مقیاس ریشتر: رمزگشایی از قدرت زمین‌لرزه‌ها
مقیاس ریشتر چیست و چگونه متولد شد؟
در سال 1935، دو دانشمند به نام‌های چارلز ریشتر4 و بنو گوتنبرگ5 در مؤسسه فناوری کالیفرنیا، روشی علمی برای مقایسه قدرت زمین‌لرزه‌ها ابداع کردند. پیش از این، توصیف قدرت زمین‌لرزه‌ها بسیار ذهنی و بر اساس خرابی‌های به‌جامانده بود. ریشتر می‌خواست مقیاسی کمّی و مبتنی بر داده‌های دستگاه�های لرزه‌نگار6 ایجاد کند.
اصل اساسی که ریشتر بر آن تکیه کرد، لگاریتمی بودن مقیاس بود. این بدان معناست که افزایش هر یک واحدی در عدد بزرگی ریشتر، نشان‌دهنده افزایش ده برابری در دامنه امواج لرزه‌ای ثبت شده توسط لرزه‌نگار است. برای درک بهتر، یک پله‌کانی را تصور کنید که هر پله آن ده برابر پله قبلی ارتفاع دارد. بالا رفتن از پله اول آسان است، اما بالا رفتن از پله چهارم یا پنجم نیازمند انرژی بسیار بیشتری است.
بزرگی زمین‌لرزه با فرمول $ M_L = \log_{10} A - \log_{10} A_0 $ محاسبه می‌شود. در این فرمول، $ A $ بیشینه دامنه موج ثبت شده و $ A_0 $ دامنه مرجع برای یک زمین‌لرزه بسیار کوچک است. این تفریق لگاریتم‌ها در واقع نشان‌دهنده لگاریتم نسبت این دو دامنه است.
لگاریتم: قلب تپنده مقیاس ریشتر
شاید کلمه "لگاریتم" پیچیده به نظر برسد، اما مفهوم بسیار ساده‌ای دارد. لگاریتم یک عدد، به ما می‌گوید برای به دست آوردن آن عدد، باید پایه مشخصی (مثلاً 10) را به چه توانی برسانیم.
مثال: لگاریتم عدد 1000 در مبنای 10، برابر است با 3، زیرا $ 10^3 = 1000 $. حالا این را در مقیاس ریشتر به کار می‌بریم:
- زمین‌لرزه‌ای با بزرگی 4 ریشتر، امواجی با دامنه 10,000 واحد دارد ($ 10^4 $).
- زمین‌لرزه‌ای با بزرگی 5 ریشتر، امواجی با دامنه 100,000 واحد دارد ($ 10^5 $).
می‌بینید که افزایش فقط 1 واحد در بزرگی ریشتر، منجر به 10 برابر شدن دامنه امواج می‌شود. وقتی صحبت از انرژی آزاد شده می‌شود، این تفاوت حتی بزرگتر است؛ افزایش یک واحدی در بزرگی ریشتر، تقریباً معادل 32 برابر شدن انرژی آزاد شده است!
| بزرگی (ریشتر) | توصیف اثرات | تخمین انرژی آزاد شده (معادل TNT) | فراوانی تقریبی در سال |
|---|---|---|---|
| 2.0 - 2.9 | بسیار خفیف، معمولاً حس نمی‌شود. | 1 تن | 1,300,000 |
| 4.0 - 4.9 | خفیف، لرزش اشیاء در فضای داخلی حس می‌شود. | 15,000 تن | 13,000 |
| 6.0 - 6.9 | قوی، می‌تواند باعث خرابی‌های قابل توجه در مناطق پرجمعیت شود. | 15 میلیون تن | 135 |
| 8.0 - 8.9 | بسیار بزرگ، می‌تواند باعث تخریب شدید در مناطق وسیعی شود. | 15 میلیارد تن | 1 |
تفاوت کلیدی: بزرگی در مقابل شدت
این یک اشتباه رایج است که بسیاری از مردم فکر می‌کنند "بزرگی" و "شدت" یک زمین‌لرزه یکی هستند. در حالی که این دو مفهوم کاملاً متفاوتند:
بزرگی7 (که با مقیاس ریشتر اندازه‌گیری می‌شود): این یک عدد واحد برای توصیف اندازه منبع زمین‌لرزه است. این عدد به مکان شما بستگی ندارد و برای یک زمین‌لرنه خاص، در همه جای جهان یکسان است. مانند اندازه‌گیری وات یک لامپ.
شدت8 (که با مقیاس‌هایی مانند مرکالی9 سنجیده می‌شود): این مقیاس اثرات لرزه را در یک مکان خاص توصیف می‌کند. شدت به عواملی مانند فاصله از مرکز زمین‌لرزه، زمین شناسی زمین و طراحی ساختمان‌ها بستگی دارد. برای یک زمین‌لرنه، نقاط مختلف شدت‌های مختلفی را تجربه می‌کنند. مانند میزان نوری که شما از یک لامپ در نقاط مختلف یک اتاق دریافت می‌کنید.
