بزرگی زمین‌لرزه: مقدار انرژی آزادشده هنگام لرزش زمین

بروزرسانی شده در: 11:46 1404/09/23 مشاهده: 7 دسته بندی: کپسول آموزشی

بزرگی زمین‌لرزه¹: چرا و چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟

راز پشت پردهٔ انرژی آزادشده در اعماق زمین و مقیاس‌هایی که آن را اندازه می‌گیرند.

خلاصه مقاله: زمین‌لرزه‌ها از آزاد شدن ناگهانی انرژی در پوستهٔ زمین ناشی می‌شوند. اما این انرژی را چگونه اندازه‌گیری و مقایسه می‌کنند؟ این مقاله به زبان ساده، مفهوم بزرگی² زمین‌لرزه و مقیاس‌های معروفی مانند ریشتر³ و گشتاوری⁴ را توضیح می‌دهد. با مقایسه‌های ملموس (مانند انرژی بمب اتم یا لامپ‌های روشنایی)، تفاوت لرزش‌های کوچک و بزرگ، و نحوهٔ ثبت آن‌ها توسط دستگاه لرزه‌نگار⁵ آشنا خواهید شد.

انرژی زمین‌لرزه از کجا می‌آید؟

برای درک بزرگی، اول باید منبع انرژی را بشناسیم. زمین از صفحات بزرگی به نام صفحات تکتونیکی⁶ تشکیل شده که مانند پازل‌های شناور روی مواد مذاب درونی، دائماً در حال حرکت اند. وقتی لبهٔ این صفحات به هم قفل می‌شوند، نیرو در آن‌ها ذخیره می‌شود؛ مثل فنری که آن را می‌فشارید. سرانجام سنگ‌ها تاب فشار را نمی‌آورند و ناگهان می‌شکنند و انرژی ذخیره‌شده به شکل امواج لرزه‌ای آزاد می‌گردد. این نقطه‌ی شکست را کانون⁷ زمین‌لرزه می‌نامند.

میزان انرژی آزادشده می‌تواند بسیار متفاوت باشد. یک مقایسهٔ ساده: فکر کنید شما یک نوار پلاستیکی را فقط کمی بکشید و رها کنید (انرژی کم). حالا همان نوار را تا حد امکان بکشید تا پاره شود (انرژی زیاد). زمین‌لرزه هم دقیقاً همین‌طور است.

مقیاس ریشتر: همانند سنجش صدای زمین

اولین مقیاس موفق برای اندازه‌گیری این انرژی، توسط چارلز ریشتر در سال ۱۹۳۵ ارائه شد. ریشتر از اعدادی لگاریتمی استفاده کرد. لگاریتم⁸ یعنی هر یک واحد افزایش در مقیاس ریشتر، نشان‌دهندهٔ افزایش انرژی به اندازهٔ 32 برابر است! این موضوع را با جدول زیر بهتر درک می‌کنیم:

بزرگی (ریشتر)	تأثیر و احساس	مثال برای انرژی آزادشده	تکرار سالیانه (تقریبی)
2.0 - 3.0	خیلی خفیف؛ اغلب حس نمی‌شود.	انرژی معادل انفجار 1 تن TNT	>1,000,000
4.0 - 4.9	لرزش خفیف اشیا؛ در محدوده نزدیک حس می‌شود.	معادل انرژی 1000 لامپ 100 واتی که یک سال روشن بمانند.	~15,000
6.0 - 6.9	قدرتمند؛ می‌تواند خسارت قابل توجه در مناطق پرجمعیت ایجاد کند.	معادل انرژی بمب اتمی هیروشیما (15 کیلوتن TNT).	~150
8.0 - 8.9	بسیار بزرگ؛ ویرانی در صدها کیلومتر و امکان سونامی.	معادل انرژی مصرفی کل کشور آمریکا برای 6 ماه!	1

فرمول ساده ریشتر: رابطه بین انرژی ($E$) بر حسب ژول و بزرگی ریشتر ($M_L$) به صورت تقریبی زیر است. این فرمول نشان می‌دهد با افزایش بزرگی، انرژی به صورت تصاعدی بالا می‌رود.

$\log_{10} E \approx 4.8 + 1.5 M_L$

مقیاس گشتاوری: ترازوی دقیق‌تر زمین‌لرزه‌های بزرگ

مقیاس ریشتر برای زمین‌لرزه‌های بزرگ و دور دقت خود را از دست می‌داد. پس دانشمندان مقیاس گشتاوری⁴ ($M_w$) را ابداع کردند. این مقیاس بر اساس گشتاور لرزه‌ای⁹ کار می‌کند که خود به سه عامل بستگی دارد: سختی سنگ، مساحت گسل و مقدار جابجایی.

