Magnitude (Seismologie)
Mit de Magnitude warrt in de Seismologie de Stärk vun Eerdbeven angeven. Dat gifft en ganze Reeg vun ünnerscheedliche Methoden, üm de Magnitude vun en Eerdbeven to bestimmen, man begäng is blots de so nöömte Richterskala. De meisten Magnituden warrt ut de Amplituden vun Seismogrammen utrekent. De warrt vundaag op de ganzen Welt an Eerdbevenmeetstatschonen mit Seismometers optekent.
Historie
ännernDe öllste Magnitudenskala is de ut de Medien bestens bekannte Richterskala, de in de 1930er Johren vun Charles Francis Richter utklamüstert worrn is för dat Inorden un den Vergliek vun de Stärk vun verscheeden Eerdbeven in Kalifornien. He harr markt, dat de gröttste Utslag in’t Seismogramm vun den Afstand to’n Epizentrum afhangt[1]. Mit den logarithmischen Betog, den he funnen harr, weer dat mööglich, över dat Afklingen vun de Amplitude torüchtosluten, wo stark dat Eerdbeven weer. Man för disse Methood warrt seismische Bülgen bruukt, de tomehrst dör de Eerdkrust loopt. Dorüm kann de Richterskala blots för en Afstand bit to 600 km höchstens aver bit 1000 km anwennt warrn. Se warrt ok as öörtliche, lokale Magnitudenskala (ML) betekent.
Üm ok Eerbeven wieter weg verglieken to künnen, hett Beno Gutenberg 1945 de so nöömte Bavenflachenbülgenmagnitude (MS) inföhrt. Un in’t lieke Johr hett he ok de Ruumbülgenmagnitude (mB) vörstellt. Ünnerscheedlich Rahmenbedingen, de deels dör den Herdvörgang, to’n Deel aver ok dör de technischen Grenzen vörgeven weern, hebbt dorto föhrt, dat wietere Magnitudenskalen utklamüstert worrn sünd.
Vun wegen de begrenzt Dynamik un dat Överstüern bi starke Eerdbeven dicht bi weer dat bi de fröheren Analogredschopppen nich jümmer mööglich, de gröttsten Utslääg richtig to bestimmen. Dor hett man sik mit de Afklingmagnitude (Md) holpen, för de de Afklingduer vun de Bülgencoda sünners vun de Sg-Bülg hernahmen weer[1]. In de hüütigen modernen Seismologie warrt vör allen ok de Momentenmagnitudenskala insett, de 1977 vun Hiroo Kanamori un Tom Hanks inföhrt worrn is[2],[3].
Methoden
ännernRichter harr sik dormols de gröttsten Amplituden (meten in μm) in Seismogrammen ankeken, de von Standard-Seismometers vun’n Tyyp Wood-Anderson optekend worrn weern un stell den dekadischen Logarithmus vun de Amplitudenweerten as en Funkschoon vun den Epizentralafstand (Afstand twüschen Meetredschap un Epizentrum) dor. Dorbi hett he sehn, dat de gröttste Utslag vun Eerdbeven mit verscheeden Stärken op mehr oder minner parallel verlopende Kurven mit wassend Afstand afklingen doot. He hett dorüm de Magnitude vun en Eerbeven as den logarithmischen Gröttstutslag vun’t Standardseismometer defineert, den he op en Betogsfeern vun 100 km skaleert hett[1]. Nipp un nau gellt de Reichtskala blots in Kalifornien, wieldat de Amplitudenafnahm mit de Feern vun de Egenschoppen vun de Stenen in de Eerdkrust afhangt, de nich överall gliek sünd[2],[4].
Dat Grundprinzip is bi de meisten Mangitudenskalen dat lieke, blots dat jümmers ünnerscheedlich Phasen vun’t Bülgenfeld un jemehr ünnerscheedlich physikaalschen Egenschoppen utnütt warrt. So warrt bi de Bavenflachenbülgen ut dat Seismogramm de wohre Boddenbewegen afleidt un för’t Utreken vun de Magnitude MSbruukt, wieldat de Ruumbülgenmagnitude mB op theoretisch utrekent Korrekturen vun de Amplitude baseert, de dör de geometrisch Afnahm vun de Energiedicht mit 1/r² bi Kugelbülgen un dör de Dämpen op’n Strahlweg tostannen kamt.
