כיצד נוצרים רעידות אדמה וכיצד נמדדת גודל שלהן

רעידות אדמה הן נושא חיפוש שגרתי ברחבי העולם, והעניין גדל בכל פעם שהידוע על נד משמעותי עולה לכותרות. שתי שאלות חוזרות על עצמן לעתים קרובות: מה גורם מבחינה פיזיקלית לרעידת האדמה, ומה המשמעות של מספר הגודל שדווח לאחר מכן. שתי התשובות מגיעות מעשרות של סיסמולוגיה תיעודה על ידי סוכנויות כמו הסקר הגיאולוגי של ארה"ב (USGS) וקונסורציומים מחקריים כמו IRIS, המוסדות המחקר המשולבים לסיסמולוגיה.

מה גורם לרעידת אדמה

על פי הסקר הגיאולוגי של ארה"ב, רעידת אדמה נגרמת על ידי הסחה פתאומית על שבר. הקרום של כדור הארץ מחולק לפלטות טקטוניות גדולות שנעות כל הזמן, אם כי ببطיء. כאשר פלטות נפגשות, חיכוך גורם לקצוותיהן להיצמד זה לזה גם כאשר הפלטות ממשיכות להימשך. הסקר הגיאולוגי של ארה"ב מצביע על פלטות האוקיינוס השקט וצפון אמריקה בקליפורניה כדוגמה: הן נגררות זו עם זו בקצב של בערך שתי אינץ' לשנה לאורך שבר סן אנדריאס, גבול המשתרע על פני יותר מ-650 קילומטרים וגרידת יותר מ-10 קילומטרים לעומק.

בזמן שקצות השבר נשארים תקועים, הפלטות ממשיכות לנוע, מה שכופף וקולח את הסלע משני הצדדים. האנרגיה המאוחסנת מצטברת עד שלבסוף עולה על החיכוך החוזק את השבר ביחד. כאשר השבר "משתחרר", הסלע התקוע קופץ בחזרה למיקום פחות מתוח בהסחה פתאומה, והאנרגיה שהוכנסה למחסן היא קרינה החוצה בצורת גלים סיסמיים, המתוארים על ידי הסקר הגיאולוגי של ארה"ב כפרוסים "כמו גליות בבריכה".

לא כל שבר מתנהג בדרך דומה לאורך זמן. הסקר הגיאולוגי של ארה"ב מציין כי בחלק מהאזורים שברים נעים דרך רימום כמעט קבוע, משחררים כמויות קטנות של זן בהלם קטן תדיר. במקום שרימום אינו קבוע, זן יכול להצטבר במשך עשרות או מאות שנים לפני משחרור הכל בבת אחת, מה שמייצר רעידת אדמה גדולה יותר.

מוקד, אפיסנטר וגלים סיסמיים

הנקודה מתחת לפני השטח שבה מתחילה רעידת אדמה נקראת היפוסנטר או מוקד; הנקודה על פני השטח ישירות מעליה היא האפיסנטר, על פי הסקר הגיאולוגי של ארה"ב. מהמוקד, שני סוגים עיקריים של גלים נעים החוצה: גלי P, החוצים את הסלע בכיוון שהם נוסעים וממגיעים ראשונים לתחנות מעקב, וגלי S, המזיזים את הקרקע מצד לצד ומגיעים אחרי גלי P. הסקר הגיאולוגי של ארה"ב מסביר כי הפער בזמן בין הגעת שני סוגי הגלים הללו לתחנות סיסמוגרף שונות מאפשר למדענים לחשב כמה רחוק התרחשה רעידת אדמה.

כיצד נמדד הגודל כיום

גודל מתאר את גודל הרעידה במקורה; לרעידת אדמה יש ערך גודל אחד, על פי הסקר הגיאולוגי של ארה"ב. זה שונה מעוצמה, החוקרת את חומרת הרעידה במיקום ספציפי ויכולה להשתנות מאוד בהתאם למרחק מהאפיסנטר, העומק והתנאים הגיאולוגיים המקומיים — IRIS משווה גודל לוואט של נורת חשמל ועוצמה לבהיקות המרגישה במרחקים שונים מנורה זו.

הסולם המוכר ביותר לציבור, סולם ריכטר, פותח על ידי סיסמולוג צ'ארלס ריכטר ב-1934, על פי אוניברסיטת טכנולוגיה מישיגן. הוא חישב את הגודל מהעוצמה של הגל הגדול ביותר שנרשם על סוג סיסמומטר ספציפי, מותאם למרחק מרעידת האדמה. הסקר הגיאולוגי של ארה"ב קובע כי גישה זו אינה מודדת בדיוק רעידות אדמה גדולות מאוד: כמה אירועים קטנים הערכה, אחרים הערכה חוזרת.

סיסמולוגים כעת משתמשים בעיקר בסולם גודל הרגע (Mw), שהסקר הגיאולוגי של ארה"ב וטכנולוגיה מישיגן מתארים כמעדיף מכיוון שהוא פועל בדיוק על פני טווח מלא של גדלי רעידות אדמה ותחול גלובלית. גודל הרגע נגזר מכמות פיזית הנקראת רגע סיסמי, המחושבת כקשיחות הסלע כפול שטח השבר שהחליק כפול המרחק שהשבר זז. ערך הרגע הזה, המוערך מנתוני סיסמוגרמה ומדידות גיאולוגיות, מומר לאחר מכן למספר הגודל המדווח לציבור.

למה כל מספר שלם חשוב כל כך הרבה

סולמות הגודל הם לוגריתמיים. הסקר הגיאולוגי של ארה"ב וטכנולוגיה מישיגן קובעים כי כל עלייה של מספר שלם אחד מתאימה לעלייה של בערך עשירית בעוצמת תנועת הקרקע הנרשמת על ידי כלים סיסמיים, וכ-32 פעמים עלייה בכמות האנרגיה שוחררה. טכנולוגיה מישיגן נותנת השוואות אנרגיה ממחישות: רעידת אדמה בגודל 1 משחררת אנרגיה בערך שווה ל-6 אונקיות TNT, בעוד שרעידת אדמה בגודל 8 משחררת אנרגיה שווה לכ-6 מיליון טון TNT.

גודל לעומת עוצמה

מכיוון שגודל הוא מספר יחיד המתאר את האנרגיה המשוחררת במקור, הוא בעצמו אינו מתאר כמה חזקה רעד עיר או בניין ספציפי. חומרת הרעידה במיקומים ספציפיים מתוארת במקום זאת באמצעות סולמות עוצמה כמו סולם מרקלי השונה לעוצמה, שהסקר הגיאולוגי של ארה"ב אומר מבוטא בספרות רומיות ותלוי בגורמים כולל המרחק מהאפיסנטר, עומק רעידת אדמה וגיאולוגיה מקומית.