بزرگای متفاوت زلزله‌ها

سوال ایجاد شده که چرا بزرگای زلزله‌ها، همچنین از سوی مراکز مختلف داخلی و بین‌المللی متفاوت گزارش می‌شود؟ به نظر می‌رسد که هیچ پایانی برای سردرگمی، سوءتفاهم و تفسیر بزرگا و مقدارهای مختلف آن وجود ندارد به ویژه هنگامی که گویندگان اخبار از «مقیاس ریشتر» یاد می‌کنند، زلزله‌شناسان در سراسر جهان از چنین نوع اعلامی خشنود نیستند! بزرگا بیشترین اندازه‌گیری اندازه زمین‌لرزه است، اما تنها اندازه‌گیری نیست و در واقع انواع مختلفی از بزرگای زلزله وجود دارد. چرا بزرگای زمین‌لرزه گزارش شده از سوی موسسه ژئوفیزیک با مقادیر منتشر شده توسط سایر آژانس‌ها متفاوت است؟

تخمین‌های بزرگا برای یک زلزله معین می‌تواند بین آژانس‌های گزارش‌دهنده به دلیل تفاوت در روش‌شناسی، در دسترس بودن داده‌ها و عدم قطعیت‌های ذاتی در داده‌های لرزه‌ای متفاوت باشد. هر موسسه زلزله‌شناسی از روش‌های تخمین بزرگا استفاده می‌کند که برای برآوردن نیازهای مورد نظرش و قابلیت‌های نظارتی‌اش طراحی شده‌اند. حتی برای رویدادهایی که به خوبی ثبت شده‌اند، تفاوت در بزرگا ۰.۲ یا ۰.۳ واحد رایج است و نشان‌دهنده عدم قطعیت ذاتی فرآیند تخمین بزرگاست.  زمین‌لرزه‌ها فرآیندهای پیچیده‌ای هستند که در زیر سطح زمین به دور از مشاهده و اندازه‌گیری مستقیم رخ می‌دهند.

"هر موسسه زلزله‌شناسی از روش‌های تخمین بزرگا استفاده می‌کند که برای برآوردن نیازهای مورد نظرش و قابلیت‌های نظارتی‌اش طراحی شده‌اند"تعیین یک عدد منفرد برای نشان دادن اندازه زمین‌لرزه به دلیل فرضیات ما در مورد محیط گسلش و ناتوانی ما در بازسازی کامل و دقیق فرآیند پنهان گسیختگی، عدم قطعیت‌های ذاتی - ریشه‌ای  دارد.

برآوردهای اولیه اندازه زمین‌لرزه بر اساس معیارهای غیرابزاری اثرات زلزله بوده است. برای مثال، می‌توانیم از مقادیری مانند تعداد تلفات یا جراحات، حداکثر مقدار شدت لرزش یا ناحیه تکان‌های شدید یاد کنیم. مشکل این معیارها این است که همبستگی خوبی ندارند. خسارت و ویرانی ناشی از زلزله به موقعیت، ژرفا، نزدیکی به مناطق پرجمعیت و همچنین اندازه واقعی آن بستگی دارد. حتی برای زمین‌لرزه‌هایی که به اندازه کافی نزدیک به مراکز جمعیتی هستند، مقادیری مانند بیشینه شدت و ناحیه‌ای که سطح خاصی از لرزش را تجربه می‌کند، همبستگی خوبی نشان نمی‌دهند.

 با اختراع و استقرار لرزه‌نگارها، مکان‌یابی دقیق زمین‌لرزه‌ها و اندازه‌گیری حرکت زمین ناشی از امواج لرزه‌ای امکان‌پذیر شد. توسعه و استقرار لرزه‌سنج‌ها منجر به تغییرات زیادی در مطالعات زلزله شد، بزرگا اولین اندازه‌گیری کمی برای اندازه زلزله بر اساس لرزه‌نگاری بود.

