محاسبه شدت و قدرت یک زلزله

شدت و قدرت یک زلزله چگونه محاسبه می شود؟
شدت لرزش زلزله به طور قابل توجهی در مناطق مختلف متفاوت است. از آنجا که طیف وسیعی از اثرات قابل مشاهده را نمی توان به صورت کمی بیان کرد، قدرت تکان دادن زمین لرزه یا زلزله معمولاً با اشاره به مقیاس های شدت که تأثیرات را از نظر کیفی توصیف می کنند، تخمین زده می شود.

تعریف مقیاس شدت از اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم و قبل از تولید و استفاده از لرزه نگارهای قادر به اندازه گیری دقیق حرکت زمین، شروع شد.

از آن زمان تقسیمات در این مقیاس ها با شتاب قابل اندازه گیری لرزش محلی زمین همراه بوده است.

با این حال، شدت یک زمین لرزه به طور پیچیده نه تنها به شتاب زمین بلکه به دوره ها و سایر ویژگی های امواج لرزه ای، فاصله نقطه اندازه گیری از منبع و ساختار زمین شناسی محلی نیز بستگی دارد.

علاوه بر این شدت یا قدرت زلزله متمایز از بزرگی زلزله است که معیاری از دامنه یا اندازه امواج لرزه ای است که توسط خوانش لرزه نگار مشخص می شود.

برای آشنایی بیشتر با دستگاه لرزه نگار مطلب زلزله نگار یا لرزه نگار چیست و چگونه کار می کند؟ را در مجله فرادرس مطالعه کنید.

تعدادی مقیاس مختلف برای شدت زلزله در طول قرن گذشته تنظیم شده است که برای زلزله های مخرب فعلی و قدیمی کاربرد دارد. برای سالیان متمادی بیشترین استفاده برای شدت زلزله استفاده از مقیاس 10 درجه ای بود که در سال 1878 توسط «مایکل استفانو دی روسی» (Michele Stefano de Rossi) و «فرانسوس آلفونسه فورل» (Franƈois-Alphonse Forel) ابداع شد.

مقیاسی که در حال حاضر عموماً در آمریکای شمالی مورد استفاده قرار می گیرد، «مقیاس مرکالی» (Mercalli scale) است که توسط «هری او وود» (Harry O. Wood) و «فرانک نویمان» ( Frank Neumann) در سال 1931 اصلاح شد، که در آن درجه بندی مناسب تری در نظر گرفته می شود.

یک فرم خلاصه شده از 12 مقیاس از درجه بندی اصلاح شده مرکالی در زیر ارائه شده است. شدت مرکالی اصلاح شده VIII با شتاب اوج حدود یک چهارم گرانش (g = 9/8 متر یا 32/2 فوت بر ثانیه مربع) و سرعت زمین برابر با 20 سانتی متر (8 اینچ) بر ثانیه در ارتباط است.

مقیاس های جایگزین نیز در ژاپن و اروپا برای شرایط محلی توسعه یافته است. مقیاس 12 درجه ای اروپایی (MSK) شبیه نسخه خلاصه شده مرکالی است.

مقیاس مرکالی تصحیح شده از شدت زلزله:
در این درجه زلزله احساس نمی شود و اکثراً اثرات حاشیه ای و طولانی مدت زلزله های بزرگ است.

این درجه از زلزله توسط افرادی که در حالت استراحت در طبقات بالای یک ساختمان باشند، احساس می شود.

این درجه از زلزله داخل خانه احساس می شود. در این درجه اشیای آویزان تاب می خورند و ارتعاشات و صداهایی مشابه ارتعاشات ناشی از عبور کامیون های سبک حس می شود. مدت زمان این نوع زلزله را می توان تخمین زد.

ارتعاشات مشابه ارتعاشاتی است که در اثر عبور کامیون های سنگین ایجاد می شود (یا تکان هایی شبیه به برخورد توپ سنگین با دیوارها).

در این حالت خودروهای متوقف شده تکان می خورند، پنجره ها، ظروف و درها می لرزند. شیشه ها نیز می لرزند و به صدا در می آیند، ظروف در کابینت ها بیرون می ریزند و جابه جا می شوند.

در محدوده بالای این درجه از زلزله، ممکن است چوب ها و قاب های چوبی نیز ترک بردارند.

این درجه از زلزله در فضای باز احساس می شود و جهت آن ممکن است تخمین زده شود. در این درجه از زلزله افرادی که خواب هستند از خواب بیدار می شوند.

سیالات دچار اعوجاج شده و برخی از آن ها می ریزند. اجسام کوچک جابه جا شده یا واژگون می شوند. درها تاب می خورند و باز و بسته می شوند. حرکت ساعت های پاندولی متوقف شده، یا با سرعت متفاوت شروع به حرکت می کند.

از نظر همه این درجه از زلزله ترسناک است و در اثر این اتفاق همه می ترسند و به بیرون می دوند. حرکت افراد ناپایدار است.