مقیاس ریشتر در عمل: از لرزه‌نگار تا اخبار
امروزه، اگرچه مقیاس‌های مدرن‌تری مانند مقیاس بزرگی گشتاوری10 برای زمین‌لرزه‌های بسیار بزرگ دقیق‌تر هستند، اما مقیاس ریشتر هنوز هم به‌طور گسترده در گزارش‌های اولیه و رسانه‌ای برای زمین‌لرزه‌های کوچک تا متوسط استفاده می‌شود.
مثال عینی: فرض کنید یک زمین‌لرزه با بزرگی 5.0 ریشتر در یک منطقه رخ داده است. خبرگزاری‌ها بلافاصله این عدد را اعلام می‌کنند. این عدد به مهندسان و مسئولان مدیریت بحران می‌گوید که این زمین‌لرزه تقریباً 1000 برابر از یک زمین‌لرزه با بزرگی 3.0 قوی‌تر است ($ 10^{(5-3)} = 10^2 = 100 $ برابر دامنه موج و حدود 32 \times 32 = 1024 $ برابر انرژی). این اطلاعات به آن‌ها کمک می‌کند تا سریعاً وسعت منطقه احتمالی آسیب‌دیده را تخمین بزنند و منابع امدادی را به طور مؤثرتری تخصیص دهند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. از نظر تئوری، بله. اما از نظر زمین‌شناسی، محدودیت فیزیکی وجود دارد. پوسته زمین تنها می‌تواند تا یک حد مشخصی انرژی ذخیره کند قبل از آن که گسل بشکند. بزرگترین زمین‌لرزه‌ای که تاکنون ثبت شده، حدود 9.5 ریشتر بوده است. یک حد بالای عملی حول و حوش 10 ریشتر در نظر گرفته می‌شود.
این یک برداشت کاملاً غلط و رایج است. همانطور که توضیح داده شد، مقیاس ریشتر لگاریتمی است. زمین‌لرزه 6 ریشتر، 1000 برابر ($ 10^{(6-3)} = 10^3 $) دامنه موج بزرگتر و حدود 27000 برابر ($ 32^{(6-3)} = 32^3 $) انرژی بیشتری نسبت به زمین‌لرزه 3 ریشتر دارد.
مقیاس ریشتر برای زمین‌لرزه‌های با فاصله و بزرگی خاص در کالیفرنیا طراحی شده بود. این مقیاس برای زمین‌لرزه‌های بسیار بزرگ (بالای 6.8) اشباع می‌شود، یعنی عدد بزرگی را به درستی نشان نمی‌دهد. به همین دلیل، مقیاس‌های مدرن‌تر مانند مقیاس بزرگی گشتاوری (M_W) توسعه یافتند که برای تمامی بزرگی‌ها و انواع گسل‌ها دقیق‌تر عمل می‌کند.
مقیاس ریشتر، به عنوان یک نوآوری علمی ساده اما قدرتمند، درک ما از پدیده زمین‌لرزه را متحول کرد. درک مفهوم لگاریتم کلید فهمیدن این مقیاس است: افزایش هر یک واحدی به معنای 10 برابر شدن دامنه امواج و تقریباً 32 برابر شدن انرژی است. به خاطر داشته باشید که بزرگی (قدرت ذاتی زمین‌لرزه) با شدت (اثرات محلی آن) تفاوت دارد. اگرچه امروزه مقیاس‌های دقیق‌تری وجود دارند، اما میراث چارلز ریشتر همچنان زبان مشترک برای توصیف اولیه قدرت زمین‌لرزه‌ها در سراسر جهان است.
پاورقی
1 Richter Scale - مقیاس ریشتر
2 Logarithm - لگاریتم: عملیات ریاضی معکوس توان‌گیری.
3 Seismic Waves - امواج لرزه‌ای: امواج انرژی که در اثر شکست ناگهانی سنگ‌ها در پوسته زمین ایجاد می‌شوند.
4 Charles Richter - چارلز ریشتر: زلزله‌شناس آمریکایی.
5 Beno Gutenberg - بنو گوتنبرگ: زلزله‌شناس آلمانی-آمریکایی.
6 Seismograph - لرزه‌نگار: دستگاهی برای ثبت امواج لرزه‌ای.
7 Magnitude - بزرگی: معیاری برای سنجش اندازه منبع زمین‌لرزه.
8 Intensity - شدت: معیاری برای سنجش اثرات محلی زمین‌لرزه.
9 Mercalli Intensity Scale - مقیاس شدت مرکالی.
10 Moment Magnitude Scale (M_W) - مقیاس بزرگی گشتاوری.