Mit Inföhren vun dat kortperioodsch (eng. short period, Afk.: SP) WWSSN-Standard-Seismometer mit en Egenperiood vun 1 s is dat denn begäng worrn, de Seismogrammen op de kortperiodschen Bülgenandelen to kalibreeren. De Ümstellen weer vör allen maakt vun wegen dat stiegend Intresse ok ünnerirdisch tünnerte Nuklearexplosionen mit seismologische Opteken optodecken. De ünnerscheedt sik neemlich dör jemehr Frequenzspektrum. De kortperiodisch kalibreerte Ruumbülgenmagnitude warrt mit mb betekent[1].
En veel bruukten un op Beobachten baseerenden Betog vun Gutenberg un Richter stellt en Tosamenhang her twüschen de Bavenflachenbülgenmagnitude un de seismische Energie, de vun en Eerdbeven afstrahlt warrt:
Dorut folgt na, dat een Magnitudeneenheit en ruchweg 30 mol högere Energie bedüüdt. En Eerdbeven mit de Bavenflachenbülgenmagnitude MS = 5,5 hett dorna de seismische Energie ES ≈ 3 · 106 kWh, de binnen wenige Sekunnen freesett warrt. De lieke seismische Magnitude harr ok en ünnerirdisch Nuklearexplosion mit en Gliekbedüden vun 1 Mt cheemsch Sprengstoff. Man bi de Explosion weer blots ungefäähr 1 % seismische Bülgenenergieenergie tüügt. De ganze Rest weer to Warms ümsett oder güng in dat Toschannenmaken vun’n Steen.[4].
En Problem is bi starke Eerdbeven faken, dat meist all Magnitudenskalen bi grote Weerten sättigt warrt. Dat heet, dat denn bi’t Anstiegen vun de dör dat Eerdbeven freesette Energie de gröttste Utslag in’t Seismogramm nich mehr grötter warrt. Wenn de Skala also sättigt is, denn kann een nich mehr richtig torüchreken, woveel Energie in Wohrheit afstrahlt worrn is. För bannig starke Eerbeven warrt dorüm tomeist de Momenten-Magnitude nahmen. De warrt alleen ut dat seismische Moment bestimmt un somit unmiddelbor ut de physikaalschen Grötten vun den Eerdbevenheerd. Disse Skala is ok bi de starksten Eerdbeven nich sättigt[1],[2].
Ünnerscheden vun de Magnitudenskalen
ännernDe ünnerscheedlichen Magnitudenskalan hebbt tomeist Amplituden vun verscheeden Phasen vun’t seismische Bülgenfeld as Grundlaag. De sünd aver in jemehr physikaalsch Egenschoppen verscheden. So is t. B. dat Energiespektrum anners, wieldat de Bülgenphasen ünnerscheedlich bestimmende Frequenzen btw. Swingperioden opwiest (Tabell[3])
| Teken | Naam | Periodenrebeet (s) |
|---|---|---|
| ML | Richterskala | 0,1 - 1,0 |
| mb | Ruumbülgenmagnitude (SP) | 1,0 - 5,0 |
| MS | Böverflachbülgenmagnitude | 20 |
| MW | Momenten-Magnitude | > 200 |
Vun wegen disse Ünnerscheeden wiekt de Ergevnissen bi de Magnitudenbestimmen na verscheeden Methoden deelwies düchtig vunenanner af un sünd dorüm ok nich jümmer vergliekbor. Dat gellt sünners vör düchtig starke Eerbeven, as denn de Sättigung to’n Drägen kummt. Dat kann sik een licht verkloren mit dat Bispeel vun’t Chile-Eerdbeven vun 1960: Dat harr na de (sättigten) Böverflachmagnitude den Weert MS = 8,5. Man de Momenten-Magnitude gifft den Weert MW = 9,5 un dormit en Energiefreesetten, de dörtigmol höger is. Dormit man de Stärk vun en Eerdbeven richtig Inorden kann, reckt dat nich, eenfach blots en Tall antogeven, man de Magnitudenskala mutt ok richtig nöömt wesen.
