ד"ר תומר סיימון בתאריך אפריל - 29 - 2012

מדידת העוצמה של רעידת אדמה-

רעידות אדמה מופיעות בגדלים ובעוצמות שונות. במידה והרעידה מורגשת או גורמת לנזק מוחשי בשטח, אז ניתן להעריך את עצימותה באופן סובייקטיבי. אך רעידות אדמה רבות מתרחשות באוקיינוסים או בעומקים גדולים מאוד ויכול להיות שהן לא מורגשות, או שמה שאנחנו מרגישים לא משקף את גודלן האמיתי.

הציוד הסייסמי שקיים היום יכול לשלוח את המידע מתחנות המדידה (סייסמומטריים) הפרוסות במרחב, דרך קו טלפון או לוויין, ועד לתחנת העיבוד המרכזית (בישראל, התחנה נמצאת במכון הגיאופיסי שבלוד). בתוך דקות מרגע הרעידה ניתן לקבל דיווח ראשוני על מיקום הרעידה, עומק המוקד שלה ועוצמתה. הפרמטר המגביל היחיד הוא זמן ההגעה של הגלים הסייסמיים ממוקד הרעידה ועד לחיישנים, זמן שעומד בדרך כלל על פחות מעשר דקות.

עוצמה (מגניטודה)

סייסמומטרים מודרניים מודדים, מגבירים ומקליטים במדוייק תנודות קרקע (בדר"כ במחזורים של 0.1 ועד 100 שניות) כפונקציה של הזמן. בעזרת ההקלטה וההגברה ניתן למצוא את האמפליטודה המכשירנית וזמני ההגעה של רעידות אדמה קרובות ורחוקות (איור 1). רק בשנות ה-30', סייסמולוג אמריקאי בשם צ'ארלס ריכטר הציג את המושג של עוצמת הרעידה (מגניטודה – magnitude). בתחילת הדרך החישובים שלו תפסו רק לגבי רעידות אדמה בקליפורניה שנמדדו בעזרת סייסמומטר מסויים. הרעיון שלו היה פשוט- בעזרת ידיעת מרחק מוקד הרעידה מהסייסמומטר וצפייה באמפליטודת האות המקסימלית שנקלטה במכשיר, ניתן ליצור דירוג כמותי של עוצמת (או גודל) רעידת האדמה. המגניטודה המקורית של ריכטר הורחבה לתצפיות על רעידות אדמה בכל מרחק ובעומקי מוקד של 0-700 ק"מ.

סייסמוגרמה לדוגמה

איור 1 – ניתן לראות סייסמוגרמה לדוגמה בה ציר ה-X מציין את התקדמות הזמן בשניות משמאל לימין. ציר ה-Y מציין את האמפליטודה של הגלים הסייסמיים. גלי P הם הראשונים להגיע, אחריהם גלי S ולבסוף גלי השטח. ניתן לראות כי האמפליטודה של גלי S גדולה יותר משל גלי P. על הפער בזמני ההגעה שבין גלי ה-P ל-S מבוססות מערכות ההתרעה מפני רעידות אדמה.

אנרגיה

כמות האנרגיה המשתחררת בעת רעידת אדמה היא מדד לכמות הנזק הפוטנציאלי למבנים. תיאורטית, החישוב שלה דורש סכימה של זרימת האנרגיה על פני מרחב גדול של תדירויות המיוצרות ע"י רעידת אדמה.

חישוב עוצמות

החל מחודש אוגוסט 2011 התרחשו מספר רעידות אדמה בחלקה הצפוני של ישראל, לאורך השבר הסורי-אפריקאי. עוצמת הרעידות נע בין 3.7 ל-4.2 דרגות בסולם ריכטר. תרחיש הייחוס הלאומי של מדינת ישראל מדבר על רעידת אדמה בעוצמה של 7.5 שתתרחש באיזור עמק בית-שאן ותגרום להרוגים רבים ונזקים אדירים ברחבי הארץ.