حداکثر یا «اوج» حرکت زمین به عنوان بزرگ‌ترین قدر مطلق حرکت زمین ثبت شده در یک لرزه‌نگاری تعریف می‌شود. از این اقدامات ابزاری برای مقایسه زلزله‌ها استفاده شد و یکی از اولین راه‌های کمی‌سازی زلزله با استفاده از لرزه‌نگاری، بزرگا بود. در سال ۱۹۳۱ یک زلزله‌شناس ژاپنی به نام «کیو واداتی» نموداری از حداکثر حرکت زمین در مقابل فاصله برای تعدادی از زمین‌لرزه‌ها ساخت و اشاره کرد که نمودارهای زمین‌لرزه‌های مختلف خطوط موازی و منحنی تشکیل می‌دهند (زلزله‌های بزرگ‌تر دامنه‌های بزرگ‌تری ایجاد می‌کنند). این واقعیت که زلزله‌های با اندازه‌های مختلف منحنی‌هایی را ایجاد می‌کنند که تقریبا موازی هستند، نشان می‌دهد که یک عدد واحد می‌تواند اندازه نسبی زلزله‌های مختلف را نمایندگی کند.

"حتی برای رویدادهایی که به خوبی ثبت شده‌اند، تفاوت در بزرگا ۰.۲ یا ۰.۳ واحد رایج است و نشان‌دهنده عدم قطعیت ذاتی فرآیند تخمین بزرگاست"در سال ۱۹۳۵ چارلز ریشتر نمودار مشابهی از حرکت اوج زمین در مقابل فاصله ایجاد کرد و از آن برای ایجاد اولین مقیاس بزرگای زمین‌لرزه (رابطه لگاریتمی بین اندازه زمین‌لرزه و حداکثر حرکت زمین مشاهده شده) استفاده کرد.

او مقیاس خود را بر اساس قیاسی با مقیاس روشنایی ستاره‌ای که معمولا در نجوم استفاده می‌شود، استوار کرد که همچنین مشابه مقیاس pH مورد استفاده برای اندازه‌گیری اسیدیته است (pH یک معیار لگاریتمی غلظت یون هیدروژن در محلول است) . داده‌های مورد استفاده توسط ریشتر حاصل از لرزه‌نگار وود اندرسون برای ساخت مقیاس بزرگا برای جنوب کالیفرنیا به کار رفت. مثلا در این مقیاس زمین‌لرزه ۳.۰ ریشتری به عنوان رویداد اندازه‌ای تعریف می‌شود که حداکثر حرکت زمین یک میلیمتر را در فاصله ۱۰۰ کیلومتری ایجاد می‌کند. برای تکمیل ساخت مقیاس بزرگا، ریشتر باید یک مقدار مرجع ایجاد و سرعت کاهش دامنه اوج با فاصله از زلزله را مشخص می‌کردند. ریشتر زمانی که بزرگا را به عنوان لگاریتم پایه ده حداکثر حرکت زمین (برحسب میکرومتر) ثبت شده روی لرزه‌سنج کوتاه دوره اندرسون در صد کیلومتری زمین‌لرزه تعریف کرد، یک مقدار مرجع برای بزرگای زلزله تعیین کرد.

ریشتر در تعریف خود عملگرا بود و مقداری را برای بزرگا صفر انتخاب کرد که تضمین می‌کرد بیشتر زلزله‌هایی که به‌طور معمول ثبت می‌شوند دارای بزرگای مثبت هستند. همچنین، ابزار دوره کوتاه وود اندرسون که ریشتر برای مرجع خود انتخاب کرد، امواج لرزه‌ای را با دوره زمانی حدود ۰.۸ ثانیه ثبت می‌کند، تقریبا در حد دوره‌های ارتعاشی که انسان احساس می‌کند و به ساختمان‌ها و سازه‌های ما آسیب می‌زند.

ریشتر همچنین یک تصحیح فاصله ایجاد کرد تا تغییرات حداکثر حرکت زمین با فاصله از زمین‌لرزه را محاسبه کند . کاهش حرکات اوج زمین با فاصله بستگی به زمین‌شناسی منطقه دارد و بنابراین مقیاس بزرگا برای مناطق مختلف کمی به «منحنی تصحیح فاصله» وابسته است.

