой плит. Поэтому иногда литосферные плиты называются тектоническими — это одно и то же.

Землетрясения происходят и в России

Как и во многих других частях мира, землетрясения в России происходят в местах стыков тектонических плит. Особенно сейсмически активными зонами считаются Кавказ, Поволжье, Алтай, Западная Сибирь, Восточная Сибирь и Камчатка. Сильные подземные толчки фиксируются 5-6 раз в столетие — они уносят много жизней и даже разрушают целые населенные пункты. Например, в 1995 году в поселке Нефтегорск (Сахалинская область) произошло землетрясение магнитудой 7,6, которое уничтожило поселение за 17 секунд. Из 3197 жителей поселка погибло 2040 человек.

Иногда землетрясения происходят даже в Москве и Санкт-Петербурге! О том, как такое возможно и насколько они разрушительны, вы можете узнать тут.

Нефтегорск после землетрясения

Стоит отметить, что в будущем в России могут начать образовываться торнадо — атмосферные вихри, которые обычно разрушают все на своем пути в американском штате Техас. Почему они могут появиться у нас, рассказывала моя коллега Любовь Соковикова — вот ссылка.

Рихтер предложил для оценки силы землетрясения (в его эпицентре) десятичный логарифм перемещения (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра:

где  — корректирующая функция, вычисляемая по таблице в зависимости от расстояния до эпицентра. Энергия землетрясения примерно пропорциональна

• Рихтер использовал для градуировки своей шкалы малые и средние землетрясения южной Калифорнии, характеризующиеся малой глубиной очага.
• Предложенный способ измерения учитывал только поверхностные волны, в то время как при глубинных землетрясениях существенная часть энергии выделяется в форме объёмных волн.

где  — амплитуда колебаний земли (в микрометрах),  — период волны (в секундах), и  — поправка, зависящая от расстояния до эпицентра и глубины очага землетрясения .

Эти шкалы плохо работают для самых крупных землетрясений — при ~ 8 наступает насыщение.

Землетрясения вызывают цунами

Самая высокая волна цунами была зафиксирована в 1958 году на Аляске — она возвысилась на 500 метров, разогналась до 160 километров в час и унесла жизни пяти человек. Об этом у нас есть отдельная статья.

Залив Литуйя (Аляска) после землетрясения и цунами в 1958 году

Если говорить о самом смертоносном цунами, то оно возникло после землетрясения в Индийском океане в 2004 году. Высота волн превышала 15 метров — они достигли берегов Индонезии, Шри-Ланки, юга Индии, Таиланда и других стран. Оно унесло жизни около 300 тысяч людей.

В 2004 году цунами добралось до Таиланда

Шкала магнитуд

Магнитуда землетрясений — условная логарифмическая величина (т.е. она рассчитывается по формулам), определенная по инструментальным наблюдениям сейсмическими станциями и характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясениями или взрывами. Магнитуда позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии.

Первоначальная шкала магнитуд была предложена Чарльзом Рихтером в 1935, поэтому в обиходе значение магнитуды ошибочно называют шкалой Рихтера.

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 долгое время была локальная шкала магнитуд Рихтера. Эта шкала содержит условные единицы (от 1 до 9,5, где «9,5» — максимальная зарегистрированная на сегодняшний день магнитуда, хотя теоретически она может быть и выше) и 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.

С 2002 года Геологическая служба США использует моментную магнитуду для сильных землетрясений. Если в 1970-х — 1980-х годах сильнейшими землетрясениями в истории считались землетрясение у берегов Эквадора (1906) и землетрясение Санрику (1933) с Ml=8,9 у обоих, то с начала 21 века таковым считается Великое Чилийское землетрясение с Mw=9,5, тогда как его Ml=8,4-8,5.

Интенсивность землетрясений не может быть оценена магнитудой и оценивается по тем повреждениям, которые они причиняют в населённых районах. Для этого используют шкалы интенсивности землетрясений.

Предсказать землетрясение невозможно

Несмотря на все старания сейсмологов, на сегодняшний день не существует способа предсказать землетрясение с точностью до дня и даже месяца. Однако, есть системы, которые способны предотвращать ложные тревоги.

Например, в США была разработана система предупреждения о землетрясениях ShakeAlert. Она работает с 2021 года и оценивает риск подземных толчков в штатах Калифорния, Орегон и Вашингтон — в будущем ее хотят начать использовать и в других сейсмически активных районах. Как и многие другие подобные системы, она фиксирует слабые толчки и предупреждает о том, что в ближайшее время могут возникнуть сильные. В это время люди имеют возможность выбежать в безопасные места, лечь прикрыв голову и так далее.

Система ShakeAlert предупреждает людей о землетрясениях

Предсказать землетрясение можно, наблюдая за животными. Специалисты уже давно заметили, что перед сильными подземными толчками муравьи покидают свои жилища, жабы покидают пруды, а птицы сбиваются в кучи или кидаются в воду. Подробности вы можете почитать тут.

Ужасное землетрясение в Турции было предсказано нидерландским сейсмологом Фрэнком Хугербитсом 3 февраля, за три дня до катастрофы. В своих соцсетях он опубликовал информацию о том, что одновременно в Турции, Сирии, Иордании и Ливане произойдет землетрясение магнитудой 7,5. Информацию о том, как он это сделал, найти не удалось.

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.

Самое сильное землетрясение в истории

Самое разрушительное землетрясение в истории человечества произошло в 1556 году, на территории китайской провинции Шэньси. Считается, что эпицентр этой катастрофы находился в долине реки Вэйхэ — разрушения распространились на 500 километров от центра. В результате этой катастрофы на земле образовались глубокие трещины, дома были разрушены, погибло приблизительно 830 тысяч человек.

Распространение волн во время землетрясения Шэньси в 1556 году

Большое количество жертв во время китайского землетрясения объясняется тем, что Китай всегда был очень плотно заселен. Вдобавок к этому, в давние времена жители пострадавших территорий обустраивали дома прямо в склонах холмов. Наконец, землетрясение началось в 5 утра, когда почти все люди находились дома.