רעידת אדמה בעוצמה של 7.5 היא פי 6,307 גדולה יותר על הסייסמוגרמה מאשר רעידת אדמה בעוצמה של 3.7.

סולם העוצמה (מגניטודה) הוא לוגריתמי, אז:

107.5/103.7 = (3.16*107) / (5.01*103) = 0.6307*103 = 6,307

או אפשר גם לחשב בעזרת כללי המעריך-

10(7.5-3.7) = 103.8 = 6,309.573

דרך נוספת שניתן להגיע לתוצאה זו ללא שימוש במחשבון היא מכיוון שיחידה אחת של מגניטודה היא פי 10 האמפליטודה על הסייסמוגרמה ו-0.1 יחידות של מגניטודה היא פי 1.3 באמפליטודה, אז אנחנו יכולים:

(10 * 10 * 10 * 10)/ (1.3 * 1.3) = 5,917 (לא מדוייק, אבל הערכה סבירה)

המגניטודה למעשה משווה את האמפליטודה של הגלים על הסייסמוגרמה, ולא את החוזק (אנרגיה) של הרעידות. אם כן, מגניטודה 7.5 היא פי 6,307 גדולה יותר מאשר 3.7 כפי שנמדדו על סייסמוגרמה, אבל רעידה במגניטודה 7.5 היא פי 535,000 חזקה יותר מאשר 3.7! מכיוון שהאנרגיה היא זו שמפילה בניינים, זו למעשה ההשוואה החשובה יותר. זה אומר ש-535,000 רעידות אדמה בעוצמה של 3.7 ישחררו את כמות האנרגיה של רעידה אחת בעוצמה של 7.5.

לפניכם החישוב:

יחידה אחת שלמה של מגניטודה מייצגת בערך פי 32 (101.5) יותר אנרגיה. שינוי של 0.1 יחידות מגניטודה מהווה פי 1.4 יותר אנרגיה. כלומר, דרך קיצור הדרך הקודם לחישוב האמפליטודה, האנרגיה היא:

(32 * 32 * 32 * 32) / (1.4 * 1.4) = 534,988

או בקירוב 535,000

הנוסחה המלאה תראה כך:

((101.5)7.5) / ((101.5)3.7) = 10(1.5*(7.5-3.7))

= 10(1.5*3.8)

= 501,187

זה מסביר למה רעידות אדמה גדולות הן כל כך הרבה יותר הרסניות מאשר רעידות קטנות. שינויי האמפליטודה הם גדולים, אבל שינויי האנרגיה הם עצומים. ערכי האמפליטודה, או "גודל" הרעידה, הם מספרים נאים יותר וקלים יותר להסבר, ולכן הם נפוצים יותר בפרסומים. אבל זו האנרגיה, או "חוזק" הרעידה, שעושה את הנזקים.

באיור הבא (איור 2) ניתן לראות המחשה של עוצמת רעידת אדמה אל מול כמות האנרגיה המשתחררת ביחידות של ק"ג חומר נפץ. ברעידת אדמה בעוצמה של 3.7 משתחררת אנרגיה שוות ערך לכ-20,000 ק"ג חומר נפץ, בעוד שברעידה של 7.5 משתחררת כמות אנרגיה השווה לכ-12,600,000,000 ק"ג – כלומר, כ-12,600 מגה טון חומר נפץ! לשם השוואה פצצת האטום שהוטלה על הירושימה שחררה אנרגיה של כ-16 קילוטון חומר נפץ "בלבד".

לנוחותכם, הועלה מחשבון בו ניתן לבצע חישובי הפרש של גודל וחוזק בין רעידות אדמה.

שחרור אנרגיה ברעידות אדמה

איור 2- גרף השוואה של עוצמת רעידת אדמה משמאל אל מול כמות חומר נפץ בק"ג מימין

 
* הכתבה מבוססת על פרסום של השירות הגיאולוגי האמריקאי (USGS)
קטגוריות: כללי

השאר תגובה

דף הפייסבוק של אתר אסונות   ספריית החירום הלאומית   ערוץ המסמכים של אתר אסונות