شدت زلزله و بزرگی زلزله چیست؟ | مهندسی زلزله به زبان ساده | قسمت 2

 شدت زلزله و بزرگی زلزله چیست؟

در مطلب قبل به تعاریف اولیه مهندسی زلزله پرداخته شد و در این جلسه به سراغ مفهوم شدت زلزله و بزرگی زلزله خواهیم رفت. برای تعیین اندازه زلزله می‌توان از مقیاس «شدت زلزله» که در سال 1804 توسط مرکالی معرفی شد، استفاده نمود. مقیاس شدت زلزله مرکالی، شدت زلزله را به‌صورت تابعی از احساس و دریافت انسان و موجودات زنده از زلزله و نیز تأثیر بر ساختمان‌ها بیان می‌کند. شدت مرکالی دارای ۱۲ درجه است. درجه اول آن توسط افراد حس نشده و فقط به‌ وسیله دستگاه‌های اندازه‌گیری حساس ثبت می‌گردد. در درجه دوازدهم این مقیاس همه ساختمان‌ها خراب شده و اشیاء به هوا پرتاب می‌شوند.

کاستی های شدت زلزله

• یک زلزله در محل‌های متفاوت دارای درجه‌های شدت مختلفی است. مثلاً رخ دادن زلزله‌ای یکسان در مناطق شهری و روستایی اثرهای مختلفی بر روی سازه‌های موجود می‌گذارند و ممکن است ساختمان‌های روستایی به‌طور کامل تخریب شوند درحالی‌که سازه‌های مناسب شهری آسیب جدی نبینند.
• شدت به‌دست‌آمده برای هر نقطه بستگی زیادی به قضاوت‌های اشخاص دارد و به تلقی پژوهشگر و مصاحبه شوندگان از کلماتی چون صدمه، خرابی، ویرانی، انهدام و غیره بستگی دارد.
• شدت زلزله ارتباط مستقیمی با شتاب‌های حاصل از زلزله ندارد. ولیکن شدت زلزله به دلایل زیر معتبر است:
  • تعیین شدت زلزله بسیار ساده است و نیازمند وسایل پیچیده نیست.
  • شدت مستقیماً توصیفی از عملکرد ساختمان‌ها را در خود دارد و لـــــذا کار فهم گزارش‌های مهندسی را آسان می‌کند.

بزرگی ریشتر

در فاصله معینی از مرکز زلزله، دامنه ارتعاش حاصل از زلزله با انرژی آزاد شده ارتباط مستقیمی دارد و همچنین اندازه زلزله به انرژی آزاد شده بستگی دارد. Richer در سال ۱۹۳۵ بزرگی زلزله (M) را بر اساس دامنه ارتعاش حاصل از زلزله بصورت زیر تعریف نمود.

M = log A 10

• M = بزرگی زلزله به درجه ریشتر
• A = دامنه لرزه نگاری برحسب میکرون که یک لرزه نگار ووداندرسون در فاصله ۱۰۰ کیلومتری مرکز زلزله بدست آورده است.

احتمال اینکه همیشه در فاصله صد کیلومتری مرکز زلزله ایستگاه داشته باشیم بسیار کم است. رابطه ریشتر به ترتیب زیر اصلاح گردیده است:

M = Log A 10 – Log A₀ 10

• A = دامنه بیشینه لرزه نگاشت در یک ایستگاه دلخواه برای زلزله مورد نظر برحسب میکرون
• A₀ = دامنه بیشیته لرزه نگاشت در آن ایستگاه دلخواه برای زلزله استاندارد بر حسب میکرون

در دستگاه ووداندرسون فقط امواج با پریود کمتر از 0.8 ثانیه ثبت می شود. زلزله‌های نزدیک به لرزه‌نگار (زلزله های محلی) دارای پریود کمی هستند بنابر این به بزرگی ریشتر، بزرگی محلی (Magnitude Local) هم می‌گویند.