بنابراین در اصل، مقیاس ریشتر به‌طور خاص برای کاربرد در جنوب کالیفرنیا طراحی شده بود. روش ریشتر به دلیل ساده بودن، فقط به مکان زلزله (برای به دست آوردن فاصله) و اندازه‌گیری سریع اوج حرکت زمین، قابل اعتمادتر از معیارهای قدیمی‌تر مانند «شدت» بود، به همین ترتیب به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت و به خوبی تثبیت شد. ما مقیاس ریشتر را ML (بزرگای محلی) می‌نامیم، اما بسیاری از رسانه‌ها معمولا همه بزرگاها را به عنوان بزرگای ریشتر گزارش می‌کنند! بزرگای زلزله هیچ واحد فیزیکی یا ۰ معنی‌داری ندارد.

" زمین‌لرزه‌ها فرآیندهای پیچیده‌ای هستند که در زیر سطح زمین به دور از مشاهده و اندازه‌گیری مستقیم رخ می‌دهند"این به این دلیل است که نمی‌توانیم انرژی زلزله را دقیق حساب کنیم. همین عدم دقت منشا بسیار از تخمین‌های متفاوت به ویژه در اعلان سریع اندازه زمین‌لرزه است.

اندازه بزرگای یک شاخص شرطی، اسکالر و بدون بعد از انرژی لرزه‌ای آزاد شده در کانون لرزه است. از زمان ریشتر (۱۹۳۵) معرفی بزرگا امکان مقایسه اندازه زمین‌لرزه‌ها را به صورت ابزاری در سراسر جهان فراهم کرد.

اکثر مقیاس‌های بزرگا عمدتا مبتنی بر وابستگی‌های تجربی حاوی چندین ثابت (یا توابع مشتق‌ شده تجربی) هستند.

این ثابت‌ها به‌ گونه‌ای تعیین می‌شوند که بزرگاهای مقیاس جدید (حداقل در یک بازه اندازه معین) با مقیاس موجود مطابقت داشته باشند. متاسفانه، تلاش‌ها برای معرفی مقیاس بزرگای استاندارد در جهان تاکنون شکست خورده است.  زلزله‌شناسان معمولا از یک اندازه‌گیری نسبی استفاده می‌کنند. انتخاب یک زمین‌لرزه خاص ثبت شده در یک فاصله خاص به عنوان زلزله «استاندارد» آسان‌تر است و آن را یک ریشتر نامیدند. افزایش هر واحد بزرگا با افزایش ۱۰ برابری دامنه حرکت زمین و حدود ۳۲ تا ۳۳ برابر انرژی همراه است.

"برای مثال، می‌توانیم از مقادیری مانند تعداد تلفات یا جراحات، حداکثر مقدار شدت لرزش یا ناحیه تکان‌های شدید یاد کنیم"معنی این در زبان انگلیسی ساده این است که هر نقطه روی ترازو با دامنه ۱۰ برابر بزرگ‌تر از نقطه زیر آن می‌لرزد. لرزش زمین‌لرزه M4.۰ ده برابر بزرگ‌تر از M3.۰ و صد برابر بزرگ‌تر از M2.۰ و هزار برابر بزرگ‌تر از M1.۰ است مقیاس، M9.۰ خیره‌کننده ۱۰۰ میلیون برابر بزرگ‌تر از M1.۰ است! در دقایق اولیه (یا ده‌ها دقیقه اول) پس از یک زمین‌لرزه تا «یک» واحد بزرگا نیمی از اختلاف بین تخمین‌ها عموما توسط زلزله‌شناسان به عنوان پراکندگی معقول رد می‌شود. اما تفاوت‌های بزرگ‌تر از آن معمولا به این معنی است که یک مشکل نسبتا جدی وجود دارد، مانند تکنیک کاملا اشتباه استفاده شده است یا داده‌های حیاتی حذف شده‌اند.

* منتشر شده در روزنامه اعتماد ۲۹-۱۰-۱۴۰۰