تصاویر و قاب عکس ها از دیوارها می افتند. مبلمان حرکت کرده یا واژگون می شوند. گچ و آجرهای ساختمان ترک می خورند. زنگ های کوچک کلیسا و مدرسه به صدا در می آیند و درختان و بوته ها به شدت تکان می خورند.

در این درجه از زلزله ایستادن دشوار است. رانندگان خودروها متوجه آن می شوند. لرزش اشیاء آویزان اتفاق می افتد و مبلمان ممکن است شکسته شوند.

بناهای ضعیف ممکن است آسیب ببینند. دودکش های قدیمی در سقف های ساختمان شکسته می شوند. سقوط گچ، آجر، سنگ، کاشی، قرنیز ممکن است رخ دهد.

ایجاد موج بر روی حوضچه ها، آب راکد و جریان گل و آب در امتداد شن یا ماسه نیز از دیگر مواردی است که در این زلزله رخ می دهد. در این درجه از زلزله زنگ های بزرگ به صدا در می آیند و خندق های آبیاری بتنی آسیب می بینند.

در این درجه از زلزله ها ماشین ها منحرف می شوند. آسیب به ساختمان های با مقاومت کم و تخریب جزئی آن ها نیز ممکن است رخ دهد.

آسیب جزئی به برخی بناهای مستحکم و تقویت شده که برای بهبود مقاومت آن ها از نیروهای جانبی استفاده شده است نیز ممکن است در این درجه از زلزله مشاهده شود.

سقوط و ریختن گچ، برخی دیواره ها، دودکش ها، پشته های کارخانه، بناهای تاریخی، برج ها و سدهای بلند نیز ممکن است مشاهده شود.

خانه های پیش ساخته نیز در صورتی که به درستی بر روی پایه ها محکم نشده باشند ممکن است در صورت وقوع زلزله بر روی پایه ها حرکت کنند. دیوارهای غیر مستحکم پانل ها نیز ممکن است به بیرون پرتاب شوند.

شکست ستون های آسیب دیده و شاخه های درختان، تغییرات جریان یا دمای چشمه ها و چاه ها، ترک در زمین مرطوب و در شیب های تند نیز از دیگر مواردی است که ممکن است در این زلزله ها مشاهده شود.

در این درجه از زلزله وحشت عمومی حاکم است. بناهای سنگی ضعیف تخریب می شوند و بناهای سنگی معمولی به شدت آسیب می بینند که این آسیب گاهی اوقات با فروپاشی کامل همراه است.

در این میان بناهای سنگی محکم نیز آسیب های جدی را تجربه می کنند. آسیب جدی به مخازن و سدها، شکسته شدن لوله های زیرزمینی، ترک های آشکار در زمین در مناطق آبرفتی، پرتاب ماسه و گل، شکاف های زلزله ای و گودال های ماسه ای اتفاقی است که در این درجه از زلزله مشاهده می شود.

بیشتر بناهای ساختمانی، خانه های پیش ساخته، سازه ها و پل های چوبی خوش ساخت در این درجه از زلزله تخریب می شوند.

در این حالت آسیب جدی در سدها، سنگریزها و خاکریزها رخ می دهد و رانش بزرگ زمین ایجاد می شود. جاری شدن آب در سواحل کانال ها، رودخانه ها، دریاچه ها و غیره از دیگر مواردی است که در این زلزله مشاهده می شود.

در این حالت شن و گل به صورت افقی در سواحل و زمین های مسطح جاری می شود و خط های راه آهن نیز کمی خم می شوند.

در درجه یازدهم خطوط آهن کاملاً خم شده و خطوط لوله زیرزمینی کاملاً از کار می افتند.

در درجه دوازدهم تخریب تقریباً کامل رخ می دهد. در این رویداد توده های سنگی بزرگ، خطوط دید و خطوط سطح منحرف و جابه جا شده و اجسامی به سمت بالا پرتاب می شوند.

با استفاده از مقیاس شدت، می توان داده های مختلف را در مورد زلزله با ساخت منحنی های ایزوسسمالی، خطوطی که نقاط با شدت یکسان را به هم متصل می کنند، خلاصه کرد. اگر تقارن کاملی در راستای عمودی و از کانون زلزله وجود داشته باشد، ایزوسسمال ها دایره هایی با مرکز (نقطه ای در سطح زمین دقیقاً بالاتر از محل وقوع زلزله) به عنوان کانون خواهند داشت.

با این حال به دلیل بسیاری از عوامل نامتقارن زمین شناسی که بر شدت زلزله تأثیر می گذارد، منحنی ها اغلب به شکل دایره ای نیستند.

محتمل ترین موقعیت کانون زلزله اغلب در نقطه ای در داخل منطقه با بیشترین شدت فرض می شود.

در برخی موارد، داده های ابزاری این محاسبه را تأیید می کند، اما قرار گرفتن مرکز اصلی زلزله در خارج از منطقه ای با بیشترین شدت موضوع بسیار رایجی است.