به زبان ساده: گشتاور لرزه‌ای مانند این است که بزرگی زمین‌لرزه را نه فقط با صدای آن (امواج)، بلکه با اندازه‌گیری مستقیم وسعت و عمق شکاف ایجادشده در گسل محاسبه کنیم. بنابراین برای زمین‌لرزه‌های بسیار بزرگ، عدد دقیق‌تری ارائه می‌دهد. امروزه در خبرها معمولاً از همین مقیاس استفاده می‌شود.

از لرزش تا عدد: نقش لرزه‌نگار

اما این اعداد چگونه به دست می‌آیند؟ همه چیز با دستگاهی به نام لرزه‌نگار⁵ شروع می‌شود. این دستگاه مانند یک قلم حساس است که روی یک کاغذ چرخشی (یا امروزه به صورت دیجیتال) حرکت می‌کند. وقتی زمین می‌لرزد، پایهٔ دستگاه تکان می‌خورد، اما آونگ داخل آن به دلیل لَختی¹⁰ ثابت می‌ماند و در نتیجه قلم یک نمودار موجی به نام لرزه‌نگاشت¹¹ رسم می‌کند. ارتفاع و فاصلهٔ این موج‌ها، کلید محاسبهٔ بزرگی زمین‌لرزه توسط دانشمندان است.

مثال ملموس: لرزه‌نگار را مثل یک خودنویس روی میز تحریرتان تصور کنید. اگر دستتان را به آرامی تکان دهید، خطی کوتاه می‌کشید (زمین‌لرزهٔ کوچک). اگر محکم به میز ضربه بزنید، خودنویس یک خط بلند و با دامنهٔ بالا روی کاغذ می‌اندازد (زمین‌لرزهٔ بزرگ).

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

سوال ۱: آیا زمین‌لرزه با بزرگی 6 ریشتر، دو برابر قوی‌تر از زمین‌لرزهٔ 3 ریشتر است؟

پاسخ: خیر! این بزرگترین اشتباه است. چون مقیاس لگاریتمی است، زمین‌لرزهٔ 6 ریشتر، 32 × 32 × 32 = 32768 برابر انرژی بیشتری نسبت به زمین‌لرزهٔ 3 ریشتر آزاد می‌کند (چون تفاوت 3 واحد است).

سوال ۲: آیا عدد بزرگی بیشتر همیشه به معنای خرابی بیشتر است؟

پاسخ: نه لزوماً. شدت تخریب به عوامل دیگری هم بستگی دارد: عمق کانون (لرزه‌های کم‌عمق مخرب‌ترند)، فاصله از مرکز، جنس خاک منطقه (خاک نرم مثل ژله لرزه را تشدید می‌کند) و کیفیت ساختمان‌ها. ممکن است زمین‌لرزه‌ای با بزرگی کمتر در یک شهر پرجمعیت با ساختمان‌های ضعیف، خسارت بیشتری از یک زمین‌لرزهٔ قوی در بیابان ایجاد کند.

سوال ۳: بزرگ‌ترین زمین‌لرزه‌ای که ثبت شده، چه بزرگی داشته است؟

پاسخ: رکورد بزرگ‌ترین زمین‌لرزهٔ ثبت‌شده با مقیاس گشتاوری، مربوط به زمین‌لرزهٔ والدیویا¹² در شیلی در سال ۱۹۶۰ است با بزرگی 9.5 $M_w$. این زمین‌لرزه آن‌قدر انرژی داشت که می‌توانست کل لامپ‌های جهان را برای مدت زیادی روشن نگه دارد و یک سونامی عظیم ایجاد کرد.

جمع‌بندی: بزرگی زمین‌لرزه معیاری کمی برای سنجش مقدار انرژی آزادشده در کانون زمین‌لرزه است. مقیاس ریشتر به دلیل ماهیت لگاریتمی خود، نشان می‌دهد افزایش کوچکی در عدد بزرگی، به معنی افزایش بسیار عظیمی در انرژی است. مقیاس گشتاوری ($M_w$) نسخهٔ مدرن‌تر و دقیق‌تری است، به ویژه برای زمین‌لرزه‌های بزرگ. این اعداد با تحلیل امواج ثبت‌شده در لرزه‌نگاشت به دست می‌آیند. به خاطر داشته باشید که بزرگی تنها عامل تعیین‌کنندهٔ میزان خرابی نیست و عوامل انسانی مانند مقاومت سازه‌ها نقش حیاتی دارند.

پاورقی

¹ بزرگی زمین‌لرزه (Earthquake Magnitude)
² Magnitude
³ Richter (scale)
⁴ Moment Magnitude (scale) / $M_w$
⁵ Seismograph
⁶ Tectonic Plates
⁷ Hypocenter / Focus
⁸ Logarithm
⁹ Seismic Moment
¹⁰ Inertia
¹¹ Seismogram
¹² 1960 Valdivia Earthquake

انرژی زمین لرزه مقیاس ریشتر مقیاس گشتاوری لرزه نگار گسل

پایهٔ نهم علوم نهم بزرگی زمین‌لرزه

اطلاع از تغییرات در بسته‌های گاما

کاربر عزیز سلام!