چگونگی شکل‌گیری زلزله‌ها و اندازه‌گیری بزرگی آن‌ها

زلزله‌ها یک موضوع جستجو معمول در سراسر جهان هستند و علاقه هر بار که یک لرزش قابل‌توجهی در سرلینه‌ها ظاهر شود، افزایش می‌یابد. دو سؤال بیشتر از همه تکرار می‌شود: چه چیزی از نظر فیزیکی باعث لرزش زمین می‌شود و عدد بزرگی گزارش‌شده‌ی بعد از آن واقعاً چه معنایی دارد. هر دو پاسخ از دهه‌های علم زلزال‌شناسی مستند‌شده توسط آژانس‌هایی مانند انجمن علوم زمین آمریکا (USGS) و اتحادیه‌های تحقیقاتی مانند IRIS، مؤسسات تحقیقاتی متحد برای زلزال‌شناسی، می‌آیند.

چه چیزی باعث زلزله می‌شود

طبق انجمن علوم زمین آمریکا، زلزله به‌دلیل لغزش ناگهانی در یک گسل ایجاد می‌شود. پوسته زمین به صفحات تکتونیکی بزرگ تقسیم می‌شود که به‌طور مداوم، اگرچه آهسته، در حال حرکت هستند. جایی که صفحات با هم ملاقات می‌کنند، اصطکاک باعث می‌شود لبه‌های آن‌ها در کنار هم چسبیده بمانند، حتی زمانی که صفحات به밀어دادن خود ادامه می‌دهند. انجمن علوم زمین آمریکا صفحات اقیانوس آرام و آمریکای شمالی در کالیفرنیا را به‌عنوان نمونه ذکر می‌کند: آن‌ها در کنار یکدیگر با سرعتی حدود دو اینچ در سال در امتداد گسل سن آندریاس حرکت می‌کنند، مرزی که بیش از 650 مایل طول دارد و بیش از 10 مایل عمق دارد.

تا زمانی که لبه‌های گسل چسبیده بمانند، صفحات به حرکت خود ادامه می‌دهند، که باعث خم شدن و فشار بر روی سنگ در هر دو طرف می‌شود. انرژی ذخیره‌شده تا زمانی که سرانجام از اصطکاک نگه‌دارنده‌ی گسل فراتر رود، تجمع می‌یابد. زمانی که گسل "باز می‌شود"، سنگ چسبیده به یک موقعیت کمتر فشرده‌شده در یک لغزش ناگهانی بازمی‌رود و انرژی ذخیره‌شده به‌صورت موجات لرزه‌ای به بیرون تابش می‌شود، که انجمن علوم زمین آمریکا آن را به‌صورت "مانند موج‌هایی روی حوض" توصیف می‌کند.

نه هر گسلی در طول زمان به یک شکل رفتار می‌کند. انجمن علوم زمین آمریکا توجه می‌دهد که در برخی مناطق گسل‌ها از طریق خزش تقریباً مداوم حرکت می‌کنند، مقادیر کوچکی از فشار را در شوک‌های کوچک متکرر آزاد می‌کنند. جایی که خزش مداوم نیست، فشار می‌تواند برای دهه‌ها یا قرن‌ها تجمع یابد قبل از اینکه همه یکجا آزاد شود، و یک زلزله بزرگ‌تر ایجاد کند.

کانون، اپی‌مرکز و موجات لرزه‌ای

نقطه‌ای در زیر سطح که زلزله از آن شروع می‌شود، هیپوسنتر یا کانون نامیده می‌شود؛ نقطه‌ای روی سطح مستقیماً بالای آن، اپی‌مرکز است، طبق انجمن علوم زمین آمریکا. از کانون، دو نوع اصلی موجات به بیرون منتشر می‌شوند: موجات P، که سنگ را فشرده و کشش می‌دهند در جهتی که حرکت می‌کنند و ابتدا در ایستگاه‌های نظارتی می‌رسند، و موجات S، که زمین را از یک طرف به طرف دیگر حرکت می‌دهند و پس از موجات P می‌رسند. انجمن علوم زمین آمریکا توضیح می‌دهد که شکاف زمانی بین رسیدن این دو نوع موجات در ایستگاه‌های مختلف لرزه‌نگار، دانشمندان را قادر می‌سازد تا فاصله‌ای که زلزله در آن رخ داده است، محاسبه کنند.

