里氏地震震級是如何制定的?

哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的地震學家威廉·門克解釋道。

里氏震級是美國地震學家查爾斯·里氏(Charles Richter,1891-1989)於 1935 年制定的,旨在量化地震的震級或強度。當時正在加利福尼亞州研究地震的里氏需要一種簡單的方法來精確表達定性上顯而易見的事實:有些地震是小的,有些是大的。

地震是地面的劇烈震動,通常是由地質斷層上的突然運動引起的。例如,1994 年北嶺 6.9 級地震導致洛杉磯地區遭受嚴重破壞,其原因是發生在城市北部郊區地下 10 公里處,長約 12 公里、寬 15 公里的斷層上發生了 2 至 4 米的滑動。今天,地震和斷層運動在地震學家的腦海中已密不可分——以至於一聽到發生地震,我們立即就會詢問造成地震的斷層。相比之下,里氏的重點是地面振動本身,他可以使用加州理工學院(Caltech)的地震儀輕鬆監測到地面振動。在里氏看來,高震級地震是指地面振動強烈的地震。因此,里氏震級與致 Fault 的任何屬性都沒有直接聯絡。


支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您將有助於確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


里氏震級的模型是天文學家使用的恆星星等標度,該標度量化了恆星發出的光量(其光度)。恆星的光度是根據望遠鏡對其亮度的觀測結果計算的,這些觀測結果已針對望遠鏡的放大倍率和恆星與地球的距離進行了校正。但是,由於光度變化幅度很大(例如,參宿四的光度是半人馬座 α 星的 50,000 倍),因此天文學家計算光度的對數以產生恆星星等:一個易於記憶的個位數。

里氏用地震儀測量的地面振動量代替了光度測量。請注意,在這兩種情況下,強度的感覺都非常抽象:恆星星等不是衡量恆星物理大小的指標(可以用其直徑來量化),而是衡量恆星發出的光量的指標。地震震級不是衡量地震斷層物理大小的指標(可以用其面積或滑動量來量化),而是衡量其發出的振動量的指標。

在里氏最初的公式中,距離 100 公里的地震在加州理工學院地震儀的紙質記錄儀上引起 1 毫米振幅訊號,被任意定義為 3 級。(里氏地震儀的放大倍率約為 2,800 倍,因此紙質記錄上的 1 毫米對應於約 0.36 微米的實際地面運動)。在相同距離處產生 10 毫米振幅記錄的地震被指定為 4 級,100 毫米振幅為 5 級,依此類推。然後,里氏繼續設計校正表,允許計算震級,而無需考慮地震與地震儀的實際距離。

里氏震級標度的吸引力是雙重的。首先,地震用一個易於記憶和易於理解的個位數來概括。3 級地震是微小的地震。6 級地震是可能造成重大破壞的地震。9 級地震,如 12 月份造成致命印度洋海嘯的地震,能夠造成嚴重破壞。其次,震級可以很容易地從地震儀的測量結果中確定,地震儀不必特別靠近斷層。事實上,現代地震儀可以記錄全球任何地方發生的 5 級及以上地震。里氏震級的缺點是震級是一個單一的數字,無法充分描述地震等複雜的現象。震級相同的地震在許多基本方面可能有所不同,包括振動方向以及在震顫期間不同時期的相對振幅。這些差異可能導致震級相同的地震具有顯著不同的破壞程度。

從 20 世紀 60 年代中期開始,地震學家對滑動斷層如何產生地面振動有了相當完整的瞭解。表徵斷層強度的重要量是地震矩,即斷層面積、斷層滑動量和周圍岩石剛度的代數乘積。一般來說,大震級的地震對應於大矩的斷層,震級單位增加 1 個單位對應於矩增加約 30 倍。但這種關係是不精確的,並且在許多情況下,小斷層會導致出乎意料的大震級地震,反之亦然。

© .