بزرگی امواج سطحی

در فواصل زیاد از مرکز زلزله، معمولاً امواج حجمی میرا می‌شوند و به‌اندازه‌ای پراکنده می‌شوند به‌طوری‌که حرکات غالب مربوط به امواج سطحی است. بنابراین می‌توان از مقیاس بزرگی موج سطحی که بر پایه دامنه امواج رایلی با پریود حدود ۲۰ ثانیه است، استفاده نمود که به‌وسیله رابطه زیر تعیین می‌شود.

Ms = Log A + 1.66 LogΔ + 2

• A : جابجایی ماکزیمم زمین برحسب میکرومتر
• ∆ : زاویه بین مرکز زلزله و ایستگاه لرزه نگاری نسبت به مرکز کره زمین برحسب درجه

بزرگی امواج حجمی

برای زلزله‌های با کانون عمیق، اغلب امواج سطحی به‌قدری کوچک‌اند که امکان ارزیابی آن‌ها با بزرگی موج سطحی نیست. بنابراین بزرگی موج حجمی بنا نهاده شده که بر پایه دامنه چند سیکل اول امواج P است که چندان تحت تأثیر عمق کانونی نگرفته باشد.

m_b = Log A – Log T + 0.01Δ + 5.9

• A : دامنه موج P بر حسب میکرومتر
• T : پریود موج  P(معمولاً حدود ۱ ثانیه )
• ∆ : زاویه بین مرکز زلزله و ایستگاه لرزه نگاری نسبت به مرکز کره زمین برحسب درجه

تخریب زلزله های با بزرگی مختلف

• زلزله با بزرگی ۲ ریشتر: کوچک‌ترین زلزله‌ای است که به‌وسیله انسان حس می‌شود.
• زلزله با بزرگی ۴ تا ۵ ریشتر: در ایران زلزله‌های با بزرگی کمتر از ۵ ریشتر به علت مدت زمان کوتاه و شتاب ملایمشان به‌ندرت باعث آسیب دیدن ساختمان می‌گردند. زلزله‌های به بزرگی ۴ تا ۵ ریشتر بخصوص در روستاها به خانه‌های خشتی و گلی آسیب می‌رسانند و حتی ساختمان‌های نسبتاً سست آجری نیز با زلزله زیر ۵ ریشتر به‌زحمت آسیب می‌بینند.
• زلزله با بزرگی ۵ تا ۶ ریشتر: برای ساختمان‌های شهری چندان خطری ندارد، اما می‌تواند ساختمان‌های روستایی را تخریب کند.
• زلزله با بزرگی ۶ تا ۷ ریشتر: می‌تواند به ساختمان‌های شهری آسیب برساند اما برای ابنیه مهندسی مشکلی ایجاد نمی‌کند.
• زلزله با بزرگی بیش از ۷ ریشتر: زلزله‌های مخربی هستند و در ایران حتی به ساختمان‌های مهندسی هم خسارت می‌زند.
• زلزله با بزرگی بیش از ۸ ریشتر: تقریباً تمامی ساختمان‌های معمولی (مثلاً ساختمان راکتور اتمی را شامل نمی‌شود) از بین می‌روند و چیزی باقی نمی‌ماند.

انرژی زلزله

بخشی از انرژی الاستیک آزاد شده در حین یک زلزله صرف خردشدن سنگها و جابجایی گسل ها می شود و بخشی دیگر بصورت امواج زلزله انتشار می یابد. رابطه بین بزرگی زلزله و انرژی آزاد شده را بر اساس رابطه (گوتنبرگ- ریشتر۱۹۵۶) بدست می‌آید.

Log A = 11.8 + 1.5M

• E : انرژی آزاد شده برحسب ارگ (هر ژول برابر با 10⁷ ارگ است).

با افزایش یک واحد به بزرگی زلزله، انرژی آزادشده توسط آن ۳۲ برابر می‌شود و با افزایش ۲ واحد در بزرگی زلزله، انرژی آزادشده زلزله ۱۰۰۰ برابر می‌شود.