چگونه بزرگی امروزه اندازه‌گیری می‌شود

بزرگی بزرگی زلزله را در منبع آن توصیف می‌کند؛ یک زلزله یک مقدار بزرگی واحد دارد، طبق انجمن علوم زمین آمریکا. این متفاوت از شدت است، که شدت لرزش را در یک مکان خاص اندازه می‌گیرد و می‌تواند بسته به فاصله از اپی‌مرکز، عمق و شرایط جیولوژیکی محلی بسیار متفاوت باشد — IRIS بزرگی را با قدرت یک لامپ روشنایی و شدت را با روشنایی احساس‌شده در فاصله‌های مختلف از آن لامپ مقایسه می‌کند.

مقیاسی که بیشتر برای جمهور آشنا است، مقیاس ریشتر، توسط لرزه‌شناس تشارلز ریشتر در سال 1934 توسعه‌یافت، طبق دانشگاه فن‌آوری میشیگان. این بزرگی را از دامنه بزرگ‌ترین موج ثبت‌شده روی نوع لرزه‌نگاری خاص، تعدیل‌شده برای فاصله از زلزله، محاسبه می‌کرد. انجمن علوم زمین آمریکا بیان می‌کند که این روش زلزله‌های بسیار بزرگ را به درستی اندازه‌گیری نمی‌کند: برخی رویدادها کم‌تقدیری می‌شوند، برخی دیگر بیش‌تقدیری می‌شوند.

لرزه‌شناسان اکنون عمدتاً از مقیاس حجم لحظه‌ای (Mw) استفاده می‌کنند، که انجمن علوم زمین آمریکا و میشیگان تک آن را به‌عنوان ترجیح‌داده توصیف می‌کنند زیرا بر روی تمام طیف بزرگی‌های زلزله به طور دقیق کار می‌کند و به صورت جهانی قابل‌اعمال است. بزرگی لحظه‌ای از کمیتی فیزیکی به نام لحظه‌ی لرزه‌ای، محاسبه‌شده به‌صورت سختی سنگ ضرب‌در ناحیه‌ی گسل که لغزید ضرب‌در فاصله‌ای که گسل حرکت کرد، استخراج می‌شود. این مقدار لحظه‌ای، برآورد‌شده از داده‌های لرزه‌نگاری و اندازه‌گیری‌های جیولوژیکی، سپس به عدد بزرگی گزارش‌شده برای جمهور تبدیل می‌شود.

چرا هر عدد صحیح اینقدر مهم است

مقیاس‌های بزرگی لگاریتمی هستند. انجمن علوم زمین آمریکا و میشیگان تک هر دو بیان می‌کنند که هر افزایش یک عدد صحیح با افزایش تقریباً ده‌برابری در دامنه حرکت زمین ثبت‌شده توسط ابزارهای لرزه‌ای و تقریباً افزایش 32‌برابری در انرژی آزاد‌شده مطابقت دارد. میشیگان تک مقایسه‌های انرژی توضیح‌دهنده‌ای می‌دهد: یک زلزله بزرگی 1 انرژی تقریباً معادل 6 اونس TNT را آزاد می‌کند، در حالی که یک زلزله بزرگی 8 انرژی معادل حدود 6 میلیون تن TNT را آزاد می‌کند.

بزرگی در برابر شدت

از آنجا که بزرگی یک عدد واحد است که انرژی آزاد‌شده در منبع را توصیف می‌کند، به‌تنهایی شدت لرزش یک شهر یا ساختمان خاص را توصیف نمی‌کند. شدت لرزش در مکان‌های خاص به جای آن با استفاده از مقیاس‌های شدت مانند مقیاس شدت مرکالی اصلاح‌شده توصیف می‌شود، که انجمن علوم زمین آمریکا می‌گوید با اعداد رومی بیان می‌شود و به عوامل‌ی شامل فاصله از اپی‌مرکز، عمق زلزله و جیولوژی محلی بستگی دارد.