In Presseberichten över Eerdbebenbegevnissen warrt meist jümmer vun de Richterskala snackt, wat tomeist verkehrt is. Jüst bi grote Magnitudenweerten över ruchweg 6,5 sünd de Weerten normalerwies na annere Magnitudenskalen bestimmt worrn, wiel de Richterskala för so hoge Weerten gor nich vörsehn is[3]. Dorüm schüll man bi Pressemitdelen de Magnitudenweerten beter noch mol bi seismologische Deensten (kiek bi de Weblenken) nakieken.
Magnitudenskalen
ännernWelke Methood för’t Bestimmen vun de Magnitude bruukt worrn is, warrt ut de angeeven Beteken kloor. Magnitude warrt mit en groot „M“ för „Magnitude“ schreven (Utnahm: de Ruumwellenmagnitude warrt mit lütten „m“ schreven). Rechts dorblangen waar de Skala mit ein Index angeven:
- ML: Lokalbevenmagnitude („local magnitude“) Dit is de Richterskala, de ut öörtliche Eerdbeven bit hööchstens 1000 km Epizentralafstand berekent warrt.
- MS: Böverflachbülgenmagnitude („surface wave magnitude“) För disse Magnitude warrt de wohre Boddenbewegen ut dat Seismogramm afleidt un dorut de Magnitude bestimmt. Dorbi warrt Böverflachbülgen bruukt, de sik an de Eerdbavenflach langs utbreedt.
- mB: Ruumbülgenmagnitude („body-wave magnitude“) Disse Skala nütt Ruumbülgen, de sik binnen de Eer utbreden doot. Jemehr Energieminnern hangt allen vun de Feern af.
- mb: Ruumbülgenmagnitude (SP) („body-wave magnitude“, short period) Dat is dat glieke as dorvöver man für kortperiodische Bülgen. Se wiekt för Eerbeven mit en Magnitude mB >5 düütlich na lütteren Weerten af un is ok fröher sättigt.
- MW: Momentenmagnitude („moment magnitude“) Disse Skala warrt ut dat seismische Moment M0 bestimmt. Se is dorüm unafhangig vun den Epizentralafstand un warrt ok nich sättigt.
- Md: Afklingmagnitude („duration magnitude“) Disse Magnitude warrt ut dat Afklingen vun’t Signal bestimmt. Meten warrt dor de Tietduer vun’n eersten Utslag vun en Bülg, bit to’t Enn vun ehr Coda, d. h. bit se nich mehr in’n Achtergrundruschen to sehn is.
- Mm: Mantelmagnitude („mantle magnitude“) Bi disse Methood warrt düchtig langperioodsche Bavenflachenbülgen vun’n Rayleigh-Tyyp aver ok vun’n Love-Tyyp ünnersocht, de deep dör den Eerdmantel loopt. Vun wegen de langen Perioden warrt en Sättigen ünnerdrückt.
- ME: Energiemagnitude („energy magnitude“) Disse Skala hett wat liekert to de Momenten-Magnitude, blots hier warrt nich dat seismische Moment bruukt, man de freesette Energie. Wenn de kanamori-Bedingen ES/M0 ≈ 5 · 10-15 gellt, geevt beid Skalen den sülven Weert.
Disse Magnitudenskalen sünd blots en Utwahl. För sünnere Anwennen warrt ok noch annere oder vun de beschrevenen Skalen afleddt Magnitudenbeteken bruukt[1].
Bornen
ännern- ↑ a b c d e f Peter Bohrmann (Hrsg.): IASPEI New Manual of Seismological Observatory Practice, GeoForschungsZentrum Potsdam 2002
- ↑ a b c Peter M. Shearer: Introduction to seismology, Cambridge University Press, New York 1999, ISBN 978-0521669535
- ↑ a b c Thorne Lay & Terry C. Wallace: Modern global seismology, Academic Press, San Diego 1995, ISBN 978-0127328706
- ↑ a b Hans Berckhemer: Grundlagen der Geophysik, Wissenschaftliche Buchgesellschaft 2002, ISBN 